Thèse : Modélisation 3D du canal de propagation en environnement outdoor

Description de l'offre

about the role

Objectif scientifique de la thèse - verrous à lever

L'objectif scientifique de la thèse consiste à déterminer le modèle radio effectif à utiliser dans le modèle Starlight de propagation à rayons à partir d'une analyse des différences entre la modélisation théorique actuellement implémentée et les mesures de champs disponibles et multi-trajets à venir.

Pour cela, il faudra préciser la nature des phénomènes de propagation intervenant en urbain dense; caractériser les éléments topographiques influençant la propagation; et enfin mettre au point une méthode de redressement des erreurs de simulations causées par l'imprécision des bases de données.

Approche méthodologique-planning

Première année :

·  Étude bibliographique sur la propagation et les phénomènes de réflexion, transmission et diffraction.
·  Prise en main des modèles Starlight et Starwave.
·  Mesures avec l'antenne SCAN64.
·  Analyse des mesures de champ et comparaison au modèle.

Deuxième année :

·  Campagne de mesures avec système multi-antennaires issu d'un CRE avec Telecom Bretagne.
·  Analyse des directions d'arrivée et comparaison avec les simulations Starlight.
·  Étude du nombre de phénomènes et des classes topographiques à modéliser.

Troisième année :

·  Évaluation de l'impact de la précision des bases de données.
·  Proposition de différentes configurations du modèle en fonction des bases de données.
·  Rédaction du rapport de thèse.

about you

Vous avez validé un Master2 ou un diplôme d'ingénieur et avez approché un des domaines cités dans votre cursus d'études et lors d'un stage.
Les compétences dans les domaines suivants seront utiles pour la prise en main du sujet :

Systèmes radio,

Propagation des ondes électromagnétiques,

Traitement de signal,

Electronique,

Antennes,

Développement informatique en Matlab et C++.

Des capacités de communication en anglais, ainsi que de la curiosité scientifique seront des atouts indispensables à votre réussite sur ce poste.

additional information

L'activité de recherche et développement de cette thèse sera menée par une équipe de plusieurs ingénieurs d'une équipe dont les missions principales sont :

·  Développement de modèles de propagation pour les outils d'ingénierie.
·  Développement et évaluation de technologies radios avancées (retournement temporel, UWB, Massive MIMO...).
·  Développement d'une plate-forme d'ingénierie indoor (WANDA).
·  Support technique et évaluation des performances radios des systèmes sans fil (indoor).

Qu'est-ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

La thèse se déroule dans le laboratoire Network Engineering tools d'Orange Labs où sont conçus et développés des outils pour le design, le déploiement, et l'optimisation des réseaux sans fils indoor (UWB, 802.11x, …) et outdoor (GSM, UMTS, LTE, WIMAX,5G…).

Elle vous permettra de découvrir les problématiques du développement de nouveaux réseaux sans fil ainsi que les différentes étapes de conception d'une ingénierie optimisée. Elle contribuera à la mise au point d'une des évolutions les plus importantes du modèle de propagation leader sur le marché mondial.

Le modèle Starlight pourra être utilisé dans plusieurs projets collaboratifs européens (5GPPP-mmMagic) ou nationaux (ANR Spatial Modulation) ainsi que dans des projets en cours de sélection.

Références

[1] P. Chambreuil, Y. Bénédic, 3-dimensional deterministic modeling of outdoor/indoor wave propagation, IEEE VTC 2014 - Fall, Vancouver, Canada.

[2] R. Moghrani, J. M. Conrat, X. Begaud, and B. Huyart, "Performance evaluation of a 3D ray tracing model in urban environment,"

in Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), 2010 IEEE, 2010, pp. 1-4.

[3] J. M. Conrat and P. Pajusco. Directional propagation channel estimation and analysis in urban environment with panoramic photography. International Journal of Microwave and Wireless Technologies,2011.

[4] Haddad, N. Malhouroux-Gaffet, P. Pajusco, and M. Ney . A Scattering Model for Prediction of MIMO UWB Indoor Channel capacity. Vehicular Technology Conference, IEEE VTS, VTC 2011 -Spring, Budapest, Hungary.

[5] P. Pajusco, N. Malhouroux, and G. El Zein, Comprehensive Characterization of the Double Directional UWB Residential Indoor Channel, IEEE antenna and propagation, 2015 accepted

[6] F. Gallée, N. Malhouroux, J.M. Conrat, P. Pajusco,, Dual polarization array antenna for channel sounding in LTE MIMO application, EUCAP2016, submitted

department

Contexte global du sujet de thèse

Le futur des réseaux mobiles repose sur l'exploitation de technologies multi-antennaires de plus en plus pointues (économie d'énergie, montée en débits ou encore de densification). Le déploiement de tels réseaux passe obligatoirement par une modélisation des multi-trajets liés à la propagation. Les outils d'ingénierie des réseaux mobiles reposent sur les modèles de propagation pour simuler les champs électriques reçus afin d'optimiser le réseau en couverture et en débit. Dans ce domaine, Starwave, le modèle de propagation développé par Orange Labs, est le leader mondial. Cette position a pu être atteinte grâce à une forte expertise en propagation des ondes radio et à l'exploitation de plusieurs millions de points de mesure de champ dans une grande diversité d'environnements.

La montée en débit de nos réseaux repose sur la densification et sur le déploiement des technologies MIMO. Ces dernières exploitent les multi-trajets présents en urbain dense, en indoor et dans les hot-spots (stades, halls de gare, etc...) pour augmenter très fortement les débits. Ce faisant, elles font des multi-trajets une composante de la propagation qu'il devient essentiel de pouvoir simuler au sein des outils d'ingénierie, au même titre que les valeurs de champ.

La simulation des multi-trajets nécessite de mettre en oeuvre des modèles de propagation bien plus pointus que ceux utilisés pour simuler les champs électriques seuls. Ce sont des édifices purement théoriques dont la capacité de prédiction n'a pas pu être démontrée à grande échelle, faute d'implémentation suffisamment performante et faute de disponibilité des technologies nécessaires à la réalisation en masse des mesures multi-trajets.

Orange Labs donc développé une composante 3D (Starlight) pour le modèle de propagation Starwaves qui présente des temps de calculs tels que ce modèle peut d'ores et déjà être utilisé pour l'ingénierie de système sans fil. Des études pour optimiser les performances radios et assurer une continuité avec les autres types de modèles comme Starwaves sont néanmoins nécessaires pour profiter pleinement du potentiel de cette composante 3D.

Ce type de modèle est également en cours d'expertise dans le cadre de l'organisme de normalisation 3GPP qui envisage le recours à de tels modèles pour les simulateurs système/réseau comme Soffa. À plus long terme, ce type de modèle permettra également de mener des simulations dans les bandes de fréquences millimétriques envisagées pour la 5G.

État de l'art

Des comparaisons entre modélisation théorique et mesures ont déjà été menées, notamment en indoor, pour des environnements restreints, à l'occasion de la mise au point du modèle de propagation multi-trajets Matrix [4]. Des techniques de mesures et d'analyse dédiées aux multi-trajets avaient alors été mises au point [5].

Un travail de thèse [2] s'est intéressé aux capacité de prédiction du modèle multi-trajets WinProp pour des liaisons point à point sur un quartier du centre-ville de Mulhouse [3]. Il a conduit à une première estimation du nombre de phénomènes qu'il est utile de modéliser ainsi que de la sensibilité des simulations à la finesse de la modélisation géographique.

Le modèle Starlight est la première implémentation de modèle multi-trajets capable de simuler la propagation à l'échelle d'un centre-ville [1]. Par ailleurs, nos recherches internes et nos nombreuses collaborations avec Télécom Bretagne conduisent à la mise au point de plusieurs dispositifs de mesure multi-trajets outdoor (utilisation de l'antenne Scan64 [6], du sondeur Americ, CRE MIMO prévu en 2016) grâce auxquels la disponibilité de plusieurs milliers de points de mesure d'ici fin 2017 est envisagée.

contract

Thesis