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COMNUM COMmunications NUMériques

Thématique : Transports Intelligents/Systèmes de localisation et de communication pour la sécurité

Responsables : Yassin ElHillali et Atika Rivenq Menhaj

Cette thématique est dédiée aux systèmes de localisation et de communication pour la sécurité dans les transports routiers et ferroviaires. Les travaux visés par cette thématique sont axés essentiellement sur la couche physique de systèmes de transmission sans fil pour les transports intelligents. Les principaux sujets traités sont les suivants :

  • Système de localisation par technique ultra large bande (Localisation par RT, Localisation 3D, Système de localisation et de communication pour les transports guidés)
  • Techniques radar pour la détection, la reconnaissance et le suivi d'obstacles
  • Systèmes de communication haut débit pour les TGV (Forte mobilité) : Techniques d'estimation supervisée de canal pour des liens type LTE ou WiMax
  • Systèmes de communication V2V
  • Systèmes radiocognitives pour les communications dans le ferroviaire

Ces travaux sont soutenus par des actions de recherche dans le cadre du programme CPER « CISIT », des projets labellisés ITrans « CUB4 » et « PRIMACARE » soutenu notamment par l'ANR, des projets INTERREG « ModEasy » et « Letsgo » et finalement par l'IRT RALINIUM.

Les principaux sujets de recherche récents :

Système radar coopératif CODIREP (Communication, Localisation et détection d'obstacles) :

  • Etude complète de la simulation à la réalisation du système embarqué temps réel sur plateforme FPGA
  • Tests en conditions réelles dans le Val de Lille
  • Débit adaptatif et lien de communication robuste
  • Méthodes de multiplexage originales CPM/2pM.
  • Portée (600m à 1km) et débit avoisinant les 22 Mbits/s

Système radar coopératif CODIREP (Communication, Localisation et détection d’obstacles)

Système radar ULB pour les véhicules routiers

Exemple des travaux réalisés : Mise en œuvre d'un radar anticollision pour véhicules routiers qui est capable de détecter la nature de l'obstacle (moto, vélo, piéton, bordure d'autoroute, …) pour une meilleure prévention des accidents. Dans le cadre du projet ANR « PRIMACARE » labellisé ITrans, le système radar conçu signale au conducteur les obstacles perçus sur 360°, au moyen d'alarmes spatialisées (son 3D). Le système englobant les réalisations de tous les partenaires du projet (A-Volute, UPHF-LAMIH et LEOST-IFSTTAR) a fait l'objet d'un démonstrateur en Mars 2012 montrant les performances de ce concept. La figure suivante présente le véhicule que nous avons équipé pour tester les algorithmes proposés.


véhicule équipé dans le cadre du projet PRIMACARE : Détection suivie et restitution des obstacles
Fig. véhicule équipé dans le cadre du projet PRIMACARE :
Détection suivie et restitution des obstacles

Un des volets étudié dans le cadre du projet PRIMACARE consiste à développer un radar UWB dont les principaux avantages :

  • Bonne résolution en distance (qcq cm)
  • Capacité à détecter le type d'obstacles 'diminution du taux de fausses alarmes'
  • Architecture FPGA pour calcul temps réel à 3GHz
  • Dépôt d'un brevet (suite au projet ANR PrimaCare)

Concept du projet PRIMACARE : Détection et identification des obstacles par radar ULB
Fig. Concept du projet PRIMACARE : Détection et identification des obstacles par radar ULB

Etude d'un système de communication OFDM-haut débit dédié aux trains à grandes vitesses:

Les systèmes de communication sans fil de la 4G (LTE, IEEE.802.16e et IEEE.802.20) se développent dans le monde ferroviaire afin d'assurer des services d'information, de maintenance, des services de réservation à la place ou d'accès à Internet. Les conséquences de l'effet Doppler sur les performances de tels systèmes sont importantes. Notre travail est de proposer des solutions afin de minimiser ces dégradations. Il porte sur une estimation efficace d'un canal variant dans le temps dans un système OFDM. Afin d'estimer le canal, qui est indispensable pour l'égalisation des données, des pilotes sont insérées dans le symbole OFDM. Le canal est estimé dans le domaine temporel et les variations temporel de chaque trajet du canal est modélisé par un développement en fonction de base (BEM Basis expansion Modeling), donc, le canal est obtenu par les coefficients de base correspondants. Une structure de pilotes est proposée, elle consiste à faire varier les positions des pilotes d'un symbole à l'autre. Les positions des pilotes sont allouées dynamiquement au cours de la transmission des symboles OFDM. On parle de l'allocation dynamique des pilotes (ADP). L'estimation du canal variant dans le temps est meilleure et par conséquent les performances du système sont améliorées par rapport à l'effet Doppler. Dans un système multiutilisateurs OFDM, nous proposons d'exploiter l'idée de l'ADP afin de créer une diversité spatiale. Chaque utilisateur est désigné par une combinaison de pilotes unique. En utilisant la coopération entre les différents utilisateurs (diversité spatiale), l'estimation du canal variant dans le temps est améliorée et les conséquences de l'effet doppler sont réduites.

Systèmes de communication ULB V2V et V2I:

Les développements récents en électronique numérique et télécommunication ont accéléré la réalisation de plusieurs systèmes dédiés aux transports spécialement pour les aspects sécurité et confort. D'où le besoin de passer d'une liaison de quelques Mbits/s à des liaisons pouvant atteindre plusieurs Gbits/s et permettant ainsi une multitude d'applications futures. Notre défi technologique est d'atteindre le débit souhaité de l'ordre de Gbit /s, en utilisant de signaux UWB. En outre, la propagation très large bande est réputé favorable, car pouvant minimiser le rôle néfaste des évanouissements, elle permet d'améliorer le bilan de liaison par rapport aux modulations faible bande conventionnelles. C'est en effet, dans ce contexte que la technologie ULB initialement utilisée dans les radars a été envisagée pour les communications sans fil à très haut débit et sur de courtes distances.

Dans ce cadre nous avons proposé une nouvelle modulation nommée M-OAM permettant l'augmentation du débit et l'amélioration de la robustesse d'un système IR-UWB avec de bonnes performances en termes de TEB.

D'autres travaux de ce groupe sont dédiés aux communications sans fils haut débit. Le groupe COMNUM a relevé le défi de proposer un système de communication assurant les plus hauts débits qui existent pour un lien sans fil (> 3Gbits/s), reliant par exemple un caméscope à un écran TV.

Localisation et communications pour les trains:

Les systèmes de transports intelligents jouent un rôle important dans le domaine du ferroviaire. Ces travaux ont pour but, l'étude et la conception d'un système radar coopératif, qui permet la détection et l'identification des obstacles sur les voies, la localisation des trains, et la transmission des données trains-infrastructures, tout en nous basant sur la technologie ultra large bande pour pouvoir assurer une bonne qualité de localisation et un haut débit de transmission sans interférer avec les systèmes existants.

Localisation et communications pour les trains

Cadre de l'étude : Projet COLOR du CPER CISIT et Thèse de Tarik TAHRI
Sujet : Systèmes radars coopératifs multimodes pour la détection, l'identification des obstacles sur les voies, la localisation et la transmission de données trains-infrastructures.
Encadrants : A.RIVENQ, Y.ELHILLALI

Dans ce cadre, nous proposons de développer un système de localisation et de communication entre trains basé sur une plateforme logicielle sécuritaire capable d'assurer la sécurité et la fiabilité du système, à des niveaux sans précédent. Il s'agit d'un système capable d'offrir, au sein d'un même module, deux fonctionnalités, la localisation et la communication entre trains dans divers environnements rencontrés.
Différentes techniques d'accès multiples seront développées pour assurer la localisation et la communication train-train ou train-infrastructure, avec des bonnes performances en termes de débit, de portée et de fiabilité de transmission. Nous prévoyons de fournir un mécanisme permettant de définir la chaine de procédés (transformation, vérification, …) nécessaire pour produire des modèles bas niveau à partir de modèles haut niveau. Le système de communication et de localisation proposé va être simulé, testé dans des conditions de fonctionnement réel.
Ce projet peut améliorer grandement la sécurité des transports, et est crucial pour maintenir une avancée technologique dans la région.

Système de localisation haute précision 3D basé sur les techniques de transmission ULB :

Les applications nécessitant des systèmes de localisation sont nombreuses (Transports, Tourisme, santé, Aéronautique, Usines, Mines, …). L'utilisation des techniques spatiales, telles le géo-positionnement par GPS, pour les applications civiles est courante depuis plusieurs années ; mais se trouvent limitée en terme de précision dans les environnements indoor. Rompant avec les techniques couramment employées afin de minimiser les contraintes de l'environnement de propagation, l'emploi de la technologie Ultra Large Bande (ULB) peut répondre efficacement à ces nouveaux besoins. L'objectif de ces travaux est d'étudier, développer et tester un système de localisation basée sur cette technologie et en particulier la réalisation de techniques de localisation 3D.

Cadre de l'étude : Thèse de Mr K. Ignace. KOSSONOU
« Système de localisation haute précision 3D basé sur les techniques de transmission ULB à basse consommation d'énergie pour les objets communicants mobiles communicants. »
Encadrants: A. RIVENQ, J. ASSAAD, Y. EL HILLALI, M. BOCQUET, I. DOUMBIA.

Schéma de principe du système

Schéma de principe du système

 

Résultats simulés du système

Résultats simulés du système

 

Travaux en cours - Prospectives

Nous poursuivons nos recherches sur la réalisation des traitements temps réel pour les systèmes radar communiquant ULB, notamment sur des circuits FPGA. Le challenge étant de réaliser des calculs à des fréquences supérieures à 1 GHz. Ce type de signaux est capable de traverser des murs, nous avons entamé une série de tests afin d'évaluer les performances du radar en termes de reconnaissance d'objets détectés.

Collaborations

- Alstom, Bombardier, Thales, A-Volute, Effidence, Télécoms Brest, IFFSTAR, Université du Kent, Université d'Essex, Université de Sfax, université cadi ayyad à marrakech, Université Mohammed V Rabat