Multiple-Input Multiple-Output Communications Systems Using Reconfigurable Antennas

Depuis les années 1990, l'utilisation des systèmes de communications sans-fil à entrées multiples-sorties multiples (MIMO) a été introduit pour fournir des transmissions fiables à grande vitesse. Cette thèse porte sur l'application et l'étude des systèmes MIMO avec des antennes reconfigurables, qui sont ajustable électroniquement pour produire différents diagrammes de rayonnement d'un seul élément d'antenne et ainsi offrir une diversité de diagrammes de rayonnement. En particulier, nous étudions le comportement de la capacité de canal des systèmes MIMO à sélection de diagrammes de rayonnement (PS-MIMO), et nous proposons aussi des algorithmes de sélection du diagramme de rayonnement atteignant la capacité maximale. Tout d'abord, nous étudions l'application des antennes reconfigurables dans l'estimation des statistiques spatiales à long terme de canaux spatiaux avec grappes de multi-trajets (cluster). Nous proposons un estimateur de spectre de type Capon et une technique d'adaptation de la covariance (COMET) pour estimer conjointement l'angle moyen et l'étalement angulaire de la grappe spatiale avec des antennes reconfigurables. En second lieu, sur la base des statistiques à long terme du canal MIMO, nous proposons des algorithmes de sélection de diagramme de rayonnement MIMO (SPS-MIMO) pour atteindre la capacité maximale de canal ergodique. L'analyse de la maximisation de la capacité ergodique du système SPS-MIMO indique que le modèle statistique de sélection fournit des gains supplémentaires en améliorant la puissance du signal reçu et en décorrélant les signaux reçus avec différents diagrammes de rayonnement directionnels. Troisièmement, nous nous concentrons sur le modèle de sélection instantanée des diagrammes de rayonnement MIMO (IPS-MIMO) basé sur des informations instantanées d'état de canal (CSI) afin de maximiser la capacité instantanée pour chaque réalisation de canal. Nous démontrons que l'ordre de diversité des systèmes MIMO peut être multipliée par le nombre de diagrammes de rayonnement avec sélection de diagramme instantanée. Afin d'évaluer la capacité moyenne de l'IPS-MIMO, nous proposons un nouvel algorithme qui permet d'approximer étroitement la moyenne de la valeur maximale de la capacité du canal MIMO avec des trajets arbitrairement corrélés. Nous proposons également un algorithme pour sélectionner instantanément les diagrammes de rayonnement pour atteindre la capacité moyenne. En outre, sur la base d'une simple expression en forme fermée de la capacité coefficient de corrélation, nous sommes en mesure de proposer un algorithme de sélection de sous-ensemble de diagrammes qui offre un compromis entre performances et la complexité de l'algorithme de sélection. En conclusion, des gains de performance importants peuvent être obtenus grâce à la combinaison de l'utilisation d'antennes reconfigurables et de systèmes MIMO avec soit des algorithmes de sélection de diagramme de rayonnement statistique ou instantanée. La capacité des systèmes PS-MIMO à améliorer les performances du système, y compris la capacité et de l'ordre de la diversité, est démontrée par l'analyse théorique et des simulations numériques.