Design and analysis of chaos-based communication systems

Résumé

L’introduction du paradigme IoT pour façonner le futur réseau 5G, dans la mesure où des milliards de nouveaux dispositifs seront déployés avec des besoins différents en termes d’accès sans fil, est l’une des pierres angulaires de l’établissement de la norme 5G. Une grande partie du réseau IoT est constituée de dispositifs WSN et LOWPAN, connus comme des dispositifs aux ressources limitées en termes de calcul et d’autonomie. La nouvelle norme pour les appareils IoT, à savoir la norme 802.15.4aa, spécifie plusieurs méthodes d’accès à la couche physique pour les réseaux sans fil à faible débit utilisant des modulations telles que DSSS, FSK, MPSK et UWB. La plus grande partie déploie encore la modulation DSSS pour les WSNs étant donné ses excellentes performances en termes de sécurité et sa mise en œuvre simple Les modulations basées sur le chaos offrent de meilleures performances que la DSSS et ont été prises en compte dans la littérature en raison des excellentes propriétés statistiques des signaux chaotiques. Elles ont donc été considérées comme une alternative, notamment pour les dispositifs à faible capacité, comme c’est le cas dans les WSN et les LOWPAN. Le schéma non cohérent basé sur le chaos offre une excellente solution grâce à sa méthode de détection simple qui permet une transmission réussie même à travers des canaux très bruyants et des évanouissements par trajets multiples. Dans la littérature, les performances TEB des schémas basés sur le chaos non-cohérent ne font pas l’objet d’une approche universelle, étant donné que chaque schéma est étudié séparément et que ses performances BER sont calculées à l’aide de simulations de Monte-Carlo ou de la fonction d’erreur pour chaque modèle. De plus, la limitation inhérente des systèmes non cohérents basés sur le chaos en termes de débit de données et d’efficacité spectrale a été abordée par l’introduction d’innombrables schémas de modulation. Cependant, la plupart des schémas proposés dans la littérature nécessitent des blocs de traitement du signal avancés pour la mise en œuvre de ces conceptions. Dans ce contexte, la question du calcul du TEB est abordée dans le deuxième chapitre de cette thèse où les expressions du TEB de plusieurs schémas non cohérents basés sur le chaos sur le canal à évanouissement de Rayleigh à trajets multiples sont étudiées et une nouvelle métrique sous la forme d’une limite inférieure est introduite. Dans ce but, une transformation est appliquée à l’expression du TEB des schémas non cohérents basés sur le chaos pour remplacer la fonction d’erreur par une limite inférieure équivalente à la fonction exponentielle multipliée par le PDF du canal d’évanouissement, puis une anti-dérivée est calculée. On obtient ainsi une véritable expression théorique qui peut être utilisée pour calculer avec précision les valeurs du TEB sur la voie d’évanouissement Rayleigh à trajets multiples pour différents systèmes basés sur le chaos. Dans la foulée, le troisième chapitre étend le travail effectué au chapitre deux à un modèle de canal plus généralisé, à savoir le canal à évanouissement de Nakagami-m à trajets multiples. La même méthodologie est appliquée aux modèles non cohérents basés sur le chaos afin de dériver une solution à forme fermée de l’expression du TEB. La nouvelle limite inférieure du TEB est ensuite calculée et comparée aux résultats de la simulation, et il est prouvé qu’elle offre une correspondance étroite avec de minuscules écarts de performance. Le quatrième chapitre de la thèse est consacré à l’amélioration de l’efficacité spectrale de la conception DCSK de base. Puisque le schéma DCSK souffre de la transmission d’un signal de référence qui occupe la moitié du temps de transmission, nous optons pour une solution qui peut raccourcir ce temps. Nous combinons la conception DCSK avec le filtrage FTN pour réduire l’espacement entre les symboles transmis et, par conséquent, obtenir une meilleure utilisation du spectre. Les performances de la nouvelle conception introduite sont évaluées pour différents modèles de canaux et paramètres de système. En outre, les performances du système sont comparées aux conceptions de pointe en termes de BER et d’efficacité spectrale.

Date	20 déc. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Georges Kaddoum (Directeur(-trice))