Modélisation d'un canal à 60 GHz en utilisant les réseaux de neurones perceptron multicouches

Ce Travail s'inscrit dans le cadre d'un projet à l'intérieur d'une mine souterraine envisagé par le laboratoire LRTCS (Laboratoire de Recherche Télébec en Communications souterraines) à Val d'Or. Il concerne plus précisément la modélisation du canal à la fréquence 60 GHz dans la Mine CANMET située au Nord Ouest du Québec, dont les Mesures ont été obtenues par un autre étudiant de maitrise. La modélisation d'un canal consiste à tenter de mieux connaitre les propriétés des signaux émis/reçus dans cet environnement minier comportant des parois rocheuses de rugosité importante. Étant un environnement complexe, le déploiement des systèmes de communication nécessite une parfaite connaissance du milieu de propagation. La modélisation d'un canal est devenue un sujet d'actualité dans le domaine de la recherche, et elle a été traitée dans plusieurs travaux en se basant sur des modèles traditionnels permettant de déterminer le comportement du canal de propagation selon des modèles analytiques, empiriques ou stochastiques. Nous proposons dans notre projet, la modélisation d'un canal à 60 GHz dans un milieu confiné en se basant sur la méthode des Réseaux de neurones perceptron multicouches. Ce travail est basé sur des mesures menées en milieu confiné pour entrainer et créer l'architecture du réseau de neurones MLP. À partir de ce Modèle extrait des mesures expérimentales, plusieurs simulations ont été effectuées et permettent de montrer la capacité de modéliser le canal à 60 GHz avec ce type de réseau de neurones dans un environnement minier avec une parfaite précision

Conception et réalisation de la partie numérique d'un simulateur matériel pour les canaux de propagation MIMO

The need to improve the capacity of wireless networks, for the data transmission and multimedia applications of the digital communication systems, has to focus on MIMO communication techniques to increase the data rate and the quality of services. MIMO systems use antenna arrays at both the transmit and the receive sides of a radio link and exploit the spatial dimension for the transmission. The performance of a communication system can be evaluated using a hardware simulator of radio propagation channels. This Ph.D. deals with the design and the implementation of the digital block of a hardware simulator of MIMO propagation channels, for both UMTS and WLAN networks. The hardware simulation of radio channel provides the necessary processing speed. Other advantages of the hardware simulation are the real time performance evaluation and the comparison of different systems in a time varying radio propagation channel under the same test conditions. Two approaches have been considered, one for indoor environments, the other for outdoor environments. The proposed digital architectures were studied and implemented within FPGA. Performance and complexity evaluation shows the interest of these architectures. This work was carried out under the project SIMPAA 2, with the support of the "Région Bretagne".Le besoin d'améliorer la capacité des réseaux sans-fil, pour la transmission de données et les applications multimédia des systèmes de communications numériques, a amené à s'intéresser aux techniques de communication MIMO (Multiple Input Multiple Output) pour augmenter le débit et la qualité des transmissions. Les systèmes MIMO se servent de réseaux d'antennes, à la fois à l'émission et à la réception d'une communication radio et ainsi exploitent la dimension spatiale pour la transmission de l'information. Les performances expérimentales d'un système de communication peuvent être évaluées en utilisant un simulateur matériel du canal de propagation. Cette thèse a pour objectif la conception et la réalisation de la partie numérique d'un simulateur matériel pour les canaux de propagation MIMO, pour les réseaux UMTS et WLAN. La simulation matérielle du canal radio assure la vitesse de traitement nécessaire. D'autres avantages de la simulation matérielle sont l'évaluation des performances en temps réel et la comparaison de divers systèmes de radiocommunication dans un canal de propagation variant dans le temps, dans les mêmes conditions de test. L'étude de faisabilité a permis d'établir deux approches, l'une pour les environnements indoor, l'autre pour les environnements outdoor. Les architectures numériques proposées ont été étudiées et implémentées dans un composant programmable FPGA. L'évaluation des performances et de la complexité montre l'intérêt de ces architectures. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet PRIR SIMPAA 2, avec le soutien de la Région Bretagne

Modélisation d'un canal minier Ultra Large Bande(UWB) en utilisant les réseaux de neurones Artificiels RBF

Dans un environnement m1mer, le besoin d'un système de communication fiable est primordial. Ce type d'environnement étant complexe, le déploiement des systèmes de communication nécessite une connaissance parfaite du milieu de propagation. La modélisation d'un canal présente une matière très intéressante dans le domaine de recherche, et elle a été traitée dans plusieurs travaux en se basant sur des modèles traditionnels permettant de déterminer le comportement du canal de propagation selon des modèles analytiques, empiriques ou stochastiques. Dans notre projet d'étude, on s'intéresse à la modélisation du canal ultra-large bande (Ultra-Wide band UWB) dans un environnement minier en se basant sur une méthode différente des méthodes traditionnelles ; l'utilisation des réseaux de neurones artificiels RBF (réseaux à fonction de base radiale). Le canal de transmission UWB est un canal à trajets multiples, surtout au cas des applications à l'intérieur. Dans notre recherche, on s'est basé sur des mesures réalisées par LR TCS dans la mine CANMET à V al d'or située à 500km au nord de Montréal, Canada. Ces mesures ont servi comme base de données pour entrainer et créer l'architecture du réseau de neurones RBF. Dans un travail antérieur, la modélisation du canal en utilisant les réseaux de neurones est réalisée, mais en utilisant les réseaux de neurones multicouches MLP (Multi Layer Perceptron), et en s'intéressant seulement à l'affaiblissement de parcours en visibilité directe (line of sight, LOS). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à estimer l'affaiblissement du parcours1 (Path Joss) sur toute la bande UWB, et la phase du signal reçu, en considérant les deux types de trajets : en visibilité directe (LOS) et en visibilité non directe (non line of sight, NLOS). Les résultats obtenus montrent la capacité de ce type de réseau à modéliser le canal UWB dans un environnement minier avec une haute précision

Étude de la fiabilité des communications dans un réseau de capteurs sans-fils appliqué aux mines souterraines

Étude de la fiabilité des communications dans un réseau de capteurs sans-fils appliqué aux mines souterraines Certes, l’aspect sécurité est le plus préoccupant du travail dans les mines souterraines. Aujourd’hui, plusieurs équipements hautement technologiques sont utilisés dans la mine. Parmi ces équipements, nous pouvons distinguer les outils de communications. En effet, dans une mine bien équipée, plusieurs sortes de réseaux informatiques sont déployés à des fins de sécurité et de supervision. Dans ce contexte, les réseaux de capteurs sans-fils (RCSF) sont de plus en plus utilisés dans la mine. Cela s’explique par le fait que ce type de réseau orienté application apporte plusieurs avantages par rapport aux réseaux classiques à savoir le caractère sans-fils, le faible coût, la tolérance à la défaillance et la facilité de déploiement dans les zones à haut risque. Cependant, les RCSF imposent quelques limitations qui ne sont pas considérées dans les réseaux classiques dont notamment la consommation d’énergie et la gestion des informations. L'enjeu de l’utilisation des RCSF dans la mine est de mettre en place des communications efficaces énergétiquement qui tiennent compte des différentes contraintes imposées par les équipements hétérogènes. Dans cette optique, le standard IEEE 802.15.4 apparaît comme un standard de fait pour les RCSF. Le succès de cette norme est visible dans le fait qu’aujourd'hui, il y a plus de dix couches physiques différentes proposées comme extension à la norme IEEE 802.15.4. C’est dans ce contexte que se positionne l’objectif de notre travail. Il s’agit dans notre projet de faire l’étude des performances du standard IEEE 802.15.4 en comparaison avec l’extension IEEE 802.15.4g. L’étude comparative des standards IEEE 802.15.4/4g par simulation et par un banc d’essai a fait l’objet de nos travaux. Les résultats de simulation ont été démontrés pour différent scénarios d’utilisation

Exploration d'architectures génériques sur FPGA pour des algorithmes d'imagerie multispectrale

Les architectures multiprocesseur sur puce (MPSoC) basées sur les réseaux sur puce (NoC) constituent une des solutions les plus appropriées pour les applications embarquées temps réel de traitement du signal et de l image. De part l augmentation constante de la complexité de ces algorithmes et du type et de la taille des données manipulées, des architectures MPSoC sont nécessaires pour répondre aux contraintes de performance et de portabilité. Mais l exploration de l espace de conception de telles architectures devient très coûteuse en temps. En effet, il faut définir principalement le type et le nombre des coeurs de calcul, l architecture mémoire et le réseau de communication entre tous ces composants. La validation par simulation de haut niveau manque de précision, et la simulation de bas niveau est inadaptée au vu de la taille de l architecture. L émulation sur FPGA devient donc inévitable. Dans le domaine de l image, l imagerie spectrale est de plus en plus utilisée car elle permet de multiplier les intervalles spectraux, améliorant la définition de la lumière d une scène pour permettre un accès à des caractéristiques non visibles à l oeil nu. De nombreux paramètres modifient les caractéristiques de l algorithme, ce qui influence l architecture finale. L objectif de cette thèse est de proposer une méthode pour dimensionner au plus juste l architecture matérielle et logicielle d une application d imagerie multispectrale. La première étape est le dimensionnement du NoC en fonction du trafic sur le réseau. Le développement automatique d une plateforme d émulation sur mono ou multi FPGA facilite cette étape et détermine le positionnement des composants de calcul. Ensuite, le dimensionnement des composants de calcul et leurs fonctionnalités sont validés à l aide de plateformes de simulation existantes, avant la génération du modèle synthétisable sur FPGA. Le flot de conception est ouvert dans le sens qu il accepte différents NoC à condition d avoir le modèle source HDL de ce composant. De nombreux résultats mettent en avant les paramètres importants qui ont une influence sur les performances des architectures et du NoC en particulier. Plusieurs solutions sont décrites, commentées et critiquées. Ces travaux nous permettent de poser les premiers jalons d une plateforme d émulation complète MPSoC à base de NoCThe Multiprocessor-System-On-Chip (MPSoC) architectures based on the Network-On-Chip (NoC) communication are the one of the most appropriate solution for image and signal processing applications under real time constraints. Due to the ever increasing complexity of these algorithms, the types and sizes of the data manipulated, the MPSoC architectures are necessary to meet the constraints of performance and portability. However exploring the design space of such architecture is time consuming. Indeed, many parameters should be defined such as the type and the number of processing cores, the memory architecture and the communication network between all these components. Validation by high-level simulations has the lack of the precision. Low-level simulation is inadequate for such big size of the architecture. Therefore, the emulation on FPGA becomes inevitable. In image processing, spectral imaging is more and more used. This technology captures light from more frequencies than the human eye increasing the number of wavelengths. Invisible details can be extracted from a scene. The difference between all spectral imaging applications is the number of wavelengths and the precision. Many parameters affect the characteristics of the algorithm, having a huge impact on the final architecture. The objective of this thesis is to propose a method for sizing one of the most accurate hardware and software architecture for multispectral imaging application. The first step is the design of the NoC based on the network traffic. The automatic development of an emulation platform on a single FPGA or multi-FPGAs simplifies this step and determines the positioning of the computational components. Then, the design of computational components and their functions are validated using existing simulation platforms. The synthesizable model of the architecture on FPGA is then generated. The design flow is open. Several NoC structures can be inserted using the source model of this component. The set of results obtained points out the major parameters influencing the performances of architecture and the NoC itself. Several solutions are described and analyzed. These studies allow us to lay the groundwork for a complete MPSoC emulation platform based on NoCST ETIENNE-Bib. électronique (422189901) / SudocSudocFranceF

Traitement du signal pour les communications numériques au travers de canaux radio-mobiles

This manuscript of ''Habilitation à diriger les Recherches'' (Habilitation to conduct researches) gives me the opportunity to take stock of the last 14 years on my associate professor activities and on my research works in the field of signal processing for digital communications, particularly for radio-mobile communications. The purpose of this signal processing is generally to obtain a robust transmission, despite the passage of digital information through a communication channel disrupted by the mobility between the transmitter and the receiver (Doppler effect), the phenomenon of echoes (multi-path propagation), the addition of noise or interference, or by limitations in bandwidth, in transmitted power or in signal-to-noise ratio. In order to recover properly the digital information, the receiver needs in general to have an accurate knowledge of the channel state. Much of my work has focused on receiver synchronization or more generally on the dynamic estimation of the channel parameters (delays, phases, amplitudes, Doppler shifts, ...). We have developed estimators and studied their performance in asymptotic variance, and have compared them to minimum lower bound (Cramer-rao or Bayesian Cramer Rao bounds). Some other studies have focused only on the recovering of information (''detection'' or ''equalization'' task) by the receiver after channel estimation, or proposed and analyzed emission / reception schemes, reliable for certain scenarios (transmit diversity scheme for flat fading channel, scheme with high energy efficiency, ...).Ce mémoire de HDR est l'occasion de dresser un bilan des 14 dernières années concernant mes activités d'enseignant-chercheur et mes travaux de recherche dans le domaine du traitement du signal pour les communications numériques, et plus particulièrement les communications radio-mobiles. L'objet de ce traitement du signal est globalement l'obtention d'une transmission robuste, malgré le passage de l'information numérique au travers d'un canal de communication perturbé par la mobilité entre l'émetteur et le récepteur (effet Doppler), le phénomène d'échos, l'addition de bruit ou d'interférence, ou encore par des limitations en bande-passante, en puissance transmise ou en rapport-signal à bruit. Afin de restituer au mieux l'information numérique, le récepteur a en général besoin de disposer d'une connaissance précise du canal. Une grande partie de mes travaux s'est intéressé à l'estimation dynamique des paramètres de ce canal (retards, phases, amplitudes, décalages Doppler, ...), et en particulier à la synchronisation du récepteur. Quelques autres travaux se sont intéressés seulement à la restitution de l'information (tâches de ''détection'' ou d' ''égalisation'') par le récepteur une fois le canal estimé, ou à des schémas d'émission / réception spécifiques. La synthèse des travaux commence par une introduction générale décrivant les ''canaux de communications'' et leurs problèmes potentiels, et positionne chacun de mes travaux en ces termes. Une première partie s'intéresse aux techniques de réception pour les signaux à spectre étalé des systèmes d'accès multiple à répartition par codes (CDMA). Ces systèmes large-bande offrent un fort pouvoir de résolution temporelle et des degrés de liberté, que nous avons exploités pour étudier l'égalisation et la synchronisation (de retard et de phase) en présence de trajets multiples et d'utilisateurs multiples. La première partie regroupe aussi d'autres schémas d'émission/réception, proposés pour leur robustesse dans différents scénarios (schéma à diversité pour canaux à évanouissement plats, schéma à forte efficacité énergétique, ...). La seconde partie est consacrée à l'estimation dynamique Bayésienne des paramètres du canal. On suppose ici qu'une partie des paramètres à estimer exhibe des variations temporelles aléatoires selon une certaine loi à priori. Nous proposons d'abord des estimateurs et des bornes minimales d'estimation pour des modèles de transmission relativement complexes, en raison de la distorsion temporelle due à la forte mobilité en modulation multi-porteuse (OFDM), ou de la présence de plusieurs paramètres à estimer conjointement, ou encore de non linéarités dans les modèles. Nous nous focalisons ensuite sur le problème d'estimation des amplitudes complexes des trajets d'un canal à évolution lente (à 1 ou plusieurs bonds). Nous proposons des estimateurs récursifs (dénommés CATL, pour ''Complex Amplitude Tracking Loop'') à structure imposée inspirée par les boucles à verrouillage de phase numériques, de performance asymptotiques proches des bornes minimales. Les formules analytiques approchées de performances asymptotiques et de réglages de ces estimateurs sont établies sous forme de simples fonctions des paramètres physiques (spectre Doppler, retards, niveau de bruit). Puis étant donné les liens établis entre ces estimateurs CATL et certains filtres de Kalman (construits pour des modèles d'état de type marche aléatoire intégrée), les formules approchées de performances asymptotiques et de réglage de ces filtres de Kalman sont aussi dérivées

Actes de l'Ecole d'Eté Temps Réel 2005 - ETR'2005

Pdf des actes disponible à l'URL http://etr05.loria.fr/Le programme de l'Ecole d'été Temps Réel 2005 est construit autour d'exposés de synthèse donnés par des spécialistes du monde industriel et universitaire qui permettront aux participants de l'ETR, et notamment aux doctorants, de se forger une culture scientifique dans le domaine. Cette quatrième édition est centrée autour des grands thèmes d'importance dans la conception des systèmes temps réel : Langages et techniques de description d'architectures, Validation, test et preuve par des approches déterministes et stochastiques, Ordonnancement et systèmes d'exploitation temps réel, Répartition, réseaux temps réel et qualité de service