Equipe SCEE : Signal, Communication et Electronique Embarquée

Etudes de nouvelles techniques d’estimation et d’égalisation de canal adaptées au système SC-FDMA

Résumé :
Le SC-FDMA « Single-Carrier Frequency Division Multiple Acces », est une technique d’accès multiple à répartition fréquentielle, permettant d’allouer efficacement aux différents mobiles, les ressources de communication. Cette technique a suscité un intérêt particulier lors des conventions de normalisation du standard 3GPP LTE « Long Term Evolution ». Le regain de considération pour cette technique, est lié au fait qu’elle engendre des signaux temporels à faible variation d’amplitude caractérisée par un faible PAPR ou « Peak to Average Power Ratio ». Cet avantage majeur, rend possible l’utilisation de l’amplificateur de puissance du système dans sa zone proche du point de compression, maximisant ainsi son rendement sans toute fois risquer l’apparition des distorsions. C’est pourquoi, ce système a été adopté dans la norme 3GPP LTE comme technique d’accès multiple pour la voix montante. Cependant, dans les spécifications du 3GPP LTE un symbole sur sept est systématiquement réservé pour l’estimation de canal sur toutes les porteuses du système engendrant ainsi une réduction importante du débit utile du signal transmis. L’objectif de cette thèse est de proposer des techniques d’estimation et d’égalisation de canal adaptées pour le SC-FDMA afin d’éviter tant que possible cette perte de débit. Nous avons pu analyser, quelques techniques d’égalisation comme celle basée sur des références fantômes, mais également quelques techniques d’estimation de canal comme celle basée sur un « Ajout de Signal »dans la bande passante du signal utile.

Mots clés : SCFDMA, LTE, OFDMA, Equalization, Estimation, LMS, EQM, DFE

Wideband Software Defined Radio Receiver for Satellite Reception: A FPGA Centric Design Approach

Résumé :
Requirements for software reconfigurability, space and size reductions are becoming of crucial importance with respect to the on-going transition from narrowband/single-channel to wideband/multi-channels systems in the wireless industry. Software Defined Radio (SDR) offers the most benefit in multi-channels scenarios where high-speed signal-processing modules can process multiple channels without duplication of expensive processing modules. Consequently, classic wireless receiver designs are being migrated to SDR-based implementation.

Regardless of the interpretation of the definitions – software radio, software defined radio, software based radios –the challenge of moving the analog to digital boundary closer to the antenna is the critical step in establishing the foundation for increasing the content and capability of digital signal processing (DSP) in the radiofrequency (RF) receiver. It aims for a reduction in the complexity of performance-limiting analog and RF elements. This step is today achievable because the aggressive device scaling down to the nano-meter range provides high speed digital signal processing capabilities at high integration density and low energy per operation. Therefore, the low complexity but “irreplaceable” RF and analog blocks can benefit from digital signal processing capability to mitigate their intrinsic imperfections so that their adjusted performance can match or even exceed that of traditional high complexity RF circuits.

The digitally enhanced SDR receiver presented here handles a wide range of applications including multi-channels satellite communications. Broadband RF direct conversion receivers, high-speed analog to digital converters (ADC) and large field programmable gate arrays (FPGA) have allowed designing a compact solution that was unthinkable a few years ago.

The system implemented is a dual channel 885-2115MHz RF downconveter capable of digitally aggregate two wideband channels of 80MHz bandwidth per channel. All the high speed digital signal processing is achieved in a FPGA core. It consists in digital filtering, wideband phase and magnitude equalization and wideband image suppression algorithm based on blind signal separation source (BSSS) and least-mean-square (LMS) algorithm

Méthodologie de conception basée sur les modèles de haut niveau pour les systèmes de radio logicielle

Résumé :
Dans cette thèse nous proposons une méthodologie de co-conception logicielle/matérielle pour les systèmes de radio logicielle, et plus généralement pour les systèmes électroniques embarqués, permettant de répondre aux défis imposés par la conception de tels systèmes et d’améliorer la productivité. Basée sur une démarche de conception dirigée par les modèles (dérivée de l’ingénierie dirigée par les modèles), notre méthodologie de co-conception permet une modélisation de haut niveau, depuis des modèles UML/MARTE (extension de l’UML dédié à la modélisation matérielle), jusqu’à la mise en oeuvre matérielle (génération de code VHDL) par un jeu de transformations successives et de raffinements itératifs des modèles. Pour cela, nous avons défini le niveau de modélisation intermédiaire, intitulé Execution Modeling Level, qui permet de se focaliser sur le partitionnement logiciel/matériel et sur l’exploration d’architecture afin de dimensionner la plate-forme matérielle. Afin de compléter la génération de code matérielle associée à cette méthodologie, nous mettons en avant l’intérêt de coupler une méthodologie basée sur des modèles de haut niveau avec la synthèse comportementale, ce que nous illustrons au travers de la mise en oeuvre d’un décodeur MIMO. Enfin, dans un contexte de radio-logicielle, nous proposons une extension de la méthodologie afin de prendre en compte le caractère flexible des systèmes embarqués. Pour cela, nous avons intégré à notre méthodologie une architecture de gestion de la reconfiguration proposée par Supélec. Une exécution de modèles de haut niveau sur une plate-forme radio réelle nous a permis de valider notre approche.

Mots-clés :
Conception, Modélisation, Synthèse comportementale, Reconfiguration, Radio-logicielle

Power Line Communications for Smart Grid applications

Abstract :
In the last decade, there has been an emergent attention in the utilization of existing power distribution lines for broadband power line communications (BPLC). BPLC technology is becoming more widely adopted because of its excellent fit with Smart Grid network and other home and industry networking applications. However, the spectrum of BPLC has a limited carrier frequency of 30MHz and has a lot of channel impairments due to impulse noise, fading, and several unusable notches due to electromagnetic interference (EMI).

In this article, we give a brief overview of Smart Grid and present its network design considerations and investigate cognitive BPLC for Smart Grid which focuses on the physical (PHY) layer and medium access control (MAC) layer design applying cognitive radio concept. To improve robustness and increase the spectral efficiency of cognitive BPLC over severe power line channel conditions, orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA) time-division duplex (TDD) system structure, adaptive modulation and coding including multiple-input multiple-output (MIMO) and maximum ratio combining (MRC) options, peak-to-average power ratio (PAPR) mitigation and carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) based cognitive non-contiguous orthogonal frequency-division multiplexing (CNC-OFDM) dynamic channel access techniques are considered.

A Multi-Texture approach for iris position estimation using Active Appearance Models

Abstract :
Although the eye occupies a small region of the face, it carries significant amount of information. One important information is the iris location in the eye. This information, if precisely extracted can be effectively used in gaze detection which is a recent trend in various applications (virtual reality or video games, flight and driving simulators, video conferencing, aiding disabled people). The importance of the eye information comes in parallel with the difficulty of its extraction. This difficulty can be summarized by the following: The eye changes its states with every blink and with every iris motion, it can be occluded by different factors such as eyeglasses and hair, it has a small texture with respect to that of the skin surface and the variability in the light conditions and in iris location, color and scale. We propose to tackle these difficulties by applying a new iris localization approach: Multi-Texture Active Appearance Model (MT-AAM). This model presents a new perspective in AAMs. It gives a remarkable iris localization improvement for people wearing eye glasses and people with a big head pose compared to a system using a classical AAM. Its advantage is in its capability to generalize to new data.

Techniques de gestion des Opérateurs Communs pour les algorithmes FFT et Viterbi

Résumé :

Estimation conjointe de canal et de rapport signal à bruit dans un contexte OFDM

Résumé :
Cette étude propose une méthode itérative pour l'estimation conjointe du SNR et de canaux sélectifs en fréquence dans le contexte OFDM. La variance du bruit est estimée grâce à un préambule, en prenant le critère minimum mean square error (MMSE), nécessitant la connaissance du canal. L'estimation de canal est effectuée grâce à la méthode linear-MMSE (LMMSE), qui nécessite la variance du bruit. Comme chaque estimateur a besoin de l'autre, une méthode itérative est proposée. On prouve que cet algorithme converge, pour toute initialisation non nulle, et les simulations montrent la validité et les performances de la méthode pour les deux estimations SNR et canal de transmission.

Analyse théorique du compromis entre le rendement et la linéarité de l'amplificateur de puissance dans un contexte OFDM
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Résumé :
Le rendement énergétique et la linéarité sont des paramètres clés des amplificateurs de puissance contenus dans les systèmes émetteurs. Malheureusement, ces deux paramètres ne peuvent être maximisés simultanément. En effet, une linéarité parfaite est observée lorsque le rendement énergétique est faible et vice versa. Dans cette étude, nous présentons dans un premier temps, des expressions théoriques du rendement énergétique et de la linéarité mesurée par l’EVM (Error Vector Magnitude). Ensuite, nous analysons ces deux expressions afin de proposer un compromis théorique qui assure une bonne linéarité et un rendement énergétique raisonnable en combinant la Réduction du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) et la Linéarisation. Enfin, nous validons cette analyse par des simulations.

Optimization of multi-standard system designs using Graph Theory
Présentation disponible au chargement : PDF

Résumé :
The tremendous development of the wireless communication is driven by the accelerating rate of emergence of new standards and protocols. The Software-defined Radio (SDR) concept is emerging as a potential and efficient solution for designing flexible future-proof multi-standard systems. An optimal way of realizing a multi-standard terminal is to identify the appropriate common functions and operators inside and between the standards. This is what's called the parametrization approach, which can be divided into two categories: the pragmatic approach which is a practical version to create and develop common operators, and the theoretical approach which represents a graphical exploration of the SDR multi-standard system at different levels of granularity. It’s in this last approach where our thesis subject dwells. In this context, a cost function has to be optimized in order to select the convenient common operators. This constitutes the optimization problem. In our work, we study the complexiy of this problem and then propose a new idea algorithm which can solve it, after having used various definitions and notations of directed hypergraphs (using graph theory) to reformulate the theoretical approach of parametrization.

Spectrum Sensing for Cognitive Radio Networks

Abstract :
Trying to face the shortage of radio resources and its misuse, telecommunication regulators and standardization organisms recommended sharing this resource between the different actors in the wireless environment. The Federal Communications Commission (FCC), for instance, de?ned a new policy of priorities in the wireless systems, giving some privileges to some users, called Primary Users (PU) and less to others, called Secondary Users (SU), who will use the spectrum in an opportunistic way with minimum interference to PU systems. Cognitive Radio (CR), as introduced by Mitola, is one of those possible devices that could be deployed as SU equipment that continually sense the wireless world changes tracking spectral opportunities.

This presentation focuses on two major axes enabling cognitive radio networks. First of all, at the level of the spectrum sensing feature, we will be reviewing the state of the art techniques and introducing our detector based on an algebraic framework for spectrum estimation. Then in the second part, we will focus on spectrum sharing aspects by presenting a mixed signal separation and classification technique that would enable guaranteeing a minimum security and reliability level to the primary network at the PHY level.

Résumé :

Mise à jour : le 11/05/2012 16:48