Academic literature on the topic 'Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples – Champs électriques'

Ce travail de thèse concerne la modélisation comportementale des systèmes RF MIMO. L'objectif est la prédiction des performances systèmes d'un amplificateur de puissance qui intègre des sous circuits passifs représentés par des paramètres S. L'approche présenté se base sur les techniques de Vector Fitting qui permettant l'approximation rationnelle efficace de donnés fréquentielles. La première application concerne la synthèse équivalente d'un sous circuit passif décrits par des [S] à partir d'éléments simples R, L et C. Cette approche permet dans un simulateur de niveau circuit, d'apporte une alternative aux problèmes de convergence en transitoire d'enveloppe et d'accéder aux performances du circuit face à un stimulus réel. La deuxième application concerne la modélisation et l'implémentation de ces modèles comportementaux dans un environnement système Scilab/Scicos qui permet la résolution de systèmes implicites. La méthode permet d'intégrer des modèles en enveloppe quelque soit le nombre d'accès considérés. Ces modèles permettant d'envisager l'implémentation du modèle topologique d'amplificateur de puissance dans un environnement systèmes
This work concerns the behavioural modelisation of MIMO RF systems. The objective is to predict the power amplifier system performance that integrates into sub-"passive circuits" in which they are presented in S-parameters. This approach is based on Vector Fitting technique permits the effective rational approximation of frequency data. The first application concerns the equivalent synthesis of a sub passive circuit described from [S] parameters and simulated using simple R, L, C elements. This approach allows us to have an alternative solution of the transient envelop convergence problems and to have an access to circuit performances in the presence of real stimulus. The second application concerns the modelisation and implementation of behavioural models in a "Scilab/Scicos" environment, in which, solving an implicit systems becomes a doable task, also, it takes into account the integration of the model nomatter what the number of accesses is. These models permit to implement a power amplifier's topological model in a system environment (Scicos)

L'utilisation d'une chambre réverbérante pour modéliser un canal de communication sans fil a récemment été proposée. La chambre réverbérante est une cavité métallique fermée dans laquelle se trouve une pale mécanique en mouvement permettant de modifier les conditions aux limites et d'ainsi obtenir en moyenne une répartition uniforme des champs. Cette cavité métallique fermée présente de nombreux avantages pour modéliser un canal de communication. Citons principalement le fait que l'environnement est reproductible grâce au mouvement de la pale. L'étude détaillée du canal de communication sans fil à l'intérieur de cet environnement est le sujet de cette thèse. Nous développons à la fois une approche théorique et expérimentale (dans 3 chambres réverbérantes différentes). En particulier, on caractérise ce canal dans les dimensions temporelles, fréquentielles et spatiales afin de dériver ensuite un modèle de canal. Nous nous intéressons en particulier aux systèmes sans fil multi-antennes car ceux-ci exploitent les trois dimensions (temps, fréquence, position). Ensuite, nous comparons l'environnement en chambre réverbérante au cas d'un environnement confiné, à savoir une voiture. Nous testons également une chaîne complète de transmission OFDM et SC-FDE sur base du modèle de canal en chambre développé dans cette thèse. Enfin, nous présentons un nouveau système de test composé de deux chambres réverbérantes couplées à l'aide d'un guide d'ondes dont les dimensions transverses peuvent être changées. Grâce à ce guide d'ondes, le degré de liberté du canal multi-antennes peut être contrôlé
The subject of this thesis is the evaluation of the wireless channel model inside a reverberation chamber. A reverberation chamber is a metallic cavity with a mechanical stirrer whose aim is to stir the electric and magnetic fields inside the chamber. The main advantage of a reverberation chamber for channel modelling purpose is its ability to create an unlimited number of channel realizations. A complete characterization of the channel model is investigated in the three main dimensions (time, frequency and position). A theoretical and experimental approach (in 3 different reverberation chambers) is provided. Then a channel model is proposed. The focus is on multiple antennas systems. Their main characteristic is to take advantage of the three dimensions (including space). A full MIMO channel model is thus proposed and validated. Then, a measurement campaign in a car is compared with the measurements and the theory of the reverberation chamber. An OFDM and SC-FDE transmission scheme are applied on the previously developed channel model inside a reverberation chamber. The results are compared with a classical channel model. Finally, a new testbed is discussed. It is made of two reverberation chambers coupled through a waveguide whose transverse dimensions can be changed. The main advantage of this testbed is its ability to control the degree of freedom of the channel

L’avion « plus électrique », voire « tout électrique », a pour objectif le remplacement des sources d’énergie hydraulique et pneumatique par des sources électriques. Ces modifications profondes conduisent à une augmentation de la puissance électrique totale nécessaire et à un accroissement des besoins de communication entre systèmes, impliquant des câbles et des connexions supplémentaires, avec des conséquences en termes de poids, de fiabilité et de maintenance. Pour diminuer le nombre de réseaux filaires dédiés aux communications numériques et pour augmenter la fiabilité de la liaison, une des solutions envisageables est l’utilisation des Courants Porteurs en Ligne (CPL), les câbles d’énergie servant de support à la transmission de l’information. Tout en conservant cet aspect avionique, l’objet de notre étude concerne la faisabilité d’une transmission CPL sur un câble de puissance triphasé reliant un convertisseur et un moteur. Dans un premier temps, les caractéristiques des fonctions de transfert ou gains d’insertion, mesurés sur un banc de test comprenant un moteur et un convertisseur, sont présentées. On a envisagé tout d’abord une communication utilisant simplement 2 fils de phase comme support physique, l’injection et la réception du signal étant réalisées au moyen de deux types de coupleur, capacitif ou inductif. On s’est intéressé ensuite à une transmission dite « MIMO » pour laquelle des signaux sont émis simultanément sur 2 paires de fils de phase et dans ce cas la matrice de transfert du canal a été caractérisée. Les mesures ont été effectuées initialement sur un réseau 3 fils placés à l’intérieur d’un bâtiment, avant d’être menées sur le câble triphasé de puissance reliant onduleur et moteur. Comme de nombreuses impulsions sont produites par les convertisseurs de puissance à Modulation à Largeur d’Impulsion (MLI), un effort particulier a été porté sur la caractérisation expérimentale de ces bruits et sur leurs paramètres statistiques. Cela a permis d’aboutir à un modèle de bruit qui sera une donnée d’entrée d’un logiciel simulant la liaison numérique entre un moteur et le convertisseur de puissance. Afin de lutter contre ce bruit impulsif, deux méthodes d’écrêtage de signaux et une méthode de suppression du bruit ont été étudiées. La simulation numérique de la transmission montre que la méthode de suppression de bruit précédée d’un écrêtage des signaux reçus est la méthode la plus performante, en offrant un gain de 6 dB en puissance d’émission par rapport une transmission sans traitement. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux performances du standard HomePlug AV dans ses deux modes, robuste (ROBO) et haut débit (AV), en présence du bruit impulsif. Enfin, les performances en termes de taux d’erreurs binaires (TEB) de la transmission MIMO sur les réseaux indoor et triphasé ont été présentées pour différents types de codage espace-temps (STBC) ou espace - fréquence (SFBC). On a montré que, pour un débit de 5 Mbits/s, une transmission dans le mode ROBO associé à la méthode MIMO-SFBC et une modulation QPSK, offrait un gain de diversité de 5 dB pour une liaison sur le câble triphasé convertisseur – moteur, tout en présentant l’avantage de ne pas nécessiter la connaissance du canal à l’émetteur
The objective of "More electric" or "all electric" aircrafts is to replace the hydraulic and pneumatic power by electric sources. However, these changes lead to the increase in the power consumption and the need of communication between systems. This comes at the cost of additional cables and connections with challenges in weight considerations, reliability and maintenance. A possible solution to overcome this problem is the use of powerline communication (PLC) by employing the power cables to support the transmission of information. The main objective of our work is the study of the feasibility of a transmission over a powerline cable connecting a three-phase power converter and motor in an avionic environment. First, the characteristics of the transfer function or insertion gains, measured on a test bench including a motor and an inverter are presented. We initiate our study by considering the case of single input single output (SISO) communication using two wires as physical media. The injection and the reception have been performed by two types of coupling, capacitive or inductive. Then, the study was extended to the case of multiple-input and multiple-output (MIMO) transmission in which signals are transmitted simultaneously on two pairs of wires. In this case, the transfer matrix of the channel has been characterized. The measurements were carried out in two environments: a 3 wires network placed inside a building and a three-phase cable connecting the power inverter and motor.Due to the impact of many pulses produced by Pulse Width Modulation (PWM) inverters, a special effort has been made on the experimental characterization of these pluses and their statistical parameters. This leads to develop a noise model used as an input to a software simulator. Clipping methods and a noise suppression method were studied in order to reduce the effect of impulsive noise. The simulation showed that the transmission using a noise suppression technique preceded by a clip of the received signals is the most efficient, providing a gain of 6 dB compared to a transmission without treatment. Then we were interested in the performance of the HomePlug AV standard in both modes, robust (ROBO) and broadband (AV) in the presence of impulsive noise.Finally, performance in terms of bit error rate (BER) of the MIMO transmission on indoor networks and on a three phase power cable was presented for different types of space-time bloc coding (STBC) and space frequency bloc coding (SFBC). It has been shown that, for a rate of 5 Mbit/s, transmission over the three phase cable in the ROBO mode associated with the SFBC method and MIMO-QPSK modulation, offered a diversity gain of 5 dB without prior channel knowledge at the transmitter

Les communications à courant porteur en ligne (CPL) permettent de transmettre des données haut débit en utilisant le réseau électrique comme support de transmission. Cependant la complexité et la diversité des topologies, la diversité des appareils électriques domestiques connectés sur le réseau et les perturbations électromagnétiques peuvent limiter les performances de cette technologie. Ce mémoire a pour objectif d’analyser les caractéristiques du réseau et les performances d’une liaison CPL large bande et de souligner les topologies et charges du réseau qui dégradent les performances de la liaison CPL. La démarche scientifique consiste tout d’abord à caractériser le canal de transmission principalement en termes de gain d’insertion, puis à caractériser les performances de la liaison en termes de capacité, afin de dégager les caractéristiques de topologie ayant une influence prépondérante sur la liaison. Cette caractérisation se décompose en deux parties. Une première partie expérimentale étudie l’impact de la charge du réseau et du réseau de distribution avec un réseau test. Une seconde partie théorique souligne l’influence de la topologie et des impédances de charges domestiques à l’aide d’un outil de simulation basé sur la théorie des lignes multifilaires liée à la topologie électromagnétique. Deux modes de transmission sont étudiés ; une liaison SISO (Single Input Single Output), où le modem d’émission/réception est relié au réseau via un couplage capacitif entre la phase et le neutre et une transmission MIMO (Multiple Input Multiple Output) pour laquelle les signaux sont émis/reçus simultanément sur deux paires, entre phase et neutre et entre terre et neutre
Powerline communication (PLC) is used to transmit high-speed data using power network as a transmission medium. However the complexity and diversity of electrical network topologies, the diversity of domestic electrical appliances connected to the network and the electromagnetic disturbances can limit the performance of this technology. The purpose of this thesis is to analyze the network characteristics and the performance of a broadband PLC link and also to highlight network topologies and loads that affect the performance of a PLC communication. The scientific approach consists firstly in characterizing the transmission channel in terms of insertion gain and then in characterizing the performance of the PLC link in terms of Shannon's capacity, in order to identify the topology characteristics that mainly influence the communication. This characterization is divided into two parts. A first experimental part studies the impact of the load and of the architecture of the electrical distribution network. A second theoretical part emphasizes on the influence of the topology and the impedances of domestic loads using a simulation tool based on the multiwire transmission line theory and the electromagnetic topology. Two transmissions are studied; a SISO (Single Input Single Output) link with the PLC transmitter and receiver connected to the network via capacitive coupling between phase and neutral, and a MIMO (Multiple Input Multiple Output) link where signals are transmitted / received between two pairs of wires : phase-neutral and earth-neutral

Nous montrons après une revue des modèles de canaux sans fil que le «room electromagnetics» est un modèle approprié pour aborder l'absorption humaine due aux ondes électromagnétique diffuses. Une méthode pour déterminer le temps de réverbération dans une chambre réverbérante est présentée et validée avec un algorithme à haute résolution. La section transversale d'absorption due aux champs diffus (ACSwb,dmc) est ensuite présentée. Une méthode expérimentale pour déterminer le ACSwb,dmc d'un fantôme est développée et validée par des simulations numériques. Les propriétés du temps de réverbération sont étudiées dans plusieurs environnements à Gand et Aalborg, en utilisant le sondeur de canal virtuel MIMO et le sondeur de canal réel. Les valeurs du temps de réverbération permettant ensuite la détermination du ACSwb,dmc. En outre, nous présentons pour la première fois une méthode expérimentale pour déterminer le débit d'absorption spécifique (SARwb) dans des conditions de propagation réalistes en environnements intérieurs. Plusieurs scénarii ont été envisagés et il s’avère que la contribution des champs diffus dans le débit d'absorption spécifique peut être importante et ne peut être systématiquement négligé.Par ailleurs, une simple formule (comme une alternative aux méthodes numériques et expérimentales) est proposée pour déterminer le SARwb d’humains en présence de champs diffus. La formule est validée par des simulations numériques de fantômes humains hétérogènes et peut être utilisée en dosimétrie pour évaluer rapidement et avec précision le SARwb,total des humains.Enfin, la conclusion et des futures possibilités de recherche concluent cette thèse
We briefly review the modeling of wireless channels. We demonstrate that the room electromagnetics is a suitable channel model to address the human absorption due to diffuse fields. Next, an easy-to-implement methodology to determine the reverberation time in a reverberation chamber is presented and validated with a high-resolution algorithm. Then, we introduce the absorption cross section in diffuse fields (ACSwb,dmc). An experimental method to determine the ACSwb,dmc of a canonical phantom is developed and validated via numerical simulations. The reverberation time properties are investigated in several offices in Ghent (Belgium), and in Aalborg (Denmark), using the virtual Multiple-Input Multiple-Ouput channel sounder and the real channel sounder. Next, the reverberation time values allow us the measurement of the ACSwb,dmc of humans in a realistic office. We then address for the first time an experimental method to determine the whole-body averaged specific energy absorption rate (SARwb) of humans under realistic propagation conditions in indoor environments. Several scenarios have been considered and we show that the contribution of the diffuse fields in the absorption rate of humans may be prominent and cannot be systematically neglected. Moreover, a simple formula (as an alternative to numerical and experimental approaches) is proposed to determine the total SARwb of humans in presence of diffuse fields. The formula is validated via numerical simulations of four 3-D heterogeneous human models and can be used in dosimetry studies to assess accurately and rapidly the total SARwb of humans.Finally, a conclusion and future research opportunities end this thesis

Le système MIMO coopératif est une solution attrayante dans un environnement où les trajets multiples signalent s'avérer être une étape stimulante pour le lien paire communication émetteur-récepteur. En effet, la diversité spatiale fournis par les émetteurs et recievers peut être exploitée pour améliorer la qualité du signal. Cette thèse étudie l'application de la boucle fermée précodeur MIMO pour réduire encore plus l'énergie de transmission dans un tel environnement. La contribution de cette thèse est de proposer des approches globales qui conduisent à l'optimisation globale des transmissions dans le système MIMO coopératif. Tout d'abord, on exploite la diversité spatiale des noeuds, et proposons une technique de sélection de noeud pour réduire l'énergie de transmission. Les noeuds sont sélectionnées en utilisant le linéaire boucle fermée MIMO précodeur max-dmin qui optimise la distance minimale (dmin) de critère pour réduire le BER de la constellation reçue, ce qui abaisse le rapport requis signal sur bruit (SNR). Deuxièmement, nous sommes motivés par une obligation de rendre les paramètres d'évaluation des performances MIMO disponibles aux couches supérieures du protocole. Ainsi, nous proposons une méthode théorique pour obtenir la fonction de distribution de probabilité (pdf) de dmin pour le précodeur max-dmin, nous utilisons le résultat de rapprocher le BER et de la capacité ergodique pour un système MIMO et une valeur de M en utilisant deux sous-canaux dans d'une manière rapide. Nous présentons un scénario qui exige que l'information pertinente soit détectée à partir d'une variété de sources situées à l'intérieur de la haute tension (HT) environnement du poste de réseau intelligent (SG) des applications. Notre contribution comprend le développement d'un outil de simulation basé sur la technique de sélection de noeuds pour le max-dmin distribué MIMO précodage. Pour tenir compte des interactions entre les couches multiples de communication, nous proposons de concevoir un système de communication MIMO coopératif complet basé sur un protocole d'échange de base qui est liée à notre scénario de transmission supposé. On construit en outre toutes les trames de sous-couche MAC, qui sont transmis dans ce système limité par le coût de l'énergie et de la synchronisation
Cooperative MIMO system worked from the spatial diversity provided by the transmitters and receivers locations to improve the quality of service in the communication exchange. In our work, we explored the application of closed-loop MIMO precoder to further limit the energy of transmission in such environment. Our contribution is to propose approaches that lead to global optimization of transmissions in cooperative MIMO system. Firstly, we exploit spatial diversity of nodes, and then a node selection technique to reduce the energy of transmission. The nodes are selected using the max-dmin linear closed-loop MIMO precoder which, optimizes the minimum distance (dmin) criterion to reduce the Bit Error Rate of the received constellation, thereby lowering the required signal-to-noise ratio. Secondly, we are motivated by a requirement to make the MIMO performance evaluation parameters available to higher protocol layers. Thus, we propose a theoretical method to derive the probability distribution function of dmin for the max-dmin precoder, then we use the result to approximate the Bit Error Rate and ergodic capacity for any MIMO system and any value of modulation size M using 2 subchannels in a rapid manner. To achieve our objective, we present a realistic scenario from an existing application case where data must be collected from a variety of sources located inside a high voltage substation environment (smart grid applications). Our contribution involves the development of a simulation tool based on node selection technique for the max-dmin distributed MIMO precoding. Finally, inside this transmission scenario, we propose a complete communication system based on a basic exchange protocol. We further construct all the MAC sub layer frames that are transmitted in this system constrained by energy and synchronization cost

During the past few years, Power Line Communications (PLC) have become a popular connectivity solution to answer the growing need of home networks for bandwidth. As wireless technologies, this solution spares the user from cabling its Local Area Network (LAN), by directly using the home power grid as a transmission medium. While PLC generally offer a larger coverage than Wireless Local Area Networks (WLAN), the capacity offered by current systems is not sufficient to simultaneously support bandwidth intensive streams. In this thesis, we aim at exploring various solutions for future PLC networks. Firstly, we aim at improving the spectral efficiency of the current systems' Physical (PHY) layer, where two modulation schemes are compared. On the one hand, we study the modulation deployed in current PLC networks, called windowed Orthogonal requency Division Multiplexing (OFDM), and we highlight the main limitation of this solution in the particular context of PLC. On the other hand, we show that and alternative solution, called OFDM/Offset Quadrature Amplitude Modulation (OQAM), offers some degrees of freedom which could highly benefit to PLC networks. Secondly, the study is oriented toward the Media Access Control (MAC) layer of PLC systems, considering a multiuser utilization of the network. In this second part, we aim at proposing allocation solutions that will allow a more efficient utilization of the limited and shared transmission resource. We firstly study the opportunity of defining an Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) transmission scheme for point-to-multipoint transmissions, in order to increase data rates by taking advantage of the diversity between users' channels. Finally, the last Chapter is dedicated to the study of broadcast and multicast communications in PLC networks, where we show that a smart aggregation of the set of users to reach could greatly improve efficiency of multicast transmissions.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine du Smart Grid. Les SGs améliorent la sécurité des réseaux électriques et permettent une utilisation adaptée de l'énergie disponible de manière limitée. Ils augmentent également l'efficacité énergétique globale en réduisant la consommation. L'utilisation de cette technologie est la solution la plus appropriée car elle permet une gestion plus efficace de l'énergie. Dans ce contexte, des compagnies comme Hydro-Québec déploient des réseaux de capteurs pour contrôler les principaux équipements. Pour réduire les coûts de déploiement et la complexité du câblage, un réseau de capteurs semble être une solution optimale. Cependant, son déploiement nécessite une connaissance approfondie de l'environnement. Les postes à haute tension sont des points stratégiques du réseau électrique et génèrent un bruit impulsif qui dégrade les performances des communications sans fil. Les travaux dans cette thèse sont centrés sur le développement de protocoles de communication performants dans ces milieux fortement perturbés. Nous avons proposé une première approche basée sur la concaténation du code à métrique de rang et le code convolutif avec la modulation OFDM. C'est une technique très efficace pour réduire l'effet du bruit impulsif tout en ayant un niveau de complexité assez faible. Une autre solution basée sur un système multi-antennaire est développée. Nous avons aussi proposé un système MIMO coopératif codé en boucle fermée basée sur le code à métrique de rang et le précodeur max-dmin. La deuxième technique est également une solution optimale pour améliorer la fiabilité du système et réduire la consommation énergétique dans les réseaux de capteurs
This thesis is mainly in the Smart Grid domain. SGs improve the safety of electrical networks and allow a more adapted use of electricity storage, available in a limited way. SGs also increase overall energy efficiency by reducing peak consumption. The use of this technology is the most appropriate solution because it allows more efficient energy management. In this context, manufacturers such as Hydro-Quebec deploy sensor networks in the nerve centers to control major equipment. To reduce deployment costs and cabling complexity, the option of a wireless sensor network seems the most obvious solution. However, deploying a sensor network requires in-depth knowledge of the environment. High voltages substations are strategic points in the power grid and generate impulse noise that can degrade the performance of wireless communications. The works in this thesis are focused on the development of high performance communication protocols for the profoundly disturbed environments. For this purpose, we have proposed an approach based on the concatenation of rank metric and convolutional coding with orthogonal frequency division multiplexing. This technique is very efficient in reducing the bursty nature of impulsive noise while having a quite low level of complexity. Another solution based on a multi-antenna system is also designed. We have proposed a cooperative closed-loop coded MIMO system based on rank metric code and max-dmin precoder. The second technique is also an optimal solution for both improving the reliability of the system and energy saving in wireless sensor networks