Equipe SCEE : Signal, Communication et Electronique Embarquée

Séparation aveugle de sources dans les systèmes de communication MIMO

Résumé :
La séparation aveugle de sources a pour objectif la récupération des signaux émis par plusieurs antennes, en utilisant seulement les signaux présents sur les antennes à la réception. Cette technique, parue il y a 20 ans, trouve un large domaine d'application comme par exemple, le traitement de la parole, les applications médicales (EEG), l'analyse sismique et plus récemment les communications numériques.

Dans les systèmes de communications numériques souvent des séquences d'apprentissage sont utilisées pour l'estimation du canal, ce qui réduit énormément le débit utile transmis et ce qui est irréaliste dans certaines applications (systèmes non coopératifs). Les techniques dites aveugles permettent de s'affranchir de ces séquences, d'où l'intérêt.

Dans cette présentation, nous commençons par formuler le problème où les cas convolutif et instantané sont considérés. Ensuite, nous rappelons quelques méthodes de séparation aveugle de sources. Par la suite, nous exposons quelques outils associés à la séparation de sources où nous proposons une version simplifiée du critère de décorrélation classique et deux techniques d'orthonormalisation, rapide et asymptotique. Ensuite nous considérons le cas d'un canal MIMO instantané. Nous commençons par proposer un nouvel algorithme CMA utilisant les rotations de Givens complexes. Nous proposons également une extension de la classe des algorithmes à nome constante CNA au cas MIMO, où à partir du critère général nous dérivons trois algorithmes, CQA, CDNA et CNAl. Une version simplifiée du CQA, "Simplified CQA", avec l'étude de ses points stationnaires est aussi proposée. Enfin nous considérons le cas d'un canal MIMO convolutif. Nous proposons un algorithme basé sur le critère CMA et un terme du second ordre. Cet algorithme permet de contrôler le retard avec lequel les signaux sources seront récupérés, ce qui permet à la fois de lever l'indétermination dans le retard et d'améliorer les performances en choisissant un retard au milieu de tous les retards possibles.

Démodulation aveugle dans un système d'interception MIMO
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Résumé :
Dans les systèmes de communications coopératifs, des séquences d'apprentissage sont utilisées pour estimer le canal MIMO et ainsi obtenir les signaux transmis. Cependant, dans les systèmes d'interceptions ces séquences d'apprentissage ne peuvent pas être utilisées. Les techniques de démodulation aveugle permettent de s'affranchir de telles séquences.

Dans cette présentation, nous rappellerons deux méthodes de démodulation aveugle. La première méthode : la séparation aveugle de sources est une méthode d'égalisation et permet d'estimer les symboles sources à partir des signaux reçus mais uniquement lorsque le canal MIMO est fixe. Cependant, la séparation aveugle de source permet de retrouver les symboles transmis qu'à une certaine phase et permutation près. Nous proposons donc une méthode pour lever l'indétermination sur l'ordre des sources en utilisant la redondance introduite par le code d'Alamouti.

La seconde méthode : l'estimation et la poursuite aveugle du canal MIMO est réalisée grâce à un filtre de Kalman et peut être utilisée sur des canaux MIMO variant rapidement dans le temps. Pour pouvoir estimer les sources transmises elle doit être associée à un égaliseur classique (ZF, MMSE, ou OSIC). Cependant, cette méthode requiert l'utilisation d'une séquence d'apprentissage pour pouvoir initialiser le filtre de Kalman. Ne possédant pas une telle séquence, nous proposons l'utilisation de la BSS sur un faible nombre de données pour pouvoir estimer les premiers symboles transmis et ainsi s'affranchir de l'utilisation de symboles pilotes.

PAPR metric based spectrum access in Cognitive Radio context
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Résumé :
SoftWare Radio (SWR) is an enabling technology for Cognitive Radio (CR) systems which promises to (de) modulate any signal, at any frequency. SWR signal, therefore, is composed of different standard's signals and each standard's signal is either multicarrier or multiplex of single carriers. This combination leads to high temporal fluctuations and thus SWR signal inherits high Peak to Average Power Ratio (PAPR) or simply high Power Ratio (PR). Non-linear analogue components (amplifiers, converters etc.) cause distortions (in and out of band distortion) for high PAPR signals which result in system performance degradation. Usually PAPR problem is addressed in time domain while we present frequency domain interpretation of PAPR which is more appropriate in SWR context. Gaussian equivalence between SWR signal and Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) signal is proved first to accentuate high PAPR issue in SWR as OFDM suffers the same problem. Then frequency domain interpretation of PAPR metric is discussed which results in a PAPR upper bound. This PAPR upper bound depends only upon spectral values of the signal thus associates spectrum with PAPR. As a result this bound assists in spectrum access for CR systems by providing PAPR metric information related to any available bandwidth. Thus bandwidth allocation in a spectrum access scenario under PAPR constraint is simplified.

Face Analysis by Multi-Objective 3D Active Appearance Model
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Résumé :
Face analysis including face alignment, recognition, feature extraction and expression detection are the core components of a Human Machine Interface (HMI). Face alignment is most importantly required in embedded HMI (e.g. Mobile phone, game console etc). Better the face alignment better is the face recognitions and feature detections in these embedded HMI. Therefore a robust and memory efficient solution to face alignment is required. Our work proposes a solution in this domain.

Our main objective is to develop an efficient algorithm of face alignment of multiple images obtained by multiple cameras using 2.5D Active Appearance Model (AAM). Currently with wide availability of inexpensive webcams a multi-view system is as practical as mono-view. To manage these multiple information obtained from multi-view system we propose a new optimization technique of AAM. Our technique is based on Pareto multi-objective genetic optimization of NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm). Our approach of multi-view AAM outperforms conventional single-view AAM (SVAAM) and is more accurate, robust and capable of performing face alignment with large lateral movements of a face. Sometimes face is oriented such that one of the camera of multi-view system do not hold a valid face information thus system has to discard the information from this camera and focus on to other camera. Our algorithm has this capability which makes it time efficient with respect to applying multiple instances of conventional SVAAM on multiple images.

A Multi-granularity Design Exploration for Multi-standard SDR Terminals
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Résumé :
The design of future multi-standard Software Defined Radio (SDR) equipments still remains a challenge. Flexible architectures exploiting processing commonalities of different set of standards cohabiting in the device offer promising solutions. The complexity of such systems is the bottleneck and without a careful design approach, no feasible realization may appear. Current trend is to optimize the communication chains that a multi-standards mobile terminal has to support. One of the many possible ways of doing this is to realize a juxtaposition of several standards and the reconfiguration is simply realized by a switch from one to another. It is the well known Velcro solution. This results in a no share of resources and the complexity increases with increase in number of standards. A more optimal way of realizing a multi-standards terminal is to identify the common functions and operators between standards. This yields generic architectures depending on a set of parameters, characterizing the function or operator associated with a specific standard. A common operator is a tuneable hardware or software operator which can carry out some common functions of several air interface standards. In SDR, parameterization is a very promising approach that consists of designing radio systems entities in a way which permits to take advantage of the programmable or at least reconfigurable capabilities of the underlying hardware of SDR systems. We present our approach for designing flexible multi-standard radio systems. It consists of making a mathematical model in form of a graph for the design of multi-standard SDR systems (based on idea of common operators) and solving this graph as an optimization problem by a heuristic. We propose for instance a solution based on simulated annealing.

Most of current and coming standards use OFDM modulation (WiFi, WiMAX, xDSL, 3GLTE etc.), hence we can predict that future multi-standard equipments will require the presence of FFT. Channel coding is also systematically required. The OFDM modulation and some steps of RS-codes in frequency domain over GF(F_t) both need FFT but over two different fields. In this context we propose to use the RS codes defined over GF(F_t) instead of RS codes defined over GF(2^m). Based on this proposition we have developed a common Dual Mode FFT (DMFFT) operator able to operate over two different domains C and GF(F_t). We also describe the linear feedback shift register (LFSR) as common operator (CO) which is one of the first implementations of common operator approach on the area of techniques of parameterizations.

Modélisation transactionnelle de systèmes de radiocommunication multi-application et multi-standard

Résumé :
L'évolution actuelle des systèmes de radiocommunication conduit à considérer des dispositifs pouvant supporter l'exécution de plusieurs standards de communication et de différentes applications de services. Les standards de communication considérés visent à satisfaire aux besoins de mobilité et de transferts d'informations multimédias. Les applications concernent aussi bien le traitement des informations voix, vidéo ou web échangées entre les différents utilisateurs de terminaux mobiles.

Cette convergence conduit à un accroissement important de la complexité des systèmes à concevoir et des architectures logicielles et matérielles à mettre au point. Par ailleurs, l'utilisation optimisée des ressources conduit à envisager la mise en oeuvre de ces systèmes comme des dispositifs flexibles, reconfigurables selon les besoins des différentes entités composant l'environnement de ces systèmes.

Dès lors, il devient indispensable d'envisager de nouvelles approches pour favoriser la conception de ces systèmes. De telles approches doivent permettre la capture des différents scénarios de fonctionnement (/use-case/) sous la forme de spécifications dont la validité doit pouvoir être vérifiée. Dans le cadre de cette intervention nous présenterons une approche pour la modélisation de tels systèmes et leur simulation. L'objectif de cette approche est de permettre l'analyse du comportement et le respect des différentes contraintes temporelles imposées. Notre approche se base sur la méthodologie MCSE et sur les modèles de représentation supportés par l'outil CoFluent Studio. Il s'agit de permettre un dimensionnement efficace des architectures associées à ces systèmes et ce compte tenu de différentes contraintes (temps réel, coût, consommation). Le niveau d'abstraction considéré, dit transactionnel, permet une analyse offrant des temps de simulation particulièrement rapides afin de pouvoir explorer efficacement l'espace de conception. Par ailleurs, nous montrerons de quelle manière l'approche considérée permet de représenter le caractère reconfigurable dynamiquement de ces systèmes.

Architecture Reconfigurable Hétérogène à Gestion Hiérarchique Distribuée pour la Reconfiguration et la Prise de Décision dans les systèmes de Radio Cognitive
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(Thèse soutenue le 18 décembre 2009)

Résumé :
Le travail présenté porte sur la mise en œuvre d’une architecture de gestion pour équipement radio cognitif en vue d’applications dans le domaine des radiocommunications. L’architecture retenue porte le nom HDCRAM (Hierarchical and Distributed Cognitive Radio Architecture Management). HDCRAM est distribuée de façon hiérarchique au sein de l’équipement afin de prendre en compte l’une des problématiques qui est l’hétérogénéité des plateformes d’exécution. Grâce à une modélisation à haut niveau d’abstraction par l’utilisation d’UML nous avons pu définir HDCRAM de façon totalement indépendante des contraintes matérielles. Le choix de doter cette modélisation d’un métalangage de programmation exécutable nommé Kermeta permet d’ajouter une description comportementale. La finalité de ce travail est de proposer un simulateur qui permet de valider et de raffiner HDCRAM par la simulation de scénario radio cognitif. Ainsi le simulateur devient un outil de conception pour équipement Radio Cognitif.

Vandermonde Frequency Division Multiplexing for Cognitive Radio networks
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Abstract :
In this presentation we consider a cognitive radio scenario where a primary and a secondary user wishes to communicate with their corresponding receivers simultaneously over frequency selective channels. Under realistic assumptions that the primary user is ignorant of the secondary user's presence and that the secondary transmitter has no side information about the primary's message, we propose Vandermonde-based precoders that cancels the interference from the secondary user by exploiting the redundancy of the cyclic prefix and the frequency selectivity of the channel. Our numerical examples show that VFDM, with an appropriate design of the input covariance, enables the secondary user to achieve a non-negligible rate while generating zero interference to the primary user.

Prototypage d'un système MIMO-MC-CDMA sur plate-forme hétérogène
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(Thèse soutenue le 26 janvier 2009)

Résumé :
Les travaux de ce mémoire de thèse portent sur la mise en œuvre d’un prototype de système de communications sur une plateforme hétérogène SUNDANCE combinant DSP et FPGA dans le contexte de la convergence des réseaux locaux et cellulaires. La couche physique du système repose sur la technique MIMO-MC-CDMA avec deux antennes d’émission et deux antennes de réception. La technique MIMO-MC-CDMA combine l’étalement de spectre, l’OFDM et le codage temps-espace d’Alamouti, profitant de la diversité fréquentielle et de la diversité spatiale.

Les travaux menés dans cette thèse ont permis de développer la partie numérique du modem, synchronisation et estimation de canal incluses. Des études complémentaires sur la partie analogique sont également présentées. Les résultats d’implantation de la partie numérique pose la question du dimensionnement adéquat de la plateforme pour les futurs systèmes de communications. Ces travaux ont également permis de proposer un nouveau schéma de transmission particulièrement économe en ressources matérielles pour les applications MIMO-OFDM à plus de deux antennes d’émission. En outre, la plateforme s’est enrichie d’une nouvelle application pour valoriser le prototype obtenu.

mots-clés : MIMO, MC-CDMA, prototypage, FPGA, radio logicielle.

Intégration et Performance d'Architectures de Transmetteur Radio ULB
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Résumé :
Les systèmes de transmission à très large bande (ULB) ont récemment attiré l'attention de la communauté scientifique et des industriels. En février 2002, la Commission Fédérale de Communication (FCC) aux Etats-Unis a décidé d'autoriser l'utilisation sans licence de la bande de fréquence allant de 3.1 jusqu'à 10.6 GHz avec une puissance maximale de -41.3 dBm/MHz. Le principe de la technologie Ultra Large Bande (ULB) consiste à transmettre sans porteuse des impulsions très courtes selon une récurrence prédéfinie. Ces impulsions possèdent une densité spectrale de puissance très faible étalée sur une large bande de fréquence. Cette thèse s'intéresse à l'étude des performances et à l'implémentation d'un transmetteur ULB basé sur de la radio impulsionnelle en configuration multibandes. L'approche adoptée est en rupture avec l'état de l'art et tire profit des caractéristiques du canal ULB. Cette solution repose sur un récepteur non-cohérent basé sur la détection d'énergie du signal reçu avec une modulation OOK associée à une démodulation par seuillage. Cela permet d'alléger les contraintes sur le matériel en relaxant celles de la synchronisation et de l'estimation du canal.

Cette présentation peut être divisée en trois parties. La première partie concerne la réalisation des tests fonctionnels du système ULB adopté en environnement réel. Cela permet d'établir un bilan de liaison réel et d'évaluer le niveau du signal à chaque étage du transmetteur radio ULB. Dans la deuxième partie, nous étudions les performances du système ULB au sens du traitement de signal en évaluant l'effet du canal multitrajet ULB sur la statistique de l'énergie du signal reçu. Ensuite, la capacité du canal est calculée pour un tel système à base de détection d'énergie avec une modulation OOK et un bilan de liaison théorique est déduit. La troisième partie concerne l'étude d'implémentation d'un détecteur d'énergie analogique en technologie CMOS opérant dans la bande de fréquence 3.1-10.6 GHz en tenant compte des spécificités des applications très haut débit en termes de faible consommations d'énergie, de faible coût de fabrication et de taille réduite de puce. Les effets d'imperfections et ceux de la variation des paramètres technologiques des transistors ont été pris en compte dans l'étude de performance du circuit. Le comportement de ce détecteur d'énergie a été simulé sous CADENCE avec une technologie AMS SiGe 0.35 um BiCMOS.

Mots clefs - Détecteur d'énergie analogique, Radio impulsionnelle, Récepteurs non-cohérents, Technologie CMOS, ULB.

Conception et réalisation de systèmes et de circuits de traitement numérique des signaux radio dans un contexte de radiocommunications multi-standard
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Résumé :
Le séminaire vise la présentation des contributions et des résultats de recherche de l'équipe «Circuits et systèmes radio reconfigurables »  de l'unité de recherche CIRTA'COM concernant quatre volets relatifs au domaine des radiocommunications multi-standard. Le premier volet concerne l'établissement et la mise en œuvre d'une topologie RF originale de conversion de fréquence des signaux radio multistandard en définissant une nouvelle architecture de réception basée sur le concept du sous échantillonnage RF. Le deuxième volet est relatif à la proposition d'une méthodologie de dimensionnement générique des récepteurs radio multistandard quelque soit le mode de conversion de fréquence. Le troisième volet s'intéresse à la conception de circuits numériques et mixtes à haute intégration et faible consommation pour la conversion analogique numérique contrôlée par échantillonnage non uniforme, la sélection numérique des canaux des signaux radio large bande et multi-standard et l'établissement de nouvelles méthodologies de conception et techniques de réalisation VLSI. Enfin le quatrième volet est dédié à la définition d'algorithmes de traitement numérique du signal et le co-design d'architectures numériques pour optimiser l'efficacité énergétique et la puissance de sortie des émetteurs RF large bande pour les systèmes et réseaux de communications mobiles de 3ème et 4ème générations.

Biographie: Adel Ghazel, Senior Member IEEE depuis 1997 a obtenu le Diplôme d'Ingénieur en génie électrique et le DEA en Analyse des Systèmes et Traitements Numériques de l' Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis – (ENIT), Tunisie, respectivement en juin 1990 et en septembre 1990, le Doctorat en génie électrique de l'ENIT en co-encadrement avec l'ENSEEIHT-Toulouse, France et l'Habilitation Universitaire en Technologies de l'Information et de la Communication de l' Ecole Supérieure des Communications de Tunis– Sup'Com, Tunisie respectivement en 1996 et 2002. Actuellement il est Professeur en Télécommunications et Directeur des Etudes à Sup'Com, Université du 7 Novembre à Carthage, Tunisie. Il est le fondateur et le Directeur de l'unité de recherche CIRTA'COM à Sup'Com. Il est co-fondateur et Secrétaire Général de la Société Scientifique Tunisienne des Télécommunications (TTSS). De 1990 à 1992, il a travaillé sur des projets à l'international comme ingénieur spécialiste à la société Tunisie Engineering et Construction Industrielle. En 1993, il rejoint l'Ecole Supérieure des Postes et des Télécommunications de Tunis. En 1999, il devient le Directeur du Département Electronique, Physique et propagation à Sup'Com. Ses activités de recherche s'intéressent aux circuits et systèmes RF reconfigurables ainsi qu'aux algorithmes de traitement du signal et aux techniques d'implantation VLSI et logiciel embarqué sur DSP pour les systèmes de communications numériques (sans fils, CPL, GPS,…). Ses travaux de recherche ont conduit à plus de 150 publications et l'encadrement d'une cinquantaine d'étudiants en Doctorat, Mastère et stage de fin d'études d'ingénieur. Il est actuellement reviewer pour une dizaine de revues et journaux internationaux. Depuis 1998, Il travaille avec Analog Devices Inc. - Software and Systems Technology Division, Boston, MA, comme Consultant Senior d'activité de recherche et développement relatives aux technologies CPL, GPS, télématique et navigation. Il est aussi co-fondateur et Directeur de Programme R&D du centre de développement de systèmes embarqués (EBSYS) depuis Septembre 2001. Il a obtenu en 2002 avec son unité de recherche MEDIATRON en Tunisie le Prix Présidentiel de la recherche scientifique en TIC.

Bulle radio sensorielle pour radio intelligente 
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Résumé :
De nos jours, nous assistons à une prolifération des moyens de communication par voie radio. Une des conséquences directes est la saturation de la ressource radiofréquence. Celle-ci étant finie et réglementée avec des licences, elle n'est plus en mesure de fournir davantage de bande radio pour les nouveaux systèmes de radio communication. Afin de répondre au besoin des systèmes de communication et de ceux qui apparaitront par la suite, des techniques d'optimisation et de réutilisation du spectre radio sont nécessaires. Le problème se situe au niveau de l'optimisation de l'utilisation du spectre radio sur un ensemble de systèmes qui partagent une zone géographique donnée à un instant donné. Des campagnes de mesure du spectre radio ont révélé qu'à un instant donné et en un lieu donné le spectre radio n'est utilisé que très partiellement. Cela s'explique par le fait que les utilisateurs propriétaires des licences n'utilisent pas continuellement leurs ressources radiofréquences. Ainsi une connaissance de la situation des ressources spectrales permettra de réutiliser les bandes temporairement inutilisées dans la limite où les utilisations de ces bandes le permettent. Par exemple, la détection des bandes libres dans le spectre ainsi que l'identification des systèmes présents, peuvent contribuer à cette optimisation. Nous proposons un système nommé : Bulle Radio Sensorielle (BRS) par analogie à la bulle humaine. La BRS mesure et fournit au système de radio communication la situation de l'environnement radio. Avec cette vision du spectre le système peut choisir un mode de fonctionnement qui optimise l'utilisation du spectre, sans interférence avec le propriétaire de la bande radio et avec les autres systèmes aux alentours.

Dans ce séminaire, nous verrons les besoins d'un terminal intelligent en terme d'information, afin qu'il puisse se reconfigurer de manière autonome et s'adapter à son environnement. Il doit notamment se comporter de manière adéquate afin d'éviter toutes interférences avec les systèmes qui partagent un même et unique support radiofréquence. Nous présenterons le concept de la bulle radio sensorielle et son apport significatif à un terminal radio intelligent.

Nous détaillerons en outre l'un des capteurs de la BRS qui est " le capteur de reconnaissance de standard". Il permet d'identifier les systèmes et réseaux opérant à proximité du terminal, dans le but d'éviter d'entrer en interférence ou de se connecter à l'un d'entre eux. Ce capteur permet de reconnaître les systèmes grâce aux signaux reçu de ces derniers. Chaque standard a sa propre signature radiofréquence. La reconnaissance ne nécessite aucune démodulation. Elle opère directement sur les caractéristiques du signal.

Architecture logicielle et méthodologie pour créer une pile de radiocommunications multistandard embarquée sur un circuit "bande de base" unique
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Résumé :
De plus en plus de terminaux sont capables de communiquer en utilisant plusieurs standards de radiocommunications numériques, parfois de manière simultanée. L'implémentation de ces standards dans les terminaux, sous forme de matériel et de logiciels embarqués, a été réalisée par différents acteurs de l'industrie qui ont utilisé des outils, méthodes, environnements, et langages de conception et développement distincts. Chaque acteur industriel s'est concentré sur un standard particulier, pour apporter rapidement une solution technique qu'il a ensuite optimisée.

La convergence des solutions techniques de radiocommunication présentes dans les terminaux a déjà commencé, essentiellement au niveau matériel : Antenne unique (collage de plusieurs antennes), boîtier RF/IF unique (intégration de plusieurs circuits RF/IF), circuit "bande de base" unique, ... Au niveau logiciel, les données en mode paquet et les applicatifs correspondants ont convergé (IP et couches supérieures), mais cela ne répond que partiellement à la convergence des protocoles de radiocommunication.

L'intégration de plusieurs protocoles sur un unique circuit "bande de base" pour gérer les différents flux radio s'avère très difficile en raison de la disparité des logiciels implémentant les piles protocolaires de différents standards : systèmes d'exploitation embarqués différents, architecture et conception logicielles différentes, ...

Une nouvelle approche consiste à créer un environnement logiciel commun, spécialisé dans la gestion de plusieurs protocoles, et permettant de construire une pile protocolaire de radiocommunications multistandard. Le premier bénéfice d'un tel environnement est de permettre d'intégrer ces protocoles sur un unique circuit "bande de base". Le second bénéfice est d'offrir une gestion intelligente des flux de données au sein du terminal, depuis la couche physique jusqu'aux applicatifs, et ceci de manière complémentaire à la technologie SDR. Le troisième bénéfice est d'offrir une gestion uniformisée des couches protocolaires (configuration, reconfiguration, changement d'une couche, ...).

Architectures reconfigurables à base d’opérateur CORDIC pour le traitement du signal: Applications aux récepteurs MIMO
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Résumé :
Cette thèse porte sur la mise en œuvre des architectures reconfigurables pour répondre aux besoins des systèmes de communication : des débits élevés et une grande flexibilité supportant les évolutivités des futurs systèmes. Nous nous intéressons particulièrement aux systèmes MIMO. Les architectures proposées utilisent l’opérateur CORDIC (COordinate Rotation DIgital Computing) comme opérateur commun, ainsi que les techniques de reconfiguration statique et partielle de FPGA en vue d’une optimisation et d’une adaptation dynamique des ressources matérielles aux caractéristiques de la communication. Le nombre d’opérateurs CORDIC peut donc être modifiés par la reconfiguration statique pour s’adapter aux différents récepteurs MIMO et aux différents débits demandés. Les interconnexions entre les opérateurs CORDIC peuvent être modifiées par la reconfiguration partielle et dynamique de FPGA afin d’optimiser les ressources matérielles. L’impact du nombre d’étage de l’opérateur CORDIC sur le TEB et EQM du décodeur a été étudié. Trois exemples de récepteurs MIMO ont été réalisés à l’aide cette architecture reconfigurable: V-BLAST Square Root, MMSE et CMA. L'utilisation de cette architecture permet de diminuer les ressources matérielles sans dégrader les performances du décodeur MIMO en terme de TEB et EQM.

Méthodes d'optimisation et de recherche d'attributs communs entre une signature inconnue et un ensemble de modèles candidats par résolution variable

Résumé :
L’objectif de ce séminaire est de présenter l’efficacité de méthodes d’optimisation de la recherche d’attributs communs en effectuant un prétraitement basé sur la multirésolution, permettant de ne conserver que les paramètres caractéristiques des signatures.

D’une manière générale, un signal stationnaire peut se décomposer en deux composantes : une « lisse » (Vi) qui donne l’allure générale du signal et une « détaillée » (Wi) qui en fournit les variations rapides. La composante « lisse » est le signal tel que l’on le voit à la moitié de la résolution la plus fine (avec deux fois moins d’échantillons). Dans le principe, cette composante est obtenue à l’aide d’un filtre passe-bas. Les détails s’obtiennent en utilisant un filtre passe-haut. On a alors d’un côté, une signature « grossière » de la cible, et de l’autre, ses « détails ». Il est ensuite possible répéter cette procédure avec une résolution divisée par deux. Ce signal est à nouveau, séparé en deux parties : un signal encore plus lissé (au quart de la résolution initiale), et de nouveaux détails deux fois plus grands que les précédents. Afin d’effectuer cette décomposition, plusieurs techniques peuvent être mises en œuvres. Outre les méthodes conventionnelles telles que la décimation, on peut citer également la transformée de Fourier à fenêtre glissante ou la transformée en ondelettes.

L’objectif de ce séminaire est donc de présenter ces différentes techniques et de comparer les performances obtenues en terme de gain de temps de traitement et de probabilité d'erreur d'identification, pour la recherche d’attributs communs entre une signature inconnue et un ensemble de signatures connues, lorsque :
- Cette recherche s’effectue sur la totalité des signatures disponibles dans la base de données,
- Cette recherche s’effectue de manière récursive sur le signal décomposé des signatures disponibles dans la base de données, en essayant en dégageant des arbres hiérarchiques de décision.

Différents types d’ondelettes ainsi que techniques de seuillage pouvant être utilisées pour cette application, seront étudiés. A l’issue de cette première partie, un choix sera fait sur la méthode de décomposition utilisée pour la suite de l’étude. La base de références de SER (Section Efficace Radar ) simulées des cibles sera ensuite décomposée en plusieurs bases de données fonction de la « qualité » de description, c’est-à-dire du niveau de détail, des profils distance (réponses impulsionnelles) des cibles.

Une méthode d’association d’attributs « simple » sera mise en œuvre, comme par exemple, une intercorrélation ou l’algorithme du « Plus Proche Voisin », utilisant l’amplitude du signal comme paramètre d’association. A partir de ce critère de décision, on tentera de segmenter la base de données et de mettre en place des arbres hiérarchiques de décision permettant d’associer progressivement à une signature inconnue, une ou plusieurs cibles connues. Une évaluation sera ensuite faite sur le gain de traitement entre une association effectuée sur la totalité des données contenues dans la base de référence, et une association récursive effectuée sur les données segmentées.

Tous ces travaux seront réalisés à partir de la base de données de SER simulées d’avions moyen-courrier disponible au sein de l’IETR. La base de données de l’IETR a été construite pour le projet MOSAR et est constituée de 8 avions : Airbus A320, BAE 146-200, Boeing 727-200, 737-200, 737-300, 747-200, 757-200 et Fokker 100. Les SER ont été estimées à partir des paramètres suivants :
- Plage de fréquences comprises entre 20 et 100 MHz par pas de 1 MHz,
- Variation en azimut : -10° à +190° par pas de 2°,
- Variation en site : 0° à 90° par pas de 1°,
- Quatre canaux de polarisation : HH, HV, VH, VV.

Innovative 3D MIMO schemes in Digital Video Broadcasting (DVB) systems
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Résumé (abstract) :
Broadcasting digital TV is currently an area of intensive development and standardization activities. Actually, different groups are working on the standardization problem. In Europe, the digital video broadcasting (DVB) consortium has adopted different standards for terrestrial (DVB-T) fixed reception, handheld (DVB-H) reception, satellite (DVB-S) reception as well as an hybrid reception like DVB-SH. In June 2008, the DVB-T2 was born extracting a lot of specifications from DVB-S2 and proposing some specifications for an eventual use of handheld reception. Now, we are working towards a second generation of DVB-SH called next generation handheld (NGH). Technically, DVBNGH system should provide an efficient and flexible mean of carrying broadcast services over an hybrid satellite and terrestrial infrastructure to a variety of portable, mobile and fixed terminals.

The commercial requirements of the DVB-NGH (in progress at the DVB forum) are mainly based on the DVB-SH and the DVB-T2 specifications. The Multiple Input Multiple Output (MIMO) is then a very promising candidate for next generation handheld broadcasting systems. Even multiple input single output (MISO) scheme has been proposed in the second generation of terrestrial digital TV, there are still gaps in its deployment especially in single frequency networks (SFN). The application of MIMO schemes becomes more critical when they are used in a distributed way between the antennas located at different sites due to the SFN context or in hybrid satellite-terrestrial transmission due to the different aspects of the respective transmission links.

The goal of my presentation is to analyze and propose innovative MIMO techniques to these different contexts. After a brief description of the state-of-the-art of the MIMO transmission and the SFN context, we propose to apply a layered space time block code (LSTBC) for MIMO schemes. This LSTBC is constructed by combining efficiently the Alamouti and the Golden code schemes. This efficiency is verified in different transmission scenarios and in both terrestrial and hybrid terrestrial-satellite transmission. The presentation will give:
- a brief overview of the DVB-T2
- a brief state-of-the art of the MIMO schemes and the SFN context
- a detailed description of the combination of the MIMO schemes in the SFN context and a proposition of an innovative 3-dimensions (3D) MIMO scheme to the SFN
- a detailed description of the land mobile satellite channel (LMS) used to describe the satellite link in a broadcasting environment.
- An adaptation of the 3D MIMO scheme to the hybrid satellite-terrestrial transmission

A conclusion and some perspectives will be drawn at the end of the presentation.

An analysis of the transmission capacity of two multicarrier modulation schemes for PLC

Résumé (abstract) :
Multi-carrier modulations have been widely considered to counteract the frequency-selective fading. Among them, OFDM is the most proposed scheme in either wireless communications (e.g. 802.11) or wired communications (e.g. ADSL, PLC). Its efficient implementation thanks to FFTs and simple one-tap equalization thanks to cyclic prefix (CP) also make very much practical sense. However, the shortcoming of OFDM, i.e., spectrum leakage due to CP addition, is becoming more and more obvious especially for high-rate data transmissions. Moreover, non-flexible pulse shape poses several problems with the circumstance of the occurrence of Doppler or narrowband interference for OFDM system. In order to overcome the above drawbacks, an OFDM based with Offset QAM (OFDM/OQAM) system has been presented as an alternative to OFDM. This modulation does not require CP and can flexibly choose pulse shape filter such that it can provide good localization in time and frequency. But since, OFDM/OQAM does not have CP, it remains some interference, much less than OFDM without CP, in data transmission.

Therefore, the judge of which modulation is better than the other between OFDM and OFDM/OQAM essentially depends upon the balance of the spectrum efficiency loss of OFDM and the remaining interference level. In this presentation, we take PLC application as an example for this balance analysis in terms of the transmission throughput to show how shall we choose an appropriate scheme between OFDM and OFDM/OQAM.