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Accueil > Équipes > TIPIC > Séminaires Tipic > Séminaires 2012 Tipic

"Exploitation de la noncircularité"

Réunion du GdR ISIS

* Titre : Exploitation de la noncircularité
* Dates : 2012-06-20
* Lieu : Telecom-Paristech Rue Barrault

Nous vous rappelons que, afin de garantir l’accès de tous les inscrits aux
salles de réunion, l’inscription aux réunions est gratuite mais obligatoire.

Annonce :

Attention : réunion avancée au 20 juin 2012 et programme complet avec
résumés inclus dans cet email.

Malgré la nature réelle des signaux d’origine physique, le formalisme
complexe fournit un cadre naturel pour leur représentation et leur
traitement. Ce formalisme est omniprésent pour de nombreuses applications
telles que les radiocommunications, le radar, la sismique ou le traitement
d’antenne. Il en va certainement de même pour les quaternions qui commencent
à rencontrer un certain attrait dans la communauté traitement de signal
Toutefois, jusqu’au début des années 90 seule une partie de l’information
véhiculée par le formalisme complexe est exploitée par les traitements qui
font souvent l’hypothèse de circularité, totalement justifiée pour les
amplitudes complexes associées aux signaux réels stationnaires. Or les
signaux réels rencontrés en pratique sont très souvent non stationnaires, et
plus particulierement cyclostationnaires dans le domaine des communications
numériques, et les amplitudes complexes associées présentent souvent la
propriété de non circularité. L’exploitation de la non circularité dans les
traitements a véritablement débuté il y a une quinzaine d’années durant
lesquelles plusieurs centaines d’articles, aussi bien conceptuels
qu’applicatifs, ont été publiés. Ces travaux ont dores et déjà ouvert de
nouvelles perspectives dans différents domaines applicatifs et ont même
permis certaines révolutions dores et déjà opérationnelles pour les réseaux
cellulaires de radiocommunications comme la réjection, à très faible coût,
d’interférences intra-réseau à partir d’une seule antenne (Concept SAIC)
dans le contexte des réseaux GSM.

L’objectif de cette journée est de présenter toute la richesse des
représentations complexes et quaternions, d’un point de vue aussi bien
conceptuel qu’applicatif, en mettant en évidence toute la richesse apportée
par l’exploitation de la non circularité. Un état de l’art des travaux sur
le non circulaire sera dressé et des exposés applicatifs illustreront les
concepts présentés lors d’exposés plus théoriques.

La journée se tiendra à Télécom-Paristech, le 20 juin 2012. Les intervenants
potentiels sont invités à envoyer un résumé par email aux organisateurs :

Pascal Chevalier et Jean-Pierre Delmas.
pascal.chevalier@thalesgroup.com,
pascal.chevalier@cnam.fr,

jean-pierre.delmas@it-sudparis.eu.

Programme :

Programme :

9 h 30 - 10 h 15 : Introduction - Historique et Etat de l’art (P. Chevalier/
Prof. CNAM - Expert Thales Communications).

Dans cet exposé, nous dressons à la fois un historique et un état de l’art
des travaux sur la non circularité depuis la fin des années 60 jusqu’à nos
jours. Cet exposé explique en particulier les raisons pour lesquelles les
travaux sur le non circulaire se sont fortement développés durant ces 20
dernières années. Il met également en évidence les principales thématiques
investiguées et les applications associées. Un recencement des principales
équipes actives sur ce sujet est également effectué.

10 h 15 - 11 h Quelques notions générales sur la non circularité et
estimation de paramètres (JP Delmas / Prof. Telecom-SudParis).

Cet exposé introduit dans un premier temps les notions de base sur la non
circularité aussi bien des variables et vecteurs aléatoires que des
processus aléatoires scalaires et vectoriels complexes. Les liens entre
circularité et stationnarité sont précisés. Quelques exemples de signaux et
de distributions non circulaires sont présentés. Les notions de blanchiment
et de factorisation spectrale sont abordées dans le cadre noncirculaire.
Dans un second temps, quelques fonctions mathématiques fondamentales
appliquées aux signaux complexes non circulaires sont considérées telles que
le filtrage linéaire au sens large (widely linearfiltering) des signaux
complexes et l’optimisation de fonctions à variable complexe. Une attetion
particulière est donnée à l’étude de performances d’algorithmes d’estimation
de paramètres réels ou complexes de signaux complexes. Enfin quelques
illustrations seront données à travers le beamforming noncirculaire,
l’estimation de DOA de sources non circulaires et l’estimation de temps de
retard associés à des signaux noncirculaires.

11 h - 11 h 15 : Pause

11 h 15 - 12 h 00 : Goniométrie non circulaire (Y.Wang/ Prof. Université de
Nantes)

Dans cette présentation, nous allons faire un bilan des techniques de
localisation de sources exploitant la non circularité des sources,
développées ces dernières années. Nous nous concentrons en particulier sur
les techniques à sous-espaces, telles que MUSIC, ESPRIT et leurs variantes.

12 h 00 - 12 h 45 : Synchronisation non circulaire (P. Ciblat / Prof.
Telecom-ParisTech)

Dans cet exposé, nous montrons que la synchronisation fréquentielle,
essentielle au bon fonctionnement des systèmes modernes, peut être étudiée
efficacement par des outils de non-circularité. En effet, en exploitant des
propriétés de non-circularité au second ordre et/ou aux ordres supérieurs
des modulations classiquement employées, des algorithmes très performants
d’estimation fréquentielle peuvent être mis en oeuvre. De plus nous
analyserons théoriquement les performances de ces algorithmes ce qui nous
permettra en outre de les optimiser et de s’affranchir de certains défauts
des algorithmes standards.

12 h 45 - 14 h 00 : Déjeuner

14 h 00 - 14 h 45 : Techniques d’estimation de canal dans les systèmes DSL
(J. Le Masson / Enseignant - Chercheur Université Bretagne Sud).

Les systèmes DSL (Digital Subscriber Line) utilisant les paires
téléphoniques doivent répondre à une demande de débits de plus en plus
élevés. Sur de courtes distances, les interférences entre les paires sont
maintenant considérées comme le principal facteur limitant les performances.
Les nombreuses méthodes proposées pour lutter contre ces interférences
nécessitent une connaissance du couplage entre les paires téléphoniques. Les
travaux présentés proposent des méthodes d’estimation de canaux basés sur
les propriétés de cyclostationnarité des signaux DMT (Discrete MultiTone)
utilisés dans les systèmes DSL. Ces méthodes sont appliquées à des systèmes
DSL coordonnés avec pour objectif de réduire les interférences entre les
lignes coordonnées ainsi que les perturbations provenant de systèmes
externes mais pouvant partager un même câble. Les résultats théoriques sont
confirmés par des simulations dans un environnement DSL et montrent des
gains en débit significatifs.

14 h 45 - 15 h 30 : Concept SAIC/MAIC : du SISO/SIMO au MISO/MIMO (P.
Chevalier/ Prof. CNAM - Expert Thales Communications).

Cet exposé présente dans un premier temps la manière dont une liaison radio
à modulation non circulaire monodimensionnelle (AM, ASK, BPSK), ou rendue
quasi-monodimensionnelle après prétraitement (MSK, GMSK), peut-être rendue
intrinsèquement robuste à la présence d’une interférence co-canal de même
nature, à partir d’une seule antenne en réception. Ce concept, dénommé SAIC
(Single Antenna Interference Cancellation) et dont l’extension à une
réception multi-antennes est dénommé MAIC (Multiple Antenna Interference
Cancellation), est dores et déjà opérationnel dans les téléphones portables
GSM depuis 2006. De nouvelles standardisations relatives à GSM/EDGE
utilisant le concept SAIC et visant à permettre la communication de 4 users
par slot TDMA sont en cours actuellement sous la dénomination VAMOS (Voice
services over Adaptive Multi-user channels on One Slot). Dans un second
temps, on présente une extension du concept SAIC/MAIC utilisé par les
systèmes SISO/SIMO aux systèmes MISO/MIMO utilisant le schéma d’Alamouti en
émission, ouvrant de nouvelles perspectives pour les systèmes MIMO civils et
militaires en général et pour les réseaux cellulaires 4G et 5G en
particulier.

15 h 30 - 16 h 15 : Non circularité dans les systèmes MIMO avec
interférences (D. Slock / Prof. EURECOM)

We consider the frequency-flat noisy MIMO interference channel (IFC) without
symbol extension and with initial assumption of no channel state information
(CSI) neither at the base stations (BS) nor at the user equipments (UE). In
the noisy IFC, interference is treated as noise and linear transmitters (Tx)
and Receivers (Rx) are considered. The MIMO IFC paradigm hence models
multi-cell or hetnet collaborative beamforming. We focus on Signal Space
Alignment (as opposed to Signal Scale Alignment). At high SNR, an optimal
Tx/Rx design performs Interference Aligment (IA), which is joint
Zero-Forcing (ZF) by Tx and Rx. We explore IA feasibility as a function of
antenna numbers, and show that the use of real signals (as opposed to
complex signals) leads to a non-trivial increase in IA feasible scenarios.

In the presence of full Channel State Information (CSI), the maximization of
the Weighted Sum Rate (WSR) or IA transceiver design lead to cost functions
with many local optima. We explain how the highly nonlinear WSR cost
function can be maximized by alternating convex optimizations of a related
Weighted MMSE (WMMSE) cost function, which also elucidates uplink-downlink
duality. We indicate how Deterministic Annealing (DA) can be used to find
the global WSR optimum precisely by considering noise power as temperature.
If on the other hand the temperature is chosen to control the rank of the
MIMO channel matrices, then a precise interpretation can be given to the WSR
local optima in terms of different ZF role distributions between the Tx and
Rx.

We then consider CSI acquisition and we first introduce a unifying framework
for treating stationary fading with limited Doppler support and block fading
models. This allows to adopt solutions of the block fading case for the
stationary case. CSI gets acquired by training and analog feedback (FB). For
the FB, the scenario considered is one in which only the reverse (wireless)
IFC can be used, in an FDD setting. We consider both a centralized case, in
which the BS have ideal links to a central unit, for CSI exchange purposes,
and a distributed approach in which CSI gets acquired separately at all BS.
The analog FB may comprise channel estimates (Channel FB (CFB)) or received
signal (Output FB (OFB)) or a combination of both. In a first instance the
high SNR region is considered, emphasizing degrees of freedom, and their
variation with coherence time

16 h 15 - 16 h 30 : Pause

16 h 30 - 17 h 15 : Séparation de sources non circulaires et méthodes
algébriques (E. Moreau / Prof. Université de Toulon).

Nous considérons le problème pour le moins classique de la séparation d’un
mélange instantané de sources statistiquement indépendantes. Dans ce cadre,
de nombreuses méthodes algébriques ont été proposées reposant par exemple
sur de la diagonalisation conjointe de certaines matrices de corrélation
et/ou de matrices de cumulants. Le caractère non circulaire des sources fait
que l’on dispose a priori de plus d’information statistique. Le but de cet
exposé est de présenter comment cette information statistique supplémentaire
sous forme matricielle peut être utilisée de manière exclusive ou en
combinaison avec les statistiques classiques, dans un cadre algébrique.

17 h 15 - 18 h 00 : Non circularité et quaternions (N. Le Bihan / Prof.
Université de Grenoble).

Dans cet exposé, nous présentons deux contributions de l’utilisation des
quaternions pour les signaux circulaires. Dans un premier temps, nous
introduisons l’extension de la notion de circularité aux variables
aléatoires quaternioniques. Cette extension fait apparaitre plusieurs
niveaux de circularité pour les variables aléatoires 4D : la C-circularité
et la H-circularité. Nous discutons l’intérêt de la prise en compte de la
C-circularité en détection dans un cas Gaussien et présentons quelques
exemples où la prise en compte de cette circularité est importante. Dans une
seconde partie, nous présentons comment l’utilisation des quaternions, et
particulièrement de la Transformée de Fourier quaternionique, permet de
formaliser l’analyse des signaux complexes non-circulaires. Nous montrons en
particulier comment dans le cas non-stationnaire, on peut étendre à ces
signaux les concepts d’amplitude instantanée et de fréquence instantanée.
Cette seconde étude sera présentée dans un cadre déterministe.

18 h 00 - 18 h 10 : Clôture (P. Chevalier et JP Delmas)

Lien : <http://gdr-isis.fr/index.php?page=r...>
http://gdr-isis.fr/index.php?page=reunion&idreunion=165