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Multipath propagation models for near line-of-sight conditions

Martens, Walter (2009). Multipath propagation models for near line-of-sight conditions. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This thesis analyzes the behaviour of a multipath channel for suburban and semi-rural areas in which line of sight (LOS) or near LOS exists between the transmitter and receiver. The objective is to characterize the broadband channel for such areas. The thesis is divided into five major parts: a background and literature survey, a theoretical analysis, experimental measurements which validate the analysis, applications to practical communication channels and a study of the effects of such a channel on typical signal waveforms.

The amplitudes and delay spread of a multipath model for such an environment are studied, based on a theoretical analysis of scattering from finite flat surfaces which model building walls. A broadband channel model is proposed based on the analysis. The next part of the thesis presents experimental measurements on multipath communication channels in suburban and semi-rural areas, which have LOS or near LOS propagation. The results validate the theoretical analysis. It is found that the channel is either good or very bad. The latter usually occurs close to buildings where a single dominant reflection with a relative delay of less than a microsecond produces a periodic severe fading and distortion of the signal, often making a link unusable. The area for which the channel is bad depends on the size of the building.

The thesis then considers applications of the broadband channel model and studies the effects of the proposed channel model on typical communication waveforms such as QPSK, direct sequence spread spectrum and OFDM. For the QPSK waveform, the effects of a single dominant reflection on the timing and carrier recovery of a coherent demodulator are studied. A methodology is also outlined for determining which locations in a defined area will show the behaviour associated with a bad channel.

Résumé traduit

Cette thèse porte sur le comportement d’un canal à propagation par trajets multiples dont le lien est en visibilité directe ou dont les pertes additionnelles dues aux obstacles sont très faibles. Ce type de canal existe dans les banlieues ou les régions presque rurales. L’objectif de ce projet de recherche est de caractériser le comportement à large bande de ce type de canal. La thèse comporte cinq parties majeures : la problématique et revue de la littérature, une analyse théorique, des mesures expérimentales pour valider l’analyse, des applications aux canaux pratiques et une étude des effets d’un tel canal sur les signaux typiques.

Les amplitudes et l’étalement du délai pour un modèle de propagation à trajets multiples réaliste de cet environnement sont étudiés. Ceci se base sur une analyse théorique de la réflexion des surfaces plates finies qui représentent des murs de bâtiments. À partir de cette analyse, un modèle à large bande est proposé. La partie suivante de la thèse présente les résultats des mesures expérimentales pour les canaux de propagation à trajets multiples dans les banlieues et les régions presque rurales. Dans ces conditions, les liens sont en visibilité directe ou encore, les pertes additionnelles dues aux obstacles sont très faibles. Les résultats confirment l’analyse théorique. Selon les régions mises à l’essai, on observe un canal soit très bon ou encore très mauvais. Un canal mauvais se trouve généralement près d’un bâtiment où il existe une seule réflexion dominante dont le délai relatif est de moins d’une microseconde. Cette réflexion cause des évanouissements est des distorsions sévères du signal qui rend le canal souvent inutilisable. L’aire de la région pour laquelle le canal est mauvais dépend de la largeur du bâtiment.

Après les résultats expérimentaux, la thèse décrit quelques applications du modèle à large bande et analyse les effets du modèle proposé sur les signaux typiques de communication comme la modulation en quadrature de phase, QPSK, la modulation par étalement du spectre en séquence directe et la modulation utilisant des sous-porteuse orthogonales, OFDM. Pour le signal QPSK, les effets d’une seule réflexion dominante sur les circuits pour la récupération de l’horloge et de la porteuse d’un démodulateur sont étudiés. Une méthode est aussi présentée pour déterminer les endroits dans lesquels les liens seront sévèrement dégradés.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliogr : f. [165]-169.
Mots-clés libres: Transmission numérique. Multitrajets. Communication, propagation, réflexion, synchronisation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Gagnon, François
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Batani, Naïm
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 18 août 2010 19:40
Dernière modification: 12 janv. 2017 01:32
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/68

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