L’évolution continue des systèmes de communications sans fil fait évoluer parallèlement les besoins en simulation du canal pour répondre à de nouvelles problématiques et à de nouveaux besoins d’ingénierie. Les futurs systèmes de quatrième génération seront hété- rogènes et coopératifs, faisant coexister plusieurs techniques d’accès radio sur un même terminal et autoriseront des communications entre pairs. Par exemple, sur un même ter- minal, coexisteront l’accès au réseau cellulaire LTE ou WiMax et un accès courte portée à des terminaux pairs au moyen d’une radio Ultra Large Bande impulsionnelle ou non. Ce futur contexte est favorable au développement dans les terminaux, de fonctions qui vont au-delà de la simple fonction de communication, comme la fonction de positionnement par exemple.
Afin de situer nos travaux par rapport à ce contexte actuel et de justifier les besoins de développement des outils de caractérisation et de modélisation de la propagation des ondes électromagnétiques, le premier chapitre a porté sur l’état de l’art des principales technologies de communications sans fil. On a montré également comment les travaux menés dans le cadre cette thèse pouvaient s’inscrire dans des problématiques actuelles développées dans des projets européens WHERE et UCELLS, dans lesquels l’équipe est impliquée.
Le second chapitre a détaillé le cadre théorique sur lequel repose le simulateur déter- ministe de canal proposé, ainsi que ses problématiques spécifiques. L’étude a été divisée en trois parties correspondant à l’émission, au canal de propagation radioélectrique et à la réception, associées aux trois parties du simulateur. Le formalisme mathématique adopté pour l’outil de tracé de rayon, permettant la prise en compte des effets du canal de pro- pagation et des antennes, a été détaillé. Sur ce point, on a identifié la problématique de la description réaliste des antennes en 3D et sur une large gamme de fréquence. Trois mé- thodes pour la synthèse du signal reçu ont également été décrites. D’après l’analyse des résultats de simulation, il a été montré qu’il convenait d’appliquer des méthodes basées sur le calcul des fonctions de transfert des rayons plutôt que des méthodes basées sur le calcul de la fonction de transfert globale du canal de transmission. Parmi ces méthodes, les meilleurs résultats ont été obtenus en appliquant le signal émis à chaque rayon. C’est donc la méthode qui a été retenue pour la suite du travail.
Le troisième chapitre constitue le point le plus original de cette thèse. Il a porté sur le traitement non standard des antennes dans les outils RT de simulation du canal. L’approche proposée a le double avantage de permettre une représentation compacte des antennes et de pouvoir regénérer sans interpolation la fonction vectorielle d’antenne dans toute direction arbitraire. Ceci est particulièrement bien adapté aux situations rencontrées dans les outils
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de tracé de rayons. L’ensemble du formalisme de décomposition VSH a été enrichi dans ce chapitre et complété par la présentation de deux techniques complémentaires d’optimi- sation de la synthèse VSH, adaptées pour tout simulateur à base de tracé de rayons. Une conservation correcte des propriétés de rayonnement des antennes a été illustrée par simu- lation avec une erreur de reconstruction inférieure à5%pour un facteur de compression de données variant de74(antenne monocône) à plus de10000(antennes “thomsons”). Dans la dernière section du chapitre, l’étude de l’influence des caractéristiques géométriques d’une antenne sur les coefficients VSH, a permis de mettre en évidence le fait que la taille du plan de masse modifie de façon similaire les coefficients VSH, notamment leur résonance.
On a vu que la fréquence de résonance n’est pas inversement proportionnelle au diamètre du plan de masse, mais qu’elle suit une loi particulière en 1/d0.16. Des résultats récents, présentés en fin de chapitre, montrent également comment la compression peut être poussée plus loin en appliquant une identification ARMA de la dépendance fréquentielle de chaque coefficient VSH autorisant un ré-échantillonage fréquentiel quelconque.
Le quatrième chapitre a décrit les principales caractéristiques de la plateforme de simu- lation de canal PyRaydéveloppée au cours de cette thèse. On a détaillé les différentes solu- tions d’implémentation utilisées dans la synthèse du signal reçu et dans le post-traitement des données, ainsi que la structure de la plateforme. Ce chapitre apporte une contribu- tion sur la question du choix des pas d’échantillonnage de la forme d’onde, des fonctions d’antenne et du canal de propagation. Il propose une technique permettant un échantillon- nage différent des différents filtres qui interviennent entre le signal émis et le signal reçu.
Les confrontations des résultats de simulation avec les résultats obtenus par la mesure ont permis de valider le simulateur, d’en juger les performances et les limitations. Des com- paraisons avec des mesures Ultra Large Bande en régime impulsionnel effectuées dans le cadre du projet européen FP7-WHERE ont montré l’importance de la prise en compte de l’antenne pour accroître le réalisme des simulations, justifiant l’effort fourni dans ce travail de thèse. Il est avéré que les outils déterministes en dépit de modélisations souvent très approchées des environnements de propagation, sont en mesure d’en saisir “l’ossature”
principale dans sa variation spatiale. Ceci est de nature à ouvrir des champs d’investigation sur les meilleures techniques permettant d’exploiter cette connaissance du canal offerte par la simulation déterministe, en particulier dans le champ des applications liées au position- nement. Les résultats obtenus jusqu’ici sont très encourageants et ouvrent de nombreuses perspectives.
Les perspectives du travail portent sur deux niveaux, le premier sur l’utilisation des coefficients VSH et le second plus général sur le simulateur PyRay.
Au niveau des coefficients, il reste peu de choses à faire pour avoir un format de des- cription compact et générique, exploitable par le tracé de rayons, il nous reste simplement à finaliser la compression en fréquence en s’affranchissant de la fonction Matlab utilisée.
Une analyse physique plus approfondie pourrait être menée pour mieux comprendre la dépendance qui lie la géométrie d’une antenne à l’expression de ses coefficients. Cette ana- lyse a été commencée dans le cadre de ce travail mais beaucoup de choses reste à faire.
Il sera intéressant également de quantifier l’influence de l’erreur de description de l’an- tenne sur l’évaluation du canal de transmission. Au niveau du simulateur, le travail devra porter sur l’incorporation du mouvement des antennes dans le simulateur. Le formalisme proposé le permet aisément. Cela offre des perspectives applicatives intéressantes pour des terminaux conscients de leur orientation. Plus généralement, il est envisagé de donner au simulateur hétérogène des capacités de modélisation multi-liens, multi-stations de base,
multi-polarisations pour accompagner les besoins actuelset futurs de techniques coopéra- tives.
La plateforme de simulationPyRayest en constant développement et s’enrichit de nou- veaux objets et méthodes propres, en fonction du contexte et des études menées.