New communication paradigms based on emerging technologies

Nouveaux paradigmes de communication basés sur les technologies émergentes Dans les réseaux sans fils actuels, l'environnement est perçu comme un' entité ingérable pour la communication et le traitement de l'information. Les objets physiques modifient considérablement la propagation des ondes électromagnétiques en produisant phénomènes de dégradation, à cause de la propagation multi{-}path, et interférence, à cause de réflexions et réfractions. De plus, les signaux sont soumis à l'atténuation dû aux pertes d'absorption et à la diffusion naturelle de la puissance dans l'espace, ainsi réduisant le rayon de couverture des stations de base.La détérioration des signaux devient importante pour la communication aux ondes millimétriques et THz à cause de l'absorption moléculaire, dégradation multi-path et effet Doppler aussi à la vitesse piétonne. Donc, même si ces fréquences permettent des data-rates très élevés et une miniaturisation de la dimension des dispositifs, seulement les communications LOS (Line-of-Sight) à distance brève peuvent être réalisés.Cette thèse de doctorat concerne les paradigmes de communication sans fils pour les environnements reprogrammables. Afin de réaliser ce paradigme, les Métasurfaces Intelligentes Reconfigurables (RIMs) ont été adoptées. Les métasurfaces sont des surfaces faites de matériel électromagnétique conçue pour montrer des propriétés qui ne peuvent pas être trouvées dans les matériaux classiques. Elles sont composées de celles unitaires appelées meta-atoms. Selon le choix du matériel e de la forme du modèle métallique, un meta-atom peut absorber, réfléchir ou réfracter l'onde électromagnétique qui impacte sur la métasurface et, en même moment, il peut modifier sa phase, polarisation ou intensité. Lors que plusieurs meta-atoms sont arrangés pour former une métasurface, l'onde qui empiète est reçu simultanément par toutes les meta-atoms. Dans leur ensemble, ils accomplissent l'opération pour laquelle ils ont été conçu.En ajoutant les ondes réfléchies ou réfractées par chaque meta-atom, chacune avec ses caractéristiques, l'onde qui en résulte aura propriétés différentes, comme direction ou polarisation, en ce qui concerne l'onde originale reçue par la métasurface. Si les pièces de phase switching (MEMS, CMOS transistors ou interrupteurs microfluidiques) sont inclus dans chaque meta-atom, le comportement de chaque meta-atom peut être reconfiguré pour s'adapter aux exigences variables des alentours.Pour le nouveau paradigme de communication, le spectre des fréquences des ondes millimetriques a été pris en considération parce qu'il soutienne les communications sans fils à grande vitesse.Certaines métasurfaces reprogrammables ont été conçues avec telles propriétés qui permettent de contrôler le pattern de radiation généré.Une FPGA a été pris en considération pour contrôler les pièces de switching de la métasurface reprogrammable et pour la reprogrammer. L'unité logique a besoin de s'adapter aux changements extérieurs (c.-à-d. la position variable d'un utilisateur mobile), donc les algorithmes de machine learning ont été appliqués. En particulier le Genetic Algorithm et le Particle Swarm Optimization ont été choisis parce qu' ils montrent les caractéristiques nécessaires pour calculer la configuration requise de la metasurface depuis le pattern de radiation désiré.Enfin, le modèle de canal d'un système outdoor qui se compose d'une station de base, une métasurface intelligente reconfigurable et un récepteur mobile a été évalué en présence de diffuseurs et l'interférence a été estimé dans différents conditions.