De afgelopen jaren hebben we een snelle groei gezien van het aantal `slimme' draadloze toestellen, inclusief smartphones en tablets, winetwerken en alledaagse objecten die verbonden zijn met het internet. Dit heeft ervoor gezorgd dat de vraag naar radiospectrum drastisch is toegenomen, gedreven door de groeiende hoeveelheid aan data die verstuurd wordt over het internet door deze toestellen. In Europa alleen al heeft de Europese Commissie in 2017 geschat dat de totale waarde aan diensten die afhankelijk zijn van het radiospectrum, jaarlijks minstens 200 miljard euro bedraagt. Het is dus cruciaal dat nieuwe technologieen gericht zijn op het verhogen van de ecientie waarmee het radiospectrum wordt gebruikt. Daarom zullen onderzoekers het medium tussen de zendantenne en de ontvangstantenne zo goed mogelijk proberen te modelleren. Dit medium wordt het radiokanaal genoemd, en het is verantwoordelijk voor alle veranderingen van de karakteristieken van het draadloos signaal terwijl het zich voortplant van de zender naar de ontvanger. Als gevolg van verschillende interacties met fysieke objecten in een omgeving, zal een veelvoud aan signalen bij de ontvanger aankomen, afhankelijk van verschillende propagatiemachanismen zoals re-ectie, diractie en verstrooiing. Dit verschijnsel wordt multipad-propagatie genoemd, en het zal ervoor zorgen dat verschillende propagatiepaden verschillende karakteristieken zullen hebben. Het doel van kanaalmodellering is dus om een wiskundige voorstelling te maken van de eecten van het communicatiekanaal waardoor de draadloze signalen zich voortplanten. Door gebruik te maken van een nauwkeurig kanaalmodel, kunnen we een realistische beoordeling maken van de algemene performantie bij het ontwerpen van applicaties en communicatiesystemen, en kunnen we het draadloze kanaal optimaal benutten om zo de datasnelheden te optimaliseren.

Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) communicatiesystemen zijn belangrijk om de beperkte beschikbaarheid van het radiospectrum te compenseren.

Ze zijn een veelbelovende technologie gebleken om de capaciteit van het radiokanaal te vermenigvuldigen. MIMO-systemen gebruiken meerdere antennes aan de zend- en ontvangststations, en maken gebruik van de eigenschappen van de multipad-propagatie in een omgeving. Een waarneming xxviii Nederlandstalige samenvatting van het MIMO-radiokanaal kan worden gemodelleerd als de superpositie van een deterministisch deel (de Speculaire Multipad Componenten (SMC)), een stochastisch deel (de Diuse Multipad Componenten (DMC)), en additieve meetruis. De SMC bestaat uit een aantal vlakke golven met duidelijk gedenieerde parameters in de dimensies waarin het radiokanaal wordt uitgedrukt.

Ze kunnen worden beschreven aan de hand van de hoek waaronder ze worden uitgezonden door de zender (Angle of Departure (AoD)), de hoek waaronder ze invallen op de ontvanger (Angle of Arrival (AoA)), en de tijdvertraging die ze ondervinden in het radiokanaal (Time-delay of Arrival (ToA)), die proportioneel is met hun afgelegde padlengte van de zender naar de ontvanger. De DMC is afkomstig van gedistribueerde diuse verstrooiing van de elektromagnetische golven op elektrisch kleine en ruwe oppervlakken. Omdat hun bijdrage aan het radiokanaal vaak niet coherent is, wat betekent dat hun fase geen deterministische grootheid is, kunnen ze alleen op een stochastische manier worden beschreven. Dit betekent dat ze een soort willekeur bevatten, waardoor we ze typisch modelleren met behulp van de covariantiematrix van de residuele signaal-componenten. Deze kunnen we verkrijgen na de verwijdering van de SMC uit het draadloze kanaal.

De DMC worden typisch gemodelleerd zowel in het frequentiedomein, als in het angulair domein. De toevoeging van DMC in kanaalmodellen ontbreekt echter vaak nog in de academische literatuur op dit moment, hoewel er al is aangetoond dat hun bijdrage aan de totale capaciteit van het MIMO-radiokanaal zeer aanzienlijk kan zijn.

In dit werk zullen we ons richten op stochastische empirische kanaalmodellen, wat betekent dat we kanaalmodellen zullen aeiden die bestaan uit de coherente bijdragen van de SMC, met de toevoeging van de niet-coherente bijdragen van de DMC, door middel van experimentele resultaten op basis van meetcampagnes in het draadloze kanaal in een specieke omgeving.

We zullen dit doen met een focus op Ultra-Wideband (UWB) communicatiesystemen, die gekenmerkt worden door hun vermogen om pulsen te verzenden met een zeer lage vermogensdichtheid in een grote frequentieband, (3.1 GHz tot 10.6 GHz). Daardoor kunnen deze systemen het radiospectrum delen met andere applicaties, en samen met de combinatie met een MIMOantenne conguratie vergroot de capaciteit van deze communicatiesystemen enorm. Hoofdstuk 1 legt deze concepten gedetailleerder uit.

Daarom zullen we het belang van rekening houden met DMC in conventionele kanaalmodellen onderzoeken in Hoofdstuk 2. Dit hoofdstuk bevat een analyse van de bijdragen van DMC in een kantooromgeving, een laboratoriumomgeving en een grote industriele hal. Zowel hun frequentieals polarisatie-afhankelijkheden zullen geanalyseerd worden, en de geldigheid van de DMC-veronderstelling voor hogere frequentiebanden zal gecontroleerd worden. Vervolgens beschrijft Hoofdstuk 3 het ontwerp van een nieuw ontwikkeld algoritme voor het schatten van multipad parameters, dat de frequentie-gewijze analyse van propagatiepaden doorheen de UWBfrequentieband mogelijk maakt. Daarna zal dit algoritme gebruikt worden in Hoofdstuk 4, waar het wordt toegepast in een nieuwe techniek om draadloze apparaten te lokaliseren, gebruikmakend van een triangulatiemethode met behulp van de geometrische eigenschappen van de propagatiepaden zoals de eerder genoemde AoD, AoA en ToA. Aangezien deze hoofdstukken de analyse behandelde van DMC in het frequentiedomein, gaan we een stap verder in Hoofdstuk 5, waar we de DMC in het angulair domein analyseren.

Om dit mogelijk te maken wordt de meest aannemelijke schatter (methode van de grootste aannemelijkheid) van de DMC-parameters uitgebreid van de conventionele unimodale DMC-veronderstelling naar multimodale DMC-veronderstelling. Dit stelt ons in staat om diuse verstrooiing vanuit meerdere hoeken in een omgeving te karakteriseren. De geldigheid van onze aanpak wordt geverieerd door middel van synthetische gegenereerde radiokanalen, en wordt geevalueerd op basis van metingen in een hal.

Hoofdstuk 6 analyseert het onderzoek van de delay-Dopplerkarakteristieken van het radiokanaal in een universiteitszaal. Deze omgeving wordt onderzocht tijdens verschillende korte- en lange pauzes tussen lessen, zodat de Dopplerkarakteristieken kunnen worden geanalyseerd als functie van de bezettingsdichtheid van de hal (i.e., als functie van het aantal mensen dat er aanwezig is). Besluit en toekomstig werk worden ten slotte beschreven in Hoofdstuk 7.