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.

Cette thèse aborde la problématique de la modélisation multiphysique en génie électrique, avec une application à l'étude des vibrations d'origine électromagnétique des cages de développantes. Cette étude comporte quatre parties : la construction de la densité de courant, le calcul des forces locales, le transfert de solutions entre maillages et la résolution des problèmes couplés. Un premier enjeu est de correctement représenter les courants, cette opération est effectuée en deux étapes : la construction de la densité de courant et l'annulation de la divergence. Si des structures complexes sont utilisées, l'imposition du courant ne peut pas toujours être réalisée à l'aide de méthodes analytiques. Une méthode basée sur une résolution électrocinétique ainsi qu'une méthode purement géométrique sont testées. Cette dernière donne des résultats plus proches de la densité de courant réelle. Parmi les nombreuses méthodes de calcul de forces, les méthodes des travaux virtuels et des forces de Laplace, considérées par la littérature comme les plus adaptées au calcul des forces locales, ont été étudiées. Nos travaux ont montré que bien que les forces de Laplace sont particulièrement précises, elles ne sont pas valables si la perméabilité n'est plus homogène. Ainsi, la méthode des travaux virtuels, applicable de manière universelle, est préférée. Afin de modéliser des problèmes multi-physiques complexes à l'aide de plusieurs codes de calculs dédiés, des méthodes de transferts entre maillages non conformes ont été développées. Les procédures d'interpolations, les méthodes localement conservatives et les projections orthogonales sont comparées. Les méthodes d'interpolations sont réputées rapides mais très diffusives tandis que les méthodes de projections sont considérées comme les plus précises. La méthode localement conservative peut être vue comme produisant des résultats comparables aux méthodes de projections, mais évite l'assemblage et la résolution de systèmes linéaires. La modélisation des problèmes multi-physiques est abordée à l'aide des méthodes de transferts de solutions. Pour une classe de problème donnée, l'assemblage d'un schéma de couplage n'est pas unique. Des tests sur des cas analytiques sont réalisés afin de déterminer, pour plusieurs types de couplages, les stratégies les plus appropriées.Ces travaux ont permis une application à la modélisation magnéto-mécanique des cages de développantes est présentée.

Dans cette thèse, nous proposons d'optimiser la longueur de la séquence d'apprentissage quand un détecteur basé sur le critère Maximum a posteriori (MAP) est utilisé. Nous considérons une transmission mono-antenne sur un canal sélectif en fréquence et une transmission multi-antennes (MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) sur un canal non sélectif en fréquence. Nous étudions le cas d'un récepteur non itératif et le cas d'un turbo-détecteur composé d'un détecteur MAP d'un décodeur MAP. La longueur optimale de la séquence d'apprentissage est trouvée en maximisant un Rapport Signal à Bruit (RSB) utile qui tient compte de la perte en termes de débit due à l'utilisation des symboles pilotes. Nous considérons ensuite un système OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) mono-antenne. Nous considérons le cas où le mode FDD (Frequency Division Duplexing) est utilisé. Nous étudions le problème de l'optimisation conjointe de la voie de retour et de l'allocation des puissances. Nous proposons aussi des algorithmes d'allocation de la modulation à faible complexité utilisant une quantité limitée de ressources sur la voie de retour pour un système OFDM. Nous mettons en évidence deux méthodes pour utiliser la voie de retour et donnons une condition analytique permettant de choisir entre ces deux méthodes.

L'idée des turbo-codes, construction très performante permettant l'encodage de l'information classique, ne pouvait jusqu'à présent pas être transposé au problème de l'encodage de l'information quantique. En effet, il subsistait des obstacles tout aussi théoriques que relevant de leur implémentation. A la version quantique connue de ces codes, on ne connaissait ni de résultat établissant une distance minimale infinie, propriété qui autorise de corriger un nombre arbitraire d'erreurs, ni de décodage itératif efficace, car les turbo-encodages quantiques, dits catastrophiques, propagent certaines erreurs lors d'un tel décodage et empêchent son bon fonctionnement. Cette thèse a permis de relever ces deux défis, en établissant des conditions théoriques pour qu'un turbo-code quantique ait une distance minimale infinie, et d'autre part, en exhibant une construction permettant au décodage itératif de bien fonctionner. Les simulations montrent alors que la classe de turbo-codes quantiques conçue est efficace pour transmettre de l'information quantique via un canal dépolarisant dont l'intensité de dépolarisation peut aller jusqu'à p = 0,145. Ces codes quantiques, de rendement constant, peuvent aussi bien être utilisés directement pour encoder de l'information quantique binaire, qu'être intégrés comme modules afin d'améliorer le fonctionnement d'autres codes tels que les LDPC quantiques.

This research investigates techniques for iterative channel estimation to maximize channel capacity and communication security. The contributions of this dissertation are as follows: i) An accurate, low-complexity approach to pilot-assisted fast-fading channel estimation for single-carrier modulation with a turbo equalizer and a decoder is proposed. The channel is estimated using a Kalman filter (KF) followed by a zero-phase filter (ZPF) as a smoother. The combination of the ZPF with the KF of the channel estimator makes it possible to reduce the estimation error to near the Wiener bound. ii) A new semi-blind channel estimation technique is introduced for multiple-input-multiple-output channels. Once the channel is estimated using a few pilots, a low-order KF is employed to progressively predict the channel gains for the upcoming blocks. iii) The capacity of radio channels is investigated when iterative channel estimation, data detection, and decoding are employed. By taking the uncertainty in decoded data bits into account, the channel Linear Minimum Mean Square Error (LMMSE) estimator of an iterative receiver with a given pilot ratio is obtained. The derived error value is then used to derive a bound on capacity. It is shown that in slow fading channels, iterative processing provides only a marginal advantage over non-iterative approach to channel estimation. Knowing the capacity gain from iterative processing versus purely pilot-based channel estimation helps a designer to compare the performance of an iterative receiver against a non-iterative one and select the best balance between performance and cost. iv) A Radio channel is characterized by random parameters which can be used to generate shared secret keys by the communicating parties when the channel is estimated. This research studies upper bounds on the rate of the secret keys extractable from iteratively estimated channels. Various realistic scenarios are considered where the transmission is half-duplex and/or the channel is sampled under the Nyquist rate. The effect of channel sampling interval, fading rate and noise on the key rate is demonstrated. The results of this research can be beneficial for the design and analysis of reliable and secure mobile wireless systems. / Graduate / 0544

Sum-product algorithm can be employed for obtaining the marginal probability density functions from a given joint probability density function (p.d.f.). The sum-product algorithm operates on a factor graph which represents the dependencies of the random variables whose joint p.d.f. is given. The sum-product algorithm can not be operated on factor-graphs that contain loops. For these factor graphs iterative sum-product algorithm is used. A factor graph which contains loops can be divided in to loop-free sub-graphs. Sum-product algorithm can be operated in these loop-free sub-graphs and results of these sub-graphs can be combined for obtaining the result of the whole factor graph in an iterative manner. This method may increase the convergence rate of the algorithm significantly while keeping the complexity of an iteration and accuracy of the output constant. A useful by-product of this research that is introduced in this thesis is a good approximation to message calculation in factor nodes of the inter-symbol interference (ISI) factor graphs. This approximation has a complexity that is linearly proportional with the number of neighbors instead of being exponentially proportional. Using this approximation and the sub-graph idea we have designed and simulated joint decoding-equalization (turbo equalization) algorithm and obtained good results besides the low complexity.

L'utilisation de la modulation à phase continue (CPM) est particulièrement intéressante lorsque le canal de communication comporte une forte non-linéarité et un support spectral limité, en particulier pour la voie aller, lorsque l'on dispose d'un amplificateur par porteuse à bord du satellite, et pour la voie retour où le terminal d'émission travaille à saturation. De nombreuses études ont été effectuées sur le sujet mais les solutions proposées reposent sur la démodulation/décodage itératif des CPM couplées à un code correcteur d'erreur de type convolutif ou bloc. L'utilisation de codes LDPC n'a pas été à ce jour abordée de façon précise. En particulier, il n'existe pas à notre connaissance de travaux sur l'optimisation des codes basés sur des graphes creux adaptés à ce type de schémas. Dans cette étude, nous proposons d'effectuer l'analyse asymptotique et le design d'un schéma Turbo-CPM basé sur des graphes creux. Une étude du récepteur associé comportant les fonctions de démodulation sera également effectuée. / The use of the continuous phase modulation (CPM) is interesting when the channel represents a strong non-linearity and in the case of limited spectral support; particularly for the uplink, where the satellite holds an amplifier per carrier, and for downlinks where the terminal equipment works very close to the saturation region. Numerous studies have been conducted on this issue but the proposed solutions use iterative CPM demodulation/decoding concatenated with convolutional or block error correcting codes. The use of LDPC codes has not yet been introduced. Particularly, no works, to our knowledge, have been done on the optimization of sparse graph-based codes adapted for the context described here. In this study, we propose to perform the asymptotic analysis and the design of turbo-CPM systems based on the optimization of sparse graph-based codes. Moreover, an analysis on the corresponding receiver will be done.

Orientador: Celso de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T06:34:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mataveli_LuisOtavio_M.pdf: 877476 bytes, checksum: afc5fb9153e7311af03669d45d798a73 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O desempenho dos sistemas de comunicação sem fio que utilizam a técnica de múltiplo acesso CDMA é limitado pela interferência. A proposição de um algoritmo de escolha de seqüências de espalhamento foi feita para buscar uma diminuição na interferência média do sistema. Nos padrões atuais, como CDMA2000 e WCDMA, não são definidos nenhum critério para escolha das seqüências. Por isso, nesta dissertação será analisado o desempenho do algoritmo de escolha de seqüências de espalhamento proposto anteriormente juntamente com o uso de códigos corretores de erro em canais com desvanecimento seletivo em freqüência. Será analisado o comportamento das seqüências Walsh, Gold e m-deslocadas. O algoritmo analisado apresenta bons resultados sem o uso de codificação, mas, como maneira de analisar um sistema mais próximo do real, serão utilizados os códigos convolucionais e turbo. Palavras-chave: Algoritmo de busca, sistemas CDMA, espalhamento espectral, códigos convolucionais, códigos turbo. / Abstract: The performance of wireless communication systems that use the multiple access code division technique, CDMA, is interference-limited. A sequence selection algorithm allows a reduction in the mean interference of the system. In the standards like CDMA2000 and WCDMA no algorithm is defined for choosing the sequences. For this reason, in this dissertation we evaluate the performance of the proposed spread sequences selection algorithm together with error correcting codes over frequency selective fading channels. It is analyzed the behavior of Walsh, Gold, and shifted-m sequences. The algorithm had shown good results without channel coding, but to analyze a system similar to a real one, convolutional and turbo codes are going to be used. Key words: Selection algorithm, CDMA systems, spread spectrum, convolutional codes, turbo codes. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

En raison de la tendance grandissante du downsizing, des hautes performances, des réductions de la consommation et des émissions des véhicules modernes, la turbocompression des moteurs thermiques s’avère de plus en plus innovante et technologique. Leader dans ce domaine, Honeywell Turbo Technologies s’intéresse à deux axes de recherche majeurs des systèmes lubrifiés. Un délai temporel est couramment observé entre l’appui sur la pédale d’accélérateur et l’augmentation de la pression de l’air ambiant du côté de la roue compresseur. Il s’agit du décalage turbo ou turbo lag. Celui-ci a pour origine principale l’existence d’un couple de frottement parasite au sein de la butée. En ce qu’il pénalise les performances du turbo et limite le confort de conduite, la réduction du turbo lag constitue un enjeu majeur de l’industrie des turbocompresseurs automobiles. En tant que phénomène présent à chaque instant du fonctionnement du véhicule, les pulsations moteurs constituent également un axe de recherche primordial. Celles-ci proviennent des ouvertures et fermetures successives des soupapes des cylindres et résultent en d’importantes variations de la charge axiale appliquée à la butée du turbocompresseur. Or le dimensionnement actuel de la butée se basant sur l’étude stationnaire des cas critiques de la vie réelle du moteur, l’influence de ces pulsations sur le comportement de la butée doit être déterminée. Ce manuscrit présente une modélisation thermohydrodynamique du contact de la butée appliquée au cas des turbocompresseurs. Une équation de Reynolds modifiée est établie et intègre le modèle Modifié de Phan-Thien et Tanner. Elle relie les caractéristiques rhéologiques des huiles de moteurs actuelles au comportement macro-moléculaire des additifs à longues chaînes de polymères qu’elles contiennent. La nécessité de considérer les effets inertiels du fluide ainsi que la recirculation inter-patin est démontrée. L’influence de l’élasticité du lubrifiant sur la dissipation d’énergie au sein du contact est analysée numériquement. Il est montré qu’un compromis sur l’élasticité du lubrifiant peut mener à une réduction du turbo lag. De plus, un banc d’essai est développé en régime transitoire afin de mettre en évidence l’influence des pulsations moteurs sur les performances de la butée. Les résultats obtenus expérimentalement corroborent les effets dynamiques observés par les prédictions numériques. / With increasing focus on downsizing, high performances, low fuel consumption and emission reduction of modern vehicles, turbochargers of combustion engines have become more and more innovative and technological. Leader in this field, Honeywell Turbo Technologies is interested in two major lines of research regarding lubricated contacts. A delay in response time is frequently observed between the gas pedal push and the pressure rise of ambient air at the compressor wheel. It is called turbo lag. This phenomenon is mainly induced by a parasitic frictional torque existing in the thrust bearing contact. Penalizing turbochargers performances and drivability, the reduction of turbo lag constitutes a major concern for the automotive turbocharger industry. As an event constantly occurring on working engines, exhaust gas pulsations represent an essential line of research. Due to successive openings and closings of engine valves, these pulsations result in significant axial load variations applied to the turbocharger thrust bearing. Current sizing of thrust bearing design resting on steady state studies of critical on-engine cases, the influence of exhaust gas pulsations on the thrust bearing behavior needs to be determined. This thesis presents a thermohydrodynamic model of the thrust bearing contact applied to turbochargers. A Modified Reynolds equation is established and uses the Modified Phan-Thien and Tanner model. It connects rheological characteristics of current engine oils to the behavior of long polymeric chain additives they contain. The necessity for fluid inertia and oil recirculation to be considered is demonstrated. The influence of oil elasticity on energy dissipation within the contact is numerically analyzed. A compromise on the extent of oil elasticity can lead to a turbo lag reduction. In addition, a thrust bearing rig is developed to highlight the influence of exhaust gas pulsations on thrust bearing performances. Experimental results support dynamic effects predicted by simulations.

In a wireless communication system the transmitted information is subjected to a number of impairments, among which inter-symbol interference (ISI), thermal noise and fading are the most prevalent. Owing to the dispersive nature of the communication channel, ISI results from the arrival of multiple delayed copies of the transmitted signal at the receiver. Thermal noise is caused by the random fluctuation on electrons in the receiver hardware, while fading is the result of constructive and destructive interference, as well as absorption during transmission. To protect the source information, error-correction coding (ECC) is performed in the transmitter, after which the coded information is interleaved in order to separate the information to be transmitted temporally. Turbo equalization (TE) is a technique whereby equalization (to correct ISI) and decoding (to correct errors) are iteratively performed by iteratively exchanging extrinsic information formed by optimal posterior probabilistic information produced by each algorithm. The extrinsic information determined from the decoder output is used as prior information by the equalizer, and vice versa, allowing for the bit-error rate (BER) performance to be improved with each iteration. Turbo equalization achieves excellent BER performance, but its computational complexity grows exponentially with an increase in channel memory as well as with encoder memory, and can therefore not be used in dispersive channels where the channel memory is large. A number of low complexity equalizers have consequently been developed to replace the maximum a posteriori probability (MAP) equalizer in order to reduce the complexity. Some of the resulting low complexity turbo equalizers achieve performance comparable to that of a conventional turbo equalizer that uses a MAP equalizer. In other cases the low complexity turbo equalizers perform much worse than the corresponding conventional turbo equalizer (CTE) because of suboptimal equalization and the inability of the low complexity equalizers to utilize the extrinsic information effectively as prior information. In this thesis the author develops two novel iterative low complexity turbo equalizers. The turbo equalization problem is modeled on superstructures, where, in the context of this thesis, a superstructure performs the task of the equalizer and the decoder. The resulting low complexity turbo equalizers process all the available information as a whole, so there is no exchange of extrinsic information between different subunits. The first is modeled on a dynamic Bayesian network (DBN) modeling the Turbo Equalization problem as a quasi-directed acyclic graph, by allowing a dominant connection between the observed variables and their corresponding hidden variables, as well as weak connections between the observed variables and past and future hidden variables. The resulting turbo equalizer is named the dynamic Bayesian network turbo equalizer (DBN-TE). The second low complexity turbo equalizer developed in this thesis is modeled on a Hopfield neural network, and is named the Hopfield neural network turbo equalizer (HNN-TE). The HNN-TE is an amalgamation of the HNN maximum likelihood sequence estimation (MLSE) equalizer, developed previously by this author, and an HNN MLSE decoder derived from a single codeword HNN decoder. Both the low complexity turbo equalizers developed in this thesis are able to jointly and iteratively equalize and decode coded, randomly interleaved information transmitted through highly dispersive multipath channels. The performance of both these low complexity turbo equalizers is comparable to that of the conventional turbo equalizer while their computational complexities are superior for channels with long memory. Their performance is also comparable to that of other low complexity turbo equalizers, but their computational complexities are worse. The computational complexity of both the DBN-TE and the HNN-TE is approximately quadratic at best (and cubic at worst) in the transmitted data block length, exponential in the encoder constraint length and approximately independent of the channel memory length. The approximate quadratic complexity of both the DBN-TE and the HNN-TE is mostly due to interleaver mitigation, requiring matrix multiplication, where the matrices have dimensions equal to the data block length, without which turbo equalization using superstructures is impossible for systems employing random interleavers. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2013. / gm2013 / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted