Contribution à la simulation déterministe de canaux radios hétérogènes ULB : problématique de la prise en compte réaliste de l’antenne

Deterministic modeling of heterogeneous UWB radio channel including realistic antenna behaviour

• Auteur / Autrice : Roxana-Elena Burghelea
• Direction : Bernard Uguen, Stéphane Avrillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Jury : Président / Présidente : Ghaïs El Zein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Friedman Tchoffo Talom
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Xavier Begaud, Rodolphe Vauzelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Harmoniques sphériques

Modélisation tridimensionnelle

Ondes radioélectriques -- Propagation

Antennes (électronique)

Communication ultra large bande

Résumé

Les travaux effectués pendant cette thèse portent sur la modélisation réaliste de canaux radios hétérogènes Ultra Large Bande. La plateforme de simulation de canal PyRay, détaillée au cours de ce manuscrit, rend compte des phénomènes physiques en présence dans un canal de propagation, en y intégrant de façon appropriée l’effet large bande des matériaux et des antennes, afin d’augmenter son réalisme. En se plaçant à un niveau intermédiaire au plan de la description de la physique entre la simulation électromagnétique exacte et l’usage très simplifié d’un diagramme de rayonnement scalaire d’antenne, le développement en harmoniques sphériques vectorielles est utilisé pour rendre compte efficacement de la fonction de rayonnement des antennes dans l’outil de modélisation du canal proposé. Cette approche 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. La méthode d’implémentation matricielle qui peut être appliquée à tout simulateur à base de tracé de rayons est décrite dans ce manuscrit. PyRay évolue graduellement vers une plateforme de simulation radio hétérogène, intégrant la mobilité des noeuds radios en vue d’une exploitation dans divers contextes applicatifs dont celui très important de la localisation.

The main objective of the thesis is to develop a realistic heterogeneous Radio Access Technology physical layer simulator which allows indoor radio propagation modeling for multistandard systems, including Ultra Wide Band. The proposed 3D-Ray Tracing simulation tool PyRay is based on a 3D implementation of Geometrical Optics and Uniform Theory of Diffraction, taking into account all electromagnetic wave propagation effects, antenna patterns, polarization effects and material impacts. It uses Vector Spherical Harmonic expansion of antenna radiation function, as a solution for both issues: compression of the amount of data needed for describing antenna characteristics and fast and correct retrieval of antenna array response for waves coming from arbitrary directions. The presented approach stands at an intermediate level between the exact electromagnetic simulation and the use of a scalar radiation pattern in a simplified manner. The implementation matrix method which can be applied to any simulator based on RT is detailed here. PyRay tool follows a continue development progress, evolving towards a heterogeneous radio simulation platform, that will integrate the mobility of radio nodes which is relevant in different application areas, such as localization.