Non-coherent detection of continuous phase modulation for low earth orbit satellite IoT communications affected by Doppler shift - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Non-coherent detection of continuous phase modulation for low earth orbit satellite IoT communications affected by Doppler shift

Détection non-cohérente des modulations à phase continue pour les communications IoT par satellite en orbite basse affectées par un décalage Doppler

Résumé

Based on communication networks, the Internet of Things (IoT) enables the interconnection of objects, including a growing number of devices, which are energy autonomous and have limited hardware resources. Their access to the network requires a radio frequency connection to a data hub. In areas where it is difficult to install ground infrastructure, low orbit satellite constellations (LEO) offer a solution. Continuous phase modulations (CPM) seem to be relevant for the communication link between the objects and the satellite. In this thesis, we develop CPM receivers that are non-coherent and robust to the Doppler shift that severely affects LEO satellite communications. We first propose two detectors based on the optimal criterion of non-coherent reception and including an estimation of the Doppler shift without pilot symbol using the technique of per survivor processing (PSP). The simulated error rates show their robustness with respect to Doppler shifts of the order of those encountered in LEO constellations. However, their complexity remains important for a launch on board LEO satellites restricted to small payloads. This is why we then study a differential detector, without prior estimation of the Doppler shift. Its input signal is the product of the received signal with its time-shifted version. Our optimization of the time shift based on a minimum distance criterion, applied to different CPM formats, allows a significant reduction of the error rate compared to the reference (shift of one symbol duration). Its performances (error rate, complexity, robustness to Doppler shift) show its relevance foran on-board receiver.
S’appuyant sur des réseaux de communication, l’Internet des objets (IoT) permet d’inter-connecter des objets, parmi lesquels un nombre croissant d’appareils, autonomes en énergie et pauvres en ressources matérielles. Leur accès au réseau nécessite une connexion radiofréquence à un concentrateur de données. Dans les zones où il est difficile d’installer des infrastructures au sol, les constellations de satellites à basse altitude (LEO) offrent une solution. Les modulations à phase continue (CPM) semblent alors pertinentes pour le lien de communication entre les objets et le satellite. Dans cette thèse, nous développons des récepteurs CPM non-cohérents et robustes au décalage Doppler qui affecte sévèrement les communications par satellites LEO. Nous commençons par proposer deux détecteurs basés sur le critère optimal de réception non-cohérente et incluant une estimation du décalage Doppler sans symbole pilote à l’aide de la technique de per survivor processing (PSP). Les taux d’erreur simulés montrent leur robustesse vis-à-vis de décalages Doppler de l’ordre de ceux rencontrés pour les constellations LEO. Cependant, leur complexité reste importante pour une embarcation à bord de satellites LEO restreints à de faibles charges utiles. C’est pourquoi nous étudions ensuite un détecteur différentiel, sans estimation préalable du décalage Doppler. Son signal d’entrée est le produit du signal reçu avec sa version décalée temporellement. Notre optimisation du décalage temporel basée sur un critère de distance minimale, appliquée à différents formats CPM, permet une diminution significative du taux d’erreur par rapport à la référence (décalage d’une durée symbole). Ses performances (taux d’erreur, complexité, robustesse au décalage Doppler) montrent sa pertinence pour un récepteur bord.
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2023IMTA0354_Jerbi-Anouar.pdf (3.93 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04084569 , version 1 (28-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04084569 , version 1

Citer

Anouar Jerbi. Non-coherent detection of continuous phase modulation for low earth orbit satellite IoT communications affected by Doppler shift. Signal and Image processing. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, 2023. English. ⟨NNT : 2023IMTA0354⟩. ⟨tel-04084569⟩
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