Dans un avenir proche, l'utilisation des bandes libres à 60 GHz permettra des débits de plusieurs Gb/s sur de courtes distances. Cependant, la conception de ces systèmes de communication sans fil dépendra fortement des caractéristiques du canal de propagation. L'objectif de cette thèse porte sur la caractérisation spatiotemporelle du canal de propagation afin de quantifier l'apport des techniques multi antennes (MIMO) sur les performances de la communication. Un sondeur de canal adapté à cette bande passante est développé afin d'effectuer des mesures intensives de caractérisation à l'intérieur des bâtiments. Pour la caractérisation théorique du canal, le modèle déterministe de tracé de rayons fut complété pour prendre en compte i) la diffraction sur les arêtes horizontales d'un obstacle rectangulaire, une nouvelle méthode hybride basée sur la théorie uniforme de la diffraction et de l'optique physique a été proposée et validée, ii) les caractéristiques de diffusion pour des matériaux typiquement rencontrés dans les constructions, ces caractéristiques ayant été estimées à partir de la caractérisation expérimentale. Ces résultats ont montré que l'introduction des coefficients de diffusion pour chaque matériau améliore la précision du modèle contrairement à ce qui peut être trouvé dans la littérature où un paramètre moyen de diffusion est proposé pour un environnement donné. Enfin, à partir des mesures de sondage de canal, les simulations des performances du standard IEEE 802.15c MIMO-OFDM montrent que l'utilisation des techniques multi antennes peut à la fois augmenter le débit d' un facteur de 3,7 et la distance de communication d'un mètre. / The use of the license-free 60-GHz frequency band will allow multi-Gb/s data transmission over short distances. The design of these wireless communication systems strongly depends on the propagation channel. The objective of the thesis focuses on the multidimensionnal channel characterization to quantify at the end the contribution of multi-antenna techniques (MIMO) on the performance of communication. A wideband mm-W frequency channel sounder was developed and has allowed extensive indoor channel measurements. In order to compare experimental results with theoretical value, the ray tracing tool was improved. Taking into account the diffraction that takes place at the top of a rectangular obstacle, a new method based on a hybrid uniform theory of diffraction-physical optics has been proposed and validated. Experimental results had also allowed to quantify the diffuse parameters for materials usually found in indoor environments. It was shown that introducing the contribution of diffuse scattering improves the accuracy of the RT tool unlike what it can be found in the literature where an average diffuse scattering parameter is proposed for a given environment. Finally, based on the channel measurements, the performance of IEEE 802.15.3c MIMO-OFDM systems was performed and the results show that the use of antennas array at both the transmitter and receiver side could increase both the throughput by a factor of 3.7 and the communication distance by 1 meter.

Nous montrons après une revue des modèles de canaux sans fil que le «room electromagnetics» est un modèle approprié pour aborder l'absorption humaine due aux ondes électromagnétique diffuses. Une méthode pour déterminer le temps de réverbération dans une chambre réverbérante est présentée et validée avec un algorithme à haute résolution. La section transversale d'absorption due aux champs diffus (ACSwb,dmc) est ensuite présentée. Une méthode expérimentale pour déterminer le ACSwb,dmc d'un fantôme est développée et validée par des simulations numériques. Les propriétés du temps de réverbération sont étudiées dans plusieurs environnements à Gand et Aalborg, en utilisant le sondeur de canal virtuel MIMO et le sondeur de canal réel. Les valeurs du temps de réverbération permettant ensuite la détermination du ACSwb,dmc. En outre, nous présentons pour la première fois une méthode expérimentale pour déterminer le débit d'absorption spécifique (SARwb) dans des conditions de propagation réalistes en environnements intérieurs. Plusieurs scénarii ont été envisagés et il s’avère que la contribution des champs diffus dans le débit d'absorption spécifique peut être importante et ne peut être systématiquement négligé.Par ailleurs, une simple formule (comme une alternative aux méthodes numériques et expérimentales) est proposée pour déterminer le SARwb d’humains en présence de champs diffus. La formule est validée par des simulations numériques de fantômes humains hétérogènes et peut être utilisée en dosimétrie pour évaluer rapidement et avec précision le SARwb,total des humains.Enfin, la conclusion et des futures possibilités de recherche concluent cette thèse. / We briefly review the modeling of wireless channels. We demonstrate that the room electromagnetics is a suitable channel model to address the human absorption due to diffuse fields. Next, an easy-to-implement methodology to determine the reverberation time in a reverberation chamber is presented and validated with a high-resolution algorithm. Then, we introduce the absorption cross section in diffuse fields (ACSwb,dmc). An experimental method to determine the ACSwb,dmc of a canonical phantom is developed and validated via numerical simulations. The reverberation time properties are investigated in several offices in Ghent (Belgium), and in Aalborg (Denmark), using the virtual Multiple-Input Multiple-Ouput channel sounder and the real channel sounder. Next, the reverberation time values allow us the measurement of the ACSwb,dmc of humans in a realistic office. We then address for the first time an experimental method to determine the whole-body averaged specific energy absorption rate (SARwb) of humans under realistic propagation conditions in indoor environments. Several scenarios have been considered and we show that the contribution of the diffuse fields in the absorption rate of humans may be prominent and cannot be systematically neglected. Moreover, a simple formula (as an alternative to numerical and experimental approaches) is proposed to determine the total SARwb of humans in presence of diffuse fields. The formula is validated via numerical simulations of four 3-D heterogeneous human models and can be used in dosimetry studies to assess accurately and rapidly the total SARwb of humans.Finally, a conclusion and future research opportunities end this thesis.

Les télécommunications sans fil connaissent un intérêt toujours soutenu depuis plus d'une décennie car elles permettent une simplification des infrastructures par rapport aux télécommunications filaires, une mobilité accrue des terminaux, et finalement un usage plus souple pour l'utilisateur.<br /><br />Le défi actuel de ce champ des télécommunications est d'assurer une augmentation des débits de transmission. Pour cela plusieurs techniques sont envisagées, parmi lesquelles la montée en fréquence vers le spectre des ondes millimétriques. Cette approche est à la base de cette thèse qui présente les résultats de la caractérisation et de la modélisation statistique du canal de propagation intra-bâtiment à 60 GHz. Ces travaux sont basés sur plusieurs campagnes de mesure menées principalement en milieu résidentiel.<br /><br />Les principaux résultats soulignent l'importance du problème d'obstruction provoqué par l'activité humaine, ainsi que la difficulté de la propagation entre les pièces d'un bâtiment. Enfin, ces mesures révèlent que la mise en œuvre d'une diversité angulaire au sein du réseau devrait permettre de contrer ces deux difficultés. Par ailleurs, sont proposés des modèles de la propagation spatio-temporel et variant dans le temps, basés sur les propriétés statistiques des différentes caractéristiques du canal.

L'Ultra Wide Band (UWB) est une technique de communication radio à haut débit et courte portée qui utilise des bandes de fréquence de 500 MHz à plusieurs GHz. Cette thèse présente une caractérisation expérimentale du canal de propagation UWB afin de proposer des modèles pour le développement de ces systèmes.<br />Les deux techniques de sondage proposées permettent la mesure du canal statique dans la bande 3,1 – 11,1 GHz et le sondage en temps réel dans la bande 4 – 5 GHz. Plusieurs campagnes de mesure réalisées en environnement intérieur de bureau sont détaillées. Leur analyse permet de dégager les paramètres grande échelle et les évanouissements rapides du canal statique, avec une étude particulière de l'influence de la fréquence. Des études spécifiques sont dédiées aux variations du canal UWB dues au mouvement des antennes et au passage de personnes. Un modèle statistique est proposé, permettant de reproduire les effets du canal de propagation UWB, en configurations statique et dynamique.