Réception non-cohérente

Dans ce type de récepteur on trouve souvent un simple détecteur d’énergie, utilisé pour la détection des signaux depuis de nombreuses années. Cette approche a été utilisée dans les systèmes

67 ULB pour répondre à la complexité des récepteurs cohérents. Le principe de cette démarche consiste en l’intégration de l’énergie du signal reçu sur une durée du même ordre de grandeur que la profondeur du canal. La figure 43 montre l’architecture d’un récepteur non-cohérent. Il se compose d’un filtre passe-bande dans la bande utile du signal W, d’un amplificateur suivi d’un dispositif d’élévation au carré et la variable de décision z produite à la sortie échantillonnée de l’intégrateur.

L’inconvénient principal de ce type de récepteur est qu’il est naturellement incompatible avec les modulations dépendantes de la forme d’impulsion, mais son énorme avantage est que l’opération d’estimation du canal n’est plus nécessaire ; la contrainte de synchronisation s’en trouve ainsi fortement relâchée. De plus, l’implantation d’un dispositif à détection d’énergie est moins couteuse que l’implantation d’un corrélateur, ainsi la particularité de cette réception est qu’elle présente une consommation d’énergie inférieure de plus d’un ordre de grandeur à celle des récepteurs cohérents.

Figure 43 : Récepteur à détecteur d'énergie

2.1. Implantation

L'élément clé dans l'implantation du détecteur d'énergie est le mélangeur qui a pour objectif de redresser le signal en le multipliant avec lui-même. L'approche la plus simple consiste à employer une diode en entrée. En revanche, toute la complexité porte sur le gain de l'amplificateur qui doit être élevé. Ceci implique une consommation relativement importante puisque la tension au niveau de l'antenne est de l'ordre d’une centaine de microvolts alors que la tension de seuil des diodes est de quelques centaines de millivolts. Le gain doit alors être à l'ordre de 60 dB.

Cependant, l'utilisation d'un multiplieur classique permet de relâcher légèrement les contraintes sur le gain du premier étage de l'amplificateur LNA. Mais après l'élévation au carré, le signal doit obligatoirement être réamplifié avant l'intégration.

2.2. Prototype

Ce type de détecteur figurait parmi les projets réalisés lors des premières phases de ce travail de recherche. Nous avons réalisé un détecteur d'énergie par diode. Puisque ce récepteur est uniquement basé sur l'énergie du signal, l'information n'est pas codée par la polarité de l'impulsion mais via son amplitude. Nous avons réalisé le circuit illustré par la figure 44. Il s'agit d'un détecteur de puissance dont la tension 𝑉_𝐷𝐶 varie en fonction du courant de la diode selon une relation carrée en fonction de la tension RF à l'entrée du circuit. L'utilisation d’une diode Schottky a pour objectif la détection des signaux à plus haute fréquence, car elle n'accumule pas de charge à sa jonction et permet donc une variation rapide du courant. Il faut signaler également que la sensibilité de la diode Schottky est plus élevée que celle des diodes silicium classiques. Les simulations effectuées ainsi que le circuit réalisé sont illustrées dans les figures 45 et 46.

68 Pour valider ce système, nous avons utilisé une antenne de type Vivaldi [YAN08], dont la particularité est de prendre en considération les fréquences les plus hautes. La figure 46 montre le démonstrateur réalisé au sein du laboratoire début 2012.

Figure 45 : signal jaune représente l'impulsion monocycle et le signal bleu représente la détection d'énergie de l'impulsion

Figure 46 : Démonstrateur du détecteur d'énergie

VII. Conclusion

La technologie ULB-RI reste une solution prometteuse pour plusieurs types de communications et tout particulièrement les communications intracorporelles. Elle constitue une piste intéressante par sa résistance aux évanouissements et aux affaiblissements sélectifs, ce qui la rend compatible avec les tissus humains. L’inconvénient majeur de cette technologie reste sa simplicité en terme de techniques de modulations, ce qui nécessite des techniques d’accès au canal évoluées afin de pallier les faiblesses de la couche physique. Cela nous amène à réfléchir à des techniques de modulation impulsionnelle adaptables selon les besoins, voire à fusionner les deux couches physique et MAC afin de proposer une architecture d’émission-réception optimale.

69 Conclusion sur l’état de l’art

Le développement des architectures des réseaux de capteurs nécessite une étude approfondie de l’environnement qui conduit à faire un choix crucial des techniques de transmission. Plusieurs contraintes de ces systèmes influencent indirectement le choix des techniques mises en œuvre.

Les systèmes communicants et plus particulièrement les réseaux corporels présentent une forte influence aux interférences électromagnétiques et au bruit de fait de l’utilisation d’un médium de transmission constitué par les tissus humains. Le déploiement d’un réseau sur un tel médium nécessite une réflexion poussée sur les aspects liés aux chemins multiples de manière à gérer au mieux la dissipation d’énergie.

Les choix de méthodes d’accès au canal et de modulation ne peuvent pas être considérés séparément : ceci met en évidence le fort lien, voire la fusion nécessaire des couches basses PHY et MAC afin d’optimiser les architectures. Nous avons déjà évoqué le fait que la simplicité de la couche PHY se traduit souvent par une complexité accrue de la couche MAC, et inversement.

Le choix des techniques impulsionnelles apparaît donc comme prometteur dans un contexte de communications intracorporelles. D’une part, la nature ultra-large bande des transmissions garantit une certaine robustesse aux phénomènes d’évanouissement et d’affaiblissements sélectifs liés à la nature très hétérogène des tissus humains. D’autre part, ses caractéristiques temporelles facilitent le développement de techniques permettant de tirer parti des chemins multiples. Ces deux aspects conduisent à poser les systèmes ULB-RI comme de très bons candidats pour la conception de réseaux de capteurs BAN, particulièrement dans le cadre des communications intracorporelles.

Nous avons vu également que les modes de transmission impulsionnels classiques, reposant souvent sur des modulations basiques et des techniques de réception simples, conduisent à des débits relativement faibles (un seul bit par symbole), ou à un alourdissement conséquent des couches physique et MAC (codage pseudo-aléatoire, protocoles souvent complexes).

Une méthode de modulation impulsionnelle est cependant moins souvent rencontrée dans la littérature : la modulation de forme d’impulsion, si elle est judicieusement effectuée peut, avec un coût matériel potentiellement limité, permettre de simplifier, si ce n’est de les résoudre, les deux problèmes précédents. L’utilisation d’impulsions orthogonales peut :

 simplifier les mécanismes d’accès au canal (une forme d’impulsion par utilisateur) ;

 augmenter le débit (plusieurs bits portés par une impulsion) ;

 limiter les interférences entre symboles, les interférences d’accès multiple, les interférences entre utilisateurs ;

 favoriser la reconnaissance des impulsions, notamment dans un contexte particulièrement bruité ;

 simplifier les mécanismes de construction des trames.

De plus, l’utilisation de la PSM peut – dans une certaine mesure – s’envisager à la place des mécanismes précédents, ou au contraire en addition à ceux-ci : il est envisageable d’exploiter plusieurs formes d’impulsions avec des techniques de TH-UWB, le tout avec des protocoles de couche MAC tels que ceux que nous avons étudiés au chapitre 2.

Néanmoins, ces assertions méritent d’être vérifiées, et la validation fonctionnelle d’une architecture reposant sur des transmissions impulsionnelles orthogonales est nécessaire. Plusieurs voies sont envisageables, et en premier lieu, les mécanismes permettant de générer des impulsions

70 orthogonales doivent être analysés et testés pour déterminer quelle technique pourrait être adaptée au contexte décrit ici. Ce point fait l’objet du chapitre suivant.

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