This thesis treats of channel models for polarized multi-antenna wireless systems. Polarized multi-antenna systems are systems that use perpendicularly polarized, co-located antennas at the base station and at the mobile terminal, in order to benefit from the so-called polarization diversity. Such systems benefit from the advantages of MIMO systems while still maintaining a compact equipment size. Two models will be presented in this thesis. The first one is the Polarized-Input Polarized-Output (PIPO) channel model, the second one is the Polarized-Diffuse-Directional channel model. <p><p>The PIPO model is a statistical channel model for tri-polarized to tri-polarized communication systems. A tri-polarized antenna system is a tranceiver using three perpendicular antennas. The aim of the PIPO channel model is to have a model that has a simple mathematical structure, so it can be used for solving precoding equations or capacity calculations. Although the PIPO model has a very simple structure, it takes the following parameters into account: coherent channel component, cross-polar channel power imbalance, inter-channel correlation, short- and long-scale time variance. <p>Experimental measurements are used to parameterize the model. It is shown how the model parameters are extracted from experimental measurements, and the results are analyzed to allow further simplification of the model. <p><p>The PDD model, on the other hand, is a geometry-based stochastic channel model. It models the channel as a sum of clusters, where each cluster consists of groups of multipath components (MPCs). The PDD model includes two novelties that will be developed in detail in this thesis. <p>- The model considers polarization on a per-cluster basis. This permits to have a more accurate description of the polar-angular spectrum. <p>- The diffuse multipath component (DMC) is included by considering a diffuse component for each cluster. The diffuse cluster component is then modeled as the sum of a set of diffuse MPCs. <p>The model is specified in detail, and it is shown how the model can be generated. <p>Experimental measurements were carried out to parameterize the model. A new extraction technique for extracting the specular-diffuse clusters from the measurements is proposed. This technique is based on joint clustering of the specular MPCs and the bins of the diffuse component. The experimental results are analyzed, and superimposed with environment information to gain further insight into the physical aspects of clustered propagation. <p><p>Finally, both models are validated. Several validation metrics are introduced, and their pertinence in the context of polarized MIMO systems is highlighted. Both models are successfully validated, and the advantages and limitations of each models are investigated. <p><p>Cette thèse traite des modèles de canal pour systèmes sans-fils multi-antennes polarisés. Des systèmes multi-antennes polarisés sont des systèmes qui utilisent des antennes polarisées perpendiculairement co-localisées à la station de base et au terminal mobile, dans le but de bénéficier de la diversité de polarisation. De tels systèmes peuvent bénéficier des avantages des systèmes MIMO tout en diminuant l'encombrement des équipements. Deux modèles seront présentés dans cette thèse. Le premier est le modèle Polarized-Input Polarized-Output (PIPO), le second est le modèle Polarized-Diffuse-Directional (PDD). <p><p>Le modèle PIPO est un modèle statistique pour des systèmes de communication tri-polaire à tri-polaire. Un système tri-polaire est un émetteur ou un récepteur qui utilise trois antennes perpendiculaires. Le but du modèle de canal PIPO est d'avoir un modèle qui a une structure mathématique simple, afin qu'il puisse être utilisé pour résoudre des équations de précodage ou des calculs de capacité. Malgré la structure simple du modèle PIPO, il tient compte des paramètres suivants: la composante cohérente du canal, les différences de puissance entre canaux cross-polaires, la corrélation entre canaux, les variations à courte et à longue échelle de temps. Des mesures expérimentales ont été réalisées afin de paramétriser le modèle. Les techniques pour extraire les paramètres du modèle des mesures expérimentales sont présentées, et les résultats sont analysés afin de permettre une simplification supplémentaire du modèle. <p><p>Le modèle PDD, quant à lui, est un modèle de canal stochasique-géométrique. Il modélise le canal comme une somme de clusters, où chaque clusters est composé d'un groupe de chemins multi-trajets. Le modèle PDD inclut les deux nouveautés suivantes qui seront développées en détail dans cette thèse. <p>- Le modèle considère une polarisation par cluster. Ceci permet d'avoir une description plus exacte du spectre angulaire-polaire. <p>- La composante diffuse est prise en compte en incluant une composante diffuse pour chaque cluster. La composante diffuse d'un cluster est alors modelisée comme une somme de multi-trajets diffus. <p>Le modèle est spécifié en détail, et il est présenté comment le modèle peut être généré. Des mesures expérimentales ont été faites afin de paramétriser le modèle. Une nouvelle technique d'extraction est proposée pour extraire les clusters spéculaires-diffus. Cette technique est basée sur le clustering conjoint des multi-trajets spéculaires et des "bins" de la composante diffuse. Les résultats expérimentaux sont analysés, et superposés avec l'information de l'environnement de mesure afin d'avoir une connaissance accrue des aspects physiques de la propagation par clusters. <p><p>Finalement, les deux modèles sont validés. Plusieurs métriques de validations sont introduites, et leur pertinence dans le cadre des systèmes MIMO polarisés est mis en avant. Les deux modèles sont validés avec succès, et les avantages et limitations de chaque modèle sont investigués. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’estimation fonctionnelle basée sur les espaces de Hilbert à noyau reproduisant demeure un sujet de recherche actif pour l’identification des systèmes non linéaires. L'ordre du modèle croit avec le nombre de couples entrée-sortie, ce qui rend cette méthode inadéquate pour une identification en ligne. Le critère de cohérence est une méthode de parcimonie pour contrôler l’ordre du modèle. Le modèle est donc défini à partir d'un dictionnaire de faible taille qui est formé par les fonctions noyau les plus pertinentes.Une fonction noyau introduite dans le dictionnaire y demeure même si la non-stationnarité du système rend sa contribution faible dans l'estimation de la sortie courante. Il apparaît alors opportun d'adapter les éléments du dictionnaire pour réduire l'erreur quadratique instantanée et/ou mieux contrôler l'ordre du modèle.La première partie traite le sujet des algorithmes adaptatifs utilisant le critère de cohérence. L'adaptation des éléments du dictionnaire en utilisant une méthode de gradient stochastique est abordée pour deux familles de fonctions noyau. Cette partie a un autre objectif qui est la dérivation des algorithmes adaptatifs utilisant le critère de cohérence pour identifier des modèles à sorties multiples.La deuxième partie introduit d'une manière abrégée le palier magnétique actif (PMA). La proposition de contrôler un PMA par un algorithme adaptatif à noyau est présentée pour remplacer une méthode utilisant les réseaux de neurones à couches multiples / Function approximation methods based on reproducing kernel Hilbert spaces are of great importance in kernel-based regression. However, the order of the model is equal to the number of observations, which makes this method inappropriate for online identification. To overcome this drawback, many sparsification methods have been proposed to control the order of the model. The coherence criterion is one of these sparsification methods. It has been shown possible to select a subset of the most relevant passed input vectors to form a dictionary to identify the model.A kernel function, once introduced into the dictionary, remains unchanged even if the non-stationarity of the system makes it less influent in estimating the output of the model. This observation leads to the idea of adapting the elements of the dictionary to obtain an improved one with an objective to minimize the resulting instantaneous mean square error and/or to control the order of the model.The first part deals with adaptive algorithms using the coherence criterion. The adaptation of the elements of the dictionary using a stochastic gradient method is presented for two types of kernel functions. Another topic is covered in this part which is the implementation of adaptive algorithms using the coherence criterion to identify Multiple-Outputs models.The second part introduces briefly the active magnetic bearing (AMB). A proposed method to control an AMB by an adaptive algorithm using kernel methods is presented to replace an existing method using neural networks

Les futurs systèmes de communication mobile sont caractérisés par un déploiement de plus en plus dense de différents types de points d'accès sans fil. Afin d’atténuer les interférences dans ces systèmes, les techniques aux entrées multiples-sorties multiples (MIMO) ainsi que la coopération entre les émetteurs et/ou les récepteurs sont nécessaires. Les systèmes de communication mobile en deviennent plus complexes, ce qui impose une évolution des outils mathématiques permettant leur analyse. Ceux-ci doivent être capables de prendre en compte les caractéristiques les plus importantes du système, telles que l'affaiblissement de propagation, les interférences et l'information imparfaite d'état du canal. Le but de cette thèse est de développer de tels outils basés sur la théorie des grandes matrices aléatoires et de démontrer leur utilité à l'aide de plusieurs applications pratiques, telles que l'analyse des performances des systèmes « network MIMO » et des systèmes MIMO à grande échelle, la conception de détecteurs de faible complexité à expansion polynomiale, l'étude des techniques de précodage unitaire aléatoire, ainsi que l'analyse de canaux à relais multiples et de canaux à double diffusion. En résumé, les méthodes développées dans ce travail fournissent des approximations déterministes de la performance du système qui deviennent exactes en régime asymptotique avec un nombre illimité d'émetteurs et de récepteurs. Cette approche conduit souvent à des approximations de la performance du système étonnamment simples et précises et permet de tirer d’importantes conclusions sur les paramètres les plus pertinents. / Advanced mobile communication systems are characterized by a dense deployment of different types of wireless access points. Since these systems are primarily limited by interference, multiple-input multiple-output (MIMO) techniques as well as coordinated transmission and detection schemes are necessary to mitigate this limitation. Thus, mobile communication systems become more complex which requires that also the mathematical tools for their theoretical analysis must evolve. These must be able to take the most important system characteristics into account, such as fading, path loss, and interference. The aim of this thesis is to develop such tools based on large random matrix theory and to demonstrate their usefulness with the help of several practical applications, such as the performance analysis of network MIMO and large-scale MIMO systems, the design of low-complexity polynomial expansion detectors, and the study of random beamforming techniques as well as multi-hop relay and double-scattering channels. The methods developed in this work provide deterministic approximations of the system performance which become arbitrarily tight in the large system regime with an unlimited number of transmitting and receiving devices. This leads in many cases to simple and close approximations of the finite-size system performance and allows one to draw relevant conclusions about the most significant parameters. One can think of these methods as a way to provide a deterministic abstraction of the physical layer which substantially reduces the system complexity. Due to this complexity reduction, it is possible to carry out a system optimization which would be otherwise intractable.

L’utilisation d’une chambre réverbérante pour modéliser un canal de communication<p>sans fil a récemment été proposée. La chambre réverbérante est une cavité<p>métallique fermée dans laquelle se trouve une pale mécanique en mouvement<p>permettant de modifier les conditions aux limites et d’ainsi obtenir en moyenne<p>une répartition uniforme des champs. Cette cavité métallique fermée présente de<p>nombreux avantages pour modéliser un canal de communication. Citons principalement<p>le fait que l’environnement est reproductible grâce au mouvement de<p>la pale.<p>L’étude détaillée du canal de communication sans fil à l’intérieur de cet environnement<p>est le sujet de cette thèse. Nous développons à la fois une approche<p>théorique et expérimentale (dans 3 chambres réverbérantes différentes). En particulier,<p>on caractérise ce canal dans les dimensions temporelles, fréquentielles<p>et spatiales afin de dériver ensuite un modèle de canal. Nous nous intéressons en<p>particulier aux systèmes sans fil multi-antennes car ceux-ci exploitent les trois<p>dimensions (temps, fréquence, position).<p>Ensuite, nous comparons l’environnement en chambre réverbérante au cas d’un<p>environnement confiné, à savoir une voiture. Nous testons également une chaîne<p>complète de transmission OFDM et SC-FDE sur base du modèle de canal en<p>chambre développé dans cette thèse.<p>Enfin, nous présentons un nouveau système de test composé de deux chambres<p>réverbérantes couplées à l’aide d’un guide d’ondes dont les dimensions transverses<p>peuvent être changées. Grâce à ce guide d’ondes, le degré de liberté du<p>canal multi-antennes peut être contrôlé. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished