Transporte inteligente

Este tema está dedicado a los sistemas de localización y comunicación para la seguridad en el transporte por carretera y ferroviario.

.

Presentación

Los trabajos que abarca este tema se centran principalmente en la capa física de los sistemas de transmisión inalámbrica para el transporte inteligente. Los principales temas abordados son:

.
  • Sistema de localización por técnica de banda ultra ancha (localización RT, localización 3D, sistema de localización y comunicación para el transporte guiado.
  • Técnicas de radar para la detección, reconocimiento y seguimiento de obstáculos.
  • Sistemas de comunicación de alta velocidad para HSR (High mobility): técnicas de estimación supervisada de canales para enlaces tipo LTE o WiMax.
  • Sistemas de comunicación V2V
  • Sistemas cognitivos de radio para las comunicaciones ferroviarias

Los principales temas de investigación recientes

  • Estudio completo desde la simulación hasta la realización del sistema embebido en tiempo real sobre plataforma FPGA
  • Pruebas en condiciones reales en el Val de Lille
  • Rendimiento adaptativo y enlace de comunicación robusto
  • Métodos de multiplexación CPM/2pM originales..
    Alcance (de 600 m a 1 km) y rendimiento que se acerca a los 22 Mbps.

Ejemplo de trabajo realizado: Implementación de un radar anticolisión para vehículos de carretera que sea capaz de detectar la naturaleza del obstáculo (moto, bicicleta, peatón, bordillo de autopista, ...) para una mejor prevención de accidentes. En el marco del proyecto ANR "PRIMACARE" denominado ITrans, el sistema de radar diseñado señala al conductor los obstáculos percibidos en 360°, mediante alarmas espacializadas (sonido 3D).

El sistema que engloba los logros de todos los socios del proyecto (A-Volute, UPHF-LAMIH y LEOST-IFSTTAR) fue objeto de un demostrador en marzo de 2012 en el que se mostró el rendimiento de este concepto. La siguiente figura muestra el vehículo que equipamos para probar los algoritmos propuestos.

.

Vehículo equipado en el proyecto PRIMACARE:
Detección y restitución de obstáculos

Uno de los aspectos estudiados en el proyecto PRIMACARE consiste en desarrollar un radar UWB cuyas principales ventajas:

  • Buena resolución de alcance (qcq cm).
  • Capacidad de detectar el tipo de obstáculos disminución de la tasa de falsas alarmas.
  • Arquitectura PGA para computación en tiempo real a 3 GHz
  • Presentación de patentes (tras el proyecto ANR PrimaCare).

Concepto del proyecto PRIMACARE: detección e identificación de obstáculos mediante radar ULB

Los sistemas de comunicación inalámbrica 4G (LTE, IEEE.802.16e e IEEE.802.20) se están desarrollando en el mundo ferroviario para proporcionar servicios de información, mantenimiento, servicios de reserva de asientos o acceso a Internet. Las consecuencias del efecto Doppler en el rendimiento de estos sistemas son importantes.

Nuestro trabajo consiste en proponer soluciones para minimizar estas degradaciones. Se centra en una estimación eficiente de un canal variable en el tiempo en un sistema OFDM. Para estimar el canal, lo cual es esencial para la ecualización de los datos, se insertan pilotos en el símbolo OFDM.

El trabajo se basa en los siguientes principios

El canal se estima en el dominio del tiempo y las variaciones temporales de cada trayectoria del canal se modelan mediante una expansión de la función base (BEM Basis expansion Modeling), así, el canal se obtiene mediante los coeficientes de base correspondientes. Se propone una estructura de pilotos que consiste en variar las posiciones de los pilotos de un símbolo a otro. Las posiciones piloto se asignan dinámicamente durante la transmisión de los símbolos OFDM.

Esto se denomina asignación dinámica de pilotos (DPA). La estimación del canal variable en el tiempo es mejor y, por tanto, el rendimiento del sistema mejora en comparación con el efecto Doppler. En un sistema OFDM multiusuario, proponemos explotar la idea de ADP para crear diversidad espacial.

Cada usuario es designado por una combinación única de conductores. Al utilizar la cooperación entre diferentes usuarios (diversidad espacial), se mejora la estimación del canal variable en el tiempo y se reducen las consecuencias del efecto Doppler.

Los recientes avances en electrónica digital y telecomunicaciones han acelerado la realización de varios sistemas dedicados al transporte, especialmente en lo que respecta a los aspectos de seguridad y confort. De ahí la necesidad de pasar de un enlace de unos pocos Mbits/s a enlaces que puedan alcanzar varios Gbits/s y permitir así una multitud de aplicaciones futuras. Nuestro reto tecnológico es lograr el rendimiento deseado del orden de Gbit /s, utilizando señales UWB.

.

Además, se dice que la propagación en banda ultraancha es favorable, ya que puede minimizar el papel perjudicial del desvanecimiento, y mejora el presupuesto del enlace en comparación con las modulaciones convencionales de banda baja. De hecho, es en este contexto en el que se planteó la tecnología ULB utilizada inicialmente en los radares para las comunicaciones inalámbricas de muy alta velocidad de datos en distancias cortas.

En este contexto proponemos una nueva modulación denominada M-OAM que permite aumentar el rendimiento y mejorar la robustez de un sistema IR-UWB con buenas prestaciones de BER.

Otros trabajos de este grupo están dedicados a las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. El grupo COMNUM ha asumido el reto de proponer un sistema de comunicación que garantice las mayores velocidades de datos que existen para un enlace inalámbrico (> 3Gbits/s), que conecte, por ejemplo, una videocámara con una pantalla de televisión.

El grupo COMNUM también ha desarrollado un sistema para la transmisión de datos de alta velocidad desde una videocámara a una pantalla de televisión.

Los sistemas de transporte inteligentes desempeñan un importante papel en el ámbito ferroviario.

El objetivo de este trabajo es estudiar y diseñar un sistema de radar cooperativo, que permita la detección e identificación de obstáculos en las vías, la localización de los trenes y la transmisión de datos de la infraestructura ferroviaria, apoyándose en la tecnología de banda ultra ancha para poder garantizar una buena calidad de localización y una alta velocidad de transmisión sin interferir con los sistemas existentes.

Marco del estudio: proyecto CPER CISIT COLOR y tesis de Tarik TAHRI
. Tema: Sistemas de radar cooperativo multimodo para la detección, identificación de obstáculos en las vías, localización y transmisión de datos de la infraestructura ferroviaria.
Supervisores: A.RIVENQ, Y.ELHILLALI

En este marco, proponemos desarrollar un sistema de localización y comunicación entre trenes basado en una plataforma de software segura capaz de garantizar la seguridad y fiabilidad del sistema a niveles sin precedentes. Se trata de un sistema capaz de ofrecer, dentro de un único módulo, dos funcionalidades, la localización y la comunicación entre trenes en los distintos entornos encontrados.

Se desarrollarán diversas técnicas de acceso múltiple para proporcionar localización y comunicación de tren a tren o de tren a infraestructura, con buenas prestaciones en términos de rendimiento, alcance y fiabilidad de la transmisión. Planeamos proporcionar un mecanismo para definir la cadena de procesos (transformación, verificación, ...) necesaria para producir modelos de bajo nivel a partir de modelos de alto nivel.

El sistema de comunicación y localización propuesto se simulará y se probará en condiciones reales de funcionamiento. Este proyecto tiene el potencial de mejorar en gran medida la seguridad del transporte, y es crucial para mantener un avance tecnológico en la región.

Las aplicaciones que requieren sistemas de localización son numerosas (Transporte, Turismo, Sanidad, Aeronáutica, Fábricas, Minas, ...). El uso de técnicas espaciales, como el geoposicionamiento por GPS, para aplicaciones civiles es común desde hace varios años; pero son limitadas en cuanto a la precisión en ambientes interiores.

Rompiendo con las técnicas comúnmente utilizadas para minimizar las limitaciones del entorno de propagación, el uso de la tecnología de banda ultra ancha (ULB) puede abordar eficazmente estas nuevas necesidades. El objetivo de este trabajo es estudiar, desarrollar y probar un sistema de localización basado en esta tecnología y, en particular, la realización de técnicas de localización 3D.

Marco del estudio: tesis del Sr. K. Ignace. KOSSONOU
"Sistema de localización 3D de alta precisión basado en técnicas de transmisión ULB con bajo consumo de energía para comunicar objetos móviles comunicantes.
Supervisores: A. RIVENQ, J. ASSAAD, Y. EL HILLALI, M. BOCQUET, I. DOUMBIA.

Trabajo en curso - Perspectivas

Continuamos nuestra investigación sobre la realización del procesamiento en tiempo real de los sistemas de radar comunicantes ULB, especialmente en circuitos FPGA. El reto es realizar cálculos a frecuencias superiores a 1 GHz. Como este tipo de señal es capaz de atravesar las paredes, hemos iniciado una serie de pruebas para evaluar el rendimiento del radar en cuanto al reconocimiento de los objetos detectados.

Actualmente estamos trabajando en el desarrollo de un nuevo sistema de radar para la Unión Europea.

Colaboraciones

- Alstom, Bombardier, Thales, A-Volute, Effidence, Télécoms Brest, IFFSTAR, Universidad de Kent, Universidad de Essex, Universidad de Sfax, Universidad Cadi Ayyad de Marrakech, Universidad Mohammed V de Rabat