Exploitation des Capacités de Radiolocalisation des Transmissions Ultra-Large Bande dans les Réseaux Sans-Fil - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Investigating the Radiolocation Capabilities of Impulse Radio - Ultra Wideband Wireless Networks

Exploitation des Capacités de Radiolocalisation des Transmissions Ultra-Large Bande dans les Réseaux Sans-Fil

Résumé

Many recent applications rely on the capability of communication means in delivering precise location information. In this context, the intrinsic properties of the Impulse Radio Ultra Wideband (IR-UWB) technology can be exploited: high multipath resolution, fine temporal precision enabling Time Of Flight (TOF) estimation and synchronization... UWB, which is also adapted to mobile, distributed and infrastructure-less solutions (ad hoc), discloses new fascinating perspectives in terms of networking. Regarding Low Data Rate WPAN applications (e.g. the IEEE 802.15.4a standard, with rates up to 1Mbps), fused communication and location functionalities based on low-cost and low-consumption UWB devices present overwhelming features compared to existing technologies (e.g. Zigbee...). The proposed work addresses the global UWB localization problem in wireless networks. Some general ideas are emphasized, such as the necessity to take into account a prior knowledge related to the UWB physical layer, exploiting multipath diversity or modern network embodiments (from both protocol and topology points of view). At first, the errors that can affect basic radiolocation metrics (Time Of Arrival, Time Difference Of Arrival) are characterized and modelled. These errors can be independent of the physical layer (clock drifts, protocol transactions, etc.) or can result from severe propagation conditions (e.g. Non-Line Of Sight situations). Then, the detection performance of two representative low-complexity UWB receivers (e.g. 1 bit direct sampling) is evaluated under realistic environments. We also recommend the use of original positioning techniques (e.g. distributed maximization of the joint log-likelihood of the range estimates, fingerprinting, mitigation of the deterministic biases induced by single-path refractions) or tracking techniques (e.g. advanced Bayesian filtering) adapted to Non-Line Of Sight situations. Finally, some preliminary experimental results obtained in the lower band ([0.5:1]GHz) are provided and allow us to illustrate some of the discussed points.
Nombre d'applications récentes trouvent leur fondement dans une capacité présumée des systèmes de communication à délivrer des informations précises de localisation. Dans ce contexte, les propriétés intrinsèques de la technologie radio impulsionnelle Ultra-Large Bande (ULB) peuvent être mises à profit : résolution des trajets multiples, précision temporelle autorisant la mesure de temps de vol et la synchronisation fine des terminaux, etc. Les solutions ULB laissent par ailleurs présager l'émergence de réseaux d'un nouveau genre, tels que les réseaux ad hoc, mobiles, distribués et dépourvus d'infrastructure. Dans le cadre de l'élaboration du standard WPAN bas-débit IEEE 802.15.4a (jusqu'à 1Mbps), la possibilité de localiser des dispositifs ULB bas-coût et à faible consommation constitue un apport déterminant au regard des solutions existantes (e.g. Zigbee...). Les travaux présentés se proposent d'appréhender dans sa globalité la problématique de localisation ULB au sein des réseaux sans-fil. Quelques idées-forces sont alors mises en lumière, telles que la nécessité d'injecter une forme de connaissance a priori propre à la couche physique ULB dans le problème de localisation, la mise à profit de la diversité multi-trajets autorisée par la résolution ULB, ou bien encore l'exploitation des formes nouvelles adoptées par les réseaux (tant du point de vue du protocole que de la topologie). Dans un premier temps, nous caractérisons et modélisons les erreurs susceptibles d'affecter des métriques de base (temps ou différences de temps d'arrivée), qu'elles soient « indépendantes » de la couche physique (dérives d'horloge, modes d'échange, etc.) ou directement imputables au canal de propagation ULB (e.g. non-visibilité). Nous évaluons ensuite les performances de détection d'architectures de récepteurs ULB (e.g. échantillonnage direct sur 1 bit) pour des environnements indoor réalistes. Nous préconisons également différentes stratégies de positionnement (maximisation distribuée de la log-vraisemblance des distances mesurées, reconnaissance d'empreintes ULB, traitement déterministe des biais dans le cas de trajets réfractés, etc.) et de poursuite (techniques Bayésiennes avancées de filtrage), adaptées aux situations de non-visibilité. Enfin, quelques résultats d'expérimentations conduites dans la bande basse ([0.5:1]GHz) nous permettent d'illustrer certains des points abordés.
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Dates et versions

tel-00508437 , version 1 (03-08-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00508437 , version 1

Citer

Benoît Denis. Exploitation des Capacités de Radiolocalisation des Transmissions Ultra-Large Bande dans les Réseaux Sans-Fil. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. INSA de Rennes, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00508437⟩
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