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Caractérisation large bande d'un canal radio dans une mine souterraine à une fréquence porteuse de 60 GHZ

Ndiaye, Birahima (2014). Caractérisation large bande d'un canal radio dans une mine souterraine à une fréquence porteuse de 60 GHZ. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Avec les besoins grandissants de ses utilisateurs, le domaine des communications sans fil a connu un essor remarquable. Même étant très diversifiés, ces besoins en services de communications sont pour la plupart très gourmands en bande passante. Ceci justifie l’utilisation de fréquences porteuses élevées afin d’acheminer une grande quantité d’information à travers les réseaux de télécommunications. Récemment, beaucoup d’espoirs sont portés sur la bande de 60 GHz, qui, de par sa large bande de 7 GHz (57-66 GHz), du haut débit de données qu’elle promet (d’où plusieurs types d’applications possibles) fait l’objet d’un bon candidat pour les systèmes de communications. Mais, la nature de la propagation radio est telle que le signal est rarement reçu sans avoir subi de déformations comme l’affaiblissement de parcours, l’effet d’ombrage et les évanouissements multi-trajets.

Dans une situation réelle de communications sans fil, les antennes sont souvent en non visibilité. Avec les obstacles dans le canal de propagation, il est nécessaire d’étudier des paramètres pertinents afin de caractériser ce canal pour ensuite concevoir des systèmes assurant une bonne qualité de service. Ainsi, lorsqu’il s’agit d’un canal radio souterrain minier, la caractérisation y est difficile à cause de la nature très aléatoire de l’environnement pouvant engendrer des phénomènes de diffusion, de diffraction, de réflexion, etc.

Effectué en collaboration avec le LRTCS-UQAT, ce mémoire fait partie d’un grand projet de recherche visant l’optimisation, voire la conception de nouveaux systèmes de communications sans fil en milieu souterrain minier. S’appuyant sur une campagne de mesures dans la mine CANMET à Abitibi Témiscamingue, au Nord du Québec, Canada, cette étude est une caractérisation du canal minier souterrain à 60 GHz. Même si dans la majorité des cas réels de communications sans fil, les antennes ne se voient pas nécessairement, cette étude a été complétée dans des conditions de ligne de vue directe tout en conservant la stationnarité du canal. Ce choix de faire l’étude dans de pareilles conditions s’explique par un très faible niveau du signal reçu, lorsque les antennes sont en non visibilité. La nature très hostile de la mine souterraine engendre également une forte atténuation du signal. Les paramètres d’affaiblissement de parcours, d’effet d’ombrage, l’étalement du retard et la moyenne de la puissance reçue ont été extraits lors de cette étude.

Avec les différentes combinaisons et polarisations d’antennes expérimentées, les résultats de cette étude, comparés à d’autres résultats obtenus dans le même environnement et ou dans d’autres endroits différents, devraient servir de tableau de bord aux concepteurs d’équipements de communications sans fils spécialisées en environnement souterrain minier.

Titre traduit

Wideband 60 GHS radio channel characterization in an underground mine

Résumé anglais

With the growing needs of its users, the wireless communications field has been undergoing unprecedented development. Even well diversified, those needs in communications services are generally great consumers of bandwidth. This justifies the use of high frequency bands that could allow the transmission of large information throughputs through telecommunications networks. Recently, many hopes are levied on the 60 GHz frequency band because of its large 7 GHz bandwidth (57-66 GHz) and the expected high data rate to support several types of services and possible applications. It seems to be a good candidate for future communications systems. However, given the encountered difficulties in the channel, the received signal is rarely found without undergoing deformations such as caused by path loss, shadowing and multipath fading.

In a real wireless communications situation, the antennas are often in a non line of sight situation. With obstacles in the transmission path, it is necessary to study relevant propagation parameters to characterize the channel, so we can design adequate systems ensuring a good quality of service. Thus, when it comes to a wireless underground channel, characterization is complex because of the random nature of the environment that may cause significant effects in terms of diffusion, diffraction, reflection, etc.

Conducted in collaboration with the LRTCS-UQAT, this thesis is part of a larger research project aimed at optimizing the design of new wireless communications systems in underground environments. Based on a measurement campaign in the CANMET mine in Abitibi Temiscamingue in the north of Quebec, Canada, this study is focused on 60 GHz wideband underground channel characterization in LOS conditions. Even though most of the real wireless communications cases antennas are not necessary in NLOS, this study has been done in LOS conditions and the stationnarity of the channel has been maintained. That choice is explained by a weak received signal obtained when antennas are in NLOS. Also, the hostile nature of the mine environment leads to strong attenuation of the signal. The path loss exponent, the shadowing effect, the average received power and the rms delay spread are the parameters extracted from the measurement campaign.

With different antenna combinations and polarizations, the results of this current study, when compared with previous ones done in the same or in different environments, should serve as a dashboard for specialized designers of underground wireless communications equipment.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration réseaux de télécommunications". Bibliographie : pages 90-92.
Mots-clés libres: Mines Systèmes de communication Conception et construction. Systèmes de télécommunications à large bande. Transmission sans fil. affaiblissement de parcours, effet d’ombrage, étalement du retard, propagation à multi-trajets, caractérisation de canal radio minier à 60 GHz, canal bande large
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Despins, Charles
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Gagnon, François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 09 sept. 2014 20:20
Dernière modification: 09 sept. 2014 20:20
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1350

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