Un développement technologique rapide dans le domaine de télécommunication, qu'il s'agisse de la téléphonie mobile, des réseaux sans fils, de la télévision par satellites, ou des applications radar (civiles ou militaires)...etc. est observé. Cet essor considérable a engendré d'énormes besoins et entraîne une évolution technologique majeure au niveau des antennes. Ces dernières doivent faire face aux différentes exigences, à savoir l'augmentation du gain, l'élargissement de la bande passante… et aux différents problèmes existant, à savoir le coût, l’encombrement…etc. Notre objectif est donc de concevoir des topologies d’antennes simples, à faible encombrement et à gain relativement élevé avec un fonctionnement multibande et/ou ultra large bande. Pour cela nous nous sommes orientés vers des antennes à résonateur diélectrique (ARD) dans les bandes UHF et SHF. Récemment, elles ont fait l’objet de plusieurs recherches et ont acquis un grand intérêt du monde académique et industriel. Les ARDs, par leurs simples et diverses géométries, peuvent être alimentées par différentes usuelles techniques. En outre, leurs tailles peuvent être plus petites que leurs homologues à savoir les antennes imprimées. Une première partie de ce travail s’est concentré sur l’étude des ARDs de forme cylindrique, puis une validation de l’outil de simulation par comparaison avec la mesure. En vue d’une utilisation multistandards, d’un élargissement des bandes de fonctionnement ou d’une modification de la fréquence, une seconde partie a été consacrée à l’étude de nouvelles topologies de résonateurs basées sur un empilement vertical et radial de deux cylindres, une topologie en multicouche et en anneau. Les résultats obtenus trouvent leurs applications dans le GSM900-DSC1800, UMTS, WIFI… / A fast technological development in the telecommunications domain, as mobile telephony, wireless networks, TV over Satellite, Radar Applications (civil or military)…etc, is observed. This considerable growth has led to enormous needs and caused a major technological evolution in antennas. These have to face different needs such as gain improvement, bandwidth enlargement, and different existing problems, such as cost and overcrowding…etc. Though, our goal is to design antenna topologies that are simple, having Low overcrowding and relatively with high gain operating in multiband and/or ultra large. To achieve this we headed to Dielectric Resonator Antennas (DRA) in UHF and SHF bands. Recently they have been the subject of several studies and have gained great interest from both academic and industrial sectors. Due to their diverse and simple geometries, they can be fed with different usual techniques. Furthermore, they can be smaller than patch antennas. The first part of this work has focused on the study of cylindrical DRAs, and then a validation of the simulating tool has been done after comparison with measurement results. For a multi-standard utilization, enlargement antennas’ operating bands, to have bi-band behaviour, get a modification of the resonant frequency and also a reduction of the overcrowding, the second part is dedicated to the study of new resonator topologies based on a vertical and radial stack of two cylinders, and then a multilayer and ring topologies. The obtained results found their applications in GSM900-DCS1800-UMTS-WiFi…

Abstract In the last few years, location-awareness has emerged as a key technology for the future development of mobile, ad hoc and sensor networks. Thanks to location information, several network optimization strategies as well as services can be developed. However, the problem of determining accurate location, i.e. positioning, is still a challenge and robust algorithms are yet to be developed. In this thesis, we focus on the development of distance-based non-cooperative and cooperative algorithms, which is derived based on a non-parametric non- Bayesian framework, specifically with a Weighted Least Square (WLS) optimization. From a theoretic perspective, we study the WLS problem and establish the optimality through the relationship with a Maximum Likelihood (ML) estimator. We investigate the fundamental limits and derive the consistency conditions by creating a connection between Euclidean geometry and inference theory. Furthermore, we derive the closed-form expression of a distance-model based Cramér-Rao Lower Bound (CRLB), as well as the formulas, that characterize information coupling in the Fisher information matrix. Non-cooperative positioning is addressed as follows. We propose a novel framework, namely the Distance Contraction, to develop robust non-cooperative positioning techniques. We prove that distance contraction can mitigate the global minimum problem and structured distance contraction yields nearly optimal performance in severe channel conditions. Based on these results, we show how classic algorithms such as the Weighted Centroid (WC) and the Non-Linear Least Square (NLS) can be modified to cope with biased ranging. For cooperative positioning, we derive a novel, low complexity and nearly optimal global optimization algorithm, namely the Range-Global Distance Continuation method, to use in centralized and distributed positioning schemes. We propose an effective weighting strategy to cope with biased measurements, which consists of a dispersion weight that captures the effect of noise while maximizing the diversity of the information, and a geometric-based penalty weight, that penalizes the assumption of bias-free measurements. Finally, we show the results of a positioning test where we employ the proposed algorithms and utilize commercial Ultra-Wideband (UWB) devices. / Tiivistelmä Viime vuosina paikkatietoisuudesta on tullut eräs merkittävä avainteknologia mobiili- ja sensoriverkkojen tulevaisuuden kehitykselle. Paikkatieto mahdollistaa useiden verkko-optimointistrategioiden sekä palveluiden kehittämisen. Kuitenkin tarkan paikkatiedon määrittäminen, esimerkiksi kohteen koordinaattien, on edelleen vaativa tehtävä ja robustit algoritmit vaativat kehittämistä. Tässä väitöskirjassa keskitytään etäisyyspohjaisten, yhteistoiminnallisten sekä ei-yhteistoiminnallisten, algoritmien kehittämiseen. Algoritmit pohjautuvat parametrittömään ei-bayesilaiseen viitekehykseen, erityisesti painotetun pienimmän neliösumman (WLS) optimointimenetelmään. Väitöskirjassa tutkitaan WLS ongelmaa teoreettisesti ja osoitetaan sen optimaalisuus todeksi tarkastelemalla sen suhdetta suurimman todennäköisyyden (ML) estimaattoriin. Lisäksi tässä työssä tutkitaan perustavanlaatuisia raja-arvoja sekä johdetaan yhtäpitävyysehdot luomalla yhteys euklidisen geometrian ja inferenssiteorian välille. Väitöskirjassa myös johdetaan suljettu ilmaisu etäisyyspohjaiselle Cramér-Rao -alarajalle (CRLB) sekä esitetään yhtälöt, jotka karakterisoivat informaation liittämisen Fisherin informaatiomatriisiin. Väitöskirjassa ehdotetaan uutta viitekehystä, nimeltään etäisyyden supistaminen, robustin ei-yhteistoiminnallisen paikannustekniikan perustaksi. Tässä työssä todistetaan, että etäisyyden supistaminen pienentää globaali minimi -ongelmaa ja jäsennetty etäisyyden supistaminen johtaa lähes optimaaliseen suorituskykyyn vaikeissa radiokanavan olosuhteissa. Näiden tulosten pohjalta väitöskirjassa esitetään, kuinka klassiset algoritmit, kuten painotetun keskipisteen (WC) sekä epälineaarinen pienimmän neliösumman (NLS) menetelmät, voidaan muokata ottamaan huomioon etäisyysmittauksen harha. Yhteistoiminnalliseksi paikannusmenetelmäksi johdetaan uusi, lähes optimaalinen algoritmi, joka on kompleksisuudeltaan matala. Algoritmi on etäisyyspohjainen globaalin optimoinnin menetelmä ja sitä käytetään keskitetyissä ja hajautetuissa paikannusjärjestelmissä. Lisäksi tässä työssä ehdotetaan tehokasta painotusstrategiaa ottamaan huomioon mittausharha. Strategia pitää sisällään dispersiopainon, joka tallentaa häiriön aiheuttaman vaikutuksen maksimoiden samalla informaation hajonnan, sekä geometrisen sakkokertoimen, joka rankaisee harhattomuuden ennakko-oletuksesta. Lopuksi väitöskirjassa esitetään tulokset kokeellisista mittauksista, joissa ehdotettuja algoritmeja käytettiin kaupallisissa erittäin laajakaistaisissa (UWB) laitteissa.

Abstract Impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) technology, due to its baseband signaling, potentially offers a low cost, low complexity and low power consumption option for different short range sensor network applications. These sensor networks can be applied to many kinds of future implementations, including the Internet of Things (IoT) applications. In the medical and healthcare context, the term wireless body area network (WBAN) is often used, but, as mentioned, the wireless technology itself can be applied to any kind of body, e.g., to car or robot body networks. This thesis studies IR-UWB receivers’ performances in different hospital environment channel models by means of computer simulation. The main focus is on receivers that are capable of detecting the signals specified either in the IEEE 802.15.4-2015 or in the IEEE 802.15.6-2012 standards. The used channel models from two independent research groups include both on-body to on-body and on-body to off-body scenarios in different hospital environments. The evaluations and comparisons of various receivers include energy detector (ED) and rake receivers, the latter with both selective- and partial-rake structures. One of the studied receiver structures is further analyzed as it was noticed that the simulation results did not correspond to the assumed theoretical bit error probability (BEP) curves. Along the standards based studies, some modifications are also suggested for the two existing IR-UWB standards for increased compatibility and improved performance. One of the propositions resulted a Patent Cooperation Treaty (PCT) patent application. Additionally, an extensive survey is provided offering a compilation which includes presentations of IR-UWB research by other researchers, existing standards’ IR-UWB physical layer (PHY) specifications and the main global regulations concerning UWB. / Tiivistelmä Erittäin laajakaistainen impulssiradioteknologia (IR-UWB) tarjoaa potentiaalisen vaihtoehdon yksinkertaisille, edullisille ja matalan tehonkulutuksen omaaville lähetin-vastaanotin-ratkaisuille, jotka soveltuvat lyhyen kantaman sensoriverkkoihin. Nämä sensoriverkot ovat monikäyttöisiä soveltuen esimerkiksi tulevaisuuden esineiden internetin (IoT) tiedonsiirtoratkaisuiksi. Esimerkiksi sairaanhoidon ja terveydenhuollon asiayhteyksissä käytetään monesti termiä langaton kehoverkko (WBAN), joka voidaan asentaa monenlaisiin eri sovelluskohteisiin kuten autoon tai vaikkapa robotin "keholle". Tässä väitöskirjassa on tutkittu tietokonesimulaatioiden avulla erilaisten IR-UWB vastaanotinrakenteiden suorituskykyä sairaalaympäristöä mallintavissa radiokanavissa. Tutkimuksen painopiste on vastaanottimissa, jotka kykenevät vastaanottamaan joko IEEE 802.15.4-2015- tai IEEE 802.15.6-2012-standardeissa määritellyn signaalin. Sairaalaympäristöä mallintavat radiokanavat perustuvat kahden toisistaan riippumattoman tutkijaryhmän mallinnuksiin, jotka sisältävät sekä keholta-keholle että keholta-kehon ulkopuolelle -radiokanavamallit. Energiailmaisin (ED) ja erilaiset harava-vastaanottimet ovat niitä vastaanotinrakenteita, joita tähän väitöskirjaan kuuluvissa artikkeleissa on arvioitu ja vertailtu. Yhtä vastaanotinrakennetta on myös analysoitu tarkemmin, kun havaittiin, etteivät kyseistä rakennetta koskevat simulaatiotulokset vastanneet oletettuja teoreettisia bittivirhetodennäköisyyksiä. Tutkimuksessa kehitettiin lisäksi olemassa olevien standardien ratkaisuihin liittyviä parannusehdotuksia, joita esitettiin muutamissa tähän väitöskirjaan sisällytetyissä artikkeleissa. Yhdestä ehdotuksesta tehtiin myös PCT-sopimuksen alainen patentointihakemus. Lisäksi yhdessä tähän väitöskirjaan sisällytetyssä artikkelissa on paitsi laaja kirjallisuuskatsaus sisältäen katsauksen muiden tekemiin IR-UWB- tutkimuksiin, myös olemassa olevien standardien fyysisten kerroksien määritykset koskien IR-UWB-teknologiaa ja tärkeimmät maailmanlaajuiset UWB-tekniikkaa koskevat signaalin tehotiheysmääräykset.

This master’s thesis deals with modelling of the planar coupling circuits, namely type of the wideband couplers and the ultra-wideband couplers. The purpose of this thesis is an analysis, a synthesis, a numerical modelling and a fabrication (only chosen types) of the presented couplers. All of the couplers works on medium frequency f0 = 7 GHz with coupling C = 3 dB. Types of the substrate are Arlon 25N and Arlon AD600. EM simulator IE3D and circuit simulator in program Ansoft Designer are used for the numerical modelling. The realized wideband couplers were measuring by the vector analyzer Agilent E3864B.

Disertační práce je zaměřena na měření a modelování kanálu uvnitř a vně vozidla pro komunikaci a lokalizaci. Pro účely vytvoření integrovaného inteligentního dopravního systému ITS (Intelligent transportation system) je důležitý odhad vlastnosti kanálů pro vnitřní a venkovní scénáře. Za tímto účelem je vhodné provést řadu činností, které jsou obsahem disertační práce: Simulace fyzické vrstvy 802.11p, její srovnávání s 802.11a, měření kanálu pro různé scénáře pro 802.11p a pro širokopásmový systém (UWB), vytvoření modelů kanálů pro 802.11p a UWB a výzkum vlastností lokalizace založené na měření v pásmu UWB. Výzkum komunikace vozidla s okolím založená na IEEE 802.11p standardu. Jedním z cílů disertační práce je ukázat rozdíly mezi standardy fyzické vrstvy IEEE 802.11a a IEEE 802.11p prostřednictvím simulace s použitím modelu kanálu HIPERPLAN/2. V práci je uvedena simulace přenosu signálu 802.11p kanálem ITU-R M.1225 s odlišným zpožděním a středním výkonem (pro chodce a vozidla). Vliv kanálu na signál je analyzován za použití simulace v prostředí MATLABu pomocí vyhodnocení chybovosti. Určení vlastností kanálů v kmitočtovém pásmu 5,8 GHz pro standard IEEE 802.11p a UWB. Experimenty byly prováděny pro vnitřní a vnější prostředí vozidla. Bylo zjištěno, že pro protokol 802.11p může být trend (dlouhodobý vývoj) profilu PDP (power delay profile) nejlépe aproximován pomocí modelu obsahujícího dvě klesající exponenciální funkce, na rozdíl od Saleh-Valenzuelova (S-V) modelu, který je více vhodný pro UWB systémy pracující v pásmu 3 až 11 GHz. Vytvoření odpovídající impulzní odezvy (CIR) s využitím trendu PDP. Informace o CIR byla použita pro simulaci 802.11p za účelem vyhodnocení chybovosti při použití Ricianova modelu. Výsledky odhadu BER ukazují vhodnost protokolu pro vnitřní a vnější prostředí bezdrátových aplikací. Výsledky simulací dále ukazují, že se chybovost zásadně nemění a proto je možné určit střední křivku BER pro celou sadu změřených dat. Určení vlivu malé změny polohy antény na vlastnosti kanálu. Práce ukazuje náhodnost parametrů UWB kanálu pro malé změny polohy antény okolo vozidla, zaparkovaného v podzemní garáži. Ztráty šířením jsou monotónně rostoucí se vzdáleností, avšak náhodně se mění v závislosti na úhlu a výšce antén, a proto je vyhodnocení vzdálenosti pomocí síly signálu pro tyto scénáře nevhodné. Na druhé straně může být pro spolehlivé určení vzdálenosti bez ohledu na úhel nebo výšku antény použita doba příchodu prvního svazku. Ověření vlivu změn konfigurace kanálu na parametry S-V modelu. Práce demonstruje závislost parametrů Saleh-Valenzuela modelu v na vzdálenosti a výšce antén, avšak ukazuje, že jejich průměrné hodnoty jsou blízké IEEE 802.15.3 standardu. Ověření možnosti lokalizace pomocí metody TOA (time of arrival). Vzdálenost mezi anténami byla určena z profilu PDP s využitím lineární závislosti vzdálenosti na zpoždění. Souřadnice vysílací antény byly nalezeny pomocí dvou přijímacích antén pomocí 2-D lokalizační techniky TOA. Porovnání vypočtených souřadnic s původními vykazuje chybu menší než 6%, což ukazuje vhodnost navrženého přístupu pro lokalizaci vozidel.

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.

No description available.

Ultra-wideband (UWB) communication technology offers inherent advantages such as the ability to coexist with previously allocated Federal Communications Commission (FCC) frequencies, simple transceiver architecture, and high performance in noisy environments. Spread spectrum techniques offer additional improvements beyond the conventional pulse-based UWB communications. This dissertation implements a multiple-access UWB communication system using a surface acoustic wave (SAW) correlator receiver with orthogonal frequency coding and software defined radio (SDR) base station transmitter. Orthogonal frequency coding (OFC) and pseudorandom noise (PN) coding provide a means for spreading of the UWB data. The use of orthogonal frequency coding (OFC) increases the correlator processing gain (PG) beyond that of code division multiple access (CDMA); providing added code diversity, improved pulse ambiguity, and superior performance in noisy environments. Use of SAW correlators reduces the complexity and power requirements of the receiver architecture by eliminating many of the components needed and reducing the signal processing and timing requirements necessary for digital matched filtering of the complex spreading signal. The OFC receiver correlator code sequence is hard-coded in the device due to the physical SAW implementation. The use of modern SDR forms a dynamic base station architecture which is able to programmatically generate a digitally modulated transmit signal. An embedded Xilinx Zynq ™ system on chip (SoC) technology was used to implement the SDR system; taking advantage of recent advances in digital-to-analog converter (DAC) sampling rates. SDR waveform samples are generated in baseband in-phase and quadrature (I & Q) pairs and upconverted to a 491.52 MHz operational frequency. The development of the OFC SAW correlator ultimately used in the receiver is presented along with a variety of advanced SAW correlator device embodiments. Each SAW correlator device was fabricated on lithium niobate (LiNbO3) with fractional bandwidths in excess of 20%. The SAW correlator device presented for use in system was implemented with a center frequency of 491.52 MHz; matching SDR transmit frequency. Parasitic electromagnetic feedthrough becomes problematic in the packaged SAW correlator after packaging and fixturing due to the wide bandwidths and high operational frequency. The techniques for reduction of parasitic feedthrough are discussed with before and after results showing approximately 10:1 improvement. Correlation and demodulation results are presented using the SAW correlator receiver under operation in an UWB communication system. Bipolar phase shift keying (BPSK) techniques demonstrate OFC modulation and demodulation for a test binary bit sequence. Matched OFC code reception is compared to a mismatched, or cross-correlated, sequence after correlation and demodulation. Finally, the signal-to-noise power ratio (SNR) performance results for the SAW correlator under corruption of a wideband noise source are presented.

Today’s most widely used tracking solutions for consumers involve the Global Positioning System (GPS) which meets most needs when it comes to rough estimation of location. GPS however is limited in accuracy with a horizontal error of around 5 meters and cannot be used in the areas where the satellites cannot provide a strong enough signal e.g. indoor areas or near mountains and other sources of blockage. Ultra-wideband (UWB) abolishes these two issues, providing an accuracy at centimeter level and works great in indoor areas. This thesis dives into the theory behind tracking devices with UWB and includes an implementation of the tracking as well as covers noteworthy issues, shortcomings, and future work. The app that is developed within this thesis runs on Android mobile devices and can locate and track another Android mobile device running the same app. Results were clear that the concept works, but more filtering needs to be done in order to remove the remaining noise.

Power dividers are vital components and widely used in radio technology, such as antenna arrays, power amplifiers, multiplexers and mixers. A good example is the well-known Wilkinson power divider with its distinctive feeding network characteristics. A comprehensive review indicated that limited research is carried out in the area of planar multiport and reconfigurable power dividers in terms of the power levels between output ports. The main objectives of this work were to develop a small size power divider, a planer multi-output ports power divider and a power divider with a reconfigurable power division ratio. These power dividers were designed to operate over either an ultra-wideband frequency (3.1-10.6 GHz) or WLAN bands (2.4 or 5.2 GHz). A novel multi-layered topology solved the complexity of interconnecting isolation resistors by introducing an additional layer below the ground layer. The prototype was fabricated and tested to validate the results. The measurements and simulation were in good agreement. Finally, a novel uniplanar power divider with reconfigurable output power level difference was developed. The configurability feature was achieved by tuning the quarter wave transformer using one varactor diode. The power divider was applied to improve a full duplex system cancellation performance at the receiver element caused by interference from in-site transmitting antennas. This study investigated fixed power dividers, multi-output power dividers and reconfigurable power dividers. The measurements validated by the simulation results and applications proved the designed power dividers could be used in practical applications. / Higher Committee for Education Development (HCED), Iraq