L’essor spectaculaire des systèmes de communications sans fil a entrainé une forte augmentation du trafic des données qui ne devrait cesser de croître au cours des prochaines années. La future génération de réseaux cellulaires (5G) doit être capable de supporter cette croissance du trafic, tout en présentant une consommation énergétique réduite par rapport aux réseaux existants. Parmi les différentes technologies étudiées, le retournement temporel (RT) se présente comme un sérieux candidat pour répondre à ces contraintes. En effet, les nombreuses études théoriques sur le sujet ont montré que la combinaison du RT et de l’OFDM possède des performances intéressantes, notamment grâce à ses propriétés de compression temporelle et de focalisation spatiale. Cependant, les hypothèses prises dans les études théoriques ne sont pas toujours compatibles avec la réalisation pratique d’un tel système. L’objectif de ces travaux de thèse est donc de proposer des solutions aux hypothèses non réalistes, afin de les mettre en oeuvre dans la réalisation d’un prototype combinant RT et OFDM dans un contexte MISO. Dans un premier temps, la mise en oeuvre de l’estimation du canal au niveau de l’émetteur et de la synchronisation du système MISO RT-OFDM est étudiée. Ensuite, une solution de calibration au niveau de l’émetteur est proposée pour compenser le caractère non réciproque du canal de propagation vu de la bande de base. L’ensemble de ces solutions ainsi que les propriétés de focalisation du RT sont validés à partir de mesures expérimentales sur le prototype réalisé. Enfin, la mise en oeuvre du premier prototype de modulation spatiale à la réception utilisant le RT est présentée. / The spectacular growth of wireless communications systems has led to a sharp increase in data traffic, which should continue to grow over the next few years. The future generation of cellular networks (5G) must be able to support this growth of traffic, while presenting reduced energy consumption compared to existing networks. Among the different studied technologies, time reversal (TR) is a serious candidate to meet these constraints. Indeed, the numerous theoretical studies on the subject have shown that the combination of TR and OFDM has interesting performance, specifically thanks to its temporal compression and spatial focusing properties. However, the assumptions made in the theoretical studies are not always compatible with the practical implementation of a real system. The objective of this thesis is to propose solutions to unrealistic theoritical hypotheses, in order to implement them in a real hardware prototype combining TR and OFDM in a MISO context. First, the implementation of the channel estimation at the transmitter side, and the synchronization of the MISO TR-OFDM system is studied. Then, a calibration solution at the transmitter is proposed to compensate for the non-reciprocal nature of the baseband propagation channel. All these solutions as well as the focusing properties of TR are validated by experimental measurements using the developed prototype. Finally, the implementation of the first TR prototype of spatial modulation at the receiver side is presented.

En transports guidés, la localisation précise des trains s’avère vitale pour une exploitation nominale du système de transport. Dans un environnement de propagation tel que celui d’une emprise ferroviaire, un capteur de localisation efficace est complexe à concevoir et à valider lorsqu’il doit opérer en présence de nombreux obstacles fixes et mobiles constitués par l’infrastructure et les trains. Afin de concevoir un tel capteur, nous proposons dans ce travail de thèse l’emploi de techniques innovantes dites de diversité spectrale que l’on retrouve également sous la dénomination de radio Ultra Large Bande (ULB). Dans ce travail, cette dernière est également associée à la technique de Retournement Temporel (RT) afin de tirer partie de cet environnement de propagation complexe. L’objectif visé est d’obtenir une localisation fiable et robuste des véhicules ferroviaires par focalisation de signaux ULB en direction des antennes sol ou trains. Des études théoriques alliées à des simulations ont été effectuées portant sur les propriétés de focalisation d’énergie de la technique de retournement temporel en tenant compte de plusieurs paramètres liés aux configurations antennaires, aux canaux de propagation rencontrés et à l’électronique utilisée. L’apport du retournement temporel sur la précision du système de localisation Ultra Large Bande a été quantifié en comparant le système de localisation ULB conventionnel, sans retournement temporel puis, en associant le RT. Les résultats théoriques et de simulations de la solution proposée ont été validés par des expérimentations menées en chambre anéchoïque ainsi qu’en environnement indoor. / In guided transport, the precise location of trains is vital for nominal operation of the transport system. In a propagation environment such as a railway line, an effective location sensor is complex to design and validate since it must operate in the presence of many fixed and mobile obstacles constituted by the infrastructure and the trains. In this thesis, to design such a sensor, we propose the use of so-called spectral diversity techniques also found under the name of Ultra Wideband radio (UWB). In this work, the latter is also associated with the Time Reversal (TR) technique to take advantage of the complex propagation environment. The objective is to obtain a reliable and robust location of rail vehicles by focusing UWB signals to antennas or ground trains. Theoretical studies combined with simulations were performed on the properties of energy focusing of TR technique taking into account several parameters related to antennal configurations, propagation channels and the railway environment. The contribution of TR on the accuracy of the positioning system was quantified by comparing the conventional UWB positioning system alone and then, combining it with TR. The theoretical results and simulations of the proposed solution have been validated by experiments carried out in an anechoic chamber and in indoor environment.

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