Détection multi-utilisateurs pour un réseau de modems acoustiques sous-marins furtif

For some applications the need for stealth and covert communications is crucial, especially for military purposes. The underwater acoustic channel is very noisy environment. It is subjected to multiple noise sources, reflections and refractions of acoustic waves, which creates multipath. Considering the multipath nature of the underwater acoustic channel and the transmission of acoustic waveforms at very low signal to noise ratio (SNR) as the need for low probability of intercept (LPI) is essential for our application, we propose a transmission scheme based on direct sequence spreading spectrum and code division multiple access (DS-CDMA). We present the receivers structures for this transmission method and we evaluate their performance. We study the performance of the proposed receivers for Rayleigh fading multipath channels in presence of multiuser access interference. The receivers structures allow both the channel parameters estimation by using a bench of matching filters to the spread code sequences of each user and to exploit the spatial diversity of the underwater acoustic channel by the mean of a coherent recombination of the different paths energy contributions, after the channel estimation (MRC : maximum ratio combining). The channel parameters, paths time delays and channel coefficients, are estimated at the output of matched filters at symbol rate. We show that we can potentially improve the system performance by implementing a successive interference cancellation method. The results obtained establish that the proposed system achieves excellent and robust performance at very signal to noise ratio. The convergence of the successive interference cancellation structure is achieved with no more than three iterations. At last, we introduce channel coding that allows us to improve the overall system performance along with its robustness by using error-correcting codes. Some of the developed algorithms were implemented and tested on real data procured by a sea trials campaign conducted off the coast of Brittany at Rade de Brest and in the Mediterranean Sea.Pour certaines applications, le besoin de recourir à des communications furtives est essentiel, notamment pour des transmissions militaires. Le canal acoustique sous-marin est un milieu naturellement très bruité. Il est sujet à de nombreuses sources de bruits, de réfections et de réfractions des ondes acoustiques qui font apparaître des trajets multiples. En tenant compte de l'aspect multi-trajets du canal sous-marin et de l'émission d'ondes acoustiques peu détectables pour les besoins de notre application, nous avons proposé un système de transmission basé sur l'étalement de spectre par séquence directe et de l'accès multiple à répartition par codes. Nous avons présenté les récepteurs adaptés à cette méthode de transmission et nous avons étudié leurs performances pour des canaux multi-trajets avec de l'interférence multi-utilisateurs. La structure de ces récepteurs permet à la fois d'estimer les paramètres des canaux multi-trajets par l'application d'un banc de filtres adaptés aux signaux d'étalements des différents utilisateurs et de profiter de la diversité spatiale du canal sous-marin grâce à une recombinaison cohérente de l'énergie des différents trajets, après l'estimation du canal. L'estimation des temps des retards et des amplitudes sont obtenues à la sortie des filtres adaptés aux signaux des utilisateurs, au rythme symbole. Nous montrons qu'il est possible d'améliorer les performances du système en appliquant une méthode de suppression successive de l'interférence. Les résultats obtenus montrent que le système proposé permet de garantir de très bonnes performances à des rapports signal à bruit très faible, avec une convergence rapide en seulement trois étages d'itérations. Enfin, nous proposons d'introduire un codage de canal afin d'améliorer les performances en termes de robustesse grâce à des codes correcteurs d'erreurs. Certains des algorithmes développés au cours de cette thèse ont finalement été testés sur des données réelles, ce qui a permis notamment de démonter en pratique les bonnes performances du système. Le dépouillement des données réelles a permis de mettre en évidence le profil des canaux multi-trajets dans les zones d'expérimentation. Comme l'estimation du canal et la détection des signaux peuvent être coûteuses en temps de calcul, nous proposons de tenir compte du profil réel des canaux multi-trajets et de réduire le nombre des trajets à considérer selon la puissance du trajet principal d'une manière adaptative.CESSON SEVIGNE-Télécom Breta (350512301) / SudocSudocFranceF