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Les communications sans-fil à Polytechnique: vers un avenir branché et vert

Les communications sans-fil à Polytechnique: vers un avenir branché et vert. Jean-François Frigon, professeur agrégé Génie électrique École Polytechnique de Montréal. Omniprésence des systèmes micro-ondes. Croissance des communications sans-fil. Télécommunications au Canada:

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Les communications sans-fil à Polytechnique: vers un avenir branché et vert

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Presentation Transcript

  1. Les communications sans-fil à Polytechnique: vers un avenir branché et vert Jean-François Frigon, professeur agrégé Génie électrique École Polytechnique de Montréal

  2. Omniprésence des systèmes micro-ondes

  3. Croissance des communications sans-fil Télécommunications au Canada: • Revenus de 57.4 Milliards $ en 2010 • 4.6% du PIB en 2010 Télécommunications sans-fil: • Croissance annuelle du nombre d’utilisateurs de 8.5% en 2010 • Croissance annuelle des revenus de 9.1% de 2006 à 2010 • Augmentation annuelle du trafic prévue de 78%

  4. Défis pour la recherche Spectre électromagnétique est rare et coûteux: 4.5 Milliards $ en 2008 pour 110 MHz • Amélioration de l’efficacité spectrale (nombre de bits pouvant être transmis par unité de bande passante) • Gestion des interférences • Utilisation de tout l’espace électromagnétique disponible Trafic multimédia: • Gestion de différents besoins en qualité de service • Augmentation des exigences de fiabilité Augmentation des coûts de l’énergie: • Techniques diminuant les émissions et la consommation d’énergie

  5. Systèmes MIMO Utilisation de plusieurs antennes de transmission et réception pour augmenter l’efficacité spectrale Pas d’augmentation de puissance de transmission ou d’ondes électromagnétiques émises

  6. MIMO Multi-usagers avec QoS • Amélioration de l’efficacité spectrale Réduction des émissions électromagnétiques Transmission simultanée vers plusieurs usagers Diversité multi-usagers: augmentation de l’efficacité spectrale Recherche sur l’allocation de ressources optimale pour OFDMA-SDMA Applications dans LTE et WiMAX

  7. MIMO Multi-usagers • Réduction de la puissance requise par usagers Réduction des coûts d’énergie • Réduction des émissions de CO2de 32 Mtonnespar année • Projet avec Prof. Brunilde Sansò Internet: 2% des émissions de CO2 Communications mobiles: secteur en expansion avec émissions de 178 Mtonnes de CO2prévues en 2020

  8. Systèmes de communications sans-fil MIMO à antennes reconfigurables Utilisation d’une antenne planaire à onde de fuite CRLH dans un système de communications sans-fil Configuration du diagramme de rayonnement en temps réel pour optimiser la performance Transfert technologique: subventions MDEIE, I2I et compagnie en démarrage (Sciswave) Projet de recherche avec Prof. Christophe Caloz

  9. Systèmes de communications sans-fil MIMO à antennes reconfigurables Static & omni-directional antennas Dynamic & directional CRLH LWAs Unreliable link Low data rates = Impaired user experience • Directive LWAs Power gain ↑ • Dynamic scanning  Reliability↑ • MIMO  Channel diversity ↑ Data rate ↑↑ CRLH e-LWA prototypes

  10. Conditions de mesure Rx eLWA configurations Rx Omni configurations Tx L2 Back-to-back Vertical Back-to-back Orthogonal Side-by-side Side-by-side Orthogonal TxL2 Tx L1 Tx L3 TxL3 TxL1 Rx 46feet NLOS TxL4 30cm 60cm Tx L4 6-10 Rx positions

  11. Amélioration de performance L2 L3 RX L1 46feet NLOS L4 3.2X

  12. Amélioration de performance

  13. Perspective énergétique Diminution du nombre d’AP et du temps de transmission Réduction des émissions de CO2

  14. Systèmes de communications avec relais Relais permettent de: • Joindre des usagers ne recevant pas le signal de la BS • Augmenter le débit des usagers éloignés • Améliorer la fiabilité Réduction des coûts de déploiement et d’énergie

  15. Sélection de relais opportuniste

  16. Relais MIMO Amélioration de l’efficacité spectrale en fonction du nombre de relais et d’antennes

  17. Gestion des interférences Alignement des interférences dans un réseau cellulaire permet d’améliorer l’efficacité spectrale

  18. Radios cognitives Vastes portions du spectre alloué mais non-utilisé: opportunités pour déployer des réseaux secondaires

  19. Radios cognitives Réseaux de radios cognitives exploitent le spectre alloué non-utilisé pour déployer de façon opportuniste des réseaux de communications

  20. Radios cognitives Radios cognitives permettent d’améliorer la fiabilité Concept de fiabilité différentielle peut être exploité Projet avec Prof. Brunilde Sansò

  21. Radios cognitives Modélisation du trafic permet de mieux comprendre les performances et de développer des algorithmes de contrôle performants

  22. Conclusion • Besoins: • Services de communications sans-fil à haut débit et fiable • Réduction des coûts d’énergie • Réduction des émissions • Solutions développées dans les travaux de recherche à l’École Polytechnique de Montréal: • Amélioration de l’efficacité spectrale • Augmentation des débits de transmission • Amélioration de la fiabilité • Réduction des temps d’émission et de l’énergie requise

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