Thèse soutenue

Développement d’un sondeur de canal MIMO Sub 6 GHz s’appuyant sur des cartes SDR et un signal LTE
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Romain Behaegel
Direction : Marion BerbineauRaffaele D'Errico
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
Date : Soutenance le 20/05/2021
Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Électronique Ondes et Signaux pour les Transports (LEOST) - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
Jury : Président / Présidente : Maryline Hélard
Examinateurs / Examinatrices : Iyad Dayoub, Juan Moreno García-Loygorri, Karen Varedanyan
Rapporteurs / Rapporteuses : François Gallée, Matthieu Crussière

Résumé

FR  |  
EN

Avec le développement du numérique et de l’Internet des objets, on assiste à un besoin croissant de débits de transmission par utilisateur, de capacité, de sécurité et de flexibilité des systèmes de communications. Cette tendance est générale dans tous les domaines de la société et notamment dans le domaine des transports. La digitalisation des services et la mobilité autonome et connectée nécessitent le développement de systèmes de communication V2X (Vehicules à tout) offrant des débits de transmission, une capacité et un niveau de sécurité de plus en plus élevés. Les réseaux cellulaires de cinquième génération (5G) promettent des améliorations importantes en termes de débit, de capacité, de latence et de fiabilité. Ainsi, grâce aux possibilités de cette technologie et en raison de l’obsolescence du système actuel de communication sol-train utilisé en Europe, le GSM-R (Global System for Mobile Communication – Railway) sera remplacé par le FRMCS (Future Railway Communication System) qui prévoit l’utilisation en parallèle de plusieurs techniques d’accès radio dont la 5G. Cette technologie 5G permettra l’émergence de nouveaux services : conduite à distance de trains sans conducteur à bord, déploiement de trains automatisés, couplage/découplage de trains en ligne, etc. Ainsi, la 5G ouvre la voie aux réseaux ferroviaires du futur plus connectés, plus automatisés et, ainsi, plus disponibles, plus sûrs et plus respectueux de l’environnement.Le développement de ces nouveaux services nécessite de garantir la robustesse, la fiabilité et la sûreté de fonctionnement des liens sans fils sur lesquels ils reposent. Pour ce faire, il convient de pouvoir évaluer les différents systèmes de communication en amont de leur déploiement dans des environnements ferroviaires représentatifs de ceux rencontrés le long des voies ferrées (tranchées, zones urbaines, zones rurales, gares, zones de triages, tunnels, etc.) grâce à l’émulation de ces environnements dans des émulateurs de canaux en utilisant des modèles de canaux. Les modèles de canaux représentatifs sont obtenus par des mesures ou des simulations (Tracer/lancer de rayons).Ainsi ce travail de thèse se focalise sur la mise en œuvre d’un sondeur de canal MIMO (Multiple-input, Multiple-output) 4 x 4 dans la gamme 1-6 GHz afin de caractériser différents environnements ferroviaires dont les modèles n’existent pas encore. L’équipement développé s’appuie sur l’utilisation de cartes radio logicielles et de logiciels spécifiques qui ont été modifiés. C’est un système de télécommunications de type LTE (Long Term Evolution) en deux parties : une station de base qui sera installée le long de l'infrastructure, et une station mobile dans le train. La mesure des caractéristiques du canal radioélectrique s'effectue grâce au calcul de l’estimation du canal via les pilotes d’un symbole LTE-OFDM. Il peut être utilisé en mobilité. L'ensemble est assez compact pour être transporté et permettre des mesures du canal dans tout type d'environnement.Dans ce mémoire nous décrivons les différents modèles de canaux de la littérature et nous analysons les modèles existants dans le domaine ferroviaire afin d’identifier les environnements où il faudra réaliser des mesures. Nous nous focalisons sur des modèles simples de type ligne à retard (Tapped Delay Line –TDL). Dans un deuxième temps nous proposons un état de l’art des différents types de sondeur de canaux et techniques de sondage du canal radioélectrique. Ce travail nous a permis de choisir la technologie du sondeur développé, à savoir un système reposant sur l’utilisation de cartes SDR reconfigurables (Software Defined Radio) et d’un signal de type LTE. Nous détaillons ensuite l’architecture, le principe et la mise en œuvre du sondeur de canal et sa validation par des mesures simples. Cette partie constitue le cœur de la thèse. Enfin le dernier chapitre est consacré à des mesures terrains. Nous concluons et donnons les perspectives très nombreuses du travail.