Time reversal telecommunications in complex environments

Arnaud Tourin; Geoffroy Lerosey; Julien de Rosny; Arnaud Derode; Mathias Fink

doi:10.1016/j.crhy.2006.07.003

Time reversal telecommunications in complex environments
[Télécommunications par retournement temporel dans des environnements complexes]

Arnaud Tourin ¹ ; Geoffroy Lerosey ¹ ; Julien de Rosny ¹ ; Arnaud Derode ¹ ; Mathias Fink ¹

¹ Laboratoire ondes et acoustique – UMR 7587, ESPCI – université Paris VII, 10, rue Vauquelin, 75005 Paris, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 7, pp. 816-822.

Résumé
Abstract

Nous présentons une méthode de communication qui allie les avantages des techniques MIMO (Multiple Input – Multiple Output) et UWB (Ultra Wide Band). Cette méthode repose sur le principe de focalisation par retournement temporel, déjà éprouvé en acoustique et récemment transposé aux ondes électromagnétiques. Une impulsion « test » est émise dans une cavité réverbérante par une antenne placée à l'endroit où l'on souhaite transmettre un message. L'onde résultante est enregistrée par une ou plusieurs antennes, retournée temporellement, « enrichie » du message à transmettre, et renvoyée dans le milieu. Elle revit alors les étapes antérieures de sa propagation et reconverge sur sa source en y formant un message intelligible. Outre que cette technique simplifie l'étape d'égalisation puisqu'elle compense les réverbérations du milieu, elle profite des chemins multiples pour focaliser le message sur l'utilisateur, ce qui assure l'optimisation de la puissance reçue, la sécurité de la transmission et permet la communication simultanée avec plusieurs utilisateurs proches les uns des autres.

The time reversal technique is well known in acoustics and has lead to remarkable applications in ultrasound and underwater acoustics. Here we propose to apply it to MIMO (Multiple Input – Multiple Output) UWB (Ultra Wide Band) communication: in a first ‘training’ step, the intended user transmits an electromagnetic pulse that propagates in a medium, where it undergoes multiple reflections. The resulting signals are recorded at the base station by one or more antennas, time reversed and used to precode the transmitted symbols. The resulting sequences are sent back by the antennas. The time-reversed wave retraces its former paths and leads to a focus of the message in space and time at the receiver. The equalization step is thus simplified since TR compensates for the reverberation caused by the channel. Furthermore, TR takes advantage of the multipaths to increase the signal strength at the receiver and to improve spatial focusing.

Publié le : 2006-09-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2006.07.003

Keywords: Time reversal, Multiple scattering, Reverberation, MIMO, UWB
Mot clés : Retournement temporel, Diffusion multiple, Réverbération, MIMO, UWB

Affiliations des auteurs :

Arnaud Tourin ¹ ; Geoffroy Lerosey ¹ ; Julien de Rosny ¹ ; Arnaud Derode ¹ ; Mathias Fink ¹

¹ Laboratoire ondes et acoustique – UMR 7587, ESPCI – université Paris VII, 10, rue Vauquelin, 75005 Paris, France

@article{CRPHYS_2006__7_7_816_0,
     author = {Arnaud Tourin and Geoffroy Lerosey and Julien de Rosny and Arnaud Derode and Mathias Fink},
     title = {Time reversal telecommunications in complex environments},
     journal = {Comptes Rendus. Physique},
     pages = {816--822},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {7},
     number = {7},
     year = {2006},
     doi = {10.1016/j.crhy.2006.07.003},
     language = {en},
}

TY  - JOUR
AU  - Arnaud Tourin
AU  - Geoffroy Lerosey
AU  - Julien de Rosny
AU  - Arnaud Derode
AU  - Mathias Fink
TI  - Time reversal telecommunications in complex environments
JO  - Comptes Rendus. Physique
PY  - 2006
SP  - 816
EP  - 822
VL  - 7
IS  - 7
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crhy.2006.07.003
LA  - en
ID  - CRPHYS_2006__7_7_816_0
ER  -

%0 Journal Article
%A Arnaud Tourin
%A Geoffroy Lerosey
%A Julien de Rosny
%A Arnaud Derode
%A Mathias Fink
%T Time reversal telecommunications in complex environments
%J Comptes Rendus. Physique
%D 2006
%P 816-822
%V 7
%N 7
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crhy.2006.07.003
%G en
%F CRPHYS_2006__7_7_816_0

Arnaud Tourin; Geoffroy Lerosey; Julien de Rosny; Arnaud Derode; Mathias Fink. Time reversal telecommunications in complex environments. Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 7, pp. 816-822. doi : 10.1016/j.crhy.2006.07.003. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.07.003/

Bibliographie
Cité par

[1] P. Guguen; G. El Zein Les techniques multi-antennes pour les réseaux sans fil, Edition Hermès, Paris, Mars 2004

[2] A. Paulraj; R. Nabar; D. Gore Introduction to Space–Time Wireless Communications, Cambridge Univ. Press, 2003

[3] C.E. Shannon Bell System Tech. J., 27 (1948) no. 9, pp. 379-423 (623–656)

[4] G.J. Foschini; M. Gans Wireless Personal Commun., 6 (1998), p. 311

[5] G.D. Golden; G.J. Foschini; R.A. Valenzuela; P.W. Wolniansky Detection algorithm and initial laboratory results using the V-BLAST space–time communication architecture, Electron. Lett., Volume 35 (1999) no. 1, pp. 14-15

[6] A. van Zelst; T.C.W. Schenk Implementation of a MIMO OFDM-based wireless LAN system, IEEE Trans. Signal Process., Volume 52 (2004), p. 483

[7] A. Paulraj et al. Introduction to Space–Time Wireless Communications, Cambridge Univ. Press, 2003 (Chapter 7)

[8] M. Fink; M. Fink Les miroirs à retournement temporel, Pour la Science, Volume 281 (1999), pp. 91-97

[9] G.F. Edelmann Underwater acoustic communications using time reversal, IEEE J. Oceanic Engrg., Volume 30 (2005), p. 852

[10] D. Cassereau; M. Fink IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 39 (1992), p. 579

[11] A. Derode; A. Tourin; M. Fink Random multiple scattering of sound, II. Is time reversal a self-averaging process?, Phys. Rev. E, Volume 64 (2001), p. 036606-1-036606-13

[12] A. Derode et al. Taking advantage of multiple scattering to communicate with time-reversal antennas, Phys. Rev. Lett., Volume 90 (2003) no. 1, p. 014301

[13] D.M. Pepper; Y. Chang; H.R. Fetterman; I.L. Newberg; S.K. Panaretos Appl. Phys. Lett., 21 (1982), p. 156

[14] G. Lerosey Time reversal of electromagnetic waves, Phys. Rev. Lett., Volume 92 (2004), p. 194301

[15] G. Lerosey et al. Time reversal of wideband microwaves, Appl. Phys. Lett., Volume 88 (2006), p. 154101

[16] C. Oestges, et al., Time reversal techniques for broadband wireless communications, Europ. Microwave Week, October 2004 (Invited Paper)

[17] J. Hansen, et al., Design approach for a time reversal test bed for radio channels, in: Special Session on MIMO Prototyping, 12th European Signal Processing Conference, September 2004

Cité par Sources :

Commentaires - Politique