Hussein ZEAITER : "Modélisation et simulation de signaux radioélectriques dans des environnements confinés à l'aide dune radio logicielle"

Résumé : Le suivi d'un utilisateur ou d'un objet connecté est un aspect très important dans de nombreux domaines tels que le transport et la navigation. Le système de navigation externe le plus connu est le système de positionnement global (GPS). Son fonctionnement est basé sur la transmission unidirectionnelle d'un signal satellite situé à une altitude de plus de 20 000 km. Le GPS fournit des résultats de positionnement précis en extérieur. Cependant, le signal GPS souffre d'une faible disponibilité dans les environnements difficiles, tels que la zone de positionnement intérieure. De nombreuses applications IoT nécessitent une continuité de suivi dans le domaine intérieur. Pour que cela soit possible, il est nécessaire de construire un système de suivi en intérieur pour les applications d'urgence.

L'ingénierie des radiofréquences a attiré l'attention de la communauté des chercheurs dans les domaines scientifiques et industriels. La radio définie par logiciel (SDR) est un concept bien connu dans le domaine du suivi par radiofréquence, apportant de nouvelles possibilités, et nous permettant d'étudier et d'investiguer les technologies de radiofréquence existantes telles que LoRa (Long-Range Low-Power). L'objectif de cette thèse est de proposer une solution de tracking indoor qui exploite les signaux radio émis depuis l'intérieur des bâtiments afin de construire une architecture radio composée d'éléments fixes (nœuds d'ancrage) dont les coordonnées sont connues et de terminaux mobiles dont les coordonnées sont à déterminer.
Pour atteindre cet objectif, une approche a été envisagée au cours de cette thèse : Dans un premier temps, un état de l'art a été réalisé sur les travaux de recherche existants qui étudient les technologies sans fil dans le domaine du tracking indoor. Ces travaux présentent une vue d'ensemble des solutions technologiques et des techniques les plus prometteuses pour le suivi en intérieur. En outre, cette étape comprend une étude générale de la technologie de la radio logicielle, qui se compose de deux parties, une partie logicielle qui comprend la radio GNU et une partie matérielle qui comprend l'USRP (Universal Software Radio Peripheral).
La deuxième étape consiste à concevoir et à développer un logiciel embarqué qui organise les communications radio sans fil entre les éléments communiquant avec la technologie sans fil LoRa. Les signaux LoRa ont été traités et simulés à l'aide d'une plateforme SDR. L'utilisation de la SDR permet de visualiser et d'analyser facilement les profils des signaux LoRa. Le traitement, la démodulation et le décodage du signal LoRa faisaient également partie de mes tâches. Le processus de démodulation et de décodage a été réalisé à l'aide de la bibliothèque gr-lora intégrée à GNU Radio, ainsi que d'un SDR basé sur l'USRP.
Dans la troisième étape, un système de localisation basé sur l'AoA a été proposé et mis en œuvre sur une plateforme SDR. Le système proposé mesure la différence de phase entre les deux antennes d'un SDR dans GNU Radio. L'algorithme consiste à détecter la présence du signal LoRa dans le canal, à calculer la phase du signal pour chaque antenne du récepteur, et à mesurer l'AoA et les coordonnées de localisation d'un émetteur mobile à l'aide de fonctions trigonométriques. En outre, la détection et le suivi d'un faible signal LoRa ont été mis en œuvre à l'aide d'une SDR à double antenne. Grâce à sa modulation CSS (Chirp Spread Spectrum), LoRa peut démoduler un signal jusqu'à -20 dB sous le niveau de bruit. L'objectif de la détection des signaux en dessous du niveau de bruit est le suivant : Premièrement, elle permet d'augmenter la durée de vie de la batterie du dispositif LoRa. Ensuite, elle permet d'étendre la distance de communication entre les dispositifs. Enfin, elle sécurise notre communication et l'échange de données en empêchant les dispositifs tiers d'accéder à nos coordonnées de localisation.

Composition du jury : 

Denis GENON-CATALOT, Maître de conférences, Université Grenoble Alpes, Examinateur

Adriano MOREIRA, Associate Professor, Université de Minho, Rapporteur

Benoit HILT, Maître de conférences, Université de Haute Alsace, Rapporteur

Béatrice PAILLASSA, Professeur des universités, ENSEEIHT, Ecole nationale supérieure d'électrotechnique d'électronique d'informatique d'hydraulique et des télécoms, Examinateur

Oumaya BAALA, Maître de conférences, Université Bourgogne Franche-Comté, CoDirecteur de thèse

Thierry VAL, Professeur des universités, Université de Toulouse 2, Co-encadrant de thèse

François SPIES, Professeur, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Abdallah MAKHOUL, Professeur, Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur

Localisation : UFC - Département DISC Département Réseaux et Télécoms Place Tharradin 25200 MONTBELIARD - salle Amphithéâtre RT2