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International audience; This article deals with several aspects relative to the MIMO propagation channel. Based on simulations and/or measurements, different approaches are used to model the propagation channel. These models are useful for the MIMO system design. Several studies are performed in order to realize realistic simulation of MIMO channel. Different measurement techniques are used in characterizing the propagation channel in various environments. Measurement campaigns made in different situations have been analyzed to obtain the relevant statistical parameters of the channel. Simulation of MIMO channel is then presented. Measurement and simulation results provide an evaluation of the capacity of MIMO channel. Obtained results show feasibility in the integration of MIMO techniques in practical wireless communication systems.; Cet article traite de plusieurs aspects relatifs au canal de propagation MIMO. Différentes approches, basées sur des simulations et des mesures, utilisées pour modéliser le canal sont d’abord présentées. Ensuite, les différentes techniques de mesure utilisées dans le but de caractériser le canal de propagation dans divers milieux sont décrites. Des campagnes de mesures effectuées dans différents environnements sont analysées pour obtenir les paramètres statistiques du canal. Quelques problématiques liées à la simulation du canal MIMO sont évoquées notamment en lien avec une simulation réaliste dans des milieux complexes. Les résultats obtenus, en simulation comme en mesure, permettent une évaluation de la capacité du canal MIMO. Ces résultats permettent de discuter de l’intégration des techniques MIMO dans des systèmes de communication sans fil.

This paper presents a contact-less heartbeat detection system and a cardiopulmonary modeling. Using a vector network analyzer, our proposed microwave system shows the ability of detecting the heartbeat signal at different frequencies, as well as at different output power levels. Based on parameters extracted from real measurements, a model representing the heartbeat and the respiration signals is presented. Different processing techniques are used in order to separate the heartbeat and the respiration signals. For different signal to noise ratios, wavelet filters show higher accuracy over classic filters in determining both the heartbeat rate and the heart rate variability.

This paper describes some latest developments in the area of propagation channel modeling for new wireless access technologies. A brief overview of current wireless communication systems is presented and the principles of emerging technologies as MIMO, UWB, and 60 GHz systems are introduced. The characterization, modeling, and simulation of the propagation channel are particularly critical in the design of these systems. Recent research results concerning possible integration of these techniques in future wireless systems are presented.

A new system for contact-less heartbeat detection is proposed. Operating at 2.4, 5.8, 10, 16, and 60 GHz, our system shows the possibility to detect the heartbeat rate at a distance of 1 m from the person. The heart rate variability is extracted as well. Originating from experimental measurements, a model presenting the cardiopulmonary activities is proposed. Separating the heartbeat signal from the respiration signal is done using different methods and for several SNR values.

This paper presents the realization of a wireless Gigabit Ethernet communication system operating in the 60 GHz band. The system architecture uses a single carrier modulation. A differential encoded binary phase shift keying modulation and a differential demodulation scheme are adopted for the intermediate frequency blocks. The baseband blocks use Reed- Solomon RS (255, 239) coding and decoding for channel forward error correction (FEC). First results of bit error rate (BER) measurements at 875 Mbps, without channel coding, are presented for different antennas., Comment: 5 pages

This paper presents a practical study for heartbeat detection at 1 m distance. Our microwave system, based on a vector network analyzer, is used at 2.4 GHz, 5.8 GHz, 10 GHz, 16 GHz, and 60 GHz. Heart Rate Variability is extracted from the time domain variation of the phase of S 21 for both the original and the smoothed signal, and its standard deviation is calculated.

This chapter deals with automotive networks and the emerging requirements involved by the X-by-wire and X-tainment applications. The introduction of ECUs (Electronic Control Units) has been driven by new market (like navigation, multimedia, and safety). Furthermore, the automotive industry has to face a great challenge in its transition from mechanical engineering towards mechatronical products. Combining the concepts of networks and mechatronic modules makes it possible to reduce both the cabling and the number of connectors. To connect the ECUs, a variety of network technologies are already widespread. A review of the most widely-used automotive networks and emerging ones is given first. To fulfill the increasing demand of intra-car communications, a new technique based on power line communication (PLC) is proposed and reviewed in the second section. On the other hand, there are several infotainment applications (like mobile phones, laptop computers) pushing for the adoption of intra-car wireless communications. Some of the most common wireless technologies that have potential to be used in the automotive domain are considered and different experimentations are presented. Finally, the challenges of these wired or wireless alternative solutions to automotive networks are highlighted.

This paper presents the design and the realization of a 60 GHz wireless Gigabit Ethernet communication system. A differential encoded binary phase shift keying modulation (DBPSK) and differential demodulation schemes are adopted for the IF blocks. The Gigabit Ethernet interface allows a high speed transfer of multimedia files via a 60 GHz wireless link. First measurement results are shown for 875 Mbps data rate., Comment: 5 pages

Le produit pedagogique presente est un des travaux pratiques destines aux eleves ingenieurs (quatrieme annee genie electrique) de l’INSA de Rennes. Il rentre dans le cadre d’une prerealisation d’un filtre soit a elements semi-localises (technologie microruban), soit a elements localises (inductances et capacites). L’objectif de cet exercice se limite au calcul, d’une maniere optimale, de tous les parametres necessaires a la realisation d’un filtre. Pour cela, un travail de simulation et d’optimisation sur PC est effectue a l’aide du logiciel TouchstoneEESOF (produit de la societe Electronic Engineering Software) pour se rapprocher au mieux des valeurs ideales souhaitees. La mise en œuvre de ce TP est effectuee par groupes de deux etudiants pendant une duree de trois heures.

This paper describes some latest development in the area of wireless communication technologies. At first, we give an introduction on the current wireless communication systems. Then, we discuss the characterization and the modeling of the propagation channel which are particularly critical in the design of the recent technologies as MIMO, UWB and time reversal. Thereafter, these techniques are presented and some results concerning the possible integration in future wireless systems are discussed

International audience; UWB communication is a recent research area for indoor propagation channels. Time Reversal (TR) communication in UWB has shown promising results for improving the system performance. In multiuser environment, the system performance is significantly degraded due to the interference among different users. TR reduces the interference caused by multiusers due to its spatial focusing property. The performance of a multiuser TR communication system is further improved if the TR filter is modified. In this paper, multiuser TR in UWB communication is investigated using simple TR filter and a modified TR filter with circular shift operation. The concept of circular shift in TR is analytically studied. Thereafter, the channel impulse responses (CIR) of a typical indoor laboratory environment are measured. The measured CIRs are used to analyze the received signal peak power and signal to interference ratio (SIR) with and without performing the circular shift operation in a multiuser environment.

International audience; The aim of the regional research project SIMPAA2, which continues the former national research SIMPAA project, is the realization of a hardware simulator of MIMO propagation channels for UMTS and WLAN applications. The simulator must reproduce the behavior of the radio propagation channel, thus making it possible to test "on table" the mobile radio equipments. The advantages are: low cost, short test duration, possibility to ensure the same test conditions in order to compare the performance of various equipments.

A new three dimensional Gaussian beam tracking (GBT) method is proposed for indoor spatio-temporal indoor channel characterization. Its efficiency stems from the collective treatment of rays, which is realized by using Gaussian beams to propagate fields. A direction of arrival (DOA) measurements campaign in a typical European residential house at 60 GHz is carried out. The validity of the GBT method is shown by comparing its numerical results with measurements

International audience; The aim of the PRIR SIMPAA2 project, which continues the research activities of the RNRT SIMPAA project, is the realization of a hardware simulator of MIMO propagation channels for UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) and WLAN (Wireless Local Area Networks) applications. The simulator must reproduce the behavior of the radio propagation channel, thus making it possible to test "on table" the mobile radio equipments. The advantages are: low cost, short test duration, possibility to ensure the same test conditions in order to compare the performance of various equipments.

International audience; We propose original data processing methods for the dielectric characterization of frequency-dependent reflection coefficients of construction materials considering a very wide frequency band. Two types of approaches have been developed to obtain, from spectral measurements, estimates of the equivalent complex permittivity versus frequency or reconstruction of the impulse response. In particular, high-resolution (HR) algorithms based on the matrix pencil method have been used in an original way to identify wave multipath inside a sample. Both approaches have been used for the characterization of different types of building materials. A database of dielectric responses of materials is under construction in order to provide the deterministic propagation simulator with the characteristics of building materials.

Multiple-Input Multiple-output (MIMO) systems are today identified as a prominent technology for the forthcoming generation of broadband wireless networks [4].Indoor Wireless Local Area Networks (WLAN), which this paper considers, currently figure as one of the favorite applications to host this tech-nique.

This article presents a particular application of the spread spectrum code division multiple access concept (CDMA) based on direct spread spectrum modulation (DS-SSM) for an automotive area network on power-lines. Advantages and related problems to set up the system in a car are discussed. Measurements for the evaluation of the system's performances in terms of the additive noise and the interference caused by the other users are given. Design of this communication system is made taking also into account protection against electromagnetic disturbances. >

A hardware simulator facilitates the test and validation cycles by replicating channel artifacts in a controllable and repeatable laboratory environment. This paper presents an overview of the digital block architectures of Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) hardware simulators. First, the simple frequency architecture is presented and analyzed. Then, an improved frequency architecture, which works for streaming mode input signals, is considered. After, the time domain architecture is described and analyzed. The architectures of the digital block are presented and designed on a Xilinx Virtex-IV Field Programmable Gate Array (FPGA). Their accuracy, occupation on the FPGA and latencies are analyzed using Wireless Local Area Networks (WLAN) 802.11ac and Long Term Evolution System (LTE) signals. The frequency and the time approaches are compared and discussed, for indoor (using TGn channel models) and outdoor (using 3GPP-LTE channel models) environments. It is shown that the time domain architecture present the best solution for the design of the architecture of the hardware simulator digital block. Finally, a 2×2 MIMO time domain architecture is described and simulated with input signal that respects the bandwidth of the considered standards.

A new application for the high-resolution processing algorithm MUSIC, applied to a rotating antenna, is presented. Experimental results show that significant improvement can be achieved using the proposed method, compared to a low-directivity rotating antenna. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Microwave Opt Technol Lett 37: 329–330, 2003; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/mop.10909

A wireless communication system can be tested either in actual conditions or by using a hardware simulator reproducing actual conditions. With a hardware simulator it is possible to freely simulate a desired type of a radio channel. This paper presents new frequency domain and time domain architectures for the digital block of a hardware simulator of Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) propagation channels. This simulator can be used for Wireless Local Area Networks (WLAN) 802.11ac applications. It characterizes an indoor scenario using TGn channel models. After the description of the general characteristics of the hardware simulator, the new architectures of the digital block are presented and designed on a Xilinx Virtex-IV Field Programmable Gate Array (FPGA). Their accuracy, occupation on the FPGA and latency are analyzed.

The constant evolution of wireless technologies such as Wi-Fi, mobile networks standards or IoT, has given rise to new applications and usages. The possibilities offered by this multitude of alternatives are exploited by heterogeneous wireless networks which, by combining within a single network several technologies, provide the users with a seamless access to complementary services. However, to take full advantage of these benefits, there are several technical issues to address. One of them is related to the deployment of these multi-technology networks. In practice, this task relies, most of the time, on radio network design software to achieve optimal planning. In such context, the main objective of this thesis is to establish models which can be used by radio network planning tools in order to the deployment of multi-technology wireless local area networks. This task has involved calibrating propagation models for radio coverage estimation, in residential indoor environments from 800 MHz to 60 GHz; developing a throughput model for Wi-Fi capacity estimation based on uplink and downlink traffic; and establishing a multi- objective resolution model to optimize the positioning of access points operating at 5 and 60 GHz. Moreover, this thesis also proposes practical recommendations for a better positioning of access points during deployment phases. This task has been achieved through coverage sensitivity studies to various factors, such as the transmitter surroundings or the presence of obstructing people.; L’évolution constante des technologies sans fil telles que le Wi-Fi, les normes de réseaux mobiles ou d’objets connectés, a donné naissance à de nouvelles applications et usages. Les possibilités offertes par cette multitude d’alternatives sont exploitées par les réseaux sans fil hétérogènes qui, en combinant au sein d’un réseau unique plusieurs technologies, permettent aux utilisateurs d’accéder à des services complémentaires de façon transparente. Cependant, pour bénéficier pleinement de ces avantages, plusieurs défis techniques sont à relever. L’un d’eux est relatif au déploiement de ces réseaux multi- technologies. En pratique, cette tâche s’appuie sur des règles et outils d’ingénierie afin de réaliser une planification optimale. Dans ce contexte, un objectif de la thèse a été d’établir des modèles sur lesquels peuvent se baser les outils d’ingénierie radio afin d’optimiser le déploiement de réseau locaux sans fil multi- technologies.Il s’agit principalement de calibrer des modèles de propagation pour l’estimation de couverture radio en environnement indoor résidentiel entre 800 MHz et 60 GHz; d’établir un modèle de débit pour l’estimation de capacité Wi-Fi en fonction du trafic montant et descendant; et de concevoir un modèle de résolution multi-objectif pour optimiser le positionnement de points d’accès opérant à 5 et 60 GHz. En complément, cette thèse a également proposé des recommandations pratiques visant à placer au mieux les points d’accès en phase de déploiement. Cela s’est fait par le biais d’études de sensibilité de couverture à divers facteurs, tels que l’environnement immédiat de l’émetteur ou encore la présence de personnes faisant obstruction.

He continuous evolution of wireless communication systems in indoor environments requires the development of characterization and modeling tools for electromagnetic waves propagation, in order to answer the engineer's issues and needs and to ensure the best planning and an optimal operation of the communicating systems. The work carried out during this thesis concerns antenna radiation modeling, taking into account the environment complexity. The modeling method based on FDTD, detailed in this manuscript, provides efficiently and accurately the fields' strengths, taking account of propagation and radio waves interactions phenomena in any environment. Two main objectives of improvement were brought to this code. The first focused on improving its performance, and the second concerned the emission of multi-sources and the integration of a human body model in order to ensure more realism to modeling realized with this code. The validation of the FDTD code was done by comparative studies in three different environments. The first study concerned a wireless communication through metallic watertight doors on ship board. Good accuracy of the FDTD code was noticed by comparing the code's and measurements' results. The second study concerned the antenna radiation within a typical office environment. The results obtained by measurements were compared to those obtained by the FDTD code and other simulation tools (HFSS and the raytracing tool "Wireless lnsite"). They have shown that the FDTD code provides the most accurate results with an acceptable computational time and without big computer resources. The last study examined the human presence effect in a steel room. Measurements' and FDTD code's results were compared and a qood aqreement was obtained.; L'évolution continue des systèmes de communications sans fil en indoor rend nécessaire le développement des outils de caractérisation et de modélisation de la propagation des ondes électromagnétiques; afin de répondre aux problématiques et besoins d'ingénieur et de garantir une meilleure planification et un fonctionnement optimal des systèmes communicants. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur la modélisation du rayonnement des antennes en tenant compte de la complexité environnementale. La méthode de modélisation basée sur la FDTD, détaillée au cours de ce manuscrit, permet d'obtenir d'une manière efficace et précise les niveaux de champs, en tenant compte des phénomènes de propagation et d'interaction des ondes radioélectriques dans un environnement quelconque. Des améliorations ayant deux objectifs essentiels, ont été apportées à ce code. Le premier s'est consacré à améliorer ses performances, et le deuxième s'est intéressé à l'intégration d'un modèle de corps humain et d'autres sources d'émission, dans le but d'assurer plus de réalisme à la modélisation effectuée avec ce code. La validation du code FDTD a été menée par des études comparatives réalisées dans trois environnements différents. La première étude a porté sur une communication sans fil à travers des portes étanches métalliques à bord d'un navire. Une bonne précision du code FDTD a été relevée en comparant les résultats obtenus par ce code avec ceux obtenus par des mesures. La deuxième a porté sur la caractérisation du rayonnement d'antennes dans un bureau universitaire. Les résultats obtenus par des mesures effectuées dans cet environnement ont été confrontés aux ceux obtenus par le code FDTD et par d'autres outils de simulation (HFSS et un outil de tracé de rayons "Wireless lnsite"). Ils ont permis de montrer la capacité du code FDTD à fournir les résultats les plus proches des mesures avec un temps de calcul acceptable et sans avoir besoin de grandes ressources informatiques. La dernière étude a porté sur l'effet de la présence humaine dans une chambre en acier. Une comparaison entre les résultats fournis par le code FDTD et ceux obtenus expérimentalement a été réalisée et un bon accord a été observé.

Nowadays, contact-less monitoring patient's heartbeat using Doppler radar has attracted considerable interest of researchers, especially when the traditional electrocardiogram (ECG) measurements with fixed electrodes is not practical in some cases like infants at risk or sudden infant syndrome or burn victims. Due to the microwave sensitivity toward tiny movements, radar has been employed as a noninvasive monitoring system of human cardiopulmonary activity. According to Doppler effect, a constant frequency signal reflected off an object having a varying displacement will result in a reflected signal, but with a time varying phase. In our case, the object is the patient's chest; the reflected signal of the person's chest contains information about the heartbeat and respiration. The system is based on a vector network analyzer and 2 horn antennas. The S21 is computed using a vector network analyzer. The phase variation of S21 contains information about cardiopulmonary activity. Processing techniques are used to extract the heartbeat signal from the S21 phase. This thesis presents a comparative study in heartbeat detection, considering different radiated powers and frequencies. The radiated powers used are between 3 and -17 dBm and the operational frequencies used are 2.4, 5.8, 10 and 20 GHz. This helps to make a compromise between the minimum power emitted and the complexity of the measurement system. In addition, a comparative study of several signal processing methods is proposed to extract the best technique for heartbeat measurement and thus to extract its parameters. Processing techniques are based on wavelet transforms and conventional filtering in order to make a comparison between them. The parameter extracted in this thesis is the heartbeat rate HR. Measurements were performed simultaneously with a PC-based electrocardiograph to validate the heartbeat rate measurement. Since the person can move from a room to another inside his home, measurements from the four sides of the person and behind a wall are performed. In addition, a modeling approach based on cardio-respiratory measurement for a person who is walking forward is presented. Furthermore, a comparison between single and two-antenna microwave systems for a non-breathing person is carried out to test the accuracy of the single-antenna system relative to the two ­antenna microwave system. After that, measurements are performed using one antenna microwave system for a person who breathes normally.; De nos jours, les mesures sans contact du signal cardiaque du patient en utilisant le radar Doppler a suscité un intérêt considérable chez les chercheurs, surtout que les électrocardiographes traditionnels avec des électrodes fixes ne sont pas pratiques dans certains cas comme les nourrissons ou les victimes de brûlure. En raison de la sensibilité des micro­ondes à de petits mouvements, le radar a été utilisé comme système de surveillance de l'activité cardio-pulmonaire humaine. Selon l'effet Doppler, un signal de fréquence constante est transmis vers la cible ayant un déplacement variable puis réfléchi. Le signal réfléchit possède une variation de phase par rapport au temps. Dans notre cas, la cible est la poitrine du patient; Le signal réfléchi de la poitrine de la personne contient le signal cardiorespiratoire. Le système est basé sur un analyseur de réseau vectoriel et deux antennes cornet. Le S21 est calculé en utilisant un analyseur de réseau. La variation de phase de S21 contient des informations de l'activité cardio-pulmonaire. Des techniques de traitement sont utilisées pour extraire le signal cardiaque de la variation de la phase de S21 . Cette thèse présente une étude comparative dans la détection des signaux de battements cardiaques au niveau de la puissance rayonnée et de la fréquence opérationnelle. Les puissances rayonnées sont comprises entre 3 et -17 dBm et les fréquences opérationnelles utilisées sont 2.4, 5.8, 1 0 et 20 GHz. Cela permet de spécifier la fréquence opérationnelle optimale, qui donne un compromis entre la puissance minimale émise ainsi que la complexité du système de mesure. De plus, une étude comparative entre plusieurs méthodes de traitement de signal est proposée pour extraire la meilleure méthode qui permet de mesurer le signal cardiaque et par suite extraire ses paramètres. Des techniques de traitement basées sur des transformées en ondelettes ou le filtrage classique sont présentées et utilisées afin de faire une comparaison entre elles. Le paramètre extrait dans cette thèse est le taux des battements cardiaques. Les mesures ont été effectuées simultanément avec un électrocardiographe afin de valider les mesures du signal cardiaque. Puisque la personne peut se déplacer d'une pièce à une autre à l'intérieur de son domicile, des mesures des quatre côtés de la personne et derrière un mur sont réalisées. Ajoutons une approche de modélisation fondée sur la mesure cardio-respiratoire pour une personne qui exerce une marche en avant. De plus, une comparaison entre un système à micro-ondes à simple et deux antennes pour une personne qui prend son souffle est effectuée afin de tester la précision du système à antenne unique par rapport au a la deuxième. Par suite, des mesures sont effectuées pour une personne qui respire en utilisant un système à une seule antenne.

Nowadays, contact-less monitoring patient's heartbeat using Doppler radar has attracted considerable interest of researchers, especially when the traditional electrocardiogram (ECG) measurements with fixed electrodes is not practical in some cases like infants at risk or sudden infant syndrome or burn victims. Due to the microwave sensitivity toward tiny movements, radar has been employed as a noninvasive monitoring system of human cardiopulmonary activity. According to Doppler effect, a constant frequency signal reflected off an object having a varying displacement will result in a reflected signal, but with a time varying phase. In our case, the object is the patient's chest; the reflected signal of the person's chest contains information about the heartbeat and respiration. The system is based on a vector network analyzer and 2 horn antennas. The S21 is computed using a vector network analyzer. The phase variation of S21 contains information about cardiopulmonary activity. Processing techniques are used to extract the heartbeat signal from the S21 phase. This thesis presents a comparative study in heartbeat detection, considering different radiated powers and frequencies. The radiated powers used are between 3 and -17 dBm and the operational frequencies used are 2.4, 5.8, 10 and 20 GHz. This helps to make a compromise between the minimum power emitted and the complexity of the measurement system. In addition, a comparative study of several signal processing methods is proposed to extract the best technique for heartbeat measurement and thus to extract its parameters. Processing techniques are based on wavelet transforms and conventional filtering in order to make a comparison between them. The parameter extracted in this thesis is the heartbeat rate HR. Measurements were performed simultaneously with a PC-based electrocardiograph to validate the heartbeat rate measurement. Since the person can move from a room to another inside his home, measurements from the four sides of the person and behind a wall are performed. In addition, a modeling approach based on cardio-respiratory measurement for a person who is walking forward is presented. Furthermore, a comparison between single and two-antenna microwave systems for a non-breathing person is carried out to test the accuracy of the single-antenna system relative to the two ­antenna microwave system. After that, measurements are performed using one antenna microwave system for a person who breathes normally.; De nos jours, les mesures sans contact du signal cardiaque du patient en utilisant le radar Doppler a suscité un intérêt considérable chez les chercheurs, surtout que les électrocardiographes traditionnels avec des électrodes fixes ne sont pas pratiques dans certains cas comme les nourrissons ou les victimes de brûlure. En raison de la sensibilité des micro­ondes à de petits mouvements, le radar a été utilisé comme système de surveillance de l'activité cardio-pulmonaire humaine. Selon l'effet Doppler, un signal de fréquence constante est transmis vers la cible ayant un déplacement variable puis réfléchi. Le signal réfléchit possède une variation de phase par rapport au temps. Dans notre cas, la cible est la poitrine du patient; Le signal réfléchi de la poitrine de la personne contient le signal cardiorespiratoire. Le système est basé sur un analyseur de réseau vectoriel et deux antennes cornet. Le S21 est calculé en utilisant un analyseur de réseau. La variation de phase de S21 contient des informations de l'activité cardio-pulmonaire. Des techniques de traitement sont utilisées pour extraire le signal cardiaque de la variation de la phase de S21 . Cette thèse présente une étude comparative dans la détection des signaux de battements cardiaques au niveau de la puissance rayonnée et de la fréquence opérationnelle. Les puissances rayonnées sont comprises entre 3 et -17 dBm et les fréquences opérationnelles utilisées sont 2.4, 5.8, 1 0 et 20 GHz. Cela permet de spécifier la fréquence opérationnelle optimale, qui donne un compromis entre la puissance minimale émise ainsi que la complexité du système de mesure. De plus, une étude comparative entre plusieurs méthodes de traitement de signal est proposée pour extraire la meilleure méthode qui permet de mesurer le signal cardiaque et par suite extraire ses paramètres. Des techniques de traitement basées sur des transformées en ondelettes ou le filtrage classique sont présentées et utilisées afin de faire une comparaison entre elles. Le paramètre extrait dans cette thèse est le taux des battements cardiaques. Les mesures ont été effectuées simultanément avec un électrocardiographe afin de valider les mesures du signal cardiaque. Puisque la personne peut se déplacer d'une pièce à une autre à l'intérieur de son domicile, des mesures des quatre côtés de la personne et derrière un mur sont réalisées. Ajoutons une approche de modélisation fondée sur la mesure cardio-respiratoire pour une personne qui exerce une marche en avant. De plus, une comparaison entre un système à micro-ondes à simple et deux antennes pour une personne qui prend son souffle est effectuée afin de tester la précision du système à antenne unique par rapport au a la deuxième. Par suite, des mesures sont effectuées pour une personne qui respire en utilisant un système à une seule antenne.

In ultra wideband (UWB) systems, extremely narrow RF pulses are employed to communicate between transmitters and receivers. Because of their extremely wide bandwidth, UWB signals result in large number of resolvable multi-paths and thus reducing the interference caused by the superposition of these multi-paths. However, it also results in a complex receiver system. Time reversal (TR) is a transmission approach which permits to detect the received signal with simple receivers by shifting the complexity to the transmitter. The received signal in the TR scheme is very focused in time and spatial domains. Temporal and spatial focusing permit to reduce inter symbol interference and multi-user interference respectively. In this Ph.D. thesis, we investigate the TR UWB scheme and its application to high data rate communications. A validation of the TR scheme in the laboratory is performed with simulation, semi-measurement and measurement approaches. A parametric analysis of the TR is carried out with multiple antenna configurations (SISO, SIMO, MISO and MIMO). The results show that MIMO-TR outperforms all other configurations The robustness of the TR scheme is also studied in non stationary environments. The results suggest that if the channel maintains some partial correlation with the previous channel, TR can give a robust performance even if the total correlation of the channels is very low. Although higher bandwidths generally give better performance than the lower bandwidths, but the degradation in the performance with the variations in the channel is of the same magnitude Furthermore, TR scheme is investigated from the communication point of view. Experimental validations of a new modulation scheme and high data rate communication for TR UWB are performed for dense multipath propagation channels. It is shown that the BER performance in the indoor channel is better than the reverberation chamber. Furthermore, with the sub-band TR transmission approach, a sort of equalization is achieved which significantly improves the BER performance Finally, multi-user TR communication has been examined with modifications in the TR pre-filter. The modified TR scheme outperforms simple TR and TR with circular shift scheme, especially at higher number of simultaneous users. The results presented in this thesis suggest that the TR UWB scheme, which can easily be combined with the MIMO systems, is a promising and attractive transmission approach for future wireless local and personal area networks (WLAN & WPAN) and wireless streaming applications.; Dans les systèmes ultra large bande (ULB), des impulsions RF extrêmement étroites sont employées pour la communication entre émetteurs et récepteurs. En raison de leur bande passante très large, les signaux ULB entraînent un grand nombre de trajets multiples résolvables et donc réduisent les interférences provoquées par la superposition de ces trajets. Toutefois, cela nécessite la mise en œuvre d'un système de réception complexe. Le retournement temporel (RT) est une approche qui permet d'utiliser des récepteurs simples en déplaçant la complexité vers l'émetteur. Le signal reçu RT est très focalisé dans les domaines temporel et spatial. Les focalisations temporelle et spatiale permettent de réduire respectivement l'interférence entre symboles et l'interférence multi-utilisateurs. Dans cette thèse, nous étudions la technique du RT en ULB et son application aux communications haut débit. La validation de la technique du RT dans le laboratoire est réalisée et une étude paramétrique du RT est faite avec différentes configurations multi-antennes (SISO, SIMO, MISO et MIMO). Les résultats montrent que la configuration RT-MIMO présente les meilleures performances. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. Les résultats suggèrent que si le canal garde une certaine corrélation partielle avec le canal précédent, le RT peut donner une bonne robustesse même si la corrélation totale des canaux est très faible. Bien que les performances obtenues soient meilleures avec des bandes passantes supérieures, la dégradation des performances avec les variations dans le canal reste du même ordre de grandeur. Ensuite, le RT est étudié du point de vue communication. Des validations expérimentales d'une nouvelle technique de modulation et la communication à haut débit sont effectuées pour des canaux denses en trajets multiples. On montre que les performances de TEB en indoor sont meilleures que celles obtenues en chambre réverbérante. Par ailleurs, avec une transmission RT par sous bandes, qui constitue une sorte d'égalisation, le TEB peut être sensiblement amélioré. Enfin, la communication RT multi-utilisateur a été examinée avec des modifications dans le pré-filtre. Le RT modifié donne de meilleures performances que le RT classique ou le RT avec permutation circulaire. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que le RT en ULB, qui peut être facilement combiné avec les systèmes MIMO, est une approche prometteuse pour les futurs réseaux de locaux et personnels (WLAN et WPAN) sans fils.

In ultra wideband (UWB) systems, extremely narrow RF pulses are employed to communicate between transmitters and receivers. Because of their extremely wide bandwidth, UWB signals result in large number of resolvable multi-paths and thus reducing the interference caused by the superposition of these multi-paths. However, it also results in a complex receiver system. Time reversal (TR) is a transmission approach which permits to detect the received signal with simple receivers by shifting the complexity to the transmitter. The received signal in the TR scheme is very focused in time and spatial domains. Temporal and spatial focusing permit to reduce inter symbol interference and multi-user interference respectively. In this Ph.D. thesis, we investigate the TR UWB scheme and its application to high data rate communications. A validation of the TR scheme in the laboratory is performed with simulation, semi-measurement and measurement approaches. A parametric analysis of the TR is carried out with multiple antenna configurations (SISO, SIMO, MISO and MIMO). The results show that MIMO-TR outperforms all other configurations The robustness of the TR scheme is also studied in non stationary environments. The results suggest that if the channel maintains some partial correlation with the previous channel, TR can give a robust performance even if the total correlation of the channels is very low. Although higher bandwidths generally give better performance than the lower bandwidths, but the degradation in the performance with the variations in the channel is of the same magnitude Furthermore, TR scheme is investigated from the communication point of view. Experimental validations of a new modulation scheme and high data rate communication for TR UWB are performed for dense multipath propagation channels. It is shown that the BER performance in the indoor channel is better than the reverberation chamber. Furthermore, with the sub-band TR transmission approach, a sort of equalization is achieved which significantly improves the BER performance Finally, multi-user TR communication has been examined with modifications in the TR pre-filter. The modified TR scheme outperforms simple TR and TR with circular shift scheme, especially at higher number of simultaneous users. The results presented in this thesis suggest that the TR UWB scheme, which can easily be combined with the MIMO systems, is a promising and attractive transmission approach for future wireless local and personal area networks (WLAN & WPAN) and wireless streaming applications.; Dans les systèmes ultra large bande (ULB), des impulsions RF extrêmement étroites sont employées pour la communication entre émetteurs et récepteurs. En raison de leur bande passante très large, les signaux ULB entraînent un grand nombre de trajets multiples résolvables et donc réduisent les interférences provoquées par la superposition de ces trajets. Toutefois, cela nécessite la mise en œuvre d'un système de réception complexe. Le retournement temporel (RT) est une approche qui permet d'utiliser des récepteurs simples en déplaçant la complexité vers l'émetteur. Le signal reçu RT est très focalisé dans les domaines temporel et spatial. Les focalisations temporelle et spatiale permettent de réduire respectivement l'interférence entre symboles et l'interférence multi-utilisateurs. Dans cette thèse, nous étudions la technique du RT en ULB et son application aux communications haut débit. La validation de la technique du RT dans le laboratoire est réalisée et une étude paramétrique du RT est faite avec différentes configurations multi-antennes (SISO, SIMO, MISO et MIMO). Les résultats montrent que la configuration RT-MIMO présente les meilleures performances. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. Les résultats suggèrent que si le canal garde une certaine corrélation partielle avec le canal précédent, le RT peut donner une bonne robustesse même si la corrélation totale des canaux est très faible. Bien que les performances obtenues soient meilleures avec des bandes passantes supérieures, la dégradation des performances avec les variations dans le canal reste du même ordre de grandeur. Ensuite, le RT est étudié du point de vue communication. Des validations expérimentales d'une nouvelle technique de modulation et la communication à haut débit sont effectuées pour des canaux denses en trajets multiples. On montre que les performances de TEB en indoor sont meilleures que celles obtenues en chambre réverbérante. Par ailleurs, avec une transmission RT par sous bandes, qui constitue une sorte d'égalisation, le TEB peut être sensiblement amélioré. Enfin, la communication RT multi-utilisateur a été examinée avec des modifications dans le pré-filtre. Le RT modifié donne de meilleures performances que le RT classique ou le RT avec permutation circulaire. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que le RT en ULB, qui peut être facilement combiné avec les systèmes MIMO, est une approche prometteuse pour les futurs réseaux de locaux et personnels (WLAN et WPAN) sans fils.

Products meeting the IEEE 802.11b and 802.11g (2.4 GHz band) and 802.11a (5 GHz band) standards are currently marketed and deployed in public places (hot spot areas) and also in private homes (ADSL WIFI terminals). If currently the systems operating in the 2.4 GHz band dominate the market, the increase in traffic could lead to the saturation of this band (only 3 separate channels) and also lead operators to move towards the 5 band. GHz. The different WLAN standards make it possible to provide raw speeds ranging from 1 to 54 Mbits/s (or even more than 100 Mbits/s with 802.11n being standardized). They therefore technically offer a large number of deployment possibilities. One of the difficulties for operators is choosing the appropriate standard based on deployment constraints for coverage and capacity. As traffic increases, densification needs also appear, which must be met with the appropriate standards. It is essential to be able to identify their limitations, in order to better guarantee the quality of service on the networks currently deployed and above all to foresee the problems which may appear during the increase in load as and when usage increases.The subject of the thesis therefore relates to a detailed analysis of the limitations of WLAN networks based on various selection criteria, including in particular the range, capacity and robustness to interference. It is then a question of concluding on recommendations and engineering rules for their deployment in areas of high traffic density. For systems operating in the 2.4 GHz band, which is a free band, interference between equipment of different standards and also between networks of competing operators are the key factors limiting the quality of service and data rates. The first step is to identify the possible sources of interference in the 2.4 GHz and 5 GHz bands, and to model the main parameters related to the jammers considered in the link budget and coverage calculations. The experimental approach was adopted to characterize the effect of jammers on the performance of 802.11 systems. A jammer model was extracted from our measurements and then we used a statistical approach to provide engineering rules to guarantee the performance of WLAN networks. At the same time, we have developed an 802.11 network simulator to realistically take into account the phenomena of WLAN propagation and interference. Thanks to this simulator, we studied the performance of these networks in a multi-user context and the effects of scaling up. The results obtained were compared to our measurements and to theoretical models.

Products meeting the IEEE 802.11b and 802.11g (2.4 GHz band) and 802.11a (5 GHz band) standards are currently marketed and deployed in public places (hot spot areas) and also in private homes (ADSL WIFI terminals). If currently the systems operating in the 2.4 GHz band dominate the market, the increase in traffic could lead to the saturation of this band (only 3 separate channels) and also lead operators to move towards the 5 band. GHz. The different WLAN standards make it possible to provide raw speeds ranging from 1 to 54 Mbits/s (or even more than 100 Mbits/s with 802.11n being standardized). They therefore technically offer a large number of deployment possibilities. One of the difficulties for operators is choosing the appropriate standard based on deployment constraints for coverage and capacity. As traffic increases, densification needs also appear, which must be met with the appropriate standards. It is essential to be able to identify their limitations, in order to better guarantee the quality of service on the networks currently deployed and above all to foresee the problems which may appear during the increase in load as and when usage increases.The subject of the thesis therefore relates to a detailed analysis of the limitations of WLAN networks based on various selection criteria, including in particular the range, capacity and robustness to interference. It is then a question of concluding on recommendations and engineering rules for their deployment in areas of high traffic density. For systems operating in the 2.4 GHz band, which is a free band, interference between equipment of different standards and also between networks of competing operators are the key factors limiting the quality of service and data rates. The first step is to identify the possible sources of interference in the 2.4 GHz and 5 GHz bands, and to model the main parameters related to the jammers considered in the link budget and coverage calculations. The experimental approach was adopted to characterize the effect of jammers on the performance of 802.11 systems. A jammer model was extracted from our measurements and then we used a statistical approach to provide engineering rules to guarantee the performance of WLAN networks. At the same time, we have developed an 802.11 network simulator to realistically take into account the phenomena of WLAN propagation and interference. Thanks to this simulator, we studied the performance of these networks in a multi-user context and the effects of scaling up. The results obtained were compared to our measurements and to theoretical models.

Many recent applications rely on the capability of communication means in delivering precise location information. In this context, the intrinsic properties of the Impulse Radio Ultra Wideband (IR-UWB) technology can be exploited: high multipath resolution, fine temporal precision enabling Time Of Flight (TOF) estimation and synchronization... UWB, which is also adapted to mobile, distributed and infrastructure-less solutions (ad hoc), discloses new fascinating perspectives in terms of networking. Regarding Low Data Rate WPAN applications (e.g. the IEEE 802.15.4a standard, with rates up to 1Mbps), fused communication and location functionalities based on low-cost and low-consumption UWB devices present overwhelming features compared to existing technologies (e.g. Zigbee...). The proposed work addresses the global UWB localization problem in wireless networks. Some general ideas are emphasized, such as the necessity to take into account a prior knowledge related to the UWB physical layer, exploiting multipath diversity or modern network embodiments (from both protocol and topology points of view). At first, the errors that can affect basic radiolocation metrics (Time Of Arrival, Time Difference Of Arrival) are characterized and modelled. These errors can be independent of the physical layer (clock drifts, protocol transactions, etc.) or can result from severe propagation conditions (e.g. Non-Line Of Sight situations). Then, the detection performance of two representative low-complexity UWB receivers (e.g. 1 bit direct sampling) is evaluated under realistic environments. We also recommend the use of original positioning techniques (e.g. distributed maximization of the joint log-likelihood of the range estimates, fingerprinting, mitigation of the deterministic biases induced by single-path refractions) or tracking techniques (e.g. advanced Bayesian filtering) adapted to Non-Line Of Sight situations. Finally, some preliminary experimental results obtained in the lower band ([0.5:1]GHz) are provided and allow us to illustrate some of the discussed points., Nombre d'applications récentes trouvent leur fondement dans une capacité présumée des systèmes de communication à délivrer des informations précises de localisation. Dans ce contexte, les propriétés intrinsèques de la technologie radio impulsionnelle Ultra-Large Bande (ULB) peuvent être mises à profit : résolution des trajets multiples, précision temporelle autorisant la mesure de temps de vol et la synchronisation fine des terminaux, etc. Les solutions ULB laissent par ailleurs présager l'émergence de réseaux d'un nouveau genre, tels que les réseaux ad hoc, mobiles, distribués et dépourvus d'infrastructure. Dans le cadre de l'élaboration du standard WPAN bas-débit IEEE 802.15.4a (jusqu'à 1Mbps), la possibilité de localiser des dispositifs ULB bas-coût et à faible consommation constitue un apport déterminant au regard des solutions existantes (e.g. Zigbee...). Les travaux présentés se proposent d'appréhender dans sa globalité la problématique de localisation ULB au sein des réseaux sans-fil. Quelques idées-forces sont alors mises en lumière, telles que la nécessité d'injecter une forme de connaissance a priori propre à la couche physique ULB dans le problème de localisation, la mise à profit de la diversité multi-trajets autorisée par la résolution ULB, ou bien encore l'exploitation des formes nouvelles adoptées par les réseaux (tant du point de vue du protocole que de la topologie). Dans un premier temps, nous caractérisons et modélisons les erreurs susceptibles d'affecter des métriques de base (temps ou différences de temps d'arrivée), qu'elles soient « indépendantes » de la couche physique (dérives d'horloge, modes d'échange, etc.) ou directement imputables au canal de propagation ULB (e.g. non-visibilité). Nous évaluons ensuite les performances de détection d'architectures de récepteurs ULB (e.g. échantillonnage direct sur 1 bit) pour des environnements indoor réalistes. Nous préconisons également différentes stratégies de positionnement (maximisation distribuée de la log-vraisemblance des distances mesurées, reconnaissance d'empreintes ULB, traitement déterministe des biais dans le cas de trajets réfractés, etc.) et de poursuite (techniques Bayésiennes avancées de filtrage), adaptées aux situations de non-visibilité. Enfin, quelques résultats d'expérimentations conduites dans la bande basse ([0.5:1]GHz) nous permettent d'illustrer certains des points abordés.

Ultra Wide Band (UWB) is a high rate, short range radio communication technique using frequency bands in the order of 500 MHz to several GHz. This thesis presents an experimental characterisation of the UWB propagation channel in order to propose models for the development of such systems.Two proposed sounding techniques enable the measurement of the static channel in the 3.1 – 11.1 GHz band and real time channel sounding in the 4 – 5 GHz band. Several measurement campaigns performed in the indoor office environment are detailed. The analysis of the collected data highlights the large scale parameters and small scale fading of the static channel, with a particular study on the influence of the frequency. Specific studies are dedicated to the UWB channel variations linked to the displacement of the antennas and the motion of people. A statistical model is proposed, reproducing the effects of the UWB propagation channel, in both static and dynamic configurations.; 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.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.

Ultra Wide Band (UWB) is a high rate, short range radio communication technique using frequency bands in the order of 500 MHz to several GHz. This thesis presents an experimental characterisation of the UWB propagation channel in order to propose models for the development of such systems.Two proposed sounding techniques enable the measurement of the static channel in the 3.1 – 11.1 GHz band and real time channel sounding in the 4 – 5 GHz band. Several measurement campaigns performed in the indoor office environment are detailed. The analysis of the collected data highlights the large scale parameters and small scale fading of the static channel, with a particular study on the influence of the frequency. Specific studies are dedicated to the UWB channel variations linked to the displacement of the antennas and the motion of people. A statistical model is proposed, reproducing the effects of the UWB propagation channel, in both static and dynamic configurations.; 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.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.

The UWB (Ultra Wide Band) consists in transmitting signal between 3.1 and 10.6 GHz with a power limited to –41.3 dBm/MHz. For high data rate (100 to 500 Mbit/s) and short range (1 to 10 m) applications, the state of the art solutions are based on complex digital processing. Mitsubishi ITE proposes an alternative multiband (MB) impulse radio solution based on a non-coherent receiver. The OOK demodulation is done by an original energy detection with a threshold which is adapted dynamically according to propagation conditions. The complete parallelization of this MB-OOK solution allows the system to both avoid inter-symbol interference and recover virtually all available energy. Furthermore the impulsive approach limits multipath channel fading. The comparison of MB-OOK and MB-OFDM systems demonstrates the pertinence of the proposed solution for high data rates and short range applications with low power consumption.; L'UWB (Ultra Wide Band) consiste à transmettre des signaux entre 3.1 et 10.6 GHz avec une puissance limitée à -41.3 dBm/MHz. Pour les communications hauts débits (100 à 500 Mbit/s) et courtes portées (1 à 10 m), les solutions de l'état de l'art reposent sur des traitements numériques complexes. Mitsubishi ITE propose une solution alternative multi-bandes (MB) impulsionnelle basée sur un récepteur non-cohérent. La démodulation OOK est effectuée par une détection d'énergie originale avec un seuillage adapté dynamiquement suivant les conditions de propagation. La parallélisation complète de ce système MB-OOK permet à la fois d'éviter les interférences inter-symboles et de récupérer la quasi totalité de l'énergie disponible. En outre, l'approche impulsionnelle limite les évanouissements du signal sur canal multi-trajets. La comparaison des systèmes MB-OOK et MB-OFDM démontre la pertinence de la solution proposée pour des applications très hauts débits, courte portée et faible consommation.

The UWB (Ultra Wide Band) consists in transmitting signal between 3.1 and 10.6 GHz with a power limited to –41.3 dBm/MHz. For high data rate (100 to 500 Mbit/s) and short range (1 to 10 m) applications, the state of the art solutions are based on complex digital processing. Mitsubishi ITE proposes an alternative multiband (MB) impulse radio solution based on a non-coherent receiver. The OOK demodulation is done by an original energy detection with a threshold which is adapted dynamically according to propagation conditions. The complete parallelization of this MB-OOK solution allows the system to both avoid inter-symbol interference and recover virtually all available energy. Furthermore the impulsive approach limits multipath channel fading. The comparison of MB-OOK and MB-OFDM systems demonstrates the pertinence of the proposed solution for high data rates and short range applications with low power consumption.; L'UWB (Ultra Wide Band) consiste à transmettre des signaux entre 3.1 et 10.6 GHz avec une puissance limitée à -41.3 dBm/MHz. Pour les communications hauts débits (100 à 500 Mbit/s) et courtes portées (1 à 10 m), les solutions de l'état de l'art reposent sur des traitements numériques complexes. Mitsubishi ITE propose une solution alternative multi-bandes (MB) impulsionnelle basée sur un récepteur non-cohérent. La démodulation OOK est effectuée par une détection d'énergie originale avec un seuillage adapté dynamiquement suivant les conditions de propagation. La parallélisation complète de ce système MB-OOK permet à la fois d'éviter les interférences inter-symboles et de récupérer la quasi totalité de l'énergie disponible. En outre, l'approche impulsionnelle limite les évanouissements du signal sur canal multi-trajets. La comparaison des systèmes MB-OOK et MB-OFDM démontre la pertinence de la solution proposée pour des applications très hauts débits, courte portée et faible consommation.