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Les thématiques de la chaire Pracom

La puissance de calcul des puces microélectroniques est appelée à être multipliée par un facteur supérieur à 50 dans les dix années à venir. Cette perspective laisse le champ libre à la conception de nouveaux algorithmes sophistiqués dont les équipements de télécommunications devront se doter pour satisfaire des objectifs toujours plus ambitieux de débit, de robustesse et de qualité de service. En particulier, les techniques itératives que le principe « turbo » a introduites dans les récepteurs vont être largement développées.

Les principaux concepts, établis ou en émergence, que la chaire Pracom ambitionne d'approfondir sont les suivants :

• Le codage de canal moderne : les turbocodes, convolutifs ou blocs, les codes LDPC (Low Density Parity Check) ou des structures innovantes. Le codage de canal, ou codage correcteur est devenu une fonction incontournable dans tous les systèmes numériques de télécommunications. Son application s'étend également aux mémoires de masse (CD/DVD-ROM, disque dur d'ordinateur, transmissions optiques …) grâce aux excellentes performances des turbo codes sur canal binaire symétrique. Un enjeu majeur du codage de canal est l'Internet et son engorgement progressif, qui se traduit par des pertes de paquets. Dans ce canal dit à effacement (binary erasure channel), les turbocodes présentent d'excellentes performances ;
   
• Les modulations à grand nombre de points. Devenues familières dans le contexte de l'ADSL, les modulations à haute efficacité spectrale (MAQ256 par exemple) sont appelées à être déployées dans les communications mobiles ;
   
• Les modulations multi-porteuses, telles que l'OFDM, déjà mise en oeuvre dans la diffusion terrestre de télévision numérique (TVNT). L'augmentation des débits dans les liaisons radio accroît l'effet perturbateur des interférences, qui peut cependant être grandement atténué par l'utilisation de telles modulations ;
   
• Les modulations large bande (UWB). Ces modulations très particulières, basées sur l'émission d'impulsions synchronisées, sont bien adaptées aux liaisons sur courtes distances entre un grand nombre d'équipements ou d'objets interdépendants ;
   
• Les turbo-algorithmes (turbo-détection, turbo-égalisation, turbo- synchronisation, ...) sont la réponse au souci de ne perdre aucune information exploitable dans le récepteur. Ces procédés seront le passage obligé dans la conception des récepteurs du futur, pour lesquels les bilans de liaison seront définis « au plus juste » ;
   
• La synchronisation des mots de code dans le récepteur. En effet, les gains apportés par les traitements de type turbo conduisent à des seuils de fonctionnement de plus en plus faibles dans les récepteurs. Ces traitements turbo supposent généralement que le récepteur a déjà identifié le début des blocs codés (pour effectuer le décodage) ce qui nécessite souvent l'introduction de séquences d'apprentissage. Ces séquences consomment de la bande passante et ce d'autant plus que le seuil de fonctionnement est faible. La synchronisation des mots de code en aveugle (ou semi-aveugle) permettra d'économiser de la bande passante et constitue donc un défi majeur pour les futurs systèmes de communication ;
   
• Les communications à accès multiple. Les techniques F/T/CDMA (Frequency/Time/Code Multiple Access) sont déjà au cœur de la téléphonie mobile et des réseaux locaux. Des évolutions sont possibles pour accroître les effets de diversité ;
   
• Les communications à entrées et sorties multiples. L'utilisation d'antennes multiples accroît nettement les capacités d'un système de communications. Cela semble même être le moyen le plus efficace pour lutter contre les effets d'interférence, lorsque les débits de transmission sont augmentés au delà de ce que peuvent admettre les modulations multi-porteuse et les techniques d'égalisation. Le nombre d'antennes est cependant limité par des contraintes de volume et de complexité. Un important champ d'étude est ouvert pour combiner au mieux l'ensemble des diversités (temps, fréquence, espace, codage) offert par les systèmes MIMO (Multiple In/Multiple Out) ;
   
• Les antennes intelligentes. Elles adaptent le rayonnement électromagnétique support des informations à transmettre aux contraintes de l'environnement. Ces contraintes peuvent par exemple être issues de normes de sécurité vis à vis des personnes, d'exigences particulières en sélectivité (fréquentielle et spatiale), de fonctionnement demandé en large bande ou multi-bandes, ou d'adaptations automatiques à des perturbateurs fréquentiels ou spatiaux. Les applications potentielles couvrent les télécommunications (les systémes MIMO par exemple), les dispositifs de télédétection (radar et guerre électronique), les objets communicants reconfigurables ( en mode UWB par exemple) ;
   
• Le codage de source (compression numérique) seul ou conçu conjointement avec le codage de canal. Des gains considérables ont déjà été obtenus sur les débits de transmission de la voix et de l'image fixe ou animée. Peut-on imaginer de pouvoir réaliser de la compression sur des messages quelconques, indépendamment des caractéristiques de nature physiologique ? C'est la problématique du codage universel ;
   
• Les méthodes de conception de circuits. La rapide évolution des technologies CMOS vers le submicronique profond, offre des perspectives d'intégration toujours plus importantes. Il est désormais possible d'insérer un système complexe dans un circuit SOC (System On Chip), voire même dans un circuit reconfigurable SOPC (System On a Programmable Chip). De nouvelles méthodologies reposant sur des langages systèmes comme SystemC, sur l'élévation du niveau d'abstraction à travers la synthèse d'architecture et la conception conjointe logicielle-matérielle, sur le développement de composants virtuels génériques et sur de nouvelles architectures cibles doivent être élaborées ;
   
• Le traitement analogique du signal. Certaines fonctions du traitement de l'information se prêtent particulièrement bien à des implémentations de type analogique. C'est le cas du décodage de canal en particulier, où des gains de l'ordre de 10 peuvent être obtenus sur la complexité, la consommation et le débit, par comparaison avec les circuits numériques. Un prototype de décodeur de code convolutif a déjà été conçu dans une technologie BiCMOS SiGe 0,25µm ;
   
• Le sondage de canal. Cette activité concerne la caractérisation expérimentale, la modélisation et la simulation des canaux de radiocommunication. L'objectif est d'évaluer l'impact des caractéristiques de propagation de ces canaux sur les signaux qui y transitent et d'analyser leur influence sur la conception des systèmes de radiocommunications. Les applications visées (radiocommunications numériques, systèmes à antennes d'émission réception multiple, radars, communications sous marines) exploitent des fréquences allant de quelques kHz à quelques dizaines de GHz ;
   
• L'auto-configuration des équipements réseaux et la multi-domiciliation. Le déploiement de réseaux terminaux (domestiques, embarqués), rendu possible grâce à la généralisation d'IPv6, fait évoluer les problématiques réseaux. L'objectif est de concevoir des mécanismes permettant une auto-configuration du réseau, la possibilité pour un réseau d'être connecté via différentes interfaces au réseau Internet (multi-domiciliation), un routage qui tient compte de l'hétérogénéïté des supports de transmission (radio, filaire) et garantit une qualité de service adaptée à chaque application.

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