Optimisation et mise en œuvre de communications numériques au-delà du critère de Nyquist

Optimisation and implementation of digital communications beyond the Nyquist criterion

• Auteur / Autrice : Laëtitia Jadot
• Direction : Guillaume Ferré
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
• Date : Inscription en doctorat le 16/11/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SPECTRAL

Mots clés

Mots clés libres

Communications numériques

Traitement du signal

Faster-Than-Nyquist

Optimisation

Digital communications

Signal processing

Faster-Than-Nyquist

Optimisation

Résumé

Dans le contexte des communications numériques, l'augmentation des débits est un des avantages concurrentiels clé. L'approche la plus intuitive pour y arriver est soit d'augmenter la bande de transmission, mais la ressource fréquentielle est de plus en plus rare et sur exploitée, soit d'enrichir les constellations, ce qui requiert d'augmenter la puissance émise. Une troisième approche, proposée par Mazo au milieu des années 70 mais oubliée car trop complexe, a refait surface récemment pour le futur standard des communications civiles 5G. Cette approche appelée Faster Than Nyquist (FTN) consiste à travailler à une cadence symbole supérieure à la cadence dite de Nyquist. Dans ce cas, le récepteur doit être capable de gérer les interférences entre symboles générées par l'émetteur et induites par la technique FTN. La thèse proposée consiste à monter en maturité sur les liaisons FTN en prenant en compte les problématiques opérationnelles spécifiques aux communications par satellite. Une approche globale multicritère, prenant en compte des marquants comme l'efficacité spectrale, l'efficacité énergétique, la portée ou la complexité des récepteurs à qualité de liaison constante, sera conduite afin d'appréhender au mieux les avantages/inconvénients des méthodes proposées. Une attention toute particulière portera sur des aspects tels que l'optimisation des codes correcteur d'erreurs modernes adaptés à la compression de la durée symbole, les problématiques de synchronisation temporelle et fréquentielle, l'optimisation des filtres de mise en forme et des récepteurs associés ainsi que la robustesse de ces liaisons aux interférences multi-utilisateurs et au brouillage hostile.

In the context of digital communications, increasing throughput is one of the key competitive advantages. The most intuitive approach to achieving this is either to increase the transmission band, but the frequency resource is increasingly scarce and overused, or to enrich the constellations, which requires increasing the transmitted power. A third approach, proposed by Mazo in the mid-1970s but forgotten as too complex, has recently resurfaced for the future 5G civil communications standard. This approach, called Faster Than Nyquist (FTN), involves working at a symbol rate higher than the so-called Nyquist rate. In this case, the receiver must be able to handle the inter-symbol interference generated by the transmitter and induced by the FTN technique. The proposed thesis consists in increasing the maturity of FTN signaling by taking into account the specific operational problems of satellite communications. A global multi-criteria approach, taking into account key factors such as spectral efficiency, energy efficiency, range or complexity of the receivers at constant link quality, will be conducted in order to better understand the advantages/disadvantages of the proposed methods. Particular attention will be paid to aspects such as the optimisation of modern error-correcting codes adapted to symbol duration compression, time and frequency synchronisation issues, the optimisation of shaping filters and associated receivers, and the robustness of these links to multi-user interference and hostile jamming.