Die extrem große Bandbreite, die UWB-Systeme zur Übertragung von Daten nutzen können, ermöglicht theoretisch eine sehr hohe Datenrate. Eine mögliche Umsetzung der UWB-Technologie ist die sogenannte Multiband-Impuls-Radio-Architektur (MIRA). Dieses UWB-System basiert auf der Übertragung von Daten mittels kurzer Impulse parallel in mehreren Frequenzbändern. Als Empfänger kommen einfache Energiedetektoren zum Einsatz. Diese Komponenten haben entscheidenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems. Deshalb liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Untersuchung der Leistungsfähigkeit und im speziellen der Herleitung der Bitfehlerwahrscheinlichkeiten für Energiedetektoren in unterschiedlichen UWB-Kanälen. Aufgrund des sehr einfachen Aufbaus eines Energiedetektors wird dieser auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt. So werden Energiedetektoren zur Detektion von freien Bereichen im Übertragungsspektrum bei Cognitive Radio und für weitere unterschiedliche Übertragungssysteme wie z.B. Sensorsysteme mit geringer Datenrate und Übertragungssysteme die zusätzlich Ortung ermöglichen, genutzt.

This thesis deals with the demonstration of bit error rate reduction techniques. In the theory section, different techniques of bit error rate reduction are presented, followed by the introduction of the communication channel and the communication system parameters. Each technique is simulated in Matlab Simulink environment using the additive white Gaussian noise channel model. The simulations are captured in waveform oscillograms of all the signal processing stages. The practical section of this thesis offers a functional laboratory solution demonstrating different ways of transmission: a direct-path signal, a path with a cross-correlation receiver and a path using matched filtering. The individual circuits are described in detail, including waveform oscillograms of the signal processing blocks for illustration. Furthermore, the practical section presents printed circuit boards designs, comprehensive documentation for production, measurement results and a sample laboratory protocol.

Dans les systèmes radio mobiles, la diversité représente une technique efficace pour lutter contre l’évanouissement dû aux multi-trajets. La pleine diversité spatiale est atteinte dans les systèmes multiple-input multiple-output (MIMO). Mais, souvent l’intégration d’antennes multiples au niveau de l’émetteur ou du récepteur est coûteuse. Comme alternative, dans les réseaux sans fil multi-hop, la diversité coopérative garantit des gains de diversité spatiale en exploitant les techniques MIMO traditionnelles sans avoir besoin d’antennes multiples. En outre, la diversité coopérative fournit au réseau : un débit important, une énergie réduite et une couverture d’accès améliorée.Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de concevoir des schémas de codage pour le canal à relais afin de réaliser une meilleure performance en termes de gain de diversité et de gain de codage. D’abord, nous étudions un système de turbo-codage distribué à L-relais en mode soft-decode-and-forward. Ensuite, nous proposons un système de turbocodage coopératif distribué à L-relais en utilisant la concaténation en parallèle des codes convolutifs. Enfin, afin d’améliorer la fiabilité de détection au niveau du noeud relais, nous proposons la technique de sélection d’antenne/relayage-soft. Pour une modulation BPSK, nous dérivons des expressions de la borne supérieure de la probabilité d’erreurbinaire où les différents sous-canaux sont supposés à évanouissement de Rayleigh, indépendants et pleinement entrelacés avec une information instantanée d’état de canal idéal. Une validation des résultats théoriques est également menée par la simulation. / Diversity provides an efficient method for combating multipath fading in mobile radio systems. One of the most common forms of spatial diversity is multiple-input multipleoutput (MIMO), where full diversity is obtained. However, embedding multiple antennas at the transmitter or the receiver can sometimes be expensive. As an alternative to collocated antennas, cooperative diversity in wireless multi-hop networks confirms their ability to achieve spatial diversity gains by exploiting the spatial diversity of the traditional MIMO techniques, without each node necessarily having multiple antennas. In addition, cooperative diversity has been shown to provide the network with importantthroughput, reduced energy requirements and improved access coverage.In light of this, the objective of this thesis is to devise coding schemes suitable for relay channels that aim at showing the best compromise between performance of diversity and coding gains. Firstly, we investigate a distributed turbo coding scheme dedicated to L-relay channels operating in the soft-decode-and-forward mode. Then, we present a proposed distributed turbo coded cooperative (DTCC) scheme, called parallel concatenated convolutional-based distributed coded cooperation. Finally, we investigate antenna/soft-relaying selection for DTCC networks in order to improve their end-to-end performance. Assuming BPSK transmission for fully interleaved channels with ideal channel state information, we define the explicit upper bounds for error probability inRayleigh fading channels with independent fading. Both theoretical limits and simulation results are presented to demonstrate the performances.

Digital communication systems which use Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) are now widely used and have many advantages. The main disadvantage is the requirement for highly linear analogue electronics including the high power amplifier (HPA). This requirement cannot be met in all circumstances because of the occurrence of symbols with high peak to average power ratio (PAPR). Such symbols may be non-linearly distorted by limiting. Approaches to solve this problem have been either to reduce the PAPR at the transmitter or to try to mitigate the effect of the non-linearity at the receiver. Soft-limiting, i.e. applying limiting in software prior to the HPA is a simple way to reduce the PAPR. It produces non-linear distortion which will cause an increase in the bit-error-rate (BER) at the receiver. This thesis surveys existing alternatives ways of reducing the effect of non-linearity and proposes some new ones. Two iterative receiver techniques, based on statistical analysis of the nature of the non-linearity, have been implemented and investigated. These are the ‘Bussgang Noise Cancellation’ (BNC) technique and the ‘Decision Aided Reconstruction’ (DAR) techniques. As these techniques are valid for any memory-less nonlinearity, an alternative form of limiting, named as Inverted-Wraparound (IWRAP) has been included in the BNC investigation. A new method is proposed which is capable of correcting the received time-domain samples that are clipped, once they have been identified. This is named the ‘Equation-Method’ and it works by identifying constellation symbols that are likely to be correct at the receiver. If there are a sufficient number of these and they are correctly identified, the FFT may be partitioned to produce a set of equations that may be solved for the clipped time-domain samples. The thesis proposes four enhancements to this new method which improve its effectiveness. It is shown that the best form of this method outperforms conventional techniques especially for severe clipping levels. The performance of these four enhancements is evaluated over channels with additive white Gaussian noise (AWGN) in addition to clipping distortion. A technique based on a ‘margin factor’ is designed to make these methods work more effectively in the presence of AWGN noise. A new combining algorithm referred as ‘HARQ for Clipping’ is presented where soft bit decisions are combined from multiple transmissions. ‘HARQ for Clipping’ has been combined with the best version of the Equation-Method, and the performance of this approach is evaluated in terms of the BER with different levels of AWGN. It has been compared to other approaches from the literature and was found to out-perform the BNC iterative receiver by 3dB at signal to noise ratios around 10dB. Without HARQ, the best version of the Equation-Method performs better than the BNC receiver, at signal-to-nose ratios above about 17dB.

Die extrem große Bandbreite, die UWB-Systeme zur Übertragung von Daten nutzen können, ermöglicht theoretisch eine sehr hohe Datenrate. Eine mögliche Umsetzung der UWB-Technologie ist die sogenannte Multiband-Impuls-Radio-Architektur (MIRA). Dieses UWB-System basiert auf der Übertragung von Daten mittels kurzer Impulse parallel in mehreren Frequenzbändern. Als Empfänger kommen einfache Energiedetektoren zum Einsatz. Diese Komponenten haben entscheidenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems. Deshalb liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Untersuchung der Leistungsfähigkeit und im speziellen der Herleitung der Bitfehlerwahrscheinlichkeiten für Energiedetektoren in unterschiedlichen UWB-Kanälen. Aufgrund des sehr einfachen Aufbaus eines Energiedetektors wird dieser auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt. So werden Energiedetektoren zur Detektion von freien Bereichen im Übertragungsspektrum bei Cognitive Radio und für weitere unterschiedliche Übertragungssysteme wie z.B. Sensorsysteme mit geringer Datenrate und Übertragungssysteme die zusätzlich Ortung ermöglichen, genutzt.