Radio Cognitive Overlay pour communications satellitaires IoT

Overlay Cognitive Radio for IoT satellite communications

• Auteur / Autrice : Luciano Barros Cardoso Da Silva
• Direction : Laurent Franck, Tarik Benaddi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 03/07/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lab-STICC_IMTA_CID_TOMS - Département Micro-Ondes - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Karine Cavalec-Amis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Franck, Tarik Benaddi, Marie-Laure Boucheret, Christophe Jego, Damien Roque, Mathieu Dervin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Laure Boucheret, Christophe Jego

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Radio cognitive

Satellites artificiels dans les télécommunications

Mots clés libres

Communications par satellites

Radio cognitive

Dirty paper coding

Précodage

Satellite communications

Cognitive radios

Dirty paper coding

Precoding

Résumé

La projection favorable vers le segment des satellites pourrait se maintenir, surtout aujourd'hui, puisque la demande de nouveaux services a considérablement augmentée. Cela se justifie par les caractéristiques uniques du satellite, telles que les capacités de multidiffusion et de radiodiffusion, les aspects de mobilité et la couverture mondiale. À titre d'exemple, nous soulignons l'utilisation du satellite pour soutenir les futures communications de machine à machine (M2M). Dans ce contexte, l'un des principaux défis consiste à développer des techniques permettant une meilleure coordination entre les services existants et futurs. C'est dans ce cadre que les techniques de radio cognitive (RC) sont devenues intéressantes pour les applications spatiales. Cette thèse étudie la faisabilité d'une transmission d'un utilisateur cognitif (UC) sur une infrastructure existante d'utilisateurs primaires en utilisant les techniques de RC de type overlay. Dans cette optique, la première contribution présente une méthodologie de design pour ce paradigme dans le domaine des communications par satellite. Ensuite, nous discutons d'une approche pour contrôler la puissance de sortie de l’UC en abordant la technique de mise en forme du treillis et d'une nouvelle méthode pour récupérer la perte modulo. Ces techniques montrent un compromis entre l'efficacité de puissance, (réduction de la perte modulo), et la complexité, (réduction des opérations de l’encodeur). Enfin, nous examinons les solutions proposées à la lumière d'un scénario satellite réaliste en utilisant des exemples de pièces commerciales (COTS) et en supposant des valeurs pratiques pour le bilan de liaison.

The favorable projection towards the satellite segment could be sustained especially today, since the demand for the rising new services has increased considerably. This is justified by the unique satellite characteristics such as multicast and broadcasting capabilities, mobility aspects and global reach, besides the ability to cover and connect remote areas and hostile environments. As a typical example, we point out the use of satellite to support the Machine-to-Machine (M2M) communications. In this context, a main challenge is to develop techniques that enable a better coordination among legacy and future services. It is within this framework that the Cognitive Radio (CR) techniques have also become attractive for space applications. This doctoral thesis studies the feasibility of a Cognitive User (CU) transmission over the primary user infrastructure by using the CR techniques in the overlay paradigm applied to the satellite context. In this perspective, the first thesis contribution present a framework for overlay paradigms towards satellite communications. In this sense, a low complexity solution is proposed related to the Trellis Shaping based DPC encoder for the CU. Subsequently, we discuss an approach to control the CU output power by addressing the trellis shaping (TS) technique. Moreover, by using auxiliary bits as well as the proper mapping selection, further constellation expansion is performed in order to increase the number of shaping regions. The relation among these implemented techniques provides a trade-off between power efficiency,by the reduction of the modulo loss, and complexity, by the reduction of the encoder operations. Finally, we examine the proposed solutions at the light of a realistic satellite scenario. In this general contribution, by using examples of commercial off-the-shelf (COTS) parts and assuming practical link budget parameters.