Equipe SCEE : Signal, Communication et Electronique Embarquée

Implantation d’applications Radio Logicielle et radio intelligente sur architectures reconfigurables

La radio logicielle et la radio intelligente se basent sur des architectures de traitement ayant une forte puissance de calcul et nécessitant l'implication de structures à multiples unités de calcul. Les contraintes architecturales sont par conséquent très importantes et l'utilisation de composants de natures différentes est souvent indispensable. La conception à l'échelle d'un équipement radio logicielle requiert l'utilisation de techniques et méthodes très évoluées. Des approches de conception de haut niveau sont étudiées notamment. Mais c'est toute une méthodologie de conception qu'il faut envisager en ajoutant au traitement du signal radio proprement dit une véritable architecture de gestion de la reconfiguration. Elle doit notamment gérer des cibles technologiques d'une très grande hétérogénéité.

Ces architectures peuvent regrouper en effet des composants aussi variés que des processeurs (micro-contrôleurs ou processeurs généraux), des DSP, des FPGAs, des ASICs numériques paramétrables, des ASICs analogiques, des mémoires et des moyens de communication (bus, fifo...). A cela s'ajoute désormais une nouvelle dimension qui consiste à gérer les contraintes liées à la radio intelligente.

Personnes impliquées dans le domaine de l'archi RL ou RI

    Jacques PALICOT (enseignant - chercheur)
    Pierre LERAY (enseignant - chercheur)
    Yves LOUET (enseignant - chercheur)
    Christophe MOY (enseignant - chercheur)
    Amor NAFKHA (enseignant - chercheur)
    Noël TCHIDJO (doctorant à THALES à Colombes) - sujet
    Stéphane LECOMTE (doctorant à THOMSON à Rennes) - sujet
    Navin MICKAEL (en coopération avec NTU de Singapour) - sujet
    Wassim JOUINI (stagiaire puis doctorant) - sujet
    Ziad KHALAF (doctorant) - sujet

Anciens membres

    Istas PRATOMO (doctorant) - sujet
    Julien DELORME (post-doctorant) - sujet
    Sufi TABASSUM GUL (doctorant) - sujet
    Hongzhi WANG (doctorant) - sujet
    Laurent ALAUS (doctorant au CEA à Grenoble) - sujet
    Loïg GODARD (doctorant) - sujet
    Ali AL GHOUWAYEL (doctorant qui a soutenu en 2008)
    Jean-Philippe DELAHAYE (doctorant qui a soutenu en 2007)
    Virgilio RODRIGUEZ (post-doctorant en 2006)

Low power reconfigurable digital front-end for multimode SDR handsets

Cette étude porte sur la conception de filtres numériques reconfigurables à faible complexité de réalisation pour les applications de radio intelligente. Le cas des bancs de filtres reconfigurables est notamment étudié.

Doctorant : Navin MICKAEL (en coopération avec NTU de Singapour - Nanyang Technological University)
Directeur de thèse : Prof. VINOD Prasad de NTU
Responsable : Christophe MOY

Architecture logicielle et méthodologie de conception embarquée sous contraintes temps réelles pour la radio logicielle

Le but de l'étude est de définir une méthodologie de conception MDA pour une radio logicielle formée d'un DSP supportant un OE (Operating Environment). L'objectif est d'intégrer, dans une représentation basée sur UML, toutes les contraintes associées à l'application radio ou à la plate-forme (matériel et logiciel, dont l'OE) afin de vérifier la bonne exécution de l'application. Les scénarios où plusieurs chaines sont déployées par l'OE seront notamment étudiées.

Doctorant : Noël TCHIDJO (THALES Colombes)
Responsable : Christophe MOY

Méthodologie de Conception de Haut Niveau Orientée Modèles pour la Description TLM d’Applications Vidéo.

La thèse est effectuée dans le cadre de la coopération entre THOMSON et SUPELEC pour le projet MOPCOM. Le but est de définir une méthodologie de conception MDA pour générer automatiquement du code VHDL et/ou des modèles SystemC permettant soit d'implanter directement la modélisation sur cible (FPGA ou ASIC) soit de valider les échanges de données (TLM). La reconfiguration dynamique de FPGA est notemment prose en compte dans la modélisation.

Doctorant : Stéphane LECOMTE (THOMSON Rennes)
Responsable : Pierre LERAY

La prise de décision dans les équipements de radio intelligente

Ce sujet vise à explorer les différentes possibilités de mise en oeuvre de la prise de décision dans un équipement de radio intelligente. L'étude portera sans a priori sur toutes les approches pouvant aider à l'optimisation (selon différent critères) du fonctionnement de l'équipement en fonction de son environnement (au sens large) à chaque instant.

Doctorant : Wassim JOUINI
Responsable : Christophe MOY

Cognitive Radio: détection des bandes libres dans un contexte multi-antennes (MIMO)

Les travaux portent sur la détection des bandes libres dans un contexte MIMO.

Doctorant : Ziad KHALAF
Responsable : Amor NAFKHA

Anciennes études

Reconfiguration dynamique partielle de FPGA pour les MIMO dans un contexte radio logicielle

Les travaux portent sur la conception d'une architecture spécifique flexible pour l'implémentation sur FPGA de l'algorithme de détection des signaux MIMO de type V-BLAST "Square Root" dans un contexte « Radio Logicielle ». L'architecture proposée utilise l'opérateur élémentaire CORDIC comme opérateur de base ; l'optimisation des ressources matérielles s'obtient en adaptant dynamiquement le degré du parallélisme à la puissance de calcul nécessaire pour une configuration MIMO et un débit donnés.

Doctorant : Hongzhi WANG
Responsable : Pierre LERAY

Modélisation et conception d'architecture de gestion pour un équipement de radio intelligente

Ce sujet est une extension du travail de thèse de Loïg GODARD sur la radio intelligente. Le but est de raffiner l'architecture HDCRAM et l'intégrer dans une méthodologie de conception à plusieurs niveaux d'abstraction de type MOPCOM. Il reste à déterminer notamment si des représentations de type UML (profile MARTE) permettent de décrire tous les aspects désirés, ou s'il faut passer par des langages "plus expressifs" comme SystemC.

Doctorant : Istas PRATOMO
Responsable : Christophe MOY

Architecture de terminaux reconfigurables pour la radio cognitive

L'objectif est de développer une architecture numérique reconfigurable pour les émetteurs/récepteurs de radio intelligente. Pour cela, on opte pour une factorisation des traitements sous la forme d'opérateurs communs paramétrales. Les interfaces air de type OFDM sont particulièrement ciblées ici, comme elles seront utilisées dans la plupart des standards de communications sans fil.

Doctorant : Laurent ALAUS (CEA Grenoble)
Responsable : Jacques PALICOT

Architecture de gestion hiérarchique distribuée pour la radio intelligente

Ce sujet est une extension du travail de thèse de Jean-Philippe DELAHAYE vers la radio intelligente. Une gestion hiérarchique distribuée de la gestion est aussi proposée pour l'intelligence d'un équipement : HDCRAM (Hierarchical and Distributed Cognitive Radio Architecture). Un méta-modèle de l'HDCRAM a été développé à l'aide du langage Kermeta (de l'INRIA). Kermeta étant un langage d'action exécutable, cela permet d'obtenir un métamodèle simulable de la gestion radio intelligente d'un équipement. Cette thèse s'achève à la fin de l'année 2008. Elle sera suivie par la thèse de Wassim JOUINI.

Doctorant : Loïg GODARD
Responsable : Christophe MOY

Conception d'équipements radio logicielle multi-standards par optimisation de graphes

Le travail constitue la suite du post-doctorat de Virgilio RODRIGUEZ. Le but est de finaliser la modélisation d'architectures reconfigurables à base d'opérateurs communs de différentes granularités. Cela implique de définir très précisément les coûts (sans doute différentes catégories) associés à chaque opérateur et la méthode d'optimisation du graphe. De nombreux exemples serviront de support à l'étude et de démonstration de la faisabilité et de la pertinence de l'approche choisie.

Doctorant : Sufi Tabassum GUL
Responsable : Christophe MOY

Démonstrateurs de radio logicielle et de radio intelligente

Ces démonstrateurs sont développés dans le cadre des projets collaboratifs E2R-phase2 et IDROMel.

Doctorant : Julien DELORME
Responsables : Christophe MOY et Amor NAFKHA

Architecture de gestion hiérarchique distribuée pour la radio intelligente

Ce sujet est une extension du travail de thèse de Jean-Philippe DELAHAYE vers la radio intelligente. Une gestion hiérarchique distribuée de la gestion est aussi proposée pour l'intelligence d'un équipement : HDCRAM (Hierarchical and Distributed Cognitive Radio Architecture). Un méta-modèle de l'HDCRAM a été développé à l'aide du langage Kermeta (de l'INRIA). Kermeta étant un langage d'action exécutable, cela permet d'obtenir un métamodèle simulable de la gestion radio intelligente d'un équipement. Cette thèse s'achève à la fin de l'année 2008. Elle sera suivie par la thèse de Istas PRATOMO.

Doctorant : Loïg GODARD
Thèse soutenue en décembre 2008
Responsable : Christophe MOY

Opérateur commun FFT et paramétrisation

Les études de paramétrisation font partie d’un nouveau domaine issu de la Radio Logicielle. Nous pouvons distinguer deux types de paramétrisation: par fonctions communes ou par opérateur commun. Il s’agit de trouver un opérateur commun (ou fonction commune) de niveau le plus élevé possible qui serait utilisé par le maximum de fonctions de tous les standards, y compris des futurs standards. Celui-ci sera appelé par le plus grand nombre possibles de fonctions de tous les standards. Dans cette optique, notre travail a pour objectif de formaliser dans le domaine fréquentiel des fonctions qui ont été jusqu’à présent développées dans le domaine temporel en se basant sur l’opérateur commun FFT. Une attention toute particulière sera portée sur les opérations de décodage de canal.

Doctorant : Ali AL GHOUWAYEL
Responsable : Yves LOUET

Optimisation inter-couches de systèmes multi-standard par paramétrisation

Le laboratoire est engagé dans une étude originale de paramétrisation orientée "opérateur commun" pour l'optimisation inter-couches des systèmes de radio logicielle. L'objectif est de factoriser (mettre en commun) les unités de traitement entre tous les algorithmes à exécuter dans différents standards, afin de minimiser l'impact d'une phase de reconfiguration imposée par le passage d'un standard (par exemple GSM) à un autre (par exemple UMTS). Cette approche permet d'éviter le téléchargement de fonctions qui consomment de la bande passante lors des phases de reconfiguration du système pour passer d'un standard à un autre puisque les mêmes opérateurs déjà présents doivent pouvoir faire fonctionner ces différents standards par simple changement de paramètres des opérateurs.
L'étude repose sur une description sous forme d'hypergraphe dont le modèle a été défini. Des algorithmes d'optimisation du graphe sont en cours de définition. Les paramètres pris en compte dans l'évaluation de la fonction de coût seront également à préciser et calibrer. Le résultat attendu est de sélectionner les opérateurs communs quelle que soit la configuration de la radio logicielle multi-standards envisagée.

Post-doctorant : Virgilio RODRIGUEZ
Responsable : Christophe MOY

Architecture de reconfiguration dynamique partielle de FPGA pour la radio logicielle

Une analyse de divers standards (GSM, UMTS et WiFi) a permis de dégager 3 grandes classes de traitements en fonction de la nature même des calculs qu'ils impliquent. On remarque égalment que cette classification peut correspondre à une répartition naturelle sur des composants de types différents (GPP, DSP, FPGA...).
On associe également 3 niveaux de hiérarchie de reconfiguration qui correspondent à différents niveaux de granularité de la reconfiguration. On peut aussi rapprocher ce découpage d'une répartition par types de composants, la granularité de plus gros grain étant plutôt gérée au niveau de processeurs et celles à grains fin au niveau de DSP et/ou de FPGAs.
On distingue deux flux d'échanges entre les modules de traitement : un flux de données (datapath) et un flux de reconfiguration.
L'architecture de gestion de reconfiguration obtenue a été nommée HDReM (Hierarchical and Distributed Reconfigurable Managaement).
Une approche de paramétrisation et de conception par opérateurs communs favorise la mise en oeuvre de la reconfiguration dynamique partielle de FPGA. Cette approche est mise en oeuvre sur des composants Xilinx Virtex II.
Cette thèse a pris fin en 2007 mais ces travaux ont été poursuivis dans la thèse de Loïg GODARD.

Doctorant : Jean-Philippe DELAHAYE
Responsable : Jacques PALICOT

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