Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Interférences de radiofréquence“

Les radiotélescopes interféromètres permettent de reconstruire des images des émissions radio provenant de sources célestes. Ces images sont d'un grand intérêt pour les radioastronomes et les astrophysiciens car elles permettent d'obtenir des informations sur les phénomènes physiques en place dans l'univers. Pour cela, une première étape de calibration est nécessaire pour estimer et corriger les effets perturbateurs notamment liés à l'instrument et à la propagation du signal d'intérêt dans l'atmosphère. Des algorithmes d'imageries sont ensuite mis en œuvre pour reconstruire une image du ciel. Toutefois, la conjonction de l'utilisation croissante de radiofréquences dans de nombreuses activités humaines et la forte sensibilité des antennes rendent nécessaire le développement de traitements robustes à la présence d'interférences (RFI). Plusieurs méthodes permettent de détecter et filtrer ces signaux interférents. Néanmoins, les sources d'interférences de faible et moyenne puissance restent difficiles à détecter avec de telles méthodes. Le but de ce travail est alors de proposer des algorithmes de traitement du signal pour la radioastronomie qui soit robustes à la présence de sources interférentes dans les données. Ce travail sera conduit avec un souci constant de performance statistique et d'efficacité computationnelle en grandes dimensions. Tout d'abord, dans le contexte de la calibration, nous montrons que les interférences peuvent être modélisées par un bruit de rang faible. Cette modélisation nous a permis de développer un algorithme original de calibration multifréquentiel basé sur une variante de l'algorithme Espérance-Maximisation. Grâce à un choix judicieux des données latentes, nous avons obtenu des expressions analytiques à chaque itération permettant de limiter la charge de calcul requise. Les simulations effectuées ont montré la supériorité en précision des solutions proposées par rapport à l'état de l'art en présences de RFI. Nous proposons ensuite des modélisations statistiques des données permettant de prendre en compte l'impact de sources interférentes dans le contexte de l'imagerie. Nous nous appuyons sur la classe des distributions gaussiennes composées. Nous avons ainsi pu proposer un algorithme du maximum de vraisemblance régularisé (type EM) en présence d'interférences. Toutefois, tous les algorithmes proposés pour résoudre l'étape de maximisation de l'EM font appel à une DFT dont la charge de calcul est liée à la coûteuse implémentation d'une DFT sur un vecteur de visibilités de grandes dimensions. Afin d'accélérer cette étape par l'usage d'une FFT, nous avons du introduire un bruit synthétique pour prendre en compte l'approximation d'une DFT sur une grille non uniforme par une FFT. C'est ainsi que nous avons été amenés à développer un jeu original de variables latentes permettant d'en améliorer l'efficacité computationnelle. Comme attendu, les algorithmes d'imagerie ainsi proposés permettent une reconstruction améliorée par rapport aux algorithmes de l'état de l'art en présence de RFI avec une charge de calcul contrôlé
Radio-interferometers enable the reconstruction of images of radio emissions originating from celestial sources. These images are of great interest to radio astronomers and astrophysicists as they provide information about the underlying physical phenomena in the universe. To achieve this, an initial calibration step is necessary to estimate and correct pertubating effects, particularly those related to the instrument and the propagation of the signal of interest through the atmosphere. Subsequently, imaging algorithms are implemented to reconstruct a sky image. However, the combination of the increasing use of radio frequencies in various human activities and the high sensitivity of the antennas requires the development of robust treatments to address the presence of radio frequency interference (RFI). Several methods exist to detect and filter these interfering signals. Nevertheless, detecting low and moderate power interference sources remains challenging using such methods. The objective of this research is to propose signal processing algorithms for radio astronomy that are resilient to the presence of interfering sources in the data. This work will be conducted with a constant focus on statistical performance and computational efficiency in high-dimensional settings.Firstly, in the context of calibration, we demonstrate that interferences can be modeled as a low-rank noise. This modeling approach has allowed us to develop an innovative multifrequency calibration algorithm based on a variant of the Expectation-Maximization (EM) algorithm. By carefully selecting a latent data space, we obtained analytical expressions at each iteration to limit the required computational burden. The performed simulations have shown the superior precision of the proposed solutions compared to the state-of-the-art methods in the presence of RFI. Subsequently, we propose a statistical data model that accounts for the impact of interfering sources in the imaging context. To do so, we rely on the class of compound Gaussian distributions. Thus, we have been able to propose a regularized maximum likelihood algorithm (EM like) in the presence of interference. However, all the proposed algorithms for solving the maximization step of the EM algorithm involve a Discrete Fourier Transform (DFT), the computational load of which is linked to the expensive implementation of a DFT on a high-dimensional visibility vector. To accelerate this step by employing a Fast Fourier Transform (FFT), we introduced a synthetic noise to account for the approximation of a non-uniform grid DFT by an FFT. This led us to develop an original set of latent variables to improve its computational efficiency. As expected, the proposed imaging algorithms allow for improved reconstruction compared to state-of-the-art algorithms in the presence of RFI, while maintaining controlled computational complexity

Dans le cadre général de l'étude du climat, du cycle de l'eau et de la gestion des ressources en eau, le satellite SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a été lancé par l'agence spatiale européenne (ESA) en Novembre 2009 pour fournir des cartes globales d'humidité des sols et de salinité des surfaces océaniques. Les mesures du satellite sont obtenues par un radiomètre interférométrique opérant dans la bande passive 1400-1427 MHz (bande L des micro-ondes). Toutefois, dès les premières mesures de l'instrument, de nombreuses Interférences en Radio Fréquence (RFI) ont été observées, malgré les recommandations de l'Union Internationale des Télécommunications (ITU) qui protègent cette bande pour les applications scientifiques. La dégradation de données à cause des interférences est significative et au niveau international des efforts sont fait par l'ESA et les différentes agences nationales pour l'identification et l'extinction de ces émetteurs. D'un point de vue scientifique l'intérêt porte sur le développement de techniques pour la détection, la localisation au sol des sources d'interférences ainsi que pour la correction de leurs signaux dans les donnés SMOS ; différents objectifs ont donc été poursuivis et ont mené à la définition de différents approches présentées dans cette contribution. En effet la solution idéale serait de corriger l'impact de ces interférences sur les données, en créant synthétiquement des signaux égaux et de signe opposé et d'en tenir compte dans la chaîne de traitement des données. Un outil a donc été développé qui, en utilisant des connaissances a priori sur la scène observée issues des modèles météorologiques, permet de simuler la scène vue par l'instrument. A partir de cette information et des visibilités entre les antennes de l'interféromètre, il est possible de détecter et de décrire précisément ces interférences et donc d'en déduire le signal à soustraire. Bien que l'évaluation des performances d'un algorithme de correction des RFI pour SMOS ne soit pas facile puisqu'elle doit être faite indirectement, des méthodes avec ce but sont proposées et montrent des résultats généralement positifs pour l'algorithme développé. Cependant la difficulté d'évaluer l'impact de la correction à grande échelle, ainsi que pour l'incertitude qui est nécessairement introduite lors de l'application d'un signal synthétique aux données et afin d'éviter une utilisation naïve des résultats de correction, aujourd'hui on écarte l'hypothèse d'une application opérationnelle d'un algorithme de correction. Un produit intermédiaire a alors été développé, par une approche similaire, avec l'objectif de fournir des indications sur l'impact des RFI sur chaque point de chaque image selon des seuils prédéfinis. Un autre objectif a été de fournir un outil en mesure de caractériser rapidement les sources (position au sol, puissance, position dans le champ de vue) pour une zone géographique. Cette méthode utilise les composantes de Fourier de la scène vue par l'instrument pour obtenir une distribution de températures de brillance, dans laquelle les RFI apparaissent comme des points chauds. L'algorithme rapide de caractérisation des sources s'est révélé précis, fiable et robuste, et il pourrait être utilisé pour la définition de bases de données sur les RFI ou pour le suivi de celles-ci à l'échelle locale ou globale. Les résultats de cette méthode ont fournit un jeu de données privilégié pour l'étude des performances de l'instrument et ça a permit de mettre en évidence des potentielles erreurs systématiques ainsi que des variations saisonnières des résultats. Toutes mission spatiale ayant une vie limitée à quelques années, dans un deuxième temps on s'est intéressé à la continuité des mesures des mêmes variables géophysiques, avec le projet de mission SMOS-NEXT. Pour améliorer la qualité des mesures cette mission se propose d'implémenter une technique d'interférométrie novatrice : la synthèse d'ouverture spatio-temporelle, dont le principe est de corréler les mesures entre antennes en positions différentes et à des instants différents, dans les limites de cohérence liées à la bande spectrale. Suite à des études théoriques, une expérience a été faite en utilisant le radiotélescope de Nançay. Dans le cadre de la thèse les données de cette expérience ont été analysées. Bien que l'étude n'ait pas permit de conclure sur la validité du principe, plusieurs difficultés ont été mises en évidence et ce retour d'expérience sera utile lors de la prochaine campagne de mesure prévue
The Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite was launched by the European Space Agency (ESA) in November 2009 to allow a better understanding of Earth's climate, the water cycle and the availability of water resources at the global scale, by providing global maps of soil moisture and ocean salinity. SMOS' payload, an interferometric radiometer, measures Earth's natural radiation in the protected 1400-1427 MHz band (microwave, L-band). However, since launch the presence of numerous Radio-Frequency Interferences (RFI) has been clearly observed, despite the International Telecommunication Union (ITU) recommendations to preserve this band for scientific use. The pollution created by these artificial signals leads to a significant loss of data and a common effort of ESA and the national authorities is necessary in order to identify and switch off the emitters. From a scientific point of view we focus on the development of algorithms for the detection of RFI, their localization on the ground and the mitigation of the signals they introduce to the SMOS data. These objectives have led to different approaches that are proposed in this contribution. The ideal solution would consist in mitigating the interference signals by creating synthetic signals corresponding to the interferences and subtract them from the actual measurements. For this purpose, an algorithm was developed which makes use of a priori information on the natural scene provided by meteorological models. Accounting for this information, it is possible to retrieve an accurate description of the RFI from the visibilities between antennas, and therefore create the corresponding signal. Even though assessing the performances of a mitigation algorithm for SMOS is not straightforward as it has to be done indirectly, different methods are proposed and they all show a general improvement of the data for this particular algorithm. Nevertheless due to the complexity of assessing the performances at the global scale, and the uncertainty inevitably introduced along with the synthetic signal, and to avoid a naive use of the mitigated data by the end user, for the time being an operational implementation of mitigation algorithms is not foreseen. Instead, an intermediate solution is proposed which consists of estimating the RFI contamination for a given snapshot, and then creating a map of the regions that are contaminated to less than a certain (or several) threshold(s). Another goal has been to allow the characterization of RFI (location on the ground, power emitted, position in the field of view) within a specified geographic zone in a short time. This approach uses the Fourier components of the observed scene to evaluate the brightness temperature spatial distribution in which the RFIs are represented as "hot spots". This algorithm has proven reliable, robust and precise, so that it can be used for the creation of RFI databases and monitoring of the RFI contamination at the local and global scale. Such databases were in fact created and used to highlight systematic errors of the instrument and seasonal variation of the localization results. The second main research topic has been to investigate the principle of SMOS-NEXT, a prospective mission that aims at assuring the continuity of space-borne soil moisture and ocean salinity measurements in the future with significantly improved spatial resolution of the retrievals. In order to achieve the latter this project intends to implement a groundbreaking interferometric approach called the spatio-temporal aperture synthesis. This technique consists in correlating the signals received at antennas in different places at different times, within the coherence limits imposed by the bandwidth. To prove the feasibility of this technique, a measurement campaign was carried out at the radio-telescope in Nançay, France. Even though the analysis of the experimental data has not allowed concluding on the validity of the measurement principle, a series of difficulties have been highlighted and the thus gained knowledge constitutes a valuable base for the foreseen second measurement campaign

Un réseau mobile est un milieu imprévisible car, les noeuds du réseau se déplaçant dans l'espace, la puissance d'interférence captée par un récepteur varie généralement dans le temps et en fonction de la densité du réseau. Le cas du réseau mobile ad hoc est particulièrement problématique puisque, dans ce type de réseau, il n'existe aucune façon globale de gérer l'allocation des canaux de transmission ou de limiter la puissance d'émission des noeuds. Dans le temps, les performances d'un réseau ad hoc sont donc en grande partie aléatoires. Dans ce travail de thèse, nous proposons une méthode d'analyse probabiliste de l'interférence dans un réseau ad hoc. Cette analyse consiste en un calcul analytique de la probabilité d'interférence, à l'instant `t', pour un récepteur radio-fréquence (RF) qui essaie de recevoir un message alors que, dans son entourage, un certain nombre de noeuds émettent d'une façon non synchronisée. L'analyse est basée sur un nombre d'hypothèses dont les plus importantes sont que tous les noeuds du réseau sont uniformément distribués dans un cercle de rayon Rmax et qu'ils émettent tous avec une puissance Pe. Aussi, nous supposons que la bande de transmission est divisée en N canaux contigus et que chaque noeud choisit un canal d'émission de façon aléatoire et indépendante. A partir des caractéristiques du récepteur, l'analyse permet de calculer la probabilité qu'un certain seuil de qualité (C/(N+I) ou TEB) soit atteint sachant que la réception peut être gênée par un nombre de mécanismes d'interférence (co-canal, bandes adjacentes, bande image, intermodulation d'ordre 3, mélange réciproque, etc. ) Puisque les résultats de l'analyse sont obtenus par calcul et non par simulation, cette méthode permet d'évaluer très rapidement l'importance des différentes caractéristiques du récepteur RF. En guise d'illustration, nous avons étudié les performances du réseau Bluetooth afin de proposer quelques idées d'optimisation qui devraient permettre d'atteindre le meilleur compromis possible entre l'autonomie du noeud et le débit global du réseau.

Cette thèse présente l'étude d'un réseau de capteurs pour la surveillance en temps réel de la qualité des eaux souterraines. L'objectif est de réussir à communiquer dans la bande de fréquences libre à 433MHz sur plusieurs dizaines de kilomètres. Le problème majeur des bandes libres est la présence de transmissions parasites (brouilleurs). Nous avons donc, en premier lieu, mis en évidence de la présence de ces brouilleurs et étudier leur impact sur les communications. Après analyse, il s'avère que les brouilleurs sont très nombreux et puissants mais que leur répartition dans la bande est inégale. Une étude spectrale de la bande semble nécessaire, avant la mise en place du réseau, afin de transmettre dans les canaux les moins pollués. Des communications nocturnes sont également à privilégier car les brouilleurs sont moins nombreux la nuit. Nous présentons ensuite une architecture réseau, adaptée au cahier des charges et à cette bande de fréquences. Nous avons également testé un composant RF dédié aux transmissions en bande ISM. Les résultats montrent que les performances de ce composant sont faibles pour des communications longues distances en présence de brouilleurs. Un récepteur radiofréquence simple ne permet donc pas de réaliser des communications fiables dans ces conditions. Le prototype complet du réseau, développé durant ces travaux, est ensuite décrit. Pour finir, nous proposons un nouveau concept de récepteur, utilisant un réseau d'antennes phasé et un détecteur cyclostationnaire, pour pallier au problème des brouilleurs. Le but est de stocker les signaux reçus pour les traiter en temps différé à l'aide d'algorithmes de filtrage spatial. Des simulations montrent l'efficacité de ce concept.

Cette thèse a permis de travailler sur l'efficacité d'un canal des systèmes massifs MIMO pour lesquels il faille déterminer le débit à l'Uplink des terminaux présents dans leurs cellules respectives. Comme hypothèse, la bande de fréquence en mode TDD est réutilisée dans chaque cellule. Tous les symboles sont propagés de manière asynchrone par les terminaux présents dans les cellules, n'empêchant pas de fait des interactions intra et inter symboles au niveau des stations de base. Ces signaux rencontrent beaucoup d'obstacles sur leur trajet qui entraînent des retards, des pertes de signaux (destructifs), des régénérations de signaux (constructifs) avec divers types de modulation (amplitude, fréquentielle, phase), etc. L’affaiblissement du trajet dans le canal est mis en exergue avec les différentes valeurs prises par le coefficient d'atténuation choisi lors des simulations. Face à cette situation, il a fallu rechercher le meilleur et robuste estimateur de canal à un temps de cohérence donné. La méthode MMSE (Minimum Mean Square Error) est retenue, comparée à d'autres. Pour la performance des systèmes massifs MIMO, nous nous sommes appesantis sur les méthodes de diversité des antennes (diversité d'ordre N), les méthodes de coding, les méthodes d'accès OFDMA et les méthodes d'égalisation pour montrer qu'effectivement le fait d'utiliser de nombreuses antennes au niveau des stations de base améliore et contribue aux gains recherchés en débits. Avec les systèmes massifs MIMO, nous avons montré que l'apport antennaire est bien reconnu dans la gestion des interférences. Un algorithme de calcul de débit à l'Uplink a été réalisé avec trois récepteurs conventionnels que sont le MRC (Maximum Ratio Combiner), le ZF (Zero-Forcing) et le MMSE (Minimum Mean Square Error). Les simulations ont permis de comparer les différentes approches. En faisant varier la puissance de contamination des symboles pilotes, nous observons la convergence des courbes ZF et MMSE. Si le nombre des cellules L augmentent, nous constatons que plus la puissance de contamination des symboles pilotes (pp) est élevée, plus la capacité diminue dans le canal. Après plusieurs itérations, notre algorithme converge vers une asymptote (régime stationnaire et linéaire) où les échantillons à la sortie des détecteurs s’approchent de la séquence de données émises. Le SINR obtenu avec les détecteurs conventionnels permet le calcul des débits respectifs dans le canal avec le théorème de SHANNON
This thesis made it possible to work on the efficiency of a channel of massive MIMO systems for which it is necessary to determine the throughput at the Uplink of the terminals present in their respective cells. As an assumption, the frequency band in TDD mode is reused in each cell. All symbols are propagated asynchronously by the terminals present in the cells, not effectively preventing intra- and inter-symbol interactions at the base stations. These signals encounter many obstacles on their path that lead to delays, signal losses (destructive), signal regenerations (constructive) with various types of modulation (amplitude, frequency, phase), etc. The path loss in the channel is highlighted with the different values taken by the attenuation coefficient chosen during the simulations. Faced with this situation, it was necessary to look for the best and most robust channel estimator at a given consistency time. The MMSE (Minimum Mean Square Error) method is used, compared to others. For the performance of massive MIMO systems, we have focused on antenna diversity methods (N-order diversity), coding methods, OFDMA access methods and equalization methods to show that effectively using multiple antennas at base stations improves and contributes to the desired rate gains. With massive MIMO systems, we have shown that antennar contribution is well recognized in interference management. An algorithm for calculating the flow rate at the Uplink was developed using three conventional receivers: the MRC (Maximum Ratio Combiner), the ZF (Zero-Forcing) and the MMSE (Minimum Mean Square Error). The simulations made it possible to compare the different approaches. By varying the contamination power of the pilot symbols, we observe the convergence of the ZF and MMSE curves. If the number of L cells increases, we find that the higher the contamination power of the pilot symbols (pp), the lower the capacity in the channel. After several iterations, our algorithm converges to an asymptote (stationary and linear regime) where the samples at the detector output approach the transmitted data sequence. The SINR obtained with conventional detectors allows the calculation of the respective flows in the channel with the SHANNON theorem

Cette thèse aborde la performance du protocole KNX-RF utilisé dans les applications domotiques en termes de robustesse Radio Fréquences dans un environnement multi-protocoles potentiellement sujet aux interférences. Dans ces travaux, le but est d’évaluer les problématiques d’interférences rencontrées par KNX-RF en utilisant des modèles de simulation qui permettraient d’augmenter à sa fiabilité radio. Ainsi, un premier modèle a été développé sur MATLAB/Simulink et a permis de connaître les performances et les limitations de ce protocole au niveau de la couche physique dans un scénario d’interférence se produisant à l’intérieur d’une box/gateway domotique multi-protocoles. Ces simulations ont été complétées par des essais expérimentaux sur le terrain qui ont permis de vérifier les résultats obtenus. Un deuxième modèle a été développé pour évaluer les mécanismes de la couche MAC, cette fois-ci, grâce au simulateur OMNet++/MiXiM. Ce modèle reprend tous les mécanismes d’accès au canal et d’agilité en fréquence spécifiés par la norme KNX. Un scénario de collisions de trames a été simulé et plusieurs propositions d’améliorations sont discutées dans ce manuscrit. Les modèles développés permettent d’analyser et de prédire en avance de phase le comportement de KNX-RF dans un environnement radio contraignant
This thesis addresses the performance of the KNX-RF protocol used for home automation applications in terms of radiofrequency robustness in a multi-protocol environment that is potentially subject to interferences. In this work, the aim is to assess the interference problems encountered by KNX-RF using simulation models that would increase its RF reliability. Thus, a first model was developed on MATLAB / Simulink and allowed to investigate the performance and limitations of this protocol at its physical layer in an interference scenario occurring inside a multiprotocol home and building automation box/gateway. These simulations were followed by field experimental tests in an indoor environment (house) to verify the results. A second model was developed to evaluate the MAC layer mechanisms of KNX-RF through the discrete event simulator OMNeT ++/Mixim. This model includes all the mechanisms of channel access and frequency agility specified by KNX-RF standard. A frame collision scenario was simulated and several improvement proposals are discussed in this manuscript. The developed models can be used to analyze and predict in advance phase the behavior of KNX-RF in a radio-constrained environment

Les travaux présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans le cadre de la détection d’évènements impulsionnels intermittents en provenance de pulsars. Ces objets astrophysiques sont des étoiles à neutrons hautement magnétisées en rotation rapide, qui émettent un faisceau radio balayant l’espace comme la lentille d’un phare. Ils sont détectables grâce à une instrumentation spécifique. Depuis quelques années, on a découvert de nouvelles catégories de ces pulsars, aux caractéristiques extrêmes, avec en particulier des impulsions individuelles plus intenses et irrégulières comparé à la moyenne. Il faut pouvoir les détecter en temps réel dans un environnement radio perturbé à cause des signaux de télécommunications. Cette étude propose des algorithmes de traitement d’interférences radio fréquence (RFI) adaptés à ce contexte. Plusieurs méthodes de traitement de RFI sont présentées et comparées. Parmi elles, deux ont été retenues et comparées au moyen de simulations Monte Carlo, avec un jeu de paramètres simulant le pulsar et un signal BPSK avec des puissances et des durées différentes. Pour la recherche de nouveaux pulsars, une méthode alternative est proposée (SIPSFAR), combinant capacité de recherche en temps réel et robustesse contre les RFI. Elle est basée sur la transformée de Fourier 2D et la transformée de Radon. Une étude comparative théorique a permis de confronter et comparer la sensibilité de cette nouvelle méthode avec celle communément utilisée par les radioastronomes. La méthode a été implantée sur un GPU GTX285 et testée sur un grand relevé du ciel effectué au radiotélescope de Nançay. Les résultats obtenus ont donné lieu à une comparaison statistique complémentaire à partir de données réelles
The work presented in this thesis is in the context of the intermittent impulsive event detection at Nançay Observatory. The pulsars are highly magnetized neutron stars in rapid rotation, which emit a radio beam scanning the space like a lighthouse. They are detectable with a specific instrumentation. In recent years, new classes of such pulsars were discovered. These pulsars with extreme features, especially with individual pulses more intense and irregular compared to the average, must be detected in real time in a disrupted radio environment because of telecommunication signals. This study presents some radio frequency interference (RFI) mitigation algorithms adapted to this context. Several methods are presented and compared. Among them, two were selected and compared using Monte Carlo simulations with a set of parameters to simulate the pulsar and a BPSK signal with power and different durations. In the case of researching new pulsars, an alternative method is proposed (SIPSFAR), combining research capacity in real time and robustness against RFI. It is based on 2D Fourier transform and the Radon transform. A theoretical comparative study has confronted and compared the sensitivity of this new method and the commonly method used by radio astronomers. SIPSFAR was implemented on a GPU GTX285 and tested on a large survey of the sky made at Nançay radio telescope. The results have led to a further statistical comparison from the actual data

Le problème de planification de réseaux WLAN consiste d'une part à positionner et à paramétrer des antennes dans un bâtiment et d'autre part à leur affecter une fréquence afin d'offrir aux clients un accès sans fil au réseau local. Le réseau ainsi construit doit répondre à des critères de couverture et de qualité de service, tout en minimisant le coût financier.

Notre modélisation est basée sur le calcul du débit réel offert en chaque point de demande de service du réseau. Nous montrons que ce critère de débit réel permet une modélisation complète de la qualité de service car il unifie les critères habituels de couverture, de gestion des interférences et de capacité.

Notre optimisation traite simultanément le problème de placement des points d'accès et le problème d'affectation de fréquences par un algorithme à Voisinages Variables Aléatoires VVA : à chaque itération de cette recherche locale le type de voisinage est tiré au hasard. Cet algorithme est très modulaire et permet facilement de combiner les deux sous problèmes (placement et affection).

Ces travaux ont donné lieu à des collaborations et partenariats industriels : logiciel de planification globale des WLAN avec Orange Labs et solutions de planification séquentielle avec la start-up Trinaps.

Enfin nous approfondissons la modélisation du problème en explicitant les liens entre le calcul du débit réel et les SINR. Dans une première étape, nous montrons que les contraintes de seuil sur les SINR induisent un problème de T-coloration de graphe (condition nécessaire). Pour obtenir une équivalence rendant compte des interférences multiples, une généralisation du problème de T-coloration pour les hypergraphes est introduite. Dans une seconde étape, nous définissons un algorithme déduisant les seuils de SINR à partir des contraintes sur les débits réels. Cette nouvelle modélisation est la base de nos développements futurs.

Cette thèse s’articule autour des transmissions ultra-large bande à impulsions radio dans les réseaux de capteurs. Ces réseaux dotés de la structure point à point sont capables de générer une quantité suffisamment élevée d’interférences pour rendre les communications peu fiables. La technique utilisée pour séparer les données est la modulation par position d’impulsion qui distingue les données en leur attribuant des décalages temporels différents. Il s’agit, dans ce travail, de faire des propositions pour réduire ces interférences tout en respectant les réglementations (masques spectrales) sur les fréquences radioélectriques, imposées dans les pays où ces réseaux seront amenés à être utilisés. A titre indicatif, cette thèse ne fait référence qu’au masque États-Unien. Toutefois, les résultats obtenus sont applicables à tout autre masque. Les masques étant fortement restrictifs, nous nous sommes donc intéressés, de prime-abord, à l’aménagement du spectre des signaux émis, afin de permettre une utilisation optimale du peu de puissance disponible. La proposition que nous faite, à cette fin, donne des résultats intéressants. Ensuite une modélisation analytique prenant en compte la précédente alternative permet d’évaluer numériquement les performances. Ces dernières sont comparées à celles obtenues par des simulations de type Monte-Carlo. Il s’avère que le modèle est suffisamment précis pour servir de base à une optimisation, à la fois, des performances et de l’occupation spectrale. Les résultats obtenus montrent que notre proposition permet de fiabiliser les transmissions au sein des réseaux de capteurs sujets à de fortes perturbations dues à l’accès multiple
This thesis focuses on impulse radio Ultra-Wide Band (UWB) transmissions in ad hoc sensor network. Such networks are able to generate strong enough multiple access interference to be less reliable. The method used to distinguish data is the Pulse Position Modulation where different delay is assign to each data type. The purpose of this study is to suggest proposals to mitigate this issue while fitting with the radio waves regulations in the countries where these networks will operate. As a rough guide, this thesis only refers to the American UWB regulation. However, the obtained results are relevant to any kind of mask. The masks are highly restrictive, we therefore interested to the transmitted signals spectrum shapes, first, in order to guarantee an optimal use of the available power. The proposal we made for this purpose reveals highly interesting. Then an analytical model taking into account the last suggestion is built to numerically evaluate the performances. These performances are compared to the ones obtained with Monte-Carlo simulations. It appears that the model is accurate enough to be used in an optimisation process. This process aims to find data signals that give the best performances and the optimal spectral occupancies, at the same time. The obtained results show that our proposal allows to make more reliable transmissions in dense ad hoc sensor networks

Le développement continu des systèmes dédiés à des réseaux de capteurs sans fils présent une grande motivation afin d’apporter “intelligence” à notre environnement. Plusieurs recherches ont été adressées au développement des méthodologies permettant de doter notre environnement avec des capteurs sans fils permettant un contrôle autonome des systèmes pour des applications médicales, environnementales, de sécurité et de structures intelligentes. Afin de garantir un déploiement dense des capteurs avec une longue durée de vie, chaque nœud doit être petit, pas cher et très faible en consommation de puissance. Afin de garantir une faible consommation, ces réseaux des capteurs doivent être implémentés suivant des schémas de rendez-vous asynchrones basés sur des récepteurs de réveil (en anglais, Wake-Up Receivers – WuRx). Cette recherche de thèse porte sur le développement d’un récepteur de réveil compact et à faible cout, fournissant très faible niveaux de consommation de puissance, une forte sensitivité et une forte tolérance aux interférences. L’architecture proposée survient aux besoins des références de temps à haut facteur-Q en combinant un oscillateur local, référée à un résonateur à faible facteur-Q, et des filtres passifs à N-chemins à haut facteur-Q, distribués en plusieurs étages tout le long du chemin de réception. Implémenté en une technologie 65nm CMOS de STMicroelectronics, ce travail de thèse propose un WuRx à double bande IF, avec une architecture travaillant à 2.4GHz avec une consommation de puissance de 99μW, une sensitivité de -97dBm et une rejection d’interférence de -27dB à une fréquence offset de 5MHz
The continuous development of performant systems intended for Wireless Sensor Networks (WSN) sets an exciting motivation to bring “intelligence” to our environment. Multiple researches have been addressed to the development of advanced methodologies enabling the possibility of providing objects with individual wireless sensing devices. Set as sensor networks, these emerging WSN enables autonomous monitoring of diverse environments for applications such as medical care, environmental monitoring, system security and smart structures. To guaranty dense node deployment and long lifetime, each sensor node must be small, low-cost and low-power. In order to fulfill the WSN low-energy requirements, asynchronous rendez-vous schemes based on Wake-Up Receivers (WuRx) may be implemented. This thesis research focuses on the development of a compact and low-cost ultra-low power wake-up receiver providing high sensitivity and strong interference rejection. The proposed architecture overcomes the need of high-Q time-base references by combining a low-Q resonator-referred local oscillator and distributed multi-stage signal-path high-Q filtering obtained by means of integrated ULP electronic means. Based on a Dual-IF architecture, this WuRx takes creative advantage of the N-path passive-mixers (N-PPM) impedance frequency translation principle to enhance the sensitivity and provide strong interferer immunity. Implemented in a 65nm CMOS technology from STMicroelectronics, this thesis work pushes the state-of-the-art boundary, proposing a 2.4GHz On-Off Keying (OOK) dual-IF WuRx with -97dBm sensitivity and -27dB carrier-to-interferer ratio at 5MHz carrier frequency offset, while consuming 99μW