Réseaux, information et communications
Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés
« Communications par rétrodiffusion ambiante dans les futurs réseaux mobiles »
« Ambient backscatter communications in future mobile networks »
dirigés par Monsieur Marco DI RENZO, Madame Dinh-Thuy PHAN-HUY et Monsieur Julien DE ROSNY
Soutenance prévue le vendredi 15 octobre 2021 à 14h00
Lieu : Bâtiment Bouygues CentraleSupélec 3 rue Joliot-Curie 91190 GIF SUR YVETTE
Salle : Amphi SC.046 (Peugeot)
Visio partielle : https://cnrs.zoom.us/j/91244258791pwd=R01ReVJFd25KK1pZVWI2a3o2THBJZz09
La présentation sera effectuée en français.
Composition du jury proposé
| M. Alain SIBILLE | Télécom Paris – Institut Polytechnique de Paris | Président du jury |
| M. Carlos BADER | ISEP – Institut Supérieur d’Electronique de Paris | Rapporteur & Examinateur |
| M. Laurent CLAVIER | Institut Mine Télécoms Lille Douai | Rapporteur & Examinateur |
| Mme Martine LIENARD | Université de Lille 1 | Examinatrice |
| Mme Inbar FIJALKOW | ENSEA – Université de Cergy-Pontoise | Examinatrice |
| M. Marco DI RENZO | CNRS/Université Paris-Saclay | Directeur de thèse |
| Mme Dinh-Thuy PHAN HUY | Orange Innovation | Co-encadrante de thèse |
| M. Julien DE ROSNY | CNRS/Université Paris Sciences et Lettres | Co-directeur de thèse |
| Mots-clés : | Rétrodiffusion ambiante, Internet des Objets, Modulation Spatiale, 5G, 6G |
| Résumé : |
| Comment rendre les villes, les usines et les maisons à la fois intelligentes et sensibles aux hommes ? Pour y parvenir il est possible d’équiper les personnes, les villes, les usines et les maisons de dispositifs radio pour communiquer des messages, grâce à l’Internet des objets. Cependant, les émissions radio permanentes s’accompagnent d’une dépense énergétique rédhibitoire. La technologie de communication par rétrodiffusion ambiante (AmBC) permet de communiquer sans émettre d’ondes radio supplémentaire, en exploitant les ondes radio ambiantes (Wifi, diffusion TV ou FM, cellulaire, etc.). Les dispositifs AmBC rétrodiffusent le champ électromagnétique ambiant grâce à une antenne connectée à une impédance variable. L’information est alors communiquée à un récepteur en modulant l’impédance du dispositif AmBC. Grâce à leur très faible consommation, ils peuvent être alimentés par un système de récupération d’énergie. Cependant la portée et le débit restent encore très limités. Nous focalisons ce travail sur l’étude des améliorations de cette technologie en tirant profit des réseaux mobiles du futur. Premièrement nous montrons que les antennes compactes reconfigurables peuvent avantageusement remplacer les antennes à impédance ajustable dans les dispositifs AmBC. Ces antennes compactes reconfigurables utilisent différents diagramme de rayonnement et différentes polarisations pour rendre plus robuste la communication. Deuxièmement nous démontrons que les antennes existantes au sein des réseaux 5G peuvent être utilisées dans les systèmes AmBC afin d’améliorer significativement leur débit et leur portée. Dans un scénario 5G, l’antenne « Multiple-Input Multiple-Output » massive (mMIMO) de la station de base, peut être utilisée comme source d’ondes ambiantes pour créer des zones de forte puissance et des zones de bonne réception grâce à la technique de précodage. Ces zones visent à améliorer les performances de la communication entre le dispositif AmBC et le récepteur. Nous démontrons également que l’antenne mMIMO peut aussi être utilisée comme récepteur pour améliorer la détection des dispositifs AmBC. Enfin nous montrons qu’une technologie émergente pour la 6G, appelée surface intelligente reconfigurable, qui permet de contrôler partiellement le canal de propagation des ondes, peut assister les systèmes AmBC. Nous montrons qu’il est possible d’exploiter la capacité de formation de faisceau de manière passive de la technologie RIS pour améliorer la performance des systèmes AmBC. Keywords : Ambient Backscatter, Internet of Things, Spatial Modulation, 5G, 6G Abstract : How can cities, factories and homes be made both intelligent and responsive to people? To achieve this, it is possible to equip people, cities, factories and houses with radio devices to communicate messages, thanks to the Internet of things. However, permanent radio emissions result in a crippling energy expense. Ambient Backscatter Communication (AmBC) technology enables communication without the need for additional radio emission, by exploiting ambient radio waves (Wi-Fi, TV or FM broadcast, cellular, etc.). AmBC devices, named tags, backscatter the ambient electromagnetic field thanks to an antenna connected to a tunable impedance. The information is communicated to a reader by modulating the impedance of the AmBC tag. Therefore, thanks to their very low consumption, they can be powered by energy harvesting. However, the range and the data rate of these devices are still very limited. We focus this work on the study of improvements of this technology by taking advantage of the future mobile networks. Firstly, we show that the compact reconfigurable antennas can advantageously replace antenna with tunable impedance in AmBC tags. Such compact reconfigurable antennas use different radiation patterns and polarizations to make the communication more robust. Secondly, we demonstrate that existing antennas within 5G networks can be used in AmBC systems to significantly improve the data rate and the range of the AmBC tags. In a 5G scenario, the massive Multiple-Input Multiple Output (mMIMO) antenna of the base station can be used as source of ambient waves to create hot spots and good reception spots thanks to the precoding technique. These spots aims at improving the performance of the communication from the tag to the reader. We demonstrate also that the mMIMO antenna can also be used as reader to enhance the detection of AmBC tags. Finally, we show that an emerging technology for 6G, called reconfigurable intelligent surface (RIS), which allows to partially control the wave propagation channel, can assist AmBC systems. We exploit the passive beamforming capability of the RIS technology to improve the performance of AmBC systems. |
