Les environnements intelligents et l’homme connecté semble être la prochaine évolution des télécommunications sans fil. En effet, le développement des nouvelles bandes de fréquence millimétriques permettront de créer des communications haut débit et de nouveaux types d’environnements, les Wireless Body Environment Networks, où les utilisateurs auront la possibilité d’interagir avec l’environnement. Pour développer ces environnements, il est nécessaire d’étudier les mécanismes de propagation et les canaux de communication sans fil autour du corps humain. Cette thèse analyse les canaux de propagation pour les réseaux corporels à 60 GHz et plus particulièrement trois scenarios: (i) la propagation entre une station de base externe et un noeud placé à proximité du corps (off-body) ; (ii) la propagation entre deux noeuds portés sur le corps (on-body) ; (iii) la communication entre une station de base externe et un noeud tenu porté par la main de l’utilisateur (near-body). Un modèle de canal numérique est proposé et implémenté pour modéliser la propagation off-body en environnement intérieur. Le modèle est basé sur le standard IEEE 802.11ad et une solution de la diffraction d’une onde plane incidente sur un modèle cylindrique du corps humain. Le modèle est développé pour deux polarisations orthogonales et les performances d’une communication WiGig sont étudiées via le bit error rate. La propagation on-body est étudiée pour deux différentes configurations: avec et sans ligne de vue directe. Ces scenarios mènent à des solutions analytiques différentes: l’équation de Norton et l’onde rampante. Ces solutions sont obtenues en utilisant des modèles de corps simplifiés et ont été validées expérimentalement. De plus, une méthode permettant d’améliorer le bilan de liaison entre deux dispositifs portés sur le corps en utilisant des plaques métalliques réduisant les pertes de propagation. Cette technique a été illustrée théoriquement en utilisant les équations de Millington. Une campagne de mesure a été effectuée sur un modèle de corps plat ayant les propriétés électriques de la peau humaine. Il a été montré que cette méthode permet d’augmenter le bilan de liaison de 20 dB. La région near-body s’étendant de 5 à 30 cm du corps humain est étudiée. Il s’agit de la région correspondant à la portée de main. Un algorithme numérique est proposé pour modéliser la présence d’un utilisateur dans un environnement intérieur. Un modèle statistique a aussi été proposé. Il a été montré que la distribution spatiale du champ suit une Two-Wave Diffuse Power distribution. / The smart environments and the connected human seems to be the future of wireless communications. The development of new frequency bands in the millimeter range will allow us to create high data rate communications which will led to the Wireless Body Environment Networks. In this kind of scenarios, it is expected that the user and the environment will interact. In order to develop such new applications, it is necessary to first study the propagation mechanisms and then, the communication channel underlying body centric environments. This thesis treats of channel models for 60 GHz Body Area Networks and more particularly of three kinds of scenarios: (i) the communication between an external base station and a worn node (off-body); (ii) the communication between two worn nodes (on-body); the communication between an external base station and a hand-held device (near-body). An indoor off-body channel model is numerically proposed and implemented. The model is based on the IEEE 802.11ad indoor standard channel at 60 GHz and a fast computation solution of the scattering of a plane wave by a circular cylinder. The model is developed for two orthogonal polarizations and the communications performances are studied. The on-body propagation is studied for two different configurations: line-of-sight and non-line-of-sight communications on the body. These scenarios led to different solutions for the channel knowing as, respectively, Norton’s equations and creeping formulations. These solutions are obtained using simplified geometries which has been experimentally validated. Further, in order to improve the propagation on the human body, a technique using metallic plates has been proposed. This technique has been theoretically studied using Milligton’s equations and experimentally assessed on a flat phantom with the properties of the human skin. The proposed method allows to save up to 20 dB. Finally, the near-body communication scenario has been introduced and studied. The near-body region is extended from 5 to 30 cm away of the user body which corresponds to the arm’s reach and models a handheld device. A numerical algorithm has been proposed to model indoor near-body environments. Also, a special has been given to statistical body shadowing. It has been shown that the fading follows a Two-Wave Diffuse Power distribution.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2015PA066515 |
| Date | 28 August 2015 |
| Creators | Mavridis, Theodoros |
| Contributors | Paris 6, Université libre de Bruxelles (1970-....), Benlarbi-Delaï, Aziz, De Doncker, Philippe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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