Amélioration de la qualité de transmission des systèmes de communication sans fil dans un contexte de réduction de la consommation électrique

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Amélioration de la qualité de transmission des systèmes de communication sans fil dans un contexte de réduction de la consommation électrique
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Non connu à ce jour
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Image Signal et Automatique

Lieu de travail
Equipe SYSCOM de XLIM-SIC
Poitiers: site SP2MI du Futuroscope
Angoulême: IUT

Laboratoire d’accueil : XLIM/SIC

Présentation de l’équipe de recherche
Les activités de SYSCOM sont focalisées sur des stratégies de transmission de services multimédia spécifiques (image fixe, vidéo, …) entre entités communicantes (véhicules, capteurs, objets, personnes, …) présentant ainsi des mobilités variées dans des environnements difficiles (urbain dense, indoor, tunnel, milieu industriel, poste HT, …) et évoluant au sein de réseaux cellulaires ou ad’hoc avec qualité de services.

Dans le but d’étudier des réseaux intégrant de plus en plus de degrés de liberté dus aux grands nombres d’entités pouvant interagir, nos travaux intègrent l’interaction entre les couches basses du modèle OSI, en particulier la couche Physique, et la couche «Application» au sein d’une simulation réaliste d’un réseau sans fil. La spécificité de SYSCOM tient dans l’approche «système» développée qui s’appuie sur une culture à l’interface de plusieurs communautés scientifiques (circuit électronique et systèmes, onde électromagnétique, théorie de l’information).

Résumé de la thèse en français
L’objectif de cette thèse est de proposer des outils et des techniques permettant d’améliorer la qualité de transmission à hauts débits des systèmes sans fil, en prenant conjointement en compte la nature de l’information transmise et le canal de transmission sous contrainte de consommation électrique et/ou de Qualité de Service.

Poussés par la demande croissante en termes de débit, de nombreux développements des communications sans fils ont été proposés ces dernières années, faisant appel à des modulations à large bande ou des systèmes MIMO, pour des applications de communications mobiles ou plus récemment de réseaux de capteurs. Néanmoins, le déploiement de réseaux à haut débit ne peut être envisagé sans la prise en compte de la consommation électrique des systèmes. Le travail proposé vise à étudier et développer de tels systèmes à haut rendement énergétique tout en garantissant la Qualité de Service requise.
L’amélioration des performances passe par une optimisation conjointe, flexible et ajustable, des différentes fonctions d’une chaîne de radiocommunications afin de s’adapter au contexte d’utilisation et de mobilité.

Résumé de la thèse en anglais
Increasing demand for higher data rate is leading to new research and development of wireless communication formats using wider bandwidth, MIMO systems, …. Improvement of the transmission quality is an objective of first importance for new high data rate applications. From another side, for mobile applications or sensors network the energy consumption should be limited due to battery life. In this work we proposed such improvement by taking in account performances in term of data transfer performances but also the overall electrical consumption. The objective is to study and develop efficient systems and transmission formats, allowing a given high level of Quality of Service

Description complète du sujet de thèse
Les déploiements récents dans le domaine des communications sans fils utilisent des schémas de modulation plus complexes et des architectures innovantes dans le but de permettre la multiplication du nombre d’utilisateurs et la transmission de contenus de grandes tailles et cela, avec une qualité de service (QoS) relativement fiable. Toutefois, de nouveaux défis technologiques se posent et les systèmes de télécommunication doivent s’adapter à de nouvelles contraintes liées à des applications particulières: très hauts débits, haute qualité des données et confidentialité, contexte de mobilité, nombre important de nœuds du réseau. De plus, compte tenu des consommations énergétiques des systèmes communicants, de la nature de l’information transmise et des capacités de stockage pour des systèmes mobiles, il est devenu primordial de prendre conjointement en compte le contenu à transmettre et le canal de transmission sous contrainte de consommation électrique et/ou de Qualité de Service. Ce travail de thèse portera donc sur la recherche, l’étude et l’optimisation de critères permettant l’amélioration du bilan énergétique en maintenant une bonne qualité de service, avec comme applications possibles les communications mobiles et les réseaux de capteurs sans-fi.

Dans cette thèse, il s’agira de proposer et d’évaluer une stratégie d’adaptation de lien prenant conjointement en compte un ensemble de blocs constituants la chaîne d’émission/réception et permettant d’augmenter la qualité visuelle du média transmis sous contrainte énergétique. Une solution pourrait être de mettre en œuvre des techniques telles qur l’UEP (Unequal Error Protection), l’UPA (Unequal Power Allocation), la modulation adaptative, le contrôle de débit source et la réduction du PAPR. Les tests de simulation seront effectués sur des canaux «réalistes» en situation de mobilité. On cherchera alors à tirer profit de la diversité offerte par le canal de transmission afin de lutter contre les dégradations qu’il génère. Pour cela, on a recourt aux systèmes multi-antennaires MIMO (Multiple Input Multiple Output) qui dans un environnement riche en multi-trajets améliorent significativement la robustesse et/ou le débit de transmission, en comparaison des systèmes SISO (Single Input Single Output). La stratégie développée devra ainsi être adaptative et flexible face à la variabilité de l’environnement et des services pour garantir une QoS optimale. Nous utilisons également une modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), qui représente un moyen efficace de combattre la sélectivité fréquentielle liée au phénomène de multi-trajets.

Un des critères à approfondir concerne la mise en forme des signaux OFDM et la réduction du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). Une stratégie devra alors être établie afin de choisir le nombre et l’emplacement des sous porteuses de données et éventuellement de correction, en fonction du spectre disponible, de la qualité de transmission à assurer et de la consommation électrique admissible. En fonction des résultats obtenus principalement en termes de PAPR, d’autres interfaces de communication peuvent être envisagées en utilisant des modulations mono-porteuses associées à des techniques d’accès à multiplexage de fréquence (SC-FDMA).

Des validations expérimentales seront souhaitées en s’appuyant sur le banc de test OFDM mis au point dans notre laboratoire. Les principaux indicateurs de qualité (ACPR, d’EVM,TEB, PSNR, SSIM…) seront caractérisés. Un bilan entre différentes méthodes sera dressé en termes de qualité, consommation électrique et complexité de mise en œuvre. Une campagne de mesures en environnement réel pourrait être menée.

Objectifs scientifiques de la thèse
– Optimiser une chaîne de transmission, selon une approche système, prenant en compte le contenu à transmettre, la nature du canal radiomobile et la consommation électrique.
– Evaluer les techniques OFDM et être capable de proposer des scénarios de choix des sous porteuses données et corrections en fonction du nombre de points d’accès, du PAPR, des débits et de la qualité de service souhaitée
– Evaluer les caractéristiques de techniques monoporteuses à utiliser seules ou en complément de l’OFDM
– introduire dans les critères d’optimisation la prise en compte de la consommation électrique et du contenu en utilisant les modèles appropriés.
– Valider expérimentalement les solutions envisagées.

Compétences à l’issue de la thèse
Compétences scientifiques: Maitrise des systèmes de communication sans-fil, réseaux de capteurs, norme LTE, codage de l’information, les modulations multiporteuses, protocoles et réseaux, , systèmes MIMO, expertise sur les réseaux de capteurs sans-fil.

Compétences transverses: travail en équipe, esprit critique, capacité d’analyse, autonomie, valorisation des résultats.

Mots clés (séparés par des virgules)
Modulation OFDM, radiocommunications, signaux multiporteuses, consommation, codage, amplification de puissance
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
Le candidat devra être jeune diplômé, soit titulaire d’un MASTER 2 (ou équivalent), soit titulaire d’un diplôme d’ingénieur dans le domaine de l’EEA (Electronique, Electrotechnique et Automatique). Plus précisément, des connaissances approfondies dans les disciplines suivantes seront appréciées:

· Electronique non linéaires, CAO,
· Communications numériques, systèmes sans fil,
· Modulations et signaux.

Modalité de dépôt des candidatures
CV et lettre de motivation à envoyer à Claude DUVANAUD

Date limite de candidature
30 avril 2013.

Directeur de thèse
Claude DUVANAUD
XLIM-SIC
IUT Angoulême
4, Avenue de Varsovie
16000 Angoulême

Adresse mail du directeur de thèse : claude.duvanaud@univ-poitiers.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 45 67 32 25

Co-directeur de thèse
Clency PERRINE

Département XLIM-SIC
UMR CNRS 7252
Bât. SP2MI, Téléport 2,
Bvd Marie et Pierre Curie, BP 30179
86962 Futuroscope Chasseneuil Cedex
Adresse mail du co-directeur de thèse : clency.perrine@univ-poitiers.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 05 49 49 74 41
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thématique LABEX concernée :

  • Thème 3: Fonctions et systèmes
  • Thème 5: Sécurité
  • Thème 7: Energie

Thèse pour Action transverse : NON

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