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OPERA - Wireless Communications Group [OPERA - Wireless Communications Group] (OPERA)
Faculté des Sciences appliquées - école polytechnique / Brussels School of Engineering (Faculty of Applied Sciences) - Physique et Mathématique (unité ULB697)

L'activité du groupe Communications sans fil se concentre sur les nouvelles solutions technologiques nécessaires aux systèmes de communications sans fil émergents. Notre recherche vise à la caractérisation et à la modélisation du canal de communication, au développement de nouvelles techniques de codage et de modulation adaptées aux caractéristiques du canal, et à la défintion d'architectures réseaux innovantes. [The wireless Communications group activities focus on new technological solutions for emergingwireless communications systems. Our research aims at characterizing and modeling thecommunication channel, developing new coding and modulation techniques adapted to the channelcharacteristics, and, defining innovative network architectures.]



coordonnées / contact details


OPERA - Wireless Communications Group [OPERA - Wireless Communications Group]
tel +32-2-650.28.57, fax +32-2-650.47.13, francois.horlin@ulb.ac.be, natascha.vander.heyden@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/facs/polytech/opera/index.html
Campus du Solbosch, Batiment C, Niveau 3, Local C3.122A
CP165/81, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

Pour en savoir plus, consultez le site web de l'unité.



responsables / head


Prof. Philippe EMPLIT Prof. Philippe DE DONCKER Prof. François HORLIN Prof. Jean-Michel DRICOT


composition / members


Marc BAUDUIN François BELLENS Jonathan BODART André BOURDOUX Olivier DELANGRE Thibault DELEU Jean-François DETERME Rudy ERCEK Jessica FICKERS Behrouz HADJI ABOLGHASSEM RIAHI Lingfeng LIU Ali PANAHANDEH Xavier PATRIS François QUITIN Julien RENARD Olivier VAN DEN BIGGELAAR Stéphane VAN ROY Jonathan VERLANT-CHENET


projets / projects


Etude des réseaux sans fil corporels à ultra-large bande [Etude des réseaux sans fil corporels à ultra-large bande]
Les réseaux sans fil corporels sont des réseaux placés à même le corps de l'utilisateur ou intégrés à ses vêtements dans le but de transmettre soit des informations bio-médicales, soit des contenus multi-médias. Nous avons mis en évidence que les transmissions se déroulaient autour du corps humain grâce à des ondes corporelles qui restent « attachées » au corps. Un premier but sera d'étudier expérimentalement le canal de communication sans fil autour du corps, soit dans le cadre des technologies classiques, soit dans le cadre des transmissions par impulsions ultra-courtes appelées Ultra-Wideband (UWB). Nous développerons ensuite des algorithmes de codage et de modulation adaptés aux caractéristiques du canal. Nous nous intéresserons à la fois aux communications entre dispositifs localisés sur le corps, et aux communications entre un dispositif placé sur le corps et un autre placé dans le voisinage proche.

Etude spatio-temporelle ultra-large bande du canal de transmission et des algorithmes de communication pour réseaux corporels sans fil [Ultra-wideband spatio-temporal study of the transmission channel and communication algorithms for body area networks]
Les avancées technologiques en électronique de ces dernières années, combinées au succèsavéré et toujours montant des communications sans fil, ont tout naturellement donnénaissance à un nouveau type de réseaux sans fil, communément appelés les Body AreaNetworks (BAN). A terme, ces réseaux corporels sans fil permettront à un ensemble desenseurs biomédicaux répartis sur le corps humain de communiquer, entre eux ou avec lemonde extérieur, soit pour échanger des informations en vue du traitement en temps réel dupatient, soit pour enregistrer des données physiologiques et/ou contextuelles en vue d'uneanalyse ultérieure. Néanmoins, avant que ces réseaux puissent être implémentés à largeéchelle, de nombreuses percées technologiques sont encore nécessaires. Le problème le plusardu est certainement celui de la consommation d'énergie. Celle-ci devant être minimale auniveau des senseurs, c'est sur le centre névralgique du réseau, la station de base, que va sereporter toute la complexité des transmissions.En réponse à cette contrainte énergétique, notre projet de thèse envisage l'utilisation de deuxtechnologiques émergentes :- L'ultra-wideband (UWB): elle est une technique de transmission où l'énergie radio estétalée sur une large plage de fréquences avec une faible densité spectrale de puissance.Ses avantages sont nombreux, incluant en autres, la possibilité de co-existence avecd'autres systèmes présents, l'immunité aux évanouissements et une résolutiontemporelle fine.' Les systèmes multiple-input multiple-output (MIMO) ; ils tirent parti de l'utilisation deplusieurs antennes `a l'émetteur et au récepteur pour accroître la qualité destransmissions et/ou pour obtenir des communications simultanées entre dispositifsd'un réseau. En pratique, seule la station de base est équipée d'antennes, définissantun nouveau réseau baptisé multiple-sensor MIMO BAN. [A new kind of wireless personal and body-centric network has emerged for a few years. It iscomposed of several sensors placed on the human body and measuring vital information. Thisinformation is then carried out towards a central body-worn device, such as a personal digital assistant(PDA). This wireless network is known as a Body Area Network (BAN). Several applications areforeseen, e.g. patient monitoring, where the user is no longer restricted to one specific place and can betaken care of remotely.In this work, multi-sensor MIMO (MS-MIMO) Ultra-wideband (UWB) systems areinvestigated. Each sensor consists of one antenna while the central device (where most of thecomputational complexity is located) uses an antenna array. Using MIMO techniques, it is possible toperform beamforming, multi-hops relays or to improve the capacity of the transmission. UWB systemsare characterized by a bandwidth ranging from 3.1 to 10.6 GHz, leading to several advantages such aslow interference to and from other systems, low sensibility to fading and accurate position locatingdue to the fine time resolution.Yet, the development of efficient space-time algorithms requires a full UWB MS-MIMOchannel characterization, with a special attention to the spatial domain.]

Modélisation du canal GNSS en odométrie sécuraitaire [GNSS channel modelling for safe positioning]
Ce travail a pour but d'estimer la statistique des erreurs de Pseudo-Distance (DistanceSatellite-Récepteur) dues à la prorogation hors-ligne-de-vue (NLOS). Un modèle de canyonurbain est utilisé afin de déterminer l'ordre de grandeur de ces erreurs ainsi que leuroccurrence et d'en tenir compte en positionnement sécuritaire avec le GPS, celui-cinécessitant un haut niveau d'intégrité. [When a GNSS/GPS receiver tracks a NLOS (Non-Line-Of-Sight) satellite, the pseudo-rangeerror can be very large. It is a worst case scenario for safe positioning. In order to estimate thestatistical distributions of the pseudo-range errors due to NLOS-multipath propagation and thefrequency of this event, an urban canyon model is used by applying a specific ray-tracingalgorithm.]

Caractérisation et modélisation du canal de communication pour réseaux sans fil coopératifs [Channel propagation characterization and modeling in cooperative wireless network]
L'objectif de ce projet est la modélisation des macro-corrélations entre sous-canaux des réseaux sans fil coopératifs. Le cas d'étude privilégié sera celui des réseaux sans fil corporels. [The aim of this project is to modelize macro-correlations between cooperative wireless networks sub-channels. The case study will focus on Body Area Networks. ]

Etude des radios cognitives à polarisations multiples [Study of multi-polarized Cognitive Radios]
Suite à l'émergence des réseaux de communication sans-fil lors de ces dernières années, il est de plus en plus difficile de libérer de nouvelles bandes de fréquence pour de nouveaux systèmes de communication. Cependant, si on observe l'utilisation effective de ces bandes de fréquence, on s'aperçoit qu'il existe une véritable sous-utilisation de ces ressources. Les radio-cognitives sont des systèmes de communication qui réutilisent les ressources non-utilisées à un instant donné par des utilisateurs du service primaire pour y effectuer leurs communications à condition de ne pas interférer sur ces services existants.Dans ce projet nous utiliserons la polarisation des ondes électromagnétique d'une part pour augmenter la fiabilité de détection d'un utilisateur primaire sur une bande de fréquence et ainsi diminuer les interférences avec le réseau primaire et d'autre part en tant qu'une nouvelle dimension de communication autre que la fréquence pour communiquer au sein du réseau secondaire.Les objectifs de ce programme de recherche sont donc de :1. Définir une modélisation dynamique de la polarisation dans le cadre des réseaux cognitifs. Cet objectif inclut une partie expérimentale de mesure de canal et la modélisation des propriétés de stationnarité de celui-ci.2. Développer des méthodes de spectrum sensing pour le cas multi-polaires.3. Modéliser le canal hétérogène formé de la superposition du réseau primaire et du réseau secondaire et en déduire des techniques de communication utilisant la polarisation comme une nouvelle dimension de communication au sein du réseau secondaire. [Following the emergence of new wireless communication networks in recent years, itbecomes more and more difficult to release new frequency bands for new communicationsystems. However, if we observe the effective use of theses frequency bands, we realize thatthere is a real under-utilization of these resources. The Cognitive Radios are communicationsystems that reuse the unused resources at a given time by the primary service users, toestablish their communications, without interfering theses existing services.In this project we'll use the polarization of electromagnetic waves to firstly increase thereliability of detection of a primary user within a frequency band and so decrease theinterferences with the primary network, and secondly as a new dimension of communicationother than the frequency to communicate within the secondary network.The objectives of this research program are thus:1-To define a dynamic model of polarization in the context of Cognitive networks. Thisobjective includes an experimental part of channel measurement and modeling of itsstationary properties. 2-To develop spectrum sensing methods for the multi-polar case.3-To model the heterogeneous channel, formed by the superposition of the primary andsecondary network and to deduce from it communication techniques that use the polarizationas a new dimension of communication within the secondary network.]

Techniques de détection des signaux basées sur les propriétés de cyclostationarité [Cyclostationarity detection for spectrum sensing]
L'objectif est de concevoir des techniques de détections des signaux basées sur les propriétés de cyclostationarité d'ordre 4 inhérentes aux signaux de télécom. [The objective is to conceive spectrum sensing techniques based on the fourth-order cyclostationarity properties found in the telecommunication signals.]

Allocation des ressources spectrales et synchronisation pour radios cognitives [Frequency resource allocation and synchronization for cognitive radios]
Le premier objectif est de concevoir des techniques hiérarchiques d'allocation des ressources au sein d'un réseau cognitif distribué. Le deuxième objectif est de concevoir une stratégie de synchronisation au sein d'un tel réseau. [The first objective is to conceive hierarchical resource allocation schemes for a distributed cognitive radio system. The second objective is to conceive a synchronization strategy for such a system.]

Détection de spectre basée sur des mesures compressives du signal [Spectrum sensing based on compressed signal measurements]
L'objectif est de concevoir des techniques de détection des signaux de communications basées sur une observation sous-échantilonnée du signal au récepteur. [The objective is to conceive communication signal detection methods based on sub-sampled observations at the receiver.]

Coopération pour radios cognitives à haut débit [Coopération pour radios cognitives à haut débit]
Face à la pénurie de fréquences radio disponibles pour les télécommunications, une solution est l'utilisation de radios cognitives. De telles radios sont déployées au sein d'un réseau adaptatif (réseau secondaire) qui utilise les bandes de fréquences laissées libres par le réseau auquel ces bandes ont été légalement allouées (réseau primaire). L'un des principaux obstacles qui empêchent la mise en oeuvre pratique d'un système de radios cognitives est le phénomène de fading. Sous l'effet du fading, il se peut par exemple qu'un terminal secondaire ne parvienne pas à détecter la présence d'un terminal primaire et interfère par conséquent sur ce dernier. Pour contrecarrer l'effet du fading, une possibilité est d'assurer une certaine coopération entre les noeuds du réseau secondaire (c'est à dire un échange d'informations en couche physique). Ce projet de recherche étudie comment une telle coopération peut être organisée efficacement et quel en est l'impact sur les performances du système de radios cognitives. [Cognitive radios have been proposed as a solution to the spectrum scarcity problem. Suchradios are deployed into a secondary adaptive network using the free frequency bands whichare legally allocated to a primary network.One of the main difficulties faced by cognitive radios systems is the fading phenomenon.Because of fading one terminal may, for instance, not detect the presence of a primaryterminal and as a result interfere on the latter.In order to hinder the fading problem, an idea is to make secondary nodes cooperate with eachother (i.e. making them exchange information at the physical layer level). The researchproject studies how cooperation can be set up efficiently and what is its impact on thecognitive radios system performances.]

Egalisation d'un canal non-linéaire [Equalization of a non-linear channel]
L'objectif est de compenser un canal de communication non-linéaire résultant de l'utilisation d'amplificateurs de puissance ^ saturation (satellite, 60 GHz). [The objective is to compensate for a non-linear communication channel resulting from the presence of saturated power amplifiers (satellite, 60 GHz). ]

Communications sur fibre optique à détection cohérente [Optical fiber communications based on coherent detection]
L'objectif est de développer des techniques de traitement de signal visant à compenser les effets introduits par la fibre optique. Une attention particulière est portée aux systèmes à canaux multiples. [The objective is to develop signal processing techniques aiming at compensating the effects introduced by the optical fiber. A special attention is paid to multi-channels communication systems.]

Architecture de réseaux cognitifs [Cognitive Networks Architcture]
L'Internet et la téléphonie mobile ne sont que des étapes dans l'évolution des architectures réseaux. Dans un futur proche, les 7 milliards de périphériques électroniques existant actuellement seront interconnectés dans un nouveau réseau, appelé ''Internet of Things''. Cette évolution soulève des questions théoriques majeures (comment interconnecter autant de noeuds ? quelle densité pour quelle connectivité ? comment se partager les spectre radio-fréquence? ) mais également touche au domaine technologique (quels nouveaux standards ? comment réconcilier BlueTooth, ZigBee, WiFi, UMTS, EDGE, etc...). Notre recherche porte d'une part sur l'étude des réseaux mesh et sur l'élaboration d'une architecture cognitive. Les réseaux mesh sont des réseaux ne nécessitant pas de structure centrale (comme une station de base en UMTS). Les noeuds sont autonomes: ils structurent et font évoluer leurs routes en fonction de la qualité du signal, du trafic, etc. De tels réseaux présentent donc l'avantage d'avoir une architecture robuste, autonome et décentralisée. Afin de leur donner plus de flexibilité, on les étend vers une architecture ''cognitive'', c'est-à-dire qu'ils sont capables de détecter des ''trous'' dans le spectre radio et de s'y placer sans déranger les réseaux déployés précédemment (appelés réseaux primaires''). Ainsi, deux opérateurs peuvent opérer des réseaux distincts pourtant déployés dans un même lieu. [The Internet and cellular telecommunication architecture are becomingobsolete network architectures. In a close future, an estimated amountof 7 billion of electronic devices will be able to interconnect. Theywill cooperate under the new paradigm referred to as Internet ofThings or IoT. This evolution leverages several theoretical questions:how to practically connect a massive amount of nodes ? what is theminimum density to ensure connectivity ? who will these devices sharethe already-scarce radio spectrum ? Moreover, new technologychallenges will arise: under what standard will they operate, how tobe backward-compatible with ZigBee, Bluetooth, WiFi, UMTS, and EDGEtechnologies ?Our research focuses (i) on the wireless mesh networks architecturesand (ii) on a cognitive approach suitable for the mesh networks. Meshnetworks are non-centralised, autonomous, and resilient architectures.A constant monitoring of their environment allows them to adapt tomodifications such as node apparition or dead, changes in thepropagation environment, etc. By injecting a ''cognitive engine'', itwill be possible to detect, monitor, and adapt to spectrum whole(i.e., unused bandwidth). For instance, this will allow two or severaloperators to operate in a same place and into a limited spectrumwithout interfering each with the other.]

SAPHYRS (SAfe Positioning using a HYbrid and Robust System) [SAPHYRS (SAfe Positioning using a HYbrid and Robust System)]
Le projet SAPHYRS s'attelle à développer des techniques de positionnement à haute intégrité basées sur l'emploi combiné de positionnement satellitaire et d'un ou plusieurs moyens d'augmentation, pour améliorer l'intégrité, la disponibilité et/ou la précision. Les applications prioritairement visées sont les applications ferroviaires. Les objectifs du projet sont d'une part d'analyser le potentiel d'emploi d'informations GSM (notamment GSM-R) et UMTS pour le positionnement sécuritaire et d'autre part de concevoir un système de détermination de la position d'un train dans un tunnel par système radio. [SAPHYRS project aims to develop positioning techniques with high integrity, based onsatellite positioning and several other techniques, to increase integrity, availability and/ orprecision. Targeted applications are trains and railway vehicles. The objectives of the projectare on one hand, to analyse the GSM information (notably GSM-R) and UMTS for securitypositioning, and on the other hand to conceive a system to determinate the position of a trainin a tunnel using wireless systems.]

F3M - Méthodes de maintenance multimodales [F3M - Méthodes de maintenance multimodales]
Le projet F3M étudiera l'optimisation du processus de maintenance dans le domaine de l'aéronautique. Il inclura un système de communication et de localisation des personnes, un système de gestion centralisé et temps réel de la documentation, un système permettant de localiser précisément des défauts pour qu'ils soient réparés plus tard et un système informatique intégré aux vêtements des techniciens qui permettra de communiquer et de consulter la documentation simplement et sans perturbations sur son travail. [Le projet F3M étudiera l'optimisation du processus de maintenance dans le domaine de l'aéronautique. Il inclura un système de communication et de localisation des personnes, un système de gestion centralisé et temps réel de la documentation, un système permettant de localiser précisément des défauts pour qu'ils soient réparés plus tard et un système informatique intégré aux vêtements des techniciens qui permettra de communiquer et de consulter la documentation simplement et sans perturbations sur son travail.]

PRISM
Ce projet porte sur la fourniture de services interactifs et contextualisés sur téléphone portable à l'intérieur de bâtiments. Il s'agit d'un projet FIRST Spin-off.Perdu dans une foire, interrogatif face à une oeuvre dans un musée, à la recherche d'un article dans un supermarché ? : nous proposons d'accéder sur son propre téléphone portable à l'information dont l'utilisateur a besoin en fonction de l'endroit où il se trouve. Le prestataire de service propose grâce à notre solution, un service supplémentaire, personnalisé et établit ainsi un nouveau canal de communication avec ses clients. [This project deals with the delivery of contextualized and interactive services on mobilephones, inside commercial buildings.Lost in a tradefair, looking for a product inside a supermarket, curious about a painting insidea museum? We deliver on your mobile phone the right information, at the right place and theright moment! Thanks to our solution, a new channel to the customers is open. The final useris rewarded with a very personalized content delivered on it's mobile phone.]



publications





theses


Olivier van den Biggelaar, Distributed Spectrum Sensing and Interference Management with Low Capacity Control Channels for Cooperative Cognitive Radios, 2012

Olivier Delangre, ''Modélisation du canal radio en chambre réverbérante'', 2008

Philippe De Doncker, '' Application des potentiels au calcul de la diffraction des ondes électromagnétiques'', 2001



collaborations


Claude Oestges, UCL, EMIC, Louvain-la-Neuve, Belgique

Martine Liénard, USTL, Telice, Lille, France

Pierre Degauque, USTL, Telice, Lille, France

Marc Hélier, UPMC, E2S, Paris, France

Walid Tabbara, Supélec, E2S, Paris, France

Luc Vandendorpe, Universite catholique de Louvain, ICTeam, Louvain-la-Neuve, Belgique

Andre Bourdoux, IMEC, Wireless research, Leuven, Belgique

Jerome Louveaux, Universite catholique de Louvain, ICTeam, Louvain-la-Neuve, Belgique

Mathieu Dervin, Thales Alenia Space, Telecom, Toulouse, France



prix / awards


URSI Comm. B Young Scientist Award, 2004 - Philippe DE DONCKER

Prix Frerichs, 1996 - Philippe DE DONCKER



savoir-faire/équipements / know-how, equipment


Analyseur de réseaux cellulaires (GSM, GSM-R, UMTS)

Analyseur de réseaux vectoriel (4ports - 26 GHz)

Analyseur de spectre (13 GHz)

Analyseur de spectre temps réel

Générateur de signaux vectoriels (2 ports, 6 GHz)

Plateforme électronique de type software defined radio

Sondeur de canal multi-antennes

Déploiement et gestion de réseaux maillés

Mesure de canal

Mesure de couverture

Mesures de champs électromagnétiques



mots clés pour non-spécialistes / keywords for non-specialists


communications sans fil electromagnétisme et propagation réseaux de télécommunication traitement du signal


disciplines et mots clés / disciplines and keywords


Sciences de l'ingénieur Technologie des télécommunications [télécommunications] Technologie des télécommunications [transmission] Technologies de l'information et de la communication (TIC)

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codes technologiques DGTRE


Électromagnétisme, optique, acoustique Informatique, théorie des systèmes Technologie spatiale Télécommunications Traitement des signaux