Academic literature on the topic 'Radio – Interférence – Traitement du signal'

La necessite de realiser des traitements d'annulation d'echo acoustique survient des lors qu'une prise de son capte un echo genant provenant de la diffusion par un haut-parleur d'un signal sonore dans une piece ou un habitacle de vehicule. De nombreux ouvrages couvrent les differents aspects algorithmiques de cette discipline. Par ailleurs, les differentes options algorithmiques ont ete largement etudiees et l'evolution des processeurs permet desormais de realiser des annuleurs d'echo performants. Depuis le debut des annees 90, de nouvelles applications et la volonte de realiser des systemes stereophoniques restituant une communication naturelle en visioconference (reproduction de la position des locuteurs) ont oriente les recherches vers l'extension des traitements monophoniques au cas stereophonique. Les nouvelles difficultes rencontrees tiennent essentiellement au modele de prise de son de ce type d'application, qui genere des signaux fortement correles dont les consequences ont ete largement exposees. Au cours de cette these deux axes de recherche ont ete suivis : premierement, contribuer a l'amelioration des methodes d'annulation d'echo stereophonique appliquees aux systemes de visioconference, en s'interessant plus particulierement a l'extension des algorithmes de filtrage adaptatif frequentiels au cas stereophonique. Cette etude a ouvert la voie vers un nouvel algorithme frequentiel modifie qui traite la correlation des voies d'entree et dont l'application aux systemes de visioconference semble prometteuse. Deuxiemement, etudier la mise en oeuvre d'un systeme d'annulation d'echo stereophonique pour traiter l'echo d'un autoradio perturbant un systeme de reconnaissance vocale embarque dans un vehicule. Cette application n'a que tres peu ete etudiee, et les resultats des travaux menes sur ce domaine ont notamment permis la realisation d'un demonstrateur, realise a l'attention d'un constructeur automobile, autorisant le pilotage vocal des fonctions d'un autoradio.

Le recherché et l’étude de sources radio transitoires, en particulier à basses fréquences, est un des projets clés de la nouvelle génération de radiotélescopes comme SKA et ses précurseurs, parmi lesquels LOFAR, NenuFAR et GURT. Ces sources incluent les étoiles à neutrons – produisant un signal périodique, détectées comme pulsars -, d’autres objets très magnétisés compacts ou des événements très dynamiques ou explosifs – produisant des transitoires non périodiques -, et des exoplanètes – dont certaines sont, comme Jupiter, susceptibles d’émettre des sursauts radio décamétriques. Les « survey » observations systématiques à basses fréquences peuvent révéler des pulsars proches, « manqués » par les surveys à plus hautes fréquances en raison de l’orientation « défavorable » de leurs cônes d’émission, qui s’élargissent aux basses fréquences. Ils devraient également permettre de mieux caractériser le spectre des pulsars détectés à la fois à hautes et basses fréquences. Les surveys de transitoires non périodiques peuvent révéler des phénomènes astrophysiques uniques, tels que les mystérieux « sursauts radio rapides » d’origine extragalactique ou leurs analogues galactiques. L’existence de sursauts radio produits par les magnétosphères exoplanétaires ou les interactions plasma exoplanète- étoile a été prédite par la théorie, en particulier aux basses fréquences (comme l’émission décamétrique de Jupiter). Mais aucun n’a été détecté jusqu’à présent. La première détection, et les études qui la suivront, ouvriront à une meilleure compréhension des processus d’émission radio et à des mesures uniques des champs magnétiques des exoplanètes, avec des répercussions sur leur habitabilité. L’objectif de cette thèse était (i) effectuer un survey de sources d’émissions radio pulsées et transitoires, et (ii) tenter de détecter ‘émission de radio d’une exoplanète connue (découverte par mesures optiques), en utilisant le radiotélescope décamétrique UTR-2 en Ukraine, en mode de réseau phasé. Les deux sujets impliquent le traitement des grands volumes de données, avec notamment des étapes d’élimination des RFI (parasites radio), d’étalonnage du signal, et de détection de sursauts faible. J’ai développé des outils logiciels génériques à partir desquels j’ai construit un pipeline de traitement automatisé des données d’UTR-2, qui peut être facilement adapté à d’autres radiotélescopes observant en mode réseau phasé (LOFAR, NenuFAR et GURT)
The search and study of transient sources of radio emission, especially at low frequencies, is one of the key projects for the new generation of radio telescopes such as SKA and its precursors among which LOFAR, NenuFAR and GRUT. These sources includes neutrons stars – producing a rotation modulated signal and detected as pulsars -, other compact highly magnetized objects or very dynamic or explosive events – producing non-periodic transients -, and exoplanets – some of which are expected to emit Jupiter -like decameter- wave radio bursts. Low-frequency surveys are expected to reveal nearby pulsars “missed” by high frequency surveys, due to the “unfavorable” orientation of their emission cones, which broaden at low frequencies, and to better characterize the spectrum of pulsars detected at both high and low frequencies. Surveys of non-periodic transients may reveal unique astrophysical phenomena, such as the mysterious extragalactic “fast radio bursts” or their galactic analogs. Radio bursts from the magnetospheres of exoplanets or from exoplanet-star plasma interaction has been theoretically predicted to exist preferably at low frequencies (as Jupiter’s decameter-wave radio emission), although none has been detected so far; first detection and subsequent study will result in better understanding of emission processes and unique measurements of exoplanets’ magnetic fields, that have implications on their habitability. The aim of this work was (i) to carry out a survey for sources of transient and pulsed radio emission, and (ii) to attempt to detect radio emission from known exoplanets (discovered from optical measurements), by using the decameter radio telescope UTR-2 in Ukraine in beamformed (phased array) mode. Both topics imply to process large volumes of data, including RFI (Radio frequency Interference) mitigation, calibration, and detection of low intensity bursts. Thus, I developed generic software tools from which I built and automated processing pipeline for UTR-2 data, that can be easily adapted to other radio telescopes observing in beamformed mde (LOFAR, NenuFAR and GRUT)

Les émetteurs-récepteurs actuels tendent à devenir multi-standards c’est-àdireque plusieurs standards de communication peuvent cohabiter sur la même puce. Lespuces sont donc amenées à traiter des signaux de formes très différentes, et les composantsanalogiques subissent des contraintes de conception de plus en plus fortes associées au supportdes différentes normes. Les auto-interférences, c’est à dire les interférences généréespar le système lui-même, sont donc de plus en plus présentes, et de plus en plus problématiquesdans les architectures actuelles. Ces travaux s’inscrivent dans le paradigmede la « radio sale » qui consiste à accepter une pollution partielle du signal d’intérêtet à réaliser, par l’intermédiaire d’algorithmes, une atténuation de l’impact de ces pollutionsauto-générées. Dans ce manuscrit, on s’intéresse à différentes auto-interférences(phénomène de "spurs", de "Tx leakage", ...) dont on étudie les modèles numériques etpour lesquelles nous proposons des stratégies de compensation. Les algorithmes proposéssont des algorithmes de traitement du signal adaptatif qui peuvent être vus comme des« algorithmes de soustraction de bruit » basés sur des références plus ou moins précises.Nous dérivons analytiquement les performances transitionnelles et asymptotiques théoriquesdes algorithmes proposés. On se propose également d’ajouter à nos systèmes unesur-couche originale qui permet d’accélérer la convergence, tout en maintenant des performancesasymptotiques prédictibles et paramétrables. Nous validons enfin notre approchesur une puce dédiée aux communications cellulaires ainsi que sur une plateforme de radiologicielle
Radio frequency transceivers are now massively multi-standards, which meansthat several communication standards can cohabit in the same environment. As a consequence,analog components have to face critical design constraints to match the differentstandards requirements and self-interferences that are directly introduced by the architectureitself are more and more present and detrimental. This work exploits the dirty RFparadigm : we accept the signal to be polluted by self-interferences and we develop digitalsignal processing algorithms to mitigate those aforementioned pollutions and improve signalquality. We study here different self-interferences and propose baseband models anddigital adaptive algorithms for which we derive closed form formulae of both transientand asymptotic performance. We also propose an original adaptive step-size overlay toimprove transient performance of our method. We finally validate our approach on a systemon chip dedicated to cellular communications and on a software defined radio

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 design moderne des systèmes sans fil concerne de plus en plus un déploiement dense d’architectures pour des réseaux sans fil. Par conséquence, l’interférence devient une limitation importante à la performance du système de ces réseaux. Dans plusieurs situations, comme ad hoc sans fil ou transmission de impulsion radio de ultra large bande, les interférences présentent un comportement impulsif. Ce comportement impulsif est souvent mal capté par le modèle Gaussien classique. Avec telles interférences, le récepteur linéaire classique qui est optimal pour un bruit gaussien n’est plus robuste. En plus la plupart des travaux classiques ont été faites sous une hypothèse de variables aléatoires indépendantes et identiquement distribuées interférence. Cependant, une diversité spatiale, temporelle ou fréquentielle peuvent donner des vecteurs un composant dépendant. Dans cette thèse, nous donnons d’abord un modèle général du système et donner plusieurs distributions et modèles de l’interférence impulsive. On évalue ensuite la robustesse de différentes stratégies de récepteur proposé lors des changements de modèle de bruit. Nous proposons différents récepteurs avec différents principaux. Nous donnons également la méthode d’estimation des paramètres et nous illustrons leur performance dans un environnement d’interférence impulsive. Nous proposons également une première approche pour modéliser la dépendance temporelle et spatiale d’interférence. Nous utilisons copule qui permet de séparer les distributions marginales et la structure de dépendance d’interférence. Nous utilisons la famille flexible de skew-t copule et montrer son impact significatif sur la performance d’un récepteur
Modern wireless system designs are increasingly involving dense deployment architectures for wireless networks. Such a feature makes interference in these networks an important limitation to the system performance. In several situations, such as wireless ad hoc or ultra wide band impulse radio, this interference exhibits an impulsive behavior. Such impulsive behavior is often badly captured by the classical Gaussian model. With such interference, the classical linear receiver, optimal for Gaussian noise, is no longer robust. Most of the conventional works were done under the premise of an assumption of independent and identically distributed interference random variables. However, space, time or frequency diversity can result in vectors with dependent components. In this thesis, we first give and general system model and give several distributions and models, and we compare them in modeling the impulsive interference. We then evaluate the robustness of different receiver strategies proposed when the noise model changes. We propose to classify the different ways to define receivers. We give also the parameter estimation method and we illustrate their performance under an impulsive interference environment. We also propose a first approach to model the time and/or space dependency of the interference samples. We use the framework of copulas that allows separating the marginal distributions and the dependence structure of the interference. We use the flexible family of the skew-t copulas and show that it significantly impacts the performance of a receiver

Les récepteurs GPS sont soumis à de nombreux signaux d'interférence bande étroite. Cette étude concerne des techniques d'adoucissement de spectre, dites de précorrélation. Elles s'appliquent au signal complexe à l'entrée du récepteur numérique. La première partie de ce mémoire présente le récepteur optimum. Il est déduit de la théorie de la détection appliquée en présence de bruits blancs et gaussiens. L'étude met en évidence les dégradations des performances de ce récepteur, lorsqu'il est soumis à des signaux d'interférence. La deuxième partie traite de l'amélioration des performnces du récepteur, sous l'hypothèse de bruits non blancs. Elle décrit des filtres de blanchiment implantés à l'entrée du récepteur numérique conventionnel. Pour des signaux à spectre étalé et des bruits bande étroite, ces techniques utilisent des filtres à encoche adaptatifs appliqués dans le domaine temporel ou dans le domaine fréquentiel. Dans la troisième partie, le récepteur optimum est dérivé en présence de bruits non gaussiens, sous l'hypothèse simplificatrice d'indépendance du bruit. L'approche de Neyman-Pearson est utilisée. Lorsque cette théorie est appliquée au signal GPS, caractérisé par des rapports signal sur bruit très petits devant l'unité, cette technique conduit à définir le récepteur localement optimum. Il est obtenu en linéarisant la loi de densité de probabilité du bruit autour de l'hypothèse H₀. Le détecteur optimum diffère alors du détecteur défini en présence de bruits gaussiens de par la présence, en entrée, d'un opérateur non linéaire déduit de cette loi. Lorsque cette technique est appliquée au signal complexe, elle consiste au traitement de l'amplitude du signal représenté par ses coordonnées polaires. Elle peut être appliquée dans le domaine temporel, ou dans le domaine fréquentiel lorque le nombre de sources d'interférence augmente.

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.

Dans cette thèse nous étudions la détection aveugle de sources pour des mélanges linéaires à un seul capteur et dans des situations dominées par l'interférence. Nos hypothèses de travail portent uniquement sur l'indépendance des sources et le caractère fini et uniforme de leur distribution. Centrant notre étude autour d'un algorithme itératif de la littérature, plusieurs méthodes d'initialisation sont proposées afin d'en améliorer la robustesse quant aux cas les plus défavorables. En particulier, la relation entre les minima locaux vers lesquels les algorithmes considérés peuvent converger et la géométrie des constellations sous-jacentes aux mélanges est étudiée. Plusieurs méthodes visant à intégrer cette information au processus de détection global sont analysées. Les résultats obtenus par simulation sur des configurations de mélange variées attestent de l'efficacité des stratégies proposées via à vis des algorithmes de détection aveugle traditionnels. Une extension de notre méthode à des canaux sélectifs en fréquence et pour des transmissions multi-porteuses est également effectuée, conduisant à de nouvelles propositions d'initialisation. Notre étude se conclut par des considérations plus générales quant à l'aptitude des algorithmes de classification à pouvoir discerner des ensembles de points exhibant une forte proximité
In this thesis we address the blind channel estimation and source detection of linear mixtures with a single sensor in scenarios strongly dominated by interference. In this framework our only assumptions relate to the sources mutual independence, as well as the discrete and uniform nature of their probability distribution. Based on existing iterative algorithms from the literature, we propose several initialization strategies so as to enhance both their overall performance and robustness to highly unfavorable mixture configurations. We provide a detailed analysis of the relation between the spurious fixed points these algorithms are known to possibly converge to and the underlying mixtures geometry. Possible strategies to account for this additional information in the overall detection process are discussed as well. Simulation results attest to a significant improvement of the achieved error rates compared to all tested traditional detection schemes. An extension of the method to the estimation of frequency-selective channels in multiuser and orthogonal multicarrier transmissions is then performed, along with several initialization propositions. We conclude our study by more general considerations on clustering algorithms and their ability to discriminate between partially entangled data classes

Les systèmes de télécommunications satellitaires récents font appel à des technologies avancées, en particulier afin d'accroître leur efficacité spectrale. Dans ce contexte, plusieurs scenarios de transmission conduisent à des situations d’interférence co-canal sévère tant en voie montante qu’en voie descendante. Le rapport signal-à-interférent (SIR) du mélange reçu peut ainsi s’avérer faible voire négatif. Afin de recouvrer les signaux transmis par chacun des utilisateurs, il est nécessaire de traiter ces porteuses avec des méthodes adéquates. Au cours de cette thèse, nous étudions les techniques aveugles de traitement du signal permettant de détecter, caractériser et séparer les signaux satellitaires présentant de l’interférence co-canal. La complexité et les performances des méthodes envisagées sont des éléments déterminants en vue de leur intégration dans des modems satellites intelligents
Recent satellite telecommunications systems use advanced technologies, in particular to increase their spectral efficiency. In this context, several transmission scenarios lead to severe co-channel interference situations, both in the uplink and in the downlink. Thus, the signal-to-interference ratio (SIR) of the received mixture may prove to be weak or even negative. In order to recover the signals transmitted by each of the co-channel users, it is necessary to process the carrier-of-interest with suitable methods. In this thesis, we study blind signal processing techniques for the detection, characterization and separation of satellite signals showing co-channel interference. The complexity and the performance of the proposed methods are decisive factors for their integration in intelligent satellite modems

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