Géolocalisation radio à base de surfaces intelligentes reconfigurables

par Moustafa Rahal

Projet de thèse en Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes robotique

Sous la direction de Bernard Uguen et de Davide Dardari.

Thèses en préparation à Rennes 1 , dans le cadre de Mathématiques et Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec INSTITUT d'ELECTRONIQUE et de TELECOMMUNICATION de RENNES (equipe de recherche) depuis le 16-10-2020 .


  • Résumé

    Les futurs systèmes de communication sans fil (c.-à-d., Beyond 5G & 6G, au-delà de la 5ème génération actuellement en cours de développement) se devront d’assurer des fonctions de localisation ultra-précise (typiquement, de l’ordre de quelques centimètres) afin de satisfaire les besoins de nombreux services et applications émergents (ex. véhicules autonomes, fonctions de contrôle-commande pour l’usine du futur, nouvelles interfaces IHM, réalité virtuelle/augmentée ultra-immersive…). Cette qualité de localisation doit également permettre d‘augmenter les débits de données disponibles ainsi que la charge du réseau, tout en améliorant l’adaptabilité de ce dernier en fonction du contexte d’utilisation et/ou de la position de l’utilisateur. Dans ce même contexte sans fil B5G/6G, les surfaces dites « intelligentes » ont été récemment mises en avant (ex. surfaces continues électroniquement reconfigurables à base de méta-matériaux ou systèmes antennaires intégrés en bandes millimétriques de type reflectarrays , dont les éléments constitutifs peuvent être pilotés en phase avec une complexité et une consommation très modérées), principalement dans l’optique d’améliorer les performances de communication. Lorsqu’elles sont intégrées à l’environnement physique (ex. sur les murs), ces surfaces créent en effet des anomalies de réflexion permettant de contrôler, à moindre coût et à moindre empreinte énergétique, le canal de propagation radio (ex. pour réduire la puissance d’émission requise à débit constant, pour servir un utilisateur situé dans une zone non couverte, pour limiter les interférences radio, ou encore pour renforcer la sécurité des liens radio vis-à-vis d’écoutes passives...). D’autre part, des méthodes avancées de traitement du signal ont également été proposées ces dernières années afin d’exploiter à des fins de localisation les multiples échos radio résultant de réflexions et/ou de diffractions de la forme d’onde transmise dans son environnement. Ces multiples trajets reçus, qui dépendent grandement de la géométrie du lien radio, sont alors traités comme une source d’information utile à la poursuite de noeuds radio mobiles à l’intérieur des bâtiments, ou encore à la cartographie d’environnement. Toutefois, les interactions électromagnétiques étant dans ce cas « non contrôlées », ces approches demeurent assez largement sous-optimales du point de vue des performances de positionnement. Aujourd’hui, seuls quels travaux pionniers se sont déjà penchés sur le potentiel des surfaces intelligentes reconfigurables en matière de localisation multi-trajets, tout au plus en recensant les nouvelles questions de recherche qu’elles soulèvent (ex. en termes de contrôle des surfaces, d’estimation de canal, de signalisation, de design du signal transmis, d’architecture au niveau système, d’algorithmes de positionnement…) , ou encore, en appréhendant le problème de façon très parcellaire et sous des hypothèses/modèles encore assez simplistes au niveau signal (ex. sélection des surfaces à contrôler afin d’améliorer la dilution géométrique de la précision tout en limitant les interférences inter-trajets, interprétation de la courbure du front d’onde en champ proche au niveau de la surface en réception au sens du temps et de l’angle d’arrivée du signal reçu). Dans le cadre de cette thèse, on se propose donc d’explorer plus avant la complexité et la faisabilité d’une solution combinant à la fois des surfaces intelligentes reconfigurables et des méthodes d’estimation multi-trajets, afin d’améliorer les performances de localisation en termes de précision, de couverture/continuité et de consommation énergétique. Au-delà d’une simple adaptation des méthodes conventionnelles de localisation multi-trajets déjà évoquées plus haut on pourra s’appuyer avantageusement sur d’autres travaux s’intéressant aux compromis entre services de localisation et de communication en bandes millimétriques, au contrôle spatialisé de la qualité du service de localisation radio, ou encore, aux systèmes de positionnement à base de relais non-régénératifs. De manière générale, les méthodes d’optimisation multi-objectifs et d’apprentissage machine semblent également constituer des outils à privilégier dans ce contexte. Enfin, des dispositifs antennaires en bande millimétriques, adaptés à partir de réalisations HW récentes du CEA-Leti, seront également mobilisés dans le cadre d’une campagne de validations expérimentales.

  • Titre traduit

    Radio-based Localization using Reconfigurable Intelligent Surfaces


  • Pas de résumé disponible.