Contributions to the LoRa IoT standard : enhancements of the conventional receiver and its securing
Contributions pour le standard IoT LoRa : améliorations du récepteur classique et de sa sécurisation
Résumé
This thesis aims to propose enhancements for the LoRa Internet of Things (IoT) standard in order to 1) improve thedemodulation performances in the presence of multi-path channels and 2) develop security mechanisms at the physical layer to strengthen the secrecy of communications.For the first line of contribution, a study of the impact of multi-path channels is conducted and a closed-form expression of the symbol error rate is derived. Capitalizing on this study, the enhanced LoRa RAKE receiver leveraging constructively the paths energy is proposed, for the realistic scenario of channel replicashaving delays close to the main path while taking into account synchronization. For the second line of contribution, the impact of traditional Band and Tone jammers on the LoRa demodulation is investigated and highlights the sub-optimal performances of such jammers. Then, a waveform self-jamming scheme is proposed, considerably reducing demodulation capabilities of interceptors thus further enhancing the secrecy of communications. The induced Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) by the scheme is analyzed and a mitigation technique is proposed. Finally, experiments on Software Defined Radio (SDR) equipment are achieved and demonstrate the sustainability of this self-jamming scheme.
Cette thèse a pour objectif de proposer des améliorations pour le standard de l’Internet des Objets (IoT) LoRa selon deux axes : 1) la modification du récepteur classique pour améliorer les performances de démodulation en présence d’un canal multi-trajets et 2) proposer une sécurisation de la couche physique pour renforcer la confidentialité des transmissions. Pour le premier axe, une étude de l’impact des canaux multi-trajets est proposée et débouche sur le calcul de l’expression analytique du taux d’erreur symbole LoRa. Fort de cette étude, le récepteur améliore LoRa RAKE exploitant de façon constructive l’énergie des trajets est conçu et évalué pour le scénario réaliste d’un canal multi-trajets à répliques proches du trajet direct avec prise en compte de la synchronisation. Pour le second axe, une étude de l’impact des brouilleurs classiques Band et Tone Jamming est réalisée et montre les performances sous-optimales de ces brouilleurs. Ainsi, un schéma d’auto-brouillage de la forme d’onde LoRa est proposé, réduisant fortement les capacités de démodulation des intercepteurs, renforçant ainsi le niveau de confidentialité de la transmission. Le Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) généré par ce schéma est étudié et une méthode de réduction de ce dernier est proposée. Enfin, des expérimentations sur des matériels de type Software Defined Radio (SDR) sont menées et démontrent la viabilité du schéma d’auto-brouillage.
Fichier principal
These-2023-MATHSTICBO-Telecommunications-DEMESLAY_Clement.pdf (15.55 Mo)
Télécharger le fichier
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
---|