Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Interférences radioélectriques“

L'objectif de ce travail est d'étudier les performances d'un système radio impulsionnel à bande ultra large transposé dans la bande millimétrique pour des réseaux ad hoc. Les contraintes imposées sont la simplicité des architectures, la souplesse d'utilisation et l'asynchronisme des utilisateurs. Dans un premier temps, nous procédons à une modélisation statistique du canal à partir de mesures effectuées à l'IEMN dans la bande 57-59 GHz. L'étude du canal se décompose en deux parties. La première concerne l'étude de la puissance reçue en environnement ad hoc. La deuxième se focalise sur l'effet des trajets réfléchis. Nous proposons ensuite un algorithme de simulation du canal et du système UWB choisi afin de déterminer les performances du système en terme de taux d'erreurs binaires et de probabilité d'erreur par paquet. Un des facteurs limitant les performances est l'interférence d'accès multiples (MAI). Nous effectuons une étude sur la nature de ces interférences. Trois techniques d'estimation sont proposées pour modéliser leur densité de probabilité. La première est une estimation non paramétrique par la méthode du noyau. La seconde est la distribution gaussienne généralisée et la dernière est la distribution a-stable. Les performances des trois approches ainsi que l'impact des conditions matérielles et réseaux sur le MAI sont présentées. Ensuite, en utilisant une démonstration analytique, nous montrons que la modélisation du MAI par la distribution a-stable dans le cas des réseaux ad hoc est tout à fait adaptée. Enfin, nous concluons que le récepteur gaussien n'est pas optimal. S'il est difficile d'envisager la mise en œuvre d'un récepteur optimal car nous n'avons pas d'expression analytique exacte pour la densité de probabilité du MAI, un récepteur Cauchy s'avère nettement plus performant que le récepteur gaussien.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui tournent rapidement, émettent des ondes électromagnétiques et dont nous recevons des impulsions périodiques, agissant ainsi comme des phares cosmiques. L'extrême stabilité de ces signaux périodiques en font des outils inestimables, par exemple pour tester la théorie de la relativité générale ou détecter les ondes gravitationnelles basse fréquence. Cependant, leur observation en radio peut être rendue difficile à cause d'interférence radioélectrique (RFI) d'origine diverse. Ces interférences peuvent masquer les signaux des pulsars, ce qui complique significativement la détection et l'extraction précise de leur signature. Cette thèse vise à proposer des techniques d'apprentissage profond pour atténuer l'impact des RFI dans les observations de pulsars. En particulier, cette thèse illustre l'intérêt de ces méthodes dans le cas d'observations menées par NenuFAR, un précurseur pour le segment basse fréquence du futur Square Kilometre Array (SKA).La première partie de cette thèse commence par présenter le contexte astrophysique des pulsars, insistant sur leur importance et leur rôle dans l'astronomie contemporaine. Elle présente ensuite le radiotélescope NenuFAR, en détaillant ses spécifications techniques, ses capacités d'observation et ses avantages uniques dans les observations des pulsars à basse fréquence. Enfin, elle passe en revue et résume les méthodes d'atténuation des RFI en radioastronomie, en analysant les limitations des technologies existantes et en identifiant les principaux problèmes auxquels cette thèse vise à répondre. En particulier, les méthodes actuelles de traitement des RFI conduisent souvent à la suppression des données identifiées comme affectées par des RFI, ce qui entraîne inévitablement une perte d'informations précieuses.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous présentons d'abord un cadre de simulation conçu pour générer des données d'observation de pulsars corrompues par des RFI. L'objectif principal de ce cadre est de créer un ensemble de données qui permettant l'entraînement des modèles d'apprentissage profond, contournant alors le manque récurrent de données réelles correctement étiquetées.Après une revue approfondie de l'apprentissage profond et des réseaux de neurones convolutifs, nous soulignons les insuffisances des méthodes de traitement des RFI existantes, qui impliquent généralement l'identification et la suppression des données suspectées d'être perturbées par les RFI. Pour éviter cette perte d'information relever ce défi, nous proposons une nouvelle approche qui consiste à formuler le problème d'atténation des RFI comme une tâche de restauration d'image, visant à reconstruire les signaux altérés par les RFI. En capitalisant sur des avancées récentes en apprentissage profond, nous montrons que cette tâche peut être réalisée efficacement grâce à un réseau, baptisé RFI-DRUnet, dont l'architecture est inspirée d'un réseau débruiteur performant.Dans les chapitres suivants, nous illustrons l'applicabilité et l'efficacité de l'approche proposée sur des données d'observation de pulsars simulées et réelles, la comparant aux approches actuelles basées sur les réseaux neuronaux convolutifs profonds qui détectent les RFI. Les résultats montrent que la méthode proposée peut restaurer efficacement les signaux d'observation altérés par les RFI sous diverses conditions. En outre, nous discutons l'impact potentiel de cette méthode pour améliorer la chronométrie des pulsars
Pulsars are rapidly rotating neutron stars that emit electromagnetic radiation signals received as periodic pulses, thereby acting as cosmic lighthouses. The excellent stability of these periodic signals makes them invaluable tools for assessing the theory of general relativity and for detecting low frequency gravitational waves. However, their observation by radio telescopes can be made difficult by radio frequency interference (RFI) of various origins. These interferences can alter the pulsar signals, which may significantly complicate the detection and precise extraction of their signatures. This thesis aims to propose deep learning techniques to mitigate the impact of RFI in pulsar observations. In particular, this thesis illustrates the interest of these methods in the case of observations carried out by NenuFAR, a pathfinder for the low-frequency segment of the upcoming Square Kilometre Array (SKA).The first part of this thesis begins presenting the astrophysical background of pulsars, emphasizing their importance and role in contemporary astronomy. It then introduces the NenuFAR radio telescope, detailing its technical specifications, observational capabilities, and unique advantages in low-frequency pulsar observations. Lastly, it reviews and summarizes RFI mitigation methods in radio astronomy, analyzing the limitations of existing technologies and identifying the key issues this thesis aims to address. In particular, current RFI mitigation methods often lead to the deletion of data identified as affected by RFI, which inevitably results in a loss of valuable information.In the second part of this thesis, we first present a simulation framework designed to generate RFI-corrupted pulsar observation data. The main goal of this framework is to build a dataset that allows the training of deep learning models, thus circumventing the recurring lack of properly labeled real data.After a thorough review of deep learning and convolutional neural networks, we highlight the shortcomings of existing RFI processing methods, which typically involve identifying and removing data suspected of being corrupted by RFI. To avoid this information loss and address this challenge, we propose a novel approach that consists in formulating the RFI attenuation problem as an image restoration task, aiming at reconstructing RFI-altered signals. Capitalizing on recent advances in deep learning, we show that this task can be efficiently achieved using a network, named RFI-DRUnet, whose architecture is inspired by a high-performance denoising network.In the following chapters, we illustrate the applicability and effectiveness of the proposed approach on simulated and real pulsar observation data, comparing it to current approaches based on deep convolutional neural networks that detect RFI. The results show that the proposed method can effectively restore RFI-corrupted observational signals under various conditions. Furthermore, we discuss the potential impact of this method for improving pulsar chronometry

Dans cette thèse, les récepteurs de Wiener optimaux et sous-optimaux à rang réduit pour le CDMA sont étudiés. La thèse est divisée en deux parties. Dans la première partie, les récepteurs sous-optimaux consistant en un égaliseur de Wiener à rang réduit au rythme chip suivi de désétalement sont étudiés. Un égaliseur à rang réduit est un égaliseur pour lequel quelques coefficients seulement sont optimisés. Le rang du filtre est le nombre de coefficient optimisés. On propose ensuite une deuxième technique qui consiste en une étape d élimination d'interférences précédée d'un égaliseur MMSE. Cette technique est adaptée au cas où les utilisateurs ont des facteurs d'étalement différents. Dans la deuxième partie, la performance asymptotique de quelques récepteurs linéaires est évaluée. Pour étudier la performance asymptotique, on suppose que les codes d étalement sont aléatoires suivant une certaine distribution. Le rapport Signal à Interference plus Bruit (SINR) à la sortie du récepteur peut ainsi être interprété comme une variable aléatoire. Il est possible de démontrer que ces variables aléatoires tendent vers des valeurs déterministes finies quand le facteur d étalement et le nombre d utilisateurs tendent vers l infini de telle façon que leur rapport reste fini. Ces limites peuvent être utilisées pour comprendre les facteurs qui contrôlent la performance tels que le canal de propagation, le bruit et le facteur de charge. On présente les résultats précédents relatifs aux récepteurs de Wiener optimaux à rang réduit. Ces résultats sont après étendus au récepteurs de Wiener sous-optimaux à rang réduit. On démontre que la convergence du SINR d un récepteur de Wiener à rang réduit vers celui du récepteur à rang plein est très rapide. Dans le dernier chapitre, on étudie la performance asymptotique de la diversité à la transmission combinée avec un récepteur RAKE où un égaliseur MMSE
In this thesis, reduced-rank optimum and suboptimum downlink CDMA Wiener receivers are discussed and their performance is assessed. In the first part, suboptimum CDMA Wiener receivers consisting of linear chip-level equalizers followed by despreading are discussed. The equalization step can be done in a reduced-rank fashion. A reduced-rank Wiener equalizer is an equalizer in which only few coefficients are optimized. The number of optimized coefficients is called the rank of the receiver. Another low complexity method that consist of the combination of Parallel Interference Cancellation and equalization is proposed. This method is adapted to the case of multirate CDMA. In the second part, the asymptotic performance of optimum and suboptimum receivers is evaluated. To evaluate the asymptotic performance, we suppose that the spreading codes are random following a certain distribution. The SINRs can be interpreted as a random variable. When the spreading factor and the number of uses tend to infinity with fixed ratio, it can then be shown that these SINRs tend to finite deterministic limits. These limits can be used to obtain insights on the performance of a given receiver and its dependence on parameters like the channel, the noise and the load factor. Classical results that were obtained for optimum reduced rank receivers are reviewed. These results are then extended to suboptimum reduced-rank receivers. The convergence of the SINR of a reduced-rank receiver toward a full-rank receiver is shown to be very fast. In the last chapter, the performance of Space Time Transmit Diversity is discussed. STTD is assessed with both a RAKE receiver and a MMSE equalizer

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

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.

L'Internet des objets, plus particulièrement les réseaux de capteurs, a attiré beaucoup d'attention ces dernières années. Sa mise en œuvre soulève de nombreuses difficultés, comme la génération d'interférences d'accès multiple (MAI) à caractère impulsif et la consommation d'énergie relativement forte. Les MAI et le bruit thermique doivent être considérés simultanément car ils perturbent fortement les communications. Nous modélisons les MAI et le bruit thermique respectivement par la distribution stable et gaussienne. Nous étudions tout d’abord l’effet des turbo-codes sur le lien direct en utilisant la norme-p comme métrique de décodage. Cette métrique permet une performance de correction d’erreur proche du décodeur optimal. Ensuite nous nous penchons sur les communications coopératives. A l’aide de l’échantillonnage préférentiel, nous estimons les densités de probabilité de la décision statistique du récepteur optimal en présence des bruits stable et gaussien. Cette approche est coûteuse en calcul. Nous proposons donc d’approximer ces densités de probabilité par la distribution gaussienne inverse normale (NIG). Cette solution de calcul est efficace pour approcher le récepteur optimal. Nous montrons également que le récepteur utilisant la norme-p a des performances robustes, quel que soit le type de bruit dominant. A la fin nous combinons les travaux du codage canal et des communications coopératives pour établir une stratégie de codage canal distribué. Basé sur la qualité du lien direct et le niveau de taux d’erreur binaire envisagé, la stratégie d’économie d’énergie peut être mise en place via le choix d’un schéma de codage canal distribué
Internet of Things brought great interests in recent years for its attractive applications and intelligent structure. However, the implementation of sensor networks still presents important challenges such as the generation of Multiple-Access-Interference (MAI) with impulsive nature and the relatively high energy consumption. Both the MAI and the thermal noise should be considered due to their strong impairments each may cause on the communication quality. We employ the stable and Gaussian distributions to model the MAI and the thermal noise respectively. Firstly we study the performance of turbo codes in the direct link and we propose the p-norm as a decoding metric. This metric allows a considerable error correction performance improvement which is close to the optimal decoder. Then we investigate cooperative communications. The probability densities in the decision statistic of the optimal receiver are estimated using importance sampling approach when both the stable and Gaussian noises are present. Such a method is computationally expensive. Hence we develop an approximation approach based on the Normal Inverse Gaussian (NIG) distribution. This solution is efficient for calculation and is proximate to the optimal receiver. In addition we show that the p-norm receiver has robust performance no matter what kind of noise is dominant. At last we combine the channel coding and cooperative communication works to establish a distributed channel coding strategy. Through some simulation assessments, the energy saving strategy can be realized by choosing an appropriate distributed channel coding scheme based on the direct link quality and target bit error rate

L’objectif principal de ce travail est dans un premier temps étudier l’impact des caractéristiques matérielles sur la consommation d’une transmission simple ou d’une transmission multi-sauts dans l’application des réseaux de capteurs sans fils. Nous nous intéressons plus spécifiquement aux communications en environnement intra bâtiment avec de courtes distances de transmission. Supposons un réseau comprenant des capteurs très bas coûts mais en grand nombre qui ne peuvent que capter l’information et la transmettre. Une seconde catégorie de capteurs, moins nombreux mais plus performants, sont capables de relayer l’information. Enfin, l’information est destinée à un puits qui peut être plus cher et non contraint énergétiquement. Dans ce cadre, les caractéristiques matérielles pourront évoluer entre les différents nœuds. Nous voulons voir si ces caractéristiques ont un impact sur les stratégies de transmissions multi-sauts. Notre contribution majeure est de montrer que le rendement ou le facteur de bruit des nœuds dans un système hétérogène est un paramètre important pour la sélection d’un nœud et les calculs des gains optimaux du relais. Nous étudions dans un second temps des méthodes de diversité coopérative « decode and forward » et « Amplify and forward » pour l'amélioration des performances dans le contexte de la radio impulsionnelle ultra-large bande. A cause des accès multiples, la distribution de l’interférence n'est pas gaussienne. Nous choisissons le modèle symétrique α-stable qui représente avec précision de la nature impulsive grâce à sa distribution à queue lourde. La propriété de stabilité nous permet ensuite une étude analytique des transmissions multi sauts et coopératives. Nous analysons la probabilité d’erreur dont nous obtenons des expressions semi-analytiques. Finalement, nous proposons un critère de la sélection du relais en fonction de l’effet des interférences
The main objective of this work is firstly to study the impact of material characteristics on the consumption of a direct link or a multi-hop transmission in the wireless sensor networks applications. We specifically investigate the communications environment within the building with short transmission distances. A sensors network with low cost but many who can only capture data and transmit it is assumed. A second kind of sensors, fewer but more powerful, is capable of relaying information. Finally, the information is sent to the gateway that may be more expensive and energy-unconstrained. In this context, the physical characteristics may change between the different nodes. We want to see if these factors have an impact on strategies for multi-hop transmissions. Our major contribution is to show that the efficiency or the noise of the nodes in a heterogeneous system is an important parameter for selecting a node and the calculations of optimal relay gains. We then study methods of cooperative diversity "decode and forward" and "Amplify and forward" for improved performance in the context of impulse radio ultra-wideband. Due to the multiple access, the distribution of interference is not Gaussian. We choose the symmetric α-stable model that accurately represents the impulsive nature thanks to its heavy-tailed distribution. The stability property then allows us an analytical study of multi-hop transmissions and cooperatives. We analyze the error probability and obtain semi-analytical expressions. Finally, we propose a criterion for selecting the optimal relay based on the effect of interference