Transmission par trames courtes quasi-cycliques pour l'internet des objets - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Quasi-Cyclic Short Packet (QCSP) transmission for loT

Transmission par trames courtes quasi-cycliques pour l'internet des objets

Résumé

The efficient transmission of short frames is a prerequisite for the effectiveness of a wireless Internet of Things (IoT) network. In classical systems, each message is preceded by a preamble to help in detecting the arrival of the frame and simplify the demodulation operations. To avoid the bandwidth loss introduced by this preamble, we propose to study a new type of frame called Quasi-Cyclic Short Packet (QCSP). The whole QCSP frame can be considered first as a preamble to simply perform the detection and synchronization functions, then as an encoded codeword to correct the transmission errors. A QCSP frame is based on the association of a Cyclic Code Shift Keying (CCSK) modulation with a non-binary error correction code. This PhD studies the QCSP frame reception problem by combining theoretical aspects with the definition and evaluation of algorithms. We first studied a detection algorithm adapted to QCSP frames. A theoretical model, validated by Monte-Carlo simulation, allows us to fully characterize the proposed algorithm. Then, we develop different time, frequency and phase synchronization algorithms. In particular, we propose to add an over-modulation of CCSK symbols to remove the time synchronization ambiguity at the symbol level. In addition, the non-binary code structure is also used to help the time and phase synchronizations. We formalized the QCSP frame parameter optimization problem as a trade-off between detection, synchronization and decoding performance. Finally, Software Defined Radio (SDR) modules allow us to experimentally validate the theoretical contributions of the thesis. It is thus possible to transmit 360 bits of information at a very low signal-to-noise ratio (-12 dB) with a transmission time reduced by 23% compared to the use of a classical frame.
La transmission efficace de trames courtes conditionne l’efficacité d’un réseau sans fil d’Internet des Objets (IoT). Dans un système classique, chaque message est précédé d’un préambule connu du récepteur pour l’aider à détecter l’arrivée de la trame et simplifier les opérations de démodulation. Pour éviter la perte de bande passante introduite par ce préambule, nous proposons d’étudier un nouveau type de trame appelée Quasi-Cyclic Short Packet (QCSP). L’ensemble d’une trame QCSP peut être considérée d’abord comme un préambule pour réaliser simplement les fonctions de détection et de synchronisation, ensuite comme un message codé pour corriger les erreurs de transmission. Une trame QCSP est constituée de l'association d'une modulation Cyclic Code Shift Keying (CCSK) avec un code de correction d'erreurs non binaire. Cette thèse étudie le problème de réception de trames QCSP en combinant des aspects théoriques avec la définition et l’évaluation d’algorithmes. Nous avons tout d’abord étudié un algorithme de détection adapté aux trames QCSP. Un modèle théorique, validé par des simulations de Monte- Carlo, nous permet de le caractériser entièrement. Ensuite, nous proposons différents algorithmes de synchronisation en temps et en fréquence. Nous avons en particulier proposé d’ajouter une sur-modulation des symboles CCSK pour supprimer l’ambiguïté temporelle au niveau symbole. De plus, la structure du code non-binaire est aussi utilisée pour aider la synchronisation temporelle et fréquentielle. Nous avons formalisé le problème d’optimisation des paramètres d’une trame QCSP comme un compromis entre performance de détection, de synchronisation et de correction. Enfin, des modules radios nous permettent de valider expérimentalement les contributions théoriques de la thèse. Il est ainsi possible de transmettre 360 bits d’information à très faible rapport signal à bruit (-12 dB) avec une durée de la transmission réduite de 23% comparé à l’utilisation d’une trame classique.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03937452 , version 1 (13-01-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03937452 , version 1

Citer

Kassem Saied. Transmission par trames courtes quasi-cycliques pour l'internet des objets. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Bretagne Sud, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LORIS621⟩. ⟨tel-03937452⟩
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