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Défis technologiques >> Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes
7 proposition(s).

Transmetteur intégré bidirectionnel dédié à la 5G MMW dans un système de formation de faisceau hybride et numérique

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master 2 / ingénieur en conceptinon microelectronique RF

01-10-2020

SL-DRT-20-0478

baudouin.martineau@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Cette thèse aborde le sujet des émetteurs-récepteurs d'ondes millimétriques compacts et économiques dans le contexte de la nouvelle norme 5G FR2. En effet, un nombre considérable de puces et une conception économe en surface seront nécessaires pour l'utilisation des techniques de formation de faisceau MIMO hybride et numérique. Cependant, les conceptions d'émetteur-récepteur conventionnelles utilisent une approche bidirectionnelle basée sur un commutateur avec un émetteur (Tx) et un récepteur (Rx) fonctionnant alternativement en duplex temporel. Pour cette raison, un émetteur-récepteur bidirectionnel partageant complètement les amplificateurs et les réseaux correspondants entre l'émetteur et le récepteur est proposé. De plus, un déphaseur bidirectionnel, un mélangeur en quadrature et un amplificateur en bande de base seront étudiés et conçus afin d'offrir une solution complète pour une architecture système compatible avec une approche hybride ou numérique. La thèse portera sur l'architecture, la conception et la mesure de tels blocs en émetteur-récepteur autonome et complet. L'innovation attendue englobera plusieurs aspects: interface frontale bidirectionnelle compatible avec la formation de faisceau aux fréquences mmW, multiplication LO et génération en quadrature locale ainsi que l'utilisation de technologies CMOS SOI. Cette recherche doctorale permettra de travailler dans des disciplines interdisciplinaires allant des ondes millimétriques à la conception analogique en bande de base ainsi qu'à l'architecture de systèmes émetteur-récepteur, offrant un très large éventail d'expériences et de compétences.

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Sources de temps optomécaniques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Master 2/ Ecole d'ingénieur généraliste ou physique appliquée ; formation en nanotechnologies, physique des semi-conducteurs, optique ou télécommunications.

01-09-2020

SL-DRT-20-0592

marc.sansaperna@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les sources de temps (reference oscillators) sont des composants utilisés dans la grande majorité des circuits électroniques. L'arrivée de nouvelles technologies comme la 5G, les systèmes de conduite autonome dans les voitures ou bien certaines applications aérospatiales nécessitent des performances qui ne sont pas atteignables avec les technologies commercialement disponibles. Le développement de sources de temps constituées de résonateurs micromécaniques (MEMS) en silicium à haute fréquence (1 ? 5 GHz aujourd'hui, plusieurs dizaines de GHz dans le futur) constitue une rupture technologique prometteuse. Cependant, la réalisation de tels dispositifs performants dans la gamme du GHz reste un défi, principalement dû à la difficulté de détecter avec précision des vibrations extrêmement faibles. Il s'agit donc d'utiliser ici une transduction optomécanique sur le même principe que les détecteurs d'ondes gravitationnelles, mais intégrée à l'échelle nanométrique ayant des sensibilités de détection extrêmes. Cette technique maintenant bien maîtrisée au Leti pourra être alliée à l'utilisation de matériaux piezoélectriques pour augmenter le signal disponible : des preuves de principe de ce concept ont été réalisées très récemment pour la recherche fondamentale mais il n'a jamais été appliquée jusqu'ici. Cette technologie semble pourtant le candidat idéal pour réaliser l'objectif de la thèse : l'implémentation d'une source de temps MEMS basée sur cette technologie optomécanique de rupture. La thèse se déroulera au laboratoire de micro-capteurs du CEA-Leti, en collaboration avec le laboratoire de composants radiofréquences. Le Leti est un pionnier dans le domaine de l'optomécanique et des matériaux piezoélectriques intégrés sur puce. Le doctorant travaillera en collaboration avec les équipes du Leti pour concevoir et dessiner le résonateur et son procédé de fabrication, sur la base de modèles analytiques et de simulations éléments finis. Ensuite, elle/il aura la possibilité de fabriquer ses dispositifs en salle blanche, et de les tester dans les laboratoires du Leti, afin de réaliser pour la première fois un tel démonstrateur.

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Résonateurs et composants radiofréquences à ondes élastiques issues de l'hybridation entre ondes de surface et de volume

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Radiofréquences

Master en acoustique ou en microtechnologies

01-09-2020

SL-DRT-20-0668

alexandre.reinhardt@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les composants à ondes élastiques de surface ou de volume sont actuellement des éléments clef des circuits d'émission/réception utilisés par la téléphonie mobile. Ils permettent en effet la miniaturisation des filtres assurant le traitement analogique des signaux radiofréquences, en vertu du fait qu'à fréquences égales, les longueurs d'ondes des ondes élastiques sont près de 100 000 fois plus petites que les longueurs d'ondes électromagnétiques. Avec la multiplication des bandes de fréquences utilisées simultanément par un unique téléphone, les spécifications de ces filtres deviennent de plus en plus drastiques, ce qui motive la recherche de nouveaux types de composants, basés sur de nouveaux modes de propagation des ondes élastiques pouvant être exploités. Traditionnellement, les composants utilisent des ondes élastiques dites de volume (BAW - pour bulk acoustic wave), ou de surface (SAW - pour surface acoustic wave), se propageant dans l'épaisseur ou à la surface d'une structure en matériau piézoélectrique, afin de coupler ces ondes élastiques au circuit électrique de traitement du signal. Ces dernières années, un nouveau mode de propagation, appelé "hybride SAW/BAW" a été proposé et permet, en principe, de combiner les avantages de ces deux types d'ondes. Il consiste en un mode excité par un réseau périodique d'éléments piézoélectriques disposés à la surface d'un substrat massif. Si des premières réalisations ont été proposées, les caractéristiques de ce mode restent encore relativement peu connues. Ce sujet de thèse porte donc sur l'étude des possibilités offertes par ce type de modes. En premier lieu, les propriétés de ce type d'ondes sont très fortement liées à la combinaison du matériau piézoélectrique employé et de la nature du substrat de propagation, à leurs orientations crystallines respectives, ainsi qu'aux dimensions géométriques des éléments piézoélectriques permettant l'excitation ou la détection de ces ondes. Le candidat cherchera donc à explorer l'espace de conception afin d'éprouver les possibilités de ce nouveau type d'ondes et d'optimiser leur conception en vue d'applications de filtrage radiofréquence ou de bases de temps, idéalement à des fréquences supérieures à 3 GHz. Il pourra pour cela s'appuyer sur les modèles de simulation disponibles au CEA-LETI et ceux mis au point par la société FrecNSys. Une seconde partie des travaux de thèse envisagés portent sur l'analyse plus fondamentale des possibilités ouvertes par ces modes de propagation particuliers, issus du couplage entre une onde élastique de surface et un réseau périodique d'éléments électriquement actifs. En effet, ce type de structures entre dans le champ plus général des métamatériaux élastiques, structures souvent périodiques présentant des effets de propagation inédits tels que l'obtention de fréquences interdites, de ralentissement des ondes, de confinement acoustique, d'unidirectionalité de la propagation, voire même d'amplification progressive. Les conditions d'obtention de tels phénomènes pourront être explorées, de même que leur exploitation dans des systèmes de capteurs ou dans des composants de traitement du signal. Le doctorant pourra pour cela s'appuyer sur l'expertise sur les métamatériaux acoustiques apportée par le département d'acoustique de l'ISEN. Enfin, dans une partie plus expérimentale, le doctorant pourra évaluer en pratique ses dimensionnements en participant aux développements et à la fabrication de composants "hybrides SAW/BAW" qui seront réalisés dans les salles blanches du CEA-LETI, ce qui lui permettra de conforter la faisabilité pratique de ces structures.

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Architectures et circuits recepteurs RF mmW large bande pour modulations innovants

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master recherche en RF et ou microelectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0689

joseluis.gonzalezjimenez@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les réseaux de télécommunication existants évoluent vers des besoins de très haute capacité et haut débit de communication qui nécessiteront des architectures d'émetteur-récepteur innovantes. Pour les liaisons de données sans fil dans le cadre des systèmes 5G et au-delà de la 5G des nouvelles solutions d'émetteur-récepteur seront nécessaires dans les 5 à 10 prochaines années pour pouvoir fournir des débits de données de l0irdre de 100Gb/s ou supérieurs en utilisant efficacement le large spectre disponible aux fréquences millimétriques (mmW). L'architecture traditionnelle des émetteurs-récepteurs qui a été utilisée dans le passé peut entraîner une consommation d'énergie trop importante ou tout simplement une performance insuffisante pour répondre à ce défi. L'institut de recherche LETI a mené des investigations au cours des dernières année dans le domaine des schémas de modulation et des architectures d'émetteurs-récepteurs novateurs afin de répondre aux fefis liés a l'agumentation du débit susmentionné dans les environnements sans fil, compte tenu des limites imposées par les dispositifs électroniques existants nécessaires à la construction des émetteurs-récepteurs. Actuellement, certaines solutions ont été proposées d'un point de vue théorique qui doivent être avancées afin de trouver une mise en ?uvre optimale avec les technologies de pointe pour la conception et la fabrication de circuits intégrés. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux précédents et explorera la mise en ?uvre pratique de circuits basés sur des schémas de modulation et des architectures innovantes pour des récepteurs mmW à haute vitesse, à large bande passante et à l'épreuve des imperfections.

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Amplificateur de puissance reconfigurable en technologies SOI-CMOS/GaN pour infrastructure 5G

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

BAC+5 ingenieur et/ou master en conception analog/RF

01-10-2020

SL-DRT-20-0839

ayssar.serhan@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

La technologie RF GaN apparait comme une technologie prometteuse pour la réalisation d'amplificateurs forte puissance (HPA) pour les infrastructures 5G. La densité de puissance élevée, la faible capacité de sortie et la tension de claquage élevée des transistors GaN les rendent attractifs pour le marché des small-cell 5G qui nécessite plusieurs watts de puissance à des fréquences allant jusqu'à 40 GHz. Dans cette thèse, l'étudiant étudiera l'intégration hétérogène SOI-CMOS/GaN d'un HPA à forte efficacité fonctionnant dans les bandes millimétriques. L'étage de sortie du HPA reposera sur une architecture de type Doherty afin d'optimiser l'efficacité énergétique dans la zone de back-off (BO). Il sera implémenté sur une technologie GaN afin d'atteindre les niveaux de puissance requis. Pour éviter la dégradation des performances de l'étage Doherty en fonction de la fréquence, la phase et l'amplitude en entrée des transistors Main et Auxiliaire du Doherty PA doivent être soigneusement contrôlés. L'étage driver du HPA Doherty sera implémenté sur une technologie SOI-CMOS afin de pouvoir ajuster la phase et l'amplitude grâce à des fonctions passives reconfigurables et à faible perte en SOI-CMOS. Ce HPA GaN assisté numériquement, grâce à la technologie SOI-CMOS, permettra d'optimiser à la fois la linéarité et l'efficacité sur une large plage de fréquences de fonctionnement tout en restant sur une solution compacte. Cette thèse est proposée comme thèse internationale, de l'université de Grenoble, en collaboration avec un partenaire Européen, et pourra faire l'objet d'échanges mutuels et de période de séjour à l'étranger.

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Gestion réseau avancée pour le contrôle du redéploiement temps-réel d'une infrastructure réseau mobile sous contraintes de performance des flux de données

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire Systèmes Communiquants

BAC+5 : Master ou Ingénieur télécom, réseaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0865

Michael.Boc@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

La digitalisation des industries s'accompagne généralement de problématiques d'apport d'infrastructures de communication sans-fil haut-débit directement sur les chantiers et sites de production. Toutefois, ce type de déploiement est aujourd'hui rendu extrêmement difficile par les contraintes qu'imposent ces environnements. Pour répondre à ces contraintes, nous nous intéressons dans le cadre de cette thèse à accroitre les capacités de reconfiguration en temps-réel de l'infrastructure sans-fil en considérant une gestion orientée SDN du réseau. Cette gestion doit permettre de gérer la mobilité de l'infrastructure comme un degré de liberté supplémentaire ? tel un paramètre modifiable - afin d'assurer/améliorer les performances des flux de données. Cette capacité devrait apporter deux avantages clés : 1) d'une part ne plus avoir à recourir à une phase de planification de déploiement longue et coûteuse et 2) d'autre part être capable de mettre en place de nouvelles stratégies de reconfiguration plus fines du réseau permettant d'accroitre son niveau de performance global à tout moment. La mobilité de l'infrastructure pourrait être apportée par des robots mobiles pilotables à travers un protocole SDN et portant certains des équipements du réseau. Dans le cas d'une opération de démantèlement nucléaire par exemple, nous pourrions considérer l'infrastructure comme étant composée d'une flotte de robots mobiles (terrestres ou aériens) dont la mobilité serait pilotée par un système SDN de gestion de réseau afin d'assurer la connectivité et les performances de robots de démantèlement pilotés à distance par des téléopérateurs. L'objectif du travail de thèse proposé consiste à définir un système de gestion réseau avancée et centralisée pour le contrôle du redéploiement temps-réel d'une infrastructure réseau mobile sous contraintes de performance des flux de données. Ce système devra être capable 1) d'identifier quand un changement topologique devient pertinent au regard des types de problèmes de performance des flux de données et des limites des solutions existantes d'optimisation réseau, 2) de définir et de piloter le redéploiement de l'infrastructure pour améliorer les performances de ces flux de données.

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Synthèse d'antennes miniatures pour le supergain large bande et la formation de faisceau

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master 2 recherche, école d'igénieur, Master of Science en télécommunications, en micro-ondes ou en électronique des hautes fréquences

01-10-2020

SL-DRT-20-0878

antonio.clemente@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

En focalisant le diagramme de rayonnement dans les directions utiles, les antennes directives ouvrent des nouvelles opportunités pour les applications sans-fil en termes d'efficacité spectrale, de déploiement radio sans interférences, réduction de l'impact environnemental, réduction de l'exposition aux champs électromagnétiques et modes d'utilisation. Cependant, les techniques classiques pour améliorer la directivité conduisent généralement à une augmentation significative de la taille électrique de l'antenne. Par conséquence, l'intégration d'antennes directives dans les objets communicants reste limitée. Cette difficulté est particulièrement critique pour les gammes de fréquences inférieures à 3 GHz lorsqu'on vise une intégration dans des objets dont les dimensions sont souvent limitées à quelques centimètres. Des antennes avec une directivité et un gain importants, multi-bandes ou large bande, une taille réduite et avec la possibilité de dépointage électronique du faisceau sont nécessaires pour le développement de nouvelles applications dans le domaine des objets communicants. En effet, le contrôle des propriétés de rayonnement des antennes est une caractéristique importante pour le développement des futurs réseaux de communications intelligents (smart radio) avec un impact limité sur l'environnement. Les études récentes réalisées par le CEA ont permis la démonstration des potentialités des réseaux d'antennes à élément parasites super directifs et le développement conjoint d'une expertise spécifique dans ce domaine. Les travaux de thèse se dérouleront au CEA LETI Grenoble au sein du laboratoire d'antennes et propagation ; les principaux objectifs de ce projet sont : 1. Le développement d'outils analytiques et numériques pour la synthèse, la conception et l'optimisation de réseaux compacts et super directifs, super gain ou à formation de faisceau ; 2. Le développent de nouvelle sources élémentaires pour les réseaux d'antennes compacts ; 3. La réalisation d'un réseau compact et super directif avec dépointage.

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