Communications RadioFréquences
(ComRF)
- Coefficient : 6^
- Volume Horaire: 150.0h estimées de travail (dont 84.0h EdT)
- CM : 4.5h encadrées
- CTD : 37.5h encadrées
- Labo : 30h encadrées (et 12h de séances d'études dirigées)
- Travail personnel hors EdT : 66h
Liste des AATs
Description
Ce module forme aux bases des systèmes radiofréquences et des communications numériques. Il permet de comprendre la propagation guidée, d’utiliser les outils RF et de concevoir des chaînes de transmission numériques adaptées à des contraintes de bruit et de bande passante. Ce cours couvre les fondamentaux de la propagation des ondes électromagnétiques, dans les lignes de transmission et les guides d'onde, en passant par l'étude de composants et dispositifs radiofréquences. L'étudiant apprendra à analyser, dimensionner et caractériser des composants et des systèmes RF en s'appuyant sur les outils classiques (abaque de Smith, paramètres S) ainsi que sur la simulation avec le logiciel ADS et la mesure avec un analyseur de réseau vectoriel. Ce cours couvre également les bases et outils avancés nécessaires pour analyser et concevoir des systèmes de communications sans fil. L’étudiant apprendra à dimensionner une chaîne de transmission numérique et à en évaluer les performances sur canal bruité, à comprendre les techniques d’étalement de spectre et leur rôle dans la robustesse et la sécurité. L'étudiant sera en mesure de mobiliser les outils du traitement du signal aléatoire multidimensionnel, que ce soit pour la mise en place d'algorithmes radar/sonar (estimation de direction d'arrivée) ou pour l'optimisation des systèmes de communication MIMO. Ce module apporte des connaissances utiles pour s’orienter vers l’ingénierie dans le domaine de la transmission d’informations. Il prépare également à une poursuite d’études dans le parcours Electronique RadioFréquence et Télécommunications du master Electronique, Energie Electrique, Automatique.
Acquis d'Apprentissage visés (AAv)
AAv1 [heures : 22, B2, B3] : Etude des lignes de Transmission et des outils RF. A la fin du cours/semestre, l’étudiant saura utiliser les notions élémentaires de la propagation sur des lignes de transmission (équation des télégraphistes, impédance caractéristique, paramètres de propagation, coefficient de réflexion, SWR) ainsi que les outils (abaque de Smith, paramètres S) classiquement employés.
AAv2 [heures : 23, B1, B2, B3, B4] : Introduction aux communications numériques. À la fin de cette partie du module, un étudiant sera capable d'analyser et de dimensionner une chaîne de transmission numérique simple, en tenant compte d'un canal bruité (AWGN) et d'une contrainte en bande passante, et d'en évaluer les performances en termes de taux d'erreur binaire (BER). Il saura notamment :
- Décrire l'architecture d'une chaîne de transmission numérique et relier débit binaire, bande passante et efficacité spectrale.
- Choisir et justifier une modulation mono-porteuse (ASK, FSK, PSK/QPSK, QAM) adaptée à un cahier des charges simple (débit cible, gabarit spectral, sensibilité au bruit), en explicitant le compromis entre efficacité spectrale et robustesse.
- Représenter et interpréter les signaux modulés en bande de base et en bande passante (représentation I/Q, diagramme de constellation) et expliquer comment la mise en forme par filtrage de Nyquist permet de contrôler l'occupation spectrale tout en limitant l'interférence entre symboles (ISI).
- Modéliser un canal AWGN et utiliser les notions de SNR et Eb/N0 pour analyser et comparer les performances en BER de différents schémas de modulation.
- Expliquer le principe du codage correcteur d'erreurs (rendement, distance minimale, gain de codage) et estimer son apport sur les performances d'un système, sans entrer dans la conception des codes.
- Expliquer le principe du CP-OFDM et en identifier les principaux avantages ainsi que ses contreparties.
- Mettre en œuvre une chaîne de transmission numérique simulée (mono-porteuse ou OFDM), implémenter un récepteur avec critère de décision, et évaluer ses performances (probabilité d’erreur, BER) en fonction des paramètres système.
AAv3 [heures : 30, B3, C1, C3] : Etude, simulation, mesure et conception de dispositifs radiofréquences. A la fin du cours/semestre, l’étudiant sera capable de caractériser le fonctionnement d’un composant ou d’un dispositif radiofréquences au travers de simulations avec le logiciel ADS de Keysight et de mesures réalisées avec un analyseur de réseau vectoriel (VNA). Il sera capable de dimensionner des systèmes d’adaptation avec des lignes ou des éléments localisés pour des systèmes radiofréquences. Il maitrisera les principales propriétés des matrices S au travers de l’étude de quelques multipôles passifs et connaitra les notions fondamentales relatives aux antennes.
AAv4 [heures : 10, B2, B3, C1] : Analyse des ondes guidées : modes, dispersion et cavités résonantes. À la fin du cours/semestre, l’étudiant sera capable de calculer la répartition spatiale des champs d’une onde guidée, d’analyser le comportement des modes de propagation dans les guides rectangulaires et coaxiaux (diagramme de dispersion, expressions de champs EM), d’évaluer l’impact de la dispersion notamment sur les vitesses de phase et de groupe, de déterminer la puissance électromagnétique transportée par un mode de propagation et de comprendre le fonctionnement d’une cavité résonante.
AAv5[heures : 23, B1, B2, B3, B4] : Étalement de spectre et sécurité de la couche physique. À la fin de cette partie, l’étudiant sera capable d'analyser les techniques d'étalement de spectre et d'évaluer leur rôle dans la sécurité de la couche physique des systèmes de communication sans fil. Il saura notamment :
- Modéliser un canal radio (multi-trajet, Doppler) et en déduire les contraintes de conception d'un système à spectre étalé.
- Décrire et comparer les différentes techniques (DS-SS, FH-SS, TH-SS, CSS), calculer leur gain de traitement et analyser leurs performances face au bruit et au brouillage.
- Expliquer les propriétés de quelques séquences d'étalement (M-séquences, Gold) et implémenter un générateur LFSR.
- Caractériser les propriétés de sécurité (LPD, LPI, LPE) et évaluer l'étalement comme contre-mesure aux attaques de la couche physique.
- Mettre en œuvre une chaîne DS-SS complète et caractériser ses performances sur canal AWGN simulé (BER, gain de traitement, rejet de brouilleur) et sur canal réel.
AAv6 [heures : 23, B1, B2, B3, B4] : Traitement du signal aléatoire multidimensionnel et applications MIMO/DOA. À l'issue de cette partie, l'étudiant sera capable de mobiliser les outils du traitement du signal aléatoire multidimensionnel pour l'estimation de direction d'arrivée (DOA) et l'analyse de systèmes MIMO. Il saura notamment :
- Caractériser un signal aléatoire multidimensionnel (matrice de covariance spatio-temporelle, estimation spectrale 2D, décomposition en sous-espaces signal/bruit)
- Formaliser le modèle de signal sur un réseau ULA et implémenter les algorithmes MUSIC et ESPRIT ; comparer leur résolution angulaire et robustesse face aux approches conventionnelles (beamforming, Capon)
- Modéliser un canal MIMO (représentation matricielle, SVD), calculer sa capacité avec et sans CSI (water-filling) et quantifier le gain par rapport au SISO
- Mettre en œuvre les techniques de multiplexage spatial (V-BLAST), diversité (Alamouti, beamforming) et relier leurs performances aux propriétés statistiques du canal
Modalités d'évaluation
moyenne de plusieurs évaluations courtes de contrôle continu