Systèmes MIMO : Conception, Estimation du Canal et Détection

Chien-Chun CHENG
Soutenance de thèse de doctorat le 12 Janvier 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Cette  thèse  aborde  plusieurs  problèmes  fondamentaux  des  systèmes  de  communications  sans  fil avec  des  antennes  multiples,  dites  systèmes  MIMO  (multiple  input,  multiple  output).  Les contributions  se  situent  aussi  bien  au  niveau  des  algorithmes  de  réception  qu’au  niveau  de  la génération  du  signal  à  l’émission.  La  plus  grande  partie  de  la  thèse  est  dédiée  à  l’étude  des algorithmes de réception. Les points abordés comprennent la modélisation et l’estimation du canal, la  détection  robuste  des  symboles,  et  la  suppression  des  interférences.  Un  nouveau  modèle  de canal  est  proposé  dans  le  chapitre  3  en  exploitant  les  corrélations  dans  les  domaines  temporel, fréquentiel  et  spatial,  et  en  réduisant  l’espace  des  paramètres  aux  termes  dominants.  Ce  modèle est  utilisé  pour  proposer  ensuite  un  estimateur  de  canal  à  faible  complexité  et  aussi  un  sélecteur de mots de code pour envoyer vers l’émetteur les informations sur l’état du canal. Dans le chapitre 4, la réception robuste est étudiée pour les systèmes MIMO­OFDM sans une connaissance parfaite du canal. Des récepteurs robustes sont proposés pour les cas avec ou sans connaissance statistique du  canal.  La  conception  de  récepteurs  pour  les  systèmes  MIMO­OFDM  en  présence  d’interférence est  étudiée  dans  le  chapitre  5  et  des  récepteurs  robustes  sont  proposés  prenant  en  compte séparément l’interférence causée par les ondes pilotes et celle causée par les symboles d’une part et  l’asynchronisme  entre  le  signal  et  l’interférence  d’autre  part.  Dans  la  deuxième  partie  de  la thèse (chapitre 6), nous abordons les modulations spatiales qui sont particulièrement adaptées aux systèmes  MIMO  dans  lesquels  le  nombre  de  chaines  d’émission  est  inférieur  aux  nombre d’antennes. Remarquant que l’efficacité spectrale de ces systèmes reste très faible par rapport à la technique  de  multiplexage  spatiale,  nous  avons  développé  des  modulations  spatiales  améliorées (ESM,  pour  Enhanced  Spatial  Modulation)  qui  augmentent  substantiellement  l’efficacité  spectrale. Ces  modulations  sont  basées  sur  l’introduction  de  modulations  secondaires,  obtenues  par interpolation.  La  technique  ESM  gagne  plusieurs  décibels  en  rapport  signal  à  bruit  lorsque  les constellations  du  signal  sont  choisies  de  façon  à  avoir  la  même  efficacité  spectrale  que  dans  les modulations spatiales conventionnelles.

Composition du jury proposé:

M. Hikmet SARI     CentraleSupélec   Directeur de thèse
M. Yu T. SU     National Chiao Tung University (NCTU)   CoDirecteur de thèse
M. Luc  VANDENDORPE     Université Catholique de Louvain (UCL)   Rapporteur
M. Lajos  HANZO     University of Southampton   Rapporteur
M. Pierre  DUHAMEL     CentraleSupélec   Examinateur
M. Chung­Ju  CHANG     National Chiao Tung University (NCTU)   Examinateur
M. Serdar SEZGINER     Sequans Communications   Examinateur
M. Dirk  SLOCK     Eurecom   Examinateur


Mots­clés : Systèmes MIMO,Estimation du Canal,Détection Symbole

Stochastic geometry analysis and optimization of mimo-aided LTE-A cellular networks

Peng Guan
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Décembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

The main focus of this thesis is on performance analysis and system optimization of Long Term Evolution - Advanced (LTE-A) cellular networks by using stochastic geometry.

Mathematical analysis of cellular networks is a long-lasting difficult problem. Modeling the network elements as points in a Poisson Point Process (PPP) has been proven to be a tractable yet accurate approach to the performance analysis in cellular networks, by leveraging the powerful mathematical tools such as stochastic geometry. In particular, relying on the PPP-based abstraction model, this thesis develops the mathematical frameworks to the computations of important performance measures such as error probability, coverage probability and average rate in several application scenarios in both uplink and downlink of LTE-A cellular networks, for example, multi-antenna transmissions, heterogeneous deployments, uplink power control schemes, etc. The mathematical frameworks developed in this thesis are general enough and the accuracy has been validated against extensive Monte Carlo simulations. Insights on performance trends and system optimization can be done by directly evaluating the formulas to avoid the time-consuming numerical simulations.

Jury members

M. Pierre DUHAMEL, L2S, CNRS, France, Président
M. Laurent DECREUSEFOND, Telecom ParisTech, France, Rapporteur

M. Ali GHRAYEB, Texas A&M University at Qatar, Qatar, Rapporteur
M. François BACCELLI, INRIA, France/University of Texas at Austin, USA, Examinateur

M. Robert SCHOBER, University Erlangen-Nürnberg, Germany, Examinateur
M. Anthony BUSSON, Université Lyon 1, France, Directeur de thèse

M. Marco DI RENZO, L2S, CNRS, France, Co-Directeur de thèse

 

New Results on Stochastic Geometry Modeling of Cellular Networks: Modeling, Analysis and Experimental Validation.

Wei LU
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Décembre 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

L'hétérogénéité et l’irrégularité croissante des déploiements des réseaux sans fil de nouvelles générations soulèvent des défis importants dans l’évaluation de performances de ces réseaux. Les modèles classiques s’appuyant sur des modèles hexagonaux pour décrire les emplacements géographiques des nœuds de transmission sont difficilement adaptables à ces réseaux. Dans ce contexte, il a été proposé un nouveau paradigme de modélisation des réseaux sans fil qui s’appuie sur les processus ponctuels de Poisson (PPP), et de manière générale sur la géométrie stochastique. L'analyse, au travers de ces outils mathématiques, présente une complexité indépendante de la taille du réseau, et permet d’estimer avec précision des quantités pratiques liées aux performances des réseaux cellulaires. Cette thèse a porté sur la faisabilité mathématique de l'approche fondée sur les PPP en proposant de nouvelles méthodes mathématiques d’approximations justes incorporant des modèles de propagation du canal radio. Dans un premier temps, un nouveau cadre mathématique, considéré comme une approche Equivalent-in-Distribution (EiD), a été proposée pour le calcul exact de la probabilité d'erreur dans les réseaux cellulaires. L'approche proposée, s’appuyant donc sur la géométrie aléatoire et des modèles spatiaux, montre une complexité faible en terme d’évaluation numérique et est applicable à un grand nombre de configurations MIMO pour lesquelles nous considérons différentes techniques de modulation et techniques de récupération du signal. Dans un deuxième temps, nous étudions les performances des réseaux cellulaires en présence de relais, où trois processus ponctuels de Poisson modélisent respectivement les nœuds relais, les stations de base, et les terminaux mobiles. Pour ce modèle, nous avons considéré des critères souples d'association. Le cadre mathématique proposé et les résultats associés ont montré que les performances dépendent fortement des exposants des fonctions d’atténuation sur les deux premiers sauts sans fil. Nous montrons aussi qu’une mauvaise configuration du réseau peut amener à des gains négligeables de l’utilisation de cette technique. Enfin, nous considérons la modélisation des réseaux cellulaires au travers d’un PPP et d’un modèle unifié d'atténuation de signal généralisée qui prend en compte deux types de liaisons physiques : line-of-sight (LOS) et non-line-of-sight (NLOS). Un modèle de complexité réduite décrivant les propriétés de la liaison radio a aussi été proposée et permet de prendre en compte dans nos calculs un grand nombre de modèle radio proposés dans la littérature. Les résultats montrent, entre autres, qu’une densité optimale pour le déploiement des BS existe lorsque les liens LOS/NLOS sont classés en fonction de leur charge. Nous comparons nos résultats, s’appuyant donc sur un PPP pour modéliser la position des stations de bases et notre modèle de canal radio, avec des simulations de Monte Carlo décrivant des déploiements réels de stations de bases et un modèle de type blocages de construction empiriques. Une bonne correspondance est observée.

Jury:

M. Anthony BUSSON  Université Lyon 1  Directeur de thèse
M. Marco DI RENZO  L2S, CNRS  Co-Directeur de thèse
M. Pierre DUHAMEL  L2S, CNRS  Examinateur
M. François BACCELLI  INRIA  Rapporteur
M. Robert SCHOBER  Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnberg  Rapporteur
M. Laurent DECREUSEFOND  Télécom ParisTech  Examinateur
M. Ali GHRAYEB  Texas A&M University at Qatar  Examinateur


Mots-clés :  géométrie stochastique,réseaux cellulaire,relais,,

Stratégies distribuées d'allocation des ressources blocs dans un réseau OFDMA pour garantir un niveau de service donné

Fan HUANG
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Décembre 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40


La recherche effectuée dans cette thèse a pour cadre les réseaux radio privés dédiés aux forces de sécurité civile. En effet, doté    actuellement d'un service bande étroite, ils doivent évoluer pour faire face à de nouveaux besoins comme la vidéo ou le multimédia.    L'objectif est donc d'adapter la technologie LTE aux contraintes et propriétés de ces réseaux particulier. Ainsi, le nombre d'utilisateurs est limité mais le service doit toujours être disponible et des priorités peuvent être mises en œuvre.

Dans ce contexte, l'allocation des ressources de communication est un problème important avec des prérequis différents des réseaux d'opérateurs. Notre conception d'algorithmes d'allocation a donc été menée avec deux objectifs principaux : maximiser l'efficacité du    spectre et servir équitablement les utilisateurs au lieu de maximiser le débit global du réseau.

Cette thèse propose des nouvelles stratégies de l'allocation des blocs de ressources (RB) dans les systèmes LTE sur le lien descendant. Au contraire des algorithmes classiques d'allocation des ressources qui se basent sur la capacité de RB déjà estimée, nos stratégies d'allocation des RB cherchent à améliorer le débit utilisateur, en utilisant la coopération à base de Beamforming et les modèles de la théorie des jeux.

1. L'interférence inter-cellulaire est le principal problème des systèmes OFDMA. Grâce aux antennes MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output), technique de Beamforming améliore le signal reçu afin d'augmenter le SINR (Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio), mais le signal amélioré peut également influencer l'interférence inter-cellulaire dans les cellules voisines. Dans les méthodes traditionnelles, le contrôleur alloue les RBs aux UEs (User Equipement) en fonction de la capacité des RB et d'autres paramètres, le système applique alors la technique de Beamforming aux équipements utilisateurs choisis. Après la formation des faisceaux, la capacité des RB varie mais l'ordonnanceur conserve la même allocation. Au contraire, notre système alloue les RBs et choisit les vecteurs de Beamforming    conjointement pour améliorer les performances de la technique de Beamforming. Il accroît le débit moyen en augmentant la capacité    moyenne du RB. Comme plusieurs paramètres sont pris en compte, la complexité augmente exponentiellement aussi. Dans cette thèse, nous avons développé une méthode itérative pour réduire la complexité. Notamment, elle améliore de plus de 10% le débit des utilisateurs en bord de la cellule.

2. Contrairement aux performances des algorithmes qui maximisent le débit global du réseau, les approches d'allocation de ressources à base de théorie des jeux maximisent la fonction d'utilité des UE du point de vue économique. Si le modèle a une solution NBS (Nash    Bargaining Solution) il offre une solution optimale de Pareto de la fonction d'utilité.

L'allocation traditionnelle est d'optimiser l'allocation de sous-porteuses à chaque intervalle de temps, mais dans le système OFDMA, les sous-porteuses sont formées de RBs dans le temps. Nous proposons une approche RB NBS, qui est plus efficace que les schémas existants. Nous analysons les canaux de fast-fading et les comparons sans l'influence de l'atténuation. En raison de la grande atténuation de signal en bordure de la cellule, l'utilisateur a toujours des RB de plus faible capacité que celui au centre de la cellule. Notre idée est d'ajouter un facteur de compensation pour combattre l'influence de la perte de propagation. Les facteurs de    compensation sont soigneusement choisis afin de maximiser la fonction NBS. Cependant, le calcul de ces facteurs a une grande    complexité et nous développons quatre solutions approchées qui donnent les mêmes performances avec une bonne précision.    L'évaluation des performances de notre approche confirme que notre méthode et ses solutions approchées sont capables de partager équitablement les ressources sur toute la cellule.

 

Composition du jury :


Mme Véronique VÈQUE   Professeur, (Université Paris-Sud)   Directrice de thèse
Mme Joanna TOMASIK       Professeur (Centrale/Supélec et LRI)   Co-directrice de thèse
M. Marceau COUPECHOUX   Maître de conférence (Télécom ParisTech)   Rapporteur
Mme Megumi KANEKO   Assistant Professeur (Kyoto University)   Rapporteur
M. André-Luc BEYLOT   Professeur (IRIT)   Examinateur
M. Steven MARTIN      Professeur (LRI)   Examinateur
M. Jean-Christophe SCHIEL   Ingénieur (Airbus DS)   Directeur de thèse
M. Djamal ZEGHLACHE   Professeur (Télécom SudParis)  Examinateur

délisation et optimisation de l’interaction entre véhicules électriques et réseaux d’électricité : apport de la théorie des jeux

Olivier BEAUDE
Soutenance de thèse de doctorat le 24 Novembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Cette thèse étudie l’interaction technico-économique entre véhicules électriques et réseaux d’électricité. Le développement récent de la mobilité électrique invite en effet à analyser les impacts potentiels de la recharge de ces véhicules sur les réseaux électriques, mais aussi le soutien que ces véhicules pourraient apporter dans les réseaux du futur. Ce travail s’inscrit résolument dans le cadre des réseaux d’électricité intelligents ; la plupart des résultats de cette thèse s’appliquent tout aussi bien à un lave-linge, un chauffe-eau, une télévision tant qu'on leur prête la capacité d’intelligence !

Dès lors que les décisions des consommateurs électriques flexibles interagissent, ce cadre d’étude offre un terrain de jeu propice aux outils de la théorie des jeux. L’apport de ces outils est présenté dans cette thèse selon trois axes :

1)    Apport algorithmique : proposition et analyse d’un algorithme pour coordonner la charge de véhicules électriques dans un périmètre commun du réseau d’électricité. Les outils des jeux de potentiel sont utilisés ;

2)    Apport pour l’échange d’information : comment un consommateur électrique prêt à se rendre flexible doit-il donner une image de son besoin à un opérateur du réseau ? Ce problème est à la croisée des chemins entre Cheap-talk en théorie des jeux et quantification en traitement du signal ;

3)    Jeu des acteurs : analyse stratégique de la situation où des coalitions contenant un grand nombre de véhicules électriques (flottes) coexistent avec des véhicules individuels (particuliers). Application des outils très récents de jeux composites.

En fil rouge, le cas des profils de charge rectangulaires (à puissance constante et sans interruption) – soutenu par de nombreux arguments pratiques mais souvent délaissé par les chercheurs – est analysé. Des simulations sont effectuées dans le cadre d’un réseau de distribution d’électricité français réaliste. C’est la maille du réseau qui pourrait subir les premiers impacts significatifs d’une charge non-coordonnée…elle offre un terrain d’expérimentation idéal pour les méthodes de cette thèse !

 

Membres du jury:


BASTARD Patrick       Directeur Ingénierie, ADAS, Véhicule Autonome, Technologies électroniques (Renault SAS)  Invité
DAAFOUZ Jamal        Professeur (CRAN, Université de Lorraine)    Examinateur
DEBBAH Mérouane        Vice-président R&D France Huawei             Président du jury
ERNST Damien                Professeur (Université de Liège), titulaire de la chaire EDF-Luminus sur les Smart grids   Rapporteur
HENNEBEL Martin         Professeur assistant (GeePs - CentraleSupélec)          Encadrant de thèse
LARAKI Rida                  Directeur de Recherche CNRS (LAMSADE)                        Examinateur
LASAULCE Samson    Directeur de Recherche CNRS (L2S - CentraleSupélec)       Directeur de thèse
MOHAND-KACI Ibrahim  Ingénieur (Renault SAS)    Encadrant de thèse
MOULINES Éric              Professeur (École polytechnique)            Rapporteur

Méthodes de codage et d'estimation adaptative appliquées aux communications sans fil

Florence Alberge
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 20 Novembre 2015, 14h00 à

Les recherches et les contributions présentées portent sur des techniques de traitement du signal appliquées aux communications sans fil. Elles s'articulent autour des points suivants : (1) estimation adaptative de canaux de communication dans différents contextes applicatifs, (2) optimisation de schémas de transmission pour la diffusion sur des canaux gaussiens avec/sans contrainte de sécurité, (3) correction de bruit impulsionnel dans des systèmes multi-porteuse, (4) analyse, interprétation et amélioration des techniques itératives de décodage (turbo-codes, codes LDPC,...) par le biais de l'optimisation, de la théorie des jeux et des outils statistiques. Les deux derniers thèmes seront détaillés lors de l'exposé.

Composition du jury:

Didier Le Ruyet    Professeur, CNAM, Paris    Rapporteur
Charly Poulliat      Professeur, ENSEEIHT, Toulouse    Rapporteur
Catherine Douillard     Professeure, Télécom Bretagne    Examinatrice
Pierre Duhamel     Directeur de recherches CNRS – L2S   Examinateur 
Jean-François Hélard    Professeur,   INSA Rennes   Examinateur

 

Mismatched decoding

Séminaire le 22 Octobre 2015, 11h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Dr. Guillen i Fabregas

This talk will review the mismatched decoding problem. In particular, the talk will review the fundamental limits of mismatched channel-decoder pairs in a point-to-point setup, with particular focus on random coding ensembles, achievable information rates and the corresponding error exponents.

Bio:
Albert Guillén i Fàbregas was born in Barcelona in 1974. In 1999 he received the Telecommunication Engineering Degree and the Electronics Engineering Degree from Universitat Politècnica de Catalunya and Politecnico di Torino, respectively, and the Ph.D. in Communication Systems from Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in 2004.
Since 2011 he has been a Research Professor of the Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) at the Department of Information and Communication Technologies,
Universitat Pompeu Fabra. He is also an Adjunct Researcher at the Department of Engineering, University of Cambridge, where he was a Reader and a Fellow of Trinity Hall. He has held appoinments at the New Jersey Institute of Technology, Telecom Italia, European Space Agency (ESA), Institut Eurecom, University of South Australia, as well as visiting appointments at TelecomParisTech (Paris), Universitat Pompeu Fabra, University of South Australia, Centrum Wiskunde & Informatica and Texas A&M University in Qatar. His research interests are in information theory, coding theory and communication theory. Dr. Guillén i Fàbregas received the Starting Grant from the European Research Council, the Young Authors Award of the 2004 European Signal Processing Conference, the 2004 Best Doctoral Thesis Award from the Spanish Institution of Telecommunications Engineers, and a Research Fellowship of the Spanish Government to join ESA. He is an Associate Editor of the IEEE Transactions on Information Theory and of the Foundations and Trends in Communications and Information Theory, Now Publishers. He is also a Senior Member of IEEE,  a member of theYoung Academy of Europe and was an Editor of the IEEE Transactions on Wireless Communications (2007-2011).

Fronthaul Compression for Cloud Radio Access Networks: An Information Theoretic View

Séminaire le 28 Septembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-09
Prof. Shlomo Shamai, EE Department, Technion-Israel Institute of Technology

Cloud radio access networks (C-RANs) emerge as appealing architectures for next-generation wireless/cellular systems whereby the processing/decoding is migrated from the local base-stations/radio units (RU) to a control/central units (CU) in the *cloud*. This is facilitated by fronthaul links connecting the RUs to the managing CUs. We focus on oblivious processing at the RU, and hence the fronthaul links carry digital information about the baseband signals, in the uplink from the RUs to the CU and vice versa in the downlink. The high data rate service demands in C-RANs, imply that even with fast (optical) front hauls, let alone for heterogeneous fronhauls, efficient compression of the basedand signals is essential. In this talk we focus on advanced robust signal processing solutions, emerging by network information theoretic concepts, and review also the basic approaches to this cloud network. Multi-hop fronthaul topologies are also discussed. Analysis and numerical results illustrate the considerable performance gains to be expected for different cellular models. Some interesting theoretical directions conclude the presentation.

Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc par anticipation des métriques de routage

Sabrine NAIMI
Soutenance de thèse de doctorat le 22 Juillet 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Avec le succès des communications sans fil, il devient possible d'accéder au réseau partout et à tout moment sans avoir recours à connecter physiquement les appareils communicants à une infrastructure. Les nœuds (ordinateurs portables, smartphones, etc) peuvent analyser les différents canaux radio afin de pouvoir s'associer à un réseau sans fil disponible (station de base, point d'accès, etc.) Un avantage indéniable de ses technologies sans fil est la possibilité d'être mobile tout en restant connecté. Cependant, la mobilité est une tâche difficile à gérer car elle doit être abordée à différentes couches pour être transparente aux utilisateurs. Dans les MANET (Mobile Ad hoc Network), les protocoles de routage utilisent des métriques pour sélectionner les meilleures routes. Les métriques peuvent refléter la qualité de la liaison sans fil et aider à gérer la mobilité.
Mais, un retard important entre l'estimation des métriques et leur inclusion dans le processus de routage rend cette approche inefficace.

Les travaux de cette thèse s'intéressent à la proposition de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage pour gérer le problème de la mobilité dans les réseaux ad hoc. Les nouvelles métriques doivent refléter la qualité du lien et être sensibles à la mobilité en même temps. Nous considérons les métriques classiques, en particulier ETX (Expected Transmission Count) et ETT (Expected Transmission Time). Nous introduisons de nouvelles méthodes pour anticiper les valeurs de ces métriques en utilisant des algorithmes de prédiction. Nous utilisons une approche Cross layer, qui permet l'utilisation conjointe de l'information à partir des couches 1, 2 et 3. La validation de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage nécessite une évaluation au travers d'un véritable banc d'essai. Nous avons donc également mis en oeuvre les nouvelles métriques de routage dans un testbed afin d'évaluer et de comparer leurs performances avec les métriques classiques.

Mots clés :
ETX, métrique, Ad Hoc, réseau sans fil, mobilité, anticipation


Membres du jury:

Directeur de thèse   Mme Véronique VÈQUE   Professeur (Université Paris-Sud)
Directeur de thèse  Mr Ridha BOUALLEGUE   Professeur (Université Tunis El Manar)
Co-directeur de thèse  Mr Anthony BUSSON   Professeur (Université Lyon 1)

Rapporteurs:
Mme Béatrice PAILLASSA   Professeur (Université de Toulouse)
Mme Kaouther SETHOM    Maître de conférences (Université de Carthage Tunis)

Examinateurs:
Mr Anis LAOUTI Enseignant-Chercheur (TELECOM SudParis)
Mme Anne FLADENMULLER Maître de Conférences HDR ( Université Pierre et Marie Curie)

Sequential strategies based on kriging

Emmanuel VAZQUEZ
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 15 Juillet 2015, 14h30 à

Emmanuel Vazquez entered the Ecole Normale Supérieure de Cachan in 1997 and was awarded the Agrégation de Physique Appliquée in 2000. In 2001, he obtained a Diplôme d'Etudes Approfondies in Mathematics for Vision and Learning, from the Ecole Normale Supérieure de Cachan. He received the Ph.D. degree in 2005 from the Orsay-Paris XI University, with a thesis on kernel-based non-linear systems black-box modeling. Since 2004, he is working at Supélec, now CentraleSupélec, as Associate Professor.

His research work focuses on sequential Bayesian search strategies and the design and analysis of computer experiments. This work is driven by a question central to many industrial problems: how to optimize the performance of a system using numerical simulations?  In particular, when simulations are time-consuming, it becomes essential to consider optimization algorithms that use the information provided by the simulations as efficiently as possible. The idea of the Bayesian approach for optimization is to use a random process as a model of the function to be optimized. Then, the optimization is performed by making evaluations of the function in sequence, each evaluation being chosen in order to minimize a criterion that quantifies the expected loss, under the random process model, incurred by taking the best evaluation result collected so far instead of the true unknown optimum. Both theoretical and practical aspects are considered in this work.

Membres du Jury :

* Fabrice Gamboa, Prof. Institut de Mathématiques de Toulouse
* Josselin Garnier, Prof. Univ. Paris-Diderot
* Bertrand Iooss, Ingénieur-Chercheur EDF R&D
* Luc Pronzato, DR CNRS
* Michèle Sébag, DR CNRS

Communication Sécurisée et Coopération dans les Réseaux sans Fil avec Interférence

Germán BASSI
Soutenance de thèse de doctorat le 6 Juillet 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Mesny

Dans cette thèse, nous menons une étude dans le cadre de la théorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amélioration du débit de données dans les réseaux avec interférence grâce à la coopération entre utilisateurs et le renforcement de la sécurité des transmissions à l'aide d'un signal de rétroaction.

Dans la première partie de la thèse, nous nous concentrons sur le modèle le plus simple qui intègre à la fois l'interférence et la coopération, le canal à relais et interférence ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caractériser dans un nombre fixe de bits la région de capacité du IRC gaussien, indépendante des conditions de canal. À cette fin, nous dérivons une nouvelle limite supérieure de la capacité et deux stratégies de transmission. La limite supérieure est notamment obtenue grâce à une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-déterministe et injective à l'origine dérivée par Telatar et Tse pour le canal à interférence. En outre, nous présentons deux stratégies de transmission qui combinent les stratégies de relayage de decode-and-forward (partiel) et compress-and-forward avec la stratégie de Han-Kobayashi pour faire face à l'interférence.

Dans la seconde partie de la thèse, nous étudions le canal avec espion et rétroaction généralisée ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de développer une stratégie de transmission générale qui englobe les résultats existants pour les différents modèles de rétroaction trouvés dans la littérature. À cette fin, nous proposons deux stratégies de transmission différentes sur la capacité du WCGF sans mémoire. Nous dérivons d'abord une stratégie de transmission qui est basée sur l'utilisation du codage de source et de canal conjoint, qui introduit des dépendances temporelles entre les sorties du signal de rétroaction et les entrées de canal à travers les différents blocs de temps. Nous introduisons ensuite une seconde stratégie de transmission où le signal de rétroaction est utilisé pour générer une clé secrète qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement. De plus, nous dérivons une stratégie d'accord de clé secrète pour le même modèle de canal.

Membres du jury:

Jean-Claude Belfiore Professeur Télécom ParisTech (Examinateur)

Deniz Gündüz  Professeur Assistant  Imperial College London (Examinateur)

Michel Kieffer  Professeur  CNRS / CentraleSupélec (Examinateur)

Pablo Piantanida  Professeur Assistant  CentraleSupélec (Encadrant de thèse)

Olivier Rioul  Professeur  Télécom ParisTech / LTCI CNRS (Examinateur)

Aydin Sez­gin  Professeur  Ruhr-Universität Bochum (Rapporteur)

Yang Sheng  Professeur Assistant  CentraleSupélec (Encadrant de thèse)

Daniela Tuninetti  Professeure Associée  University of Illinois at Chicago (Rapporteuse)

Multicast IP

Séminaire le 5 Juillet 2015, 12h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Antthony Busson

Localisation des sources aéro-acoustiques et imagerie à haute résolution

Jad ABOU CHAAYA
Soutenance de thèse de doctorat le 30 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Boucherot

La localisation de sources distribuées en champ proche présente un défi en traitement d'antenne. Une des applications est représentée par l'imagerie acoustique qui consiste à déterminer les positions et les puissances de sources aéro-acoustiques à l'aide d'un réseau de microphones. L'objectif est d’étudier et de réduire les sources aéroacoustiques dans l’industrie du transport. Néanmoins, dans la mesure de nos connaissances, les méthodes à haute résolution pour la localisation et l'estimation de puissance des sources avec étalement spatial n'ont pas était étudiée dans le domaine de l'imagerie acoustique.

Tout d’abord, le modèle de source Distribuées Cohérentes (DC) est étendu en champ proche ainsi que l'estimateur Distributed Signal Parameter Estimator (DSPE) sous le nom de NF-DSPE. Cependant, le NF-DSPE exige la connaissance à priori sur la forme de distribution de la dispersion de la source, la raison qui nous motive à proposer une estimation conjointe de l'angle, la distance, la dispersion et la forme de la source nommée JADSSE. Cette méthode fournit des estimations précises même en absence de l'information sur la forme de la distribution qui décrit la dispersion angulaire de la source.

Ensuite, un solution inspirée de l’estimateur DSPE Découplé (DDSPE) est proposé afin de découpler d’une part l'estimation de l’angle d’arrivée et de la distance et d’autre part l'estimation de la dispersion angulaire. Le NF-DDSPE permets l'estimation des angles et des distances des sources DC sans la connaissance a priori des formes des distributions angulaires. Pourtant, afin d'estimer la dispersion de la source, on propose le DADSSE qui consiste à utiliser le JADSSE et le NF-DDSPE pour estimer successivement la DDA, la distance de la source et ensuite la dispersion et la forme de la distribution.Puis, tenant compte de la configuration de l'application traitée, on construit le modèle de source DC considérant l'extension spatiale bidimensionnelle de la source paramétrée en coordonnées Cartésiennes. Ensuite, deux approches pour l'estimation de la puissance des sources sont proposées : la première exploite  le pseudo-spectre de la formation de voies généralisées et la deuxième repose sur un estimateur de moindres carrés. Les deux méthodes surmontent le défi d'estimer les sources moins puissantes. Les résultats présentent l'avantage de considérer la forme de la source sur la localisation et l'estimation de la puissance.

Finalement, les méthodes proposées sont utilisées sur les données réelles issues de mesures en soufflerie. Les  résultats montrent que les principales sources aéro-acoustiques apparaissent avec les estimateurs de sources ponctuelles et distribuées. Cependant, utiliser des estimateurs basés sur l'étalement de la source (source distribuée) présente les avantages suivants: i) localiser des nouvelles sources; ii) estimer la dispersion et de la forme pour améliorer la caractérisation de ces sources ; iii) détecter des sources aéro-acoustiques très proches; iv) augmenter la gamme d'estimation des puissances pour détecter à la fois les sources faibles et dominantes. En conclusion, on fournit un outil pour une meilleure cartographie des sources aéro-acoustiques qui considère l'estimation de la position, l'étalement, la puissance et la forme.

Membres du jury :

M. ANTONI Jérôme– Professeur – INSA Lyon (Rapporteur)
M. FORSTER Philippe– Professeur – Université Paris Ouest Nanterre La Défense  (Examinateur)
Mme. MARCOS Sylvie– Directeur de recherche CNRS– CentraleSupélec (Directeur de thèse)
M. PICHERAL José – Maîtres de conférences –  CentraleSupélec (Encadrant)
M. WANG Yide – Professeur – Univérsité de Nantes- Polytech Nantes (Rapporteur)

MIMO Radar Processing Methods for Anticipating and Compensating Real World Imperfections.

Mathieu CATTENOZ
Soutenance de thèse de doctorat le 27 Mai 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Le concept du radar MIMO est prometteur en raison des nombreux avantages qu'il apporte par rapport aux architectures radars actuelles : flexibilité pour la formation de faisceau à l'émission --- large illumination de la scène et résolution fine après traitement --- et allègement de la complexité des systèmes, via la réduction du nombre d'antennes et la possibilité de transférer des fonctions de contrôle et d'étalonnage du système dans le domaine numérique. Cependant, le radar MIMO reste au stade du concept théorique, avec une prise en compte insuffisante des impacts du manque d'orthogonalité des formes d'onde et des défauts matériels.

Ce travail de thèse, dans son ambition de contribuer à ouvrir la voie vers le radar MIMO opérationnel, consiste à anticiper et compenser les défauts du monde réel par des traitements numériques. La première partie traite de l'élaboration des formes d'onde MIMO. Nous montrons que les codes de phase sont optimaux en termes de résolution spatiale. Nous présentons également leurs limites en termes d'apparition de lobes secondaires en sortie de filtre adapté. La seconde partie consiste à accepter les défauts intrinsèques des formes d'onde et proposer des traitements adaptés au modèle de signal permettant d'éliminer les lobes secondaires résiduels induits. Nous développons une extension de l'Orthogonal Matching Pursuit (OMP) qui satisfait les conditions opérationnelles, notamment par sa robustesse aux erreurs de localisation, sa faible complexité calculatoire et la non nécessité de données d'apprentissage. La troisième partie traite de la robustesse des traitements vis-à-vis des écarts au modèle de signal, et particulièrement la prévention et l'anticipation de ces phénomènes afin d'éviter des dégradations de performance. En particulier, nous proposons une méthode numérique d'étalonnage des phases des émetteurs. La dernière partie consiste à mener des expérimentations en conditions réelles avec la plateforme radar MIMO Hycam. Nous montrons que certaines distorsions subies non anticipées, même limitées en sortie de filtre adapté, peuvent impacter fortement les performances en détection des traitements dépendant du modèle de signal.

Mots-clefs : radar MIMO, forme d'onde MIMO, réduction des lobes secondaires, traitement dépendant du modèle de signal, OMP, IAA, écart au modèle, expérimentation MIMO.

Plus d’infos : www.cattenoz.wordpress.com

Composition du jury

Philippe FORSTER     Professeur (Univ. Paris-Ouest et SATIE, ENS Cachan)  (Rapporteur)
Xavier NEYT  Professeur (Ecole royale militaire, Bruxelles)  (Rapporteur)
François LE CHEVALIER  Professeur (Université de Delf et Thales)  (Examinateur)
Josef WORMS  Mathématicien (FHR, Fraunhofer-Gesellschaft) (Examinateur)
Pascal CHEVALIER  Professeur et expert (CNAM et THALES-Communications-Security)  (Examinateur)
Sylvie MARCOS  Directrice de thèse, directrice de recherche (L2S-CNRS-CentraleSupélec-UPSUD)  (Examinateur)
Laurent SAVY  Encadrant de thèse, ingénieur (ONERA) (Examinateur)
Chin Yuan CHONG Chercheuse (DSO, Singapour)  (Invité)
Erwan COMTE  Responsable ingénierie radar (Direction générale de l'armement)  (Invité)
Philippe BROUARD  Encadrant de thèse, ingénieur (ONERA)  (Invité)
Laurent CONSTANCIAS  Encadrant de thèse, ingénieur (ONERA) (Invité)

Structure d'information, stratégies de communication et application aux réseaux distribués

Benjamin LARROUSSE
Soutenance de thèse de doctorat le 12 Novembre 2014, 14h00 à Telecom ParisTech (Paris)

Cette thèse étudie des problèmes d’optimisation distribuée avec différentes structures d’ob- servations et leurs applications aux réseaux sans fil et aux problèmes de Smart Grids. Spécifique- ment, une structure d’observation asymétrique entre deux agents est considérée, où un premier agent a connaissance complète à propos de la réalisation d’un état aléatoire, et l’autre agent ne connaît rien à propos de cet état. Dans ce contexte, la question est de savoir comment transmettre de l’information depuis le premier agent vers le second agent dans le but d’utiliser de manière optimale les ressources de communication. Plusieurs modèles sont étudiés dans cette thèse. Pour tous, un élément commun est le fait que la source d’information doit être encodée de manière appropriée pour optimiser l’utilisation de la configuration du système. Un premier modèle est étudié où aucun canal de communication n’est disponible entre les agents et ils ont une fonc- tion d’utilité commune. Cependant, le seul moyen de communiquer est via les actions choisies par les agents. Comme les actions ont une influence sur le paiement, l’agent informé encode sa connaissance à propos de l’état dans ses actions, qui seront observées de manière imparfaite par le second agent. Ce dernier décodera l’information et choisira ses actions dans le but de maxi- miser la fonction objectif commune. Nous utilisons des outils de théorie de l’information pour caractériser ce compromis optimal par une contrainte d’information, et appliquons ce scénario à un problème de contrôle de puissance pour un canal à interférence. Notre nouvelle stratégie (le contrôle de puissance codé) donne des gains très prometteurs comparés aux approches classiques.

Dans une seconde partie, nous considérons qu’il existe un canal dédié de communication, c’est- à-dire que les actions de l’agent informé n’ont pas d’influence sur le paiement et sont seulement utiles pour la transmission d’information. De plus, les agents sont supposés avoir des intérêts divergents, si bien que l’agent informé n’a pas nécessairement d’incitation à envoyer tout son savoir à l’agent non informé. La théorie des jeux et les jeux de « Cheap talk » en particulier sont le bon cadre pour analyser ce genre de problème. Nous caractérisons le schéma de signal sur lequel les agents se seront mis d’accord. Ce schéma amènera à un équilibre de Nash, est donc optimisera la façon dont la communication est faite. Ce modèle est d’un intérêt particulier pour les réseaux de véhicules électriques où un véhicule électrique doit envoyer son besoin en terme de puissance de charge à un aggrégateur qui choisira un niveau de charge effectif pour le véhicule électrique. Ce dernier ne se souciera que de son besoin, alors que l’aggrégateur se soucie également de l’état du réseau. Ce modèle aide à optimiser la façon dont le réseau est utilisé.

Enfin, nous considérons un modèle avec plus de deux agents, où le but principal est pour tous les agents de retrouver l’observation parfaite des actions passées de tous les agents. Ceci est d’un intérêt très particulier d’un point de vue de la théorie des jeux pour caractériser les utilités espérées de long terme des agents. Dans ce modèle, nous ajoutons un encodeur qui observe parfaitement toutes les actions passées et aidera les agents à obtenir l’observation parfaite. En fait, ceci sera possible si la bonne contrainte d’information est satisfaite. Nous caractérisons donc cette dernière, en utilisant un schéma de codage hybride combinant des outils classiques de théorie de l’information ainsi que des outils de la théorie des graphes.

Membres du jury
Eitan Altman INRIA Sophia-Antipolis (Examinateur)
Jean-Claure Belfiore Telecom ParisTech (Examinateur)
Matthieu Bloch Georgia Institute of Technology (Examinateur)
Olivier Gossner Paris School of Economics (Rapporteur)
Rida Laraki Université Paris-Dauphine (Rapporteur)
Samson Lasaulce L2S-CNRS (Directeur de thèse)
Michèle Wigger Telecom ParisTech (Examinateur)

 

An Example of Hardware/Software Partitioning in SDR Systems: the Software

Séminaire le 3 Juin 2014, 16h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Lorenzo Vangelista, Carlo Fantozzi, Daniele Vogrig

Conflicts and Incentives in Wireless Cooperative Relaying: A Distributed Market Pricing Framework

Séminaire le 3 Août 2013, 16h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Lin Chen

Amplification paramétrique d'images et transformée de Fourier

Séminaire le 8 Avril 2013, 12h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Eric Lantz

Adaptive Passivity–based Control for Maximum Power Extraction of Stand–alone Windmill Systems

Séminaire le 4 Avril 2012, 16h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Romeo Ortega, Fernando Mancilla–David and Mohsen Soltani

Mother Nature Knows Best:Results on Wireless Networks Based on Analogies with Physics

Séminaire le 2 Mars 2012, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Stavros Toumpis

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