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Sujet : Etude et conception d’un Émetteur / Récepteur UWB-IR.
Organisme : Laboratoire Interface Capteurs et Microélectroniques (LICM).
Ecole : Ecole Marocaine des Sciences de l’Ingénieur (EMSI).
Département/Option : Réseaux et Télécommunications.
Résumé :
Les réseaux de capteurs constituent un
sujet en plein essor au sein de la communauté scientifique des réseaux sans
fil. Ces réseaux visent des applications diverses allant du secteur médical au
sport et multimédia. Ils sont contraints à certaines exigences en termes de
flexibilité, du débit, faible consommation, faible puissance…
La radio impulsionnelle Ultra Large
Bande (UWB-IR), de part ses caractéristiques, est une très bonne candidate pour
servir de base à la couche physique des réseaux de capteurs.
Nous avons développé une chaîne de
communication basée sur l’UWB-IR. Cette chaîne comprend un générateur
d’impulsions monocycles et un détecteur d’énergie à diode (réception non
cohérente). Pour tester et valider cette chaîne de communication, nous avons étudié
les différentes méthodes pour générer des impulsions UWB-IR et nous avons
réalisé un prototype nous permettant de faire les mesures pour la validation
finale. Les simulations sont réalisées avec le logiciel LTspice, les mesures
avec l’analyseur de réseaux du laboratoire et la conception des circuits avec
le logiciel KICAD.
Introduction général :
Les deux dernières décennies ont vu
l’explosion de la demande du grand public pour les communications sans fil.
L’histoire de la radio-téléphonie, du Radiocom 2000 à l’UMTS, est un exemple de
la façon dont, à travers l’évolution des techniques radios, l’offre a pu passer
de la voix analogique en mode circuit à la commutation de paquets IP : chaque
évolution technologique a trouvé sa place dans le système pour offrir plus de
débit, plus de couverture, plus de facilité d’utilisation à des utilisateurs de
plus en plus nombreux.
La radio impulsionnelle ne s’inscrit pas
dans ce schéma. Issue du monde du radar et de la recherche militaire, la
technologie de la radio impulsionnelle ultra large bande est arrivée
discrètement à la connaissance du monde civil dans la seconde moitié des années
1990. Elle promettait alors de changer la façon de faire de la radio :
l’abandon du principe de modulation d’une porteuse analogique au profit
d’impulsions constitue le changement le plus radical qu’ait connu l’art de la
radiocommunication depuis l’invention du récepteur à mélangeur.
Le concept de radio impulsionnelle (IR :
Impulse Radio) ultra large bande (UWB est le dual dans le domaine fréquentiel
de celui de la radio bande étroite dans le domaine temporel : en radio bande
étroite, l’émission est permanente, mais sur une petite fraction du spectre. En
radio impulsionnelle, l’émission ne se fait qu’une petite partie du temps, mais
sur une très grande partie du spectre.
La radio impulsionnelle devait apporter
de multiples bienfaits tels que la possibilité de réutiliser du spectre sans
perturber les utilisateurs en place, d’atteindre facilement des débits de
plusieurs centaines de Mbit/s avec une consommation électrique très faible. Par
ailleurs, la grande largeur de bande du signal UWB-IR devait garantir une bonne
immunité contre les effets des trajets multiples et laissait entrevoir pour la
première fois la possibilité d’atteindre une précision de géolocalisation
submétrique. Tous ces points forts devaient permettre à la radio impulsionnelle
de rendre de grands services dans des champs d’applications très variés.
Tant de promesses qui, conjuguées à la
jeunesse de la technologie et à l’audace de l’idée, soulèvent autant
d’enthousiasme que de circonspection. C’est cet état d’incertitude qui a motivé
cette étude dont le but est de mieux cerner le potentiel de la radio
impulsionnelle.
Ce rapport est organisé sur cinq
chapitres :
Le premier chapitre est une présentation
du projet, ainsi qu’une description générale de l’organisme d’accueil.
Le deuxième chapitre procède tout
d’abord à un bref rappel historique partant des origines de la radio
impulsionnelle dans le monde du radar jusqu’à son arrivée dans le domaine de la
communication puis la cause du choix de cette nouvelle technologie qui est
l’UWB.
Le troisième chapitre présente les
différentes méthodes électroniques pour générer des impulsions monocycles,
ainsi la solution retenue pour procéder à sa validation et sa réalisation.
Le quatrième chapitre donne un aperçu
sur des notions sur le canal UWB. Nous démontrons à travers ce chapitre, la
nécessité d’utiliser une réception non cohérente après des études dans les deux
cas LOS et NLOS.
Le cinquième chapitre procède à l’étude
des différentes modulations associées à l’UWB-IR, ainsi que l’étude des trois
récepteurs : cohérent, différentiel et non cohérent. Dans ce chapitre, l’étude
et la réalisation a été axé sur le choix du récepteur non cohérent et plus
précisément sur la partie détection d’énergie à diode.
================Mots Clés ================
Réseaux de capteurs, UWB-IR, récepteur non cohérent, détection d’énergie, générateur d’impulsions monocycles.
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