Time reversal telecommunications in complex environments

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. To cite this article: A. Tourin et al., C. R. Physique 7 (2006).

RésuméNous 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. Pour citer cet article : A. Tourin et al., C. R. Physique 7 (2006).