Cadre du stage :

Avec l'émergence de nouveaux services topo-dépendants ou géo-référencés (détection et surveillance d'objets personnels ou d'individus proches, inventaires intelligents, navigation personnelle dans les bâtiments, etc.), la radiolocalisation dans les réseaux sans-fil a connu un essor très important ces dernières années.

Cadre du stage :

Avec l'émergence de nouveaux services topo-dépendants ou géo-référencés (détection et surveillance d'objets personnels ou d'individus proches, inventaires intelligents, navigation personnelle dans les bâtiments, etc.), la radiolocalisation dans les réseaux sans-fil a connu un essor très important ces dernières années.

Parallèlement à la publication du standard radio bas-débit IEEE 802.15.4a [1], un récepteur de signaux radio impulsionnels (i.e. couvrant une ultra-large bande de fréquences) (IR-UWB) et multi-doigts (i.e. de type RAKE) a été récemment intégré avec succès [2]. Cette nouvelle architecture, peu gourmande en énergie (i.e. avec une consommation moyenne de l'ordre de 10s de mW), permet la détection de signaux de faible puissance, tout en assurant des débits d'information adaptables (<50Mbp) en fonction de la portée (i.e. jusqu'à plusieurs centaines de mètres). Une autre particularité du récepteur réside dans sa capacité à apprécier précisément les temps d'arrivée (TOA) des séquences d'impulsions transmises, sans pour autant nécessiter un échantillonnage rapide du signal reçu. Dans des conditions d'espace libre (i.e. sans obstruction du lien radio), cette solution permet ainsi de mesurer des temps de vol et donc des distances entre dispositifs, avec une erreur de l'ordre de quelques centimètres.

Cependant, les conditions de propagation réelles jouent in fine un rôle déterminant sur les performances de localisation, dans des cas non-contrôlés d'utilisation indoor (e.g. dispositif radio à la main ou en poche). En pratique, l'obstruction des liens radio par le corps de l'utilisateur ou les murs, ainsi qu'une orientation défavorable du dispositif, peuvent donner lieu à l'apparition d'erreurs significatives sur les distances mesurées. Mais la corrélation spatio-temporelle des trajets multiples reçus, ainsi que le caractère erratique et ponctuel des cas sévères d'obstruction, constituent des informations constructives en vue d'améliorer les performances de localisation. De nouvelles approches ont ainsi vu le jour dans la littérature ces dernières années: modélisation du biais affectant le TOA mesuré au niveau de filtres de poursuite, positionnement à base de points virtuels de réfection, retournement de méthodes déterministes de prédiction de la propagation... Pour la plupart, ces solutions supposent l'utilisation de modèles peu réalistes ou s'avèrent trop complexe, en requérant une puissance de calcul ou des dispositifs hardware incompatibles avec les capacités embarquées et les consommations visées.

Dans le cadre de ce stage, on se propose donc de concevoir de nouveaux algorithmes de poursuite, qui puissent tirer profit des spécificités de ce système IR-UWB à haute précision temporelle. En particulier, on ira dans le sens d'une meilleure exploitation des trajets multiples résolus au niveau des différents doigts du récepteur. Un objectif sera de garantir des performances de localisation équivalentes à celles atteintes en situation de visibilité radio. Il s'agira aussi de se doter de fonctions connexes, qui pourront assister la fonction de localisation (détection d'obstruction par exemple).

Travail demandé :

- Etat de l'art sur les algorithmes de radiolocalisation s'appuyant sur la technologie radio IR-UWB;
- Apprentissage de l'architecture de récepteur développé au LETI ainsi que des modèles MATLAB fournies;
- Développement de modèles et d'algorithmes de poursuite adaptés à l'architecture du récepteur multi-doigts;
- Test et évaluations des performances en simulation et à partir de mesures réelles;

Références :

[1] "Part 15.4: Wireless medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications for low-rate wireless personal area networks (WPANs)", IEEE Std 802.15.4a-2007 document (Amendment to IEEE Std 802.15.4-2006), 2007.
[2] G. Masson, et al., "A 1nJ/b 3.2-to-4.7GHz UWB 50Mpulses/s Double Quadrature Receiver for Communication and Localization", in Proc. ESSCIRC'10, pp.502-505, Sept. 2010 - Modélisation (en particulier, processus stochastiques décrivant les temps d'arrivée mesurés de composantes multi-trajets);
- Études analytiques et développement d'algorithmes (en particulier, filtrage ou autres algorithmes de poursuite);
- Validation à