Architectures fonctionnelles de transmission sans fils adaptées aux milieux industriels fortement bruités - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Functional wireless transmission architectures adapted to highly noisy industrial environments

Architectures fonctionnelles de transmission sans fils adaptées aux milieux industriels fortement bruités

Résumé

Recent years have been marked by rapid and profound changes in data transmission technologies. These changes are dictated by the massive increase in data rates, the diversity of physical media, the multiplication of joint transmission standards and interoperability requirements, as well as the increase in constraints linked to the quality of service, which are reflected in particular in operational safety constraints (reliability, fault tolerance). In the field of wireless communications, these aspects are compounded by the use of an already congested and non-extensible frequency spectrum, as well as the need to take account of the mobility, autonomy and safety of users. Inevitably, all this leads to very strong constraints in the design of transmission circuits and systems that must support the new transmission protocols. This is particularly the case for all aspects relating to error-correcting codes responsible for protecting communications against external disturbances likely to alter the information transmitted. In fact, the processing algorithms to be implemented, which are very demanding in terms of throughput and complexity, make the existing coding/decoding architectures unsuitable because of their insufficient computing capacity. The aim of the thesis is in the continuation of previous work that has been the subject of several theses and publications concerning architectures dedicated to the processing of error-correcting codes, processor architectures and on-chip network architectures, while focusing on the fault tolerance aspects. The overall objective here is to design new functional digital architectures based on discrete wavelet packet modulation, using Inverse Discrete Wavelet Packet Transform (IDWPT) in transmission, and Discrete Wavelet Packet Transform (DWPT) in reception, exploiting two transmission modes: One-to-Many (OtM) for transmission between a single transmitter and several sensors ranging from 8, 16 up to 32 or more, and a Many-to-One (MtO) mode for transmission between several users and a single receiver with the same possible configuration, followed by the integration of modern correction codes in our architecture (notably the different families of Reed Solomon codes and Convolutional Codes), offering high processing power and versatility (flexibility and configurability), for high noise industrial environments. The use of error-correcting codes allowed us to have a gain of 4 to 6dB for Reed Solomon codings and convolutional codes used individually, 5 to 10db with the combination of these two codes and 2 to 4dB more for shortened Reed Solomon codes.
Ces dernières années ont été marquées par des mutations rapides et profondes des technologies de transmission de données. Ces mutations sont dictées par l'augmentation massive des débits, la diversité des médias physiques, la multiplication des normes de transmission conjointe aux exigences d'interopérabilité, ainsi que l'accroissement des contraintes liées à ma qualité de service qui se traduisent notamment en contraintes de sûreté de fonctionnement (fiabilité, tolérance aux fautes). Dans le domaine des communications sans fil, à ces aspects s'ajoute l'utilisation d'un spectre de fréquences déjà bien encombré et non extensible, ainsi que la prise en compte de la mobilité, l'autonomie et la sécurité des utilisateurs. Inévitablement, tout ceci induit de très fortes contraintes au niveau de la conception des circuits et systèmes de transmission devant prendre en charge les nouveaux protocoles de transmission. C'est notamment le cas pour tous les aspects relatifs aux codes correcteurs d'erreurs chargés de protéger les communications contre les perturbations extérieures susceptibles d'altérer les informations transmises. En fait, les algorithmes de traitement à mettre en œuvre, très exigeants en termes de débit et de complexité, rendent les architectures de codage/décodage existantes inadaptées à cause de leurs capacités de calcul insuffisantes. Le but de la thèse se situe dans la continuation de travaux précédents ayant fait l'objet de plusieurs thèses et publications concernant les architectures dédiées au traitement des codes correcteurs d'erreurs, les architectures de processeurs et les architectures de réseaux sur puce, le tout en s'intéressant aux aspects tolérances aux fautes. L'objectif global ici est de concevoir de nouvelles architectures numériques fonctionnelle basé sur la modulation par paquets d’ondelettes discrètes, utilisant la transformé inverse par paquets d’ondelettes discrètes (IDWPT) dans la transmission, et la transformé par paquets d’ondelettes discrètes (DWPT) dans la réception, en exploitant deux modes de transmission : One-to-Many (OtM) pour une transmission entre un seul transmetteur et plusieurs capteurs allant de 8, 16 jusqu’à 32 ou plus, et un mode Many-to-One (MtO) pour une transmission entre plusieurs utilisateurs et un seul récepteur avec la même configuration possible, suivie par l’intégration des codes correcteurs modernes dans cette architecture (notamment les différentes familles de codes Reed Solomon et Codes Convolutifs), offrant une forte puissance de traitement et une versatilité élevée (flexibilité et configurabilité), pour les milieux industriels fortement bruité. L’utilisation des codes correcteurs d’erreurs nous ont permis d’avoir un gain de 4 à 6dB pour les codages Reed Solomon et les codes convolutifs utilisés individuellement, de 5 à 10db avec la combinaison de ces deux codages et de 2 à 4dB de plus pour les codes Reed Solomon raccourcis.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03176510 , version 1 (22-03-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03176510 , version 1

Citer

Aamre Khalil. Architectures fonctionnelles de transmission sans fils adaptées aux milieux industriels fortement bruités. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Lorraine, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LORR0183⟩. ⟨tel-03176510⟩
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