Notre planète se dirige progressivement vers une famine énergétique due à la croissance démographique et à l’industrialisation. Par conséquent, l’augmentation de la consommation et des prix de l’électricité, la diminution des combustibles fossiles et le manque de protection de l’environnement par les émissions de gaz à effet de serre, ainsi que l’utilisation inefficace des approvisionnements énergétiques existants ont provoqué ces dernières années des problèmes graves de congestion des réseaux dans de nombreux pays. En plus de cette situation de surcharge, le système électrique est aujourd’hui confronté à de nombreux défis, tels que les coûts de maintenance élevés, le vieillissement des équipements, l’absence de diagnostic efficace des pannes, la fiabilité de l’alimentation électrique, etc. qui augmentent encore les risques de panne du système. En outre, l’adaptation des nouvelles sources d’énergie renouvelables avec les centrales électriques existantes, pour offrir une alternative à la production d’électricité, l’a transformée en une échelle très vaste et complexe, ce qui soulève de nouveaux problèmes. Pour relever ces défis, un nouveau concept de réseau électrique de la prochaine génération, appelé "réseau intelligent", a vu le jour, dans lequel les technologies de l’information et de la communication (TIC) jouent un rôle clé. Pour un réseau intelligent fiable, la surveillance et le contrôle des paramètres du réseau électrique dans les segments de transport et de distribution sont essentiels. Cela nécessite le déploiement d’un réseau de communication robuste au sein du réseau électrique. Traditionnellement, les communications sur le réseau électrique sont réalisées au moyen de communications câblées, y compris les communications par ligne électrique (PLC). Cependant, le coût de son installation peut s’avérer onéreux, en particulier pour les applications de contrôle et de surveillance à distance. Plus récemment, de nombreux intérêts de recherche ont été attirés par les communications sans fil pour les applications de réseaux intelligents. A cet égard, les méthodes les plus prometteuses de surveillance des réseaux intelligents explorées dans la littérature sont basées sur les réseaux de capteurs sans fil (WSN). En effet, la nature collaborative du WSN apporte des avantages significatifs par rapport aux réseaux sans fil traditionnels, y compris une couverture plus large et à faible coût, une auto-organisation et un déploiement rapide. Malheureusement, les environnements rudes et hostiles des systèmes d’alimentation électrique posent de grands défis pour la fiabilité des communications entre les noeuds de capteurs en raison des fortes interférences radiofréquence et du bruit appelé "bruit impulsif".
En raison de l’importance fondamentale des communications sur réseau intelligent basées sur WSN et de l’impact possible du bruit impulsif sur la fiabilité des communications des noeuds de capteurs, cette thèse est censée combler le manque dans les résultats des recherches existants. Pour être plus précis, les contributions de cette thèse peuvent être résumées en trois volets : (i) l’étude et l’analyse des performances des techniques d’atténuation du bruit impulsionnel pour les systèmes de communication à porteuse unique point-à-point altérés par un bruit impulsionnel en rafale ; (ii) la conception et l’analyse des performances des réseaux WSN collaboratifs pour la communication intelligente en tenant compte du modèle de bruit RF dans le processus de conception, une intention particulière est donnée à la manière de prendre en compte la corrélation dans le temps des échantillons de bruit ; (iii) estimation par erreur carrée moyenne minimale optimale (EMM) des phénomènes physiques comme la température, l’intensité et la tension, typiquement modélisé par une source gaussienne en présence d’un bruit impulsif.
Dans la première partie, nous comparons et analysons les méthodes non linéaires largement utilisées telles que l’écrêtage, l’effacement et la combinaison écrêtage/effacement pour atténuer les effets nocifs du bruit impulsionnel en rafale dans les systèmes de communication point à point avec transmission mono-porteuse à codage LDPC (Low-Density Parity Check). Bien que la performance de ces techniques d’atténuation soit largement étudiée pour les systèmes de communication multi-porteuses utilisant le multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (OFDM) sous l’effet du bruit impulsif sans mémoire, on constate que le OFDM est moins performant que sa homologue mono-porteuse lorsque les impulsions sont très fortes et/ou fréquentes, comme on peut en retrouver dans les systèmes de communication actuels, dont les réseaux de communications de grilles intelligentes. De même, l’hypothèse d’un modèle de bruit sans mémoire n’est pas valable pour de nombreux scénarios de communication. De plus, nous proposons une atténuation du bruit impulsif basée sur le logarithme du rapport de vraisemblance (LLR) pour le scénario considéré. Nous montrons que la propriété de mémoire du bruit peut être exploitée dans le calcul du LLR par une détection maximale à posteriori (MAP). Dans ce contexte, les résultats de simulation fournis mettent en évidence la supériorité du système d’atténuation basé sur les LLR par rapport aux simples systèmes de coupures par écrêtage/effacement.
La deuxième contribution peut être divisée en deux volets : (i) nous considérons l’analyse des performances d’un système de relais coopératif de décodage et de transmission (DF) à relais simple, sur des canaux altérés par un bruit impulsionnel en rafale. Pour ce canal, les performances du taux d’erreur binaire (TEB) de la transmission directe et d’un schéma de relais DF utilisant la modulation M-PSK en présence d’évanouissements de Rayleigh avec un récepteur MAP sont dérivées ; (ii) dans le prolongement du schéma WSN collaboratif simple relais, nous proposons un nouveau protocole de sélection de relais pour un WSN collectif DF multi relais prenant en compte le bruit impulsionnel en rafale. Le protocole proposé choisit le meilleur relais N’th en tenant compte à la fois des gains de canal et des états du bruit impulsif des liaisons relais source-relais et relais-destination. Pour analyser la performance du protocole proposé, nous dérivons d’abord des expressions de forme analytique exacte pour la fonction de densité de probabilité (PDF) du SNR reçu. Ensuite, ces PDFs sont utilisés pour dériver des expressions de forme analytique exactes pour le TEB et la probabilité d’interruption. Enfin, nous dérivons également les expressions asymptotiques du TEB et des coupures pour quantifier les avantages de la diversité. Les résultats obtenus montrent que les récepteurs proposés sur la base du critère de détection MAP sont les plus appropriés pour les environnements de bruit impulsionnel en rafales car ils ont été conçus en fonction du comportement statistique du bruit.
A la différence des contributions susmentionnées, nous avons parlé de la détection fiable des alphabets finis en présence d’un bruit impulsif en rafale, dans la troisième partie, nous étudions l’estimation MMSE optimale pour une source gaussienne scalaire altérée par un bruit impulsif. Au chapitre 5, l’estimation bayésienne optimale du MMSE pour une source gaussienne scalaire, en présence d’un bruit impulsionnel en rafale, est examinée. D’autre part, au chapitre 6, nous étudions l’estimation distribuée d’une source gaussienne scalaire dans les WSNs en présence d’un bruit de classe A de Middleton. D’après les résultats obtenus, nous concluons que l’estimateur MMSE optimal proposé surpasse l’estimateur MMSE linéaire développé pour le canal gaussien.
| Date | 1 août 2019 |
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| langue originale | Anglais américain |
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| Établissement diplômant | - École de technologie supérieure
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| Superviseur | Georges Kaddoum (Directeur(-trice)) & Basile L. Agba (Codirecteur(-trice)) |
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