Conception d'architectures pour la (dé)modulation et le (dé)codage dans les transmissions ultra-large bande impulsionnelles : développement et optimisation d'un WBAN

par Christophe Huseyin Kizil

Projet de thèse en Systèmes électroniques

Sous la direction de Camel Tanougast.


  • Résumé

    Les systèmes de transmission modernes doivent faire face à trois enjeux majeurs: la diminution de l’énergie nécessaire à la transmission, l’augmentation du débit, et l’immunité au bruit. Les systèmes de transmission large bande se sont considérablement développé mais les techniques mises en œuvre (CDMA, OFDM) ont recours à des traitements lourds. Les techniques ultra-large bande impulsionnelles sont particulièrement prometteuses: l’étalement de spectre n’est pas une étape supplémentaire, mais une caractéristique intrinsèque du système. La nature du signal transmis lui confère d’autres avantages, comme la possibilité d’une localisation des différents nœuds du réseau. L’objectif de cette thèse est de définir des architectures pour la (dé)modulation de formes d’impulsions, pour les transmissions ULB-IR au sein de réseaux de capteurs, tels que les réseaux corporels, les réseaux SHM, les réseaux de contrôle et de surveillance de l’habitat, etc. Le travail consistera en la mise en œuvre et l’adaptation de techniques de transformées en ondelettes pour permettre l’utilisation simultanée du canal ultra-large bande par plusieurs utilisateurs. L’étude théorique portera sur la définition d’une méthode de sélection d’ondelette afin de partager le spectre entre les différents utilisateurs grâce à l’IDWT, à choisir une ondelette compatible avec le canal de transmission (propriétés d’orthogonalité, immunité aux distorsions de phase et de fréquence) et à faciliter la détection de l’impulsion lors de la réception. L’étude devra également viser l’utilisation optimale du support de transmission en environnements fortement perturbés ainsi que la gestion des chemins multiples. Les techniques de localisation des nœuds au sein du réseau devront également être considérées. Les techniques de transmission impulsionnelle reposent sur des impulsions très brèves, donc mettent en œuvre des timings très contraints (impulsions de quelques nanosecondes). L’étude architecturale portera sur des techniques de parallélisation et d’optimisation architecturale permettant d’aboutir à un système réalisable. Les modèles résultants devront être réalisés en VHDL et l’architecture sera validée sur FPGA. Un effort important devra être consacré à la prise en compte de la sûreté de fonctionnement et de la consommation à toutes les étapes de la conception de l’architecture.

  • Titre traduit

    Architecture design for (de)modulation and (de)coding in the ultra-wide band impulse transmissions : development and optimization of a WBAN


  • Résumé

    Modern transmission systems face three major issues: the reduction of the energy required for transmission, increased throughput, and noise immunity. Wideband transmission systems have developed considerably but the techniques used (CDMA, OFDM) use heavy treatments. The ultra-wide band impulse techniques are particularly promising: the spread spectrum is not an extra step, but an intrinsic feature of the system. The nature of the transmitted signal confers other advantages such as the possibility of locating the different network nodes. The objective of this thesis is to define architectures for the (de)modulation pulse shapes, for UWB-IR transmission in sensor networks, such as personal networks, SHM networks, control networks and house monitoring. The work will consist in the implementation and adaptation of wavelet transforms techniques to allow simultaneous use of ultra-wideband channel by multiple users. The theoretical study will focus on the definition of a wavelet selecting method to share the spectrum between users through IDWT to choose wavelet compatible with the transmission channel (orthogonality properties, immunity phase distortion and frequency) and to facilitate detection of the pulse upon receipt. The study will also aim for optimum use of the transmission medium in highly disturbed environments and managing multiple paths. Localization techniques nodes in the network must also be considered. Impulse transmission techniques are based on very short pulses, thus implementing very tight timings (pulses of a few nanoseconds). The architectural study will parallelization techniques and architectural optimization possible to achieve a workable system. The resulting models will be made in VHDL and FPGA architecture will be validated. A major effort will be devoted to the consideration of dependability and consumption at all stages of the design of architecture.