Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux

Type de document

THESE

Langue

francais

Auteur

KWADJANE

Résumé / Abstract

Le monde des transports constitue un acteur majeur du développement et de l'application des technologies de l'information et de la communication afin d'améliorer les conditions de déplacement des personnes et des biens. Notamment, les systèmes de conduite totalement automatisée sans conducteur dans les transports urbains guidés ont fortement accentué ce développement. Ces systèmes reposent sur des transmissions sans fil entre le sol et les trains réalisées avec des modems de type Wi-Fi qui ont été adaptés aux contraintes de l'exploitation ferroviaire. Ils répondent à des besoins opérationnels de sécurité et de confort, tels que la gestion du trafic, la maintenance, la sécurité et l'information des passagers et du personnel. Il existe principalement deux familles de systèmes : les systèmes de transmissions à bas débit pour le contrôle-commande des circulations et les systèmes de transmissions à haut débit pour la vidéo surveillance embarquée, la maintenance ou les applications multimédia. Ces systèmes doivent être robustes et des indicateurs de performances relatifs aux exigences de sûreté de fonctionnement et à la Qualité de Service doivent être garantis. Pour des applications métros, ces systèmes de transmissions opèrent dans des environnements complexes tels que les tunnels où les lois usuelles de la propagation en espace libre ne sont plus valables. Le projet ANR PREDIT MOCAMIMODYN (MOdèles de CAnaux MIMO DYNamiques en tunnels pour des applications transport public) a notamment permis de montrer que les techniques de communications multi antennes sans connaissance du canal à l'émetteur (codage espace-temps ou multiplexage spatial) ne permettent pas de conserver des performances comparables à celles obtenues dans des environnements non corrélés. Ce travail de thèse constitue une prolongation des travaux du projet MOCAMIMODYN. Il porte sur la conception d'algorithmes adaptatifs pour des communications sans fil dans un contexte multi-antennes en émission et en réception (MIMO) et en environnement tunnel pour les métros. La technologie MIMO apparue dans la fin des années 90 est maintenant largement présente dans de nombreux standards de communication sans fil. Cette technologie permet de répondre à deux besoins actuels : haut débit et qualité de transmission. Cependant, les performances restent mitigées lorsque le canal de propagation fait apparaître de la corrélation entre antennes, à l'émission comme à la réception, comme cela peut être le cas dans les tunnels. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux algorithmes MIMO dits de précodage, qui utilisent la connaissance du canal à l'émetteur. Généralement, ces algorithmes nécessitent une voie retour pour transmettre, soit l'information complète du canal, soit, les informations liées à la matrice de précodage choisie. Cependant, la liaison retour est très souvent contrainte en termes de débit car elle transmet également de l'information utile pour un système bi directionnel. Afin de minimiser la perte d'efficacité spectrale due au lien retour, nous nous sommes orientés vers des algorithmes de précodage qui minimisent la quantité d'information à transmettre sur la voie retour. Nous avons réalisé une chaîne de simulation complète et réaliste et nous avons évalué les performances de différents précodeurs issus de la littérature et des standards. Cette étude prend en compte plusieurs niveaux de quantité et de qualité de l'information retournée. Les simulations ont été réalisées dans des canaux théoriques et mesurés issus des campagnes de mesures du projet MOCAMIMODYN. Nous avons également réalisé une étude détaillée des performances des précodeurs en présence de bruit impulsif caractéristique de l'environnement ferroviaire. Nous proposons une borne supérieure théorique de la probabilité d'erreur du précodeur \maxdmin\ dans des environnements décorrelés et corrélés en présence du bruit impulsif modélisé par une loi de Cauchy. Nous proposons également un récepteur optimal adapté à ce bruit. Ensuite nous comparons les performances de transmission en fonction du critère du récepteur. La caractérisation du canal de propagation MIMO en tunnel a aussi permis d'obtenir une connaissance fine des caractéristiques de l'environnement de propagation en fonction de la localisation dans le tunnel. Ainsi, dans cette thèse nous avons proposé un précodeur basé sur la matrice de corrélation et étudié la possibilité de supprimer le lien retour grâce à cette connaissance a priori du niveau de corrélation en fonction de la position de l'émetteur.