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Défis technologiques >> Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes
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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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Techniques de codage optimisées pour la conception d'accélérateurs matériels de réseaux de neurones profonds

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 approches par réseaux de neurones artificiels ont permis une amélioration importante des performances dans de nombreux domaines tels que la classification, la segmentation et la détection d'objets. L'efficacité de cette approche n'étant plus à démontrer le nombre d'applications envisagées est en pleine croissance. Cependant, en raison de leur complexité calculatoire et à leur besoin mémoire, ces réseaux sont difficilement portable dans des applications embarquées faible puissance. Pour améliorer le portage sur plateforme embarquée, de nombreux travaux de recherche ont abouti sur différentes techniques permettant de réduire l'empreinte mémoire et calculatoire d'un réseau de neurones artificiels: Réduction de nombre de paramètres, quantification numérique, etc. Cette thèse veut pousser plus loin l'optimisation des réseaux en travaillant sur le codage de l'information. Cette thèse propose d'explorer une nouvelle méthode en travaillant directement sur la manière de coder l'information au sein du réseau de neurones. Cette méthode de codage aurait pour finalité d'unifier deux modèles de codage existants: modèle vectoriel et modèle impulsionnel, tout en gardant en perspective une implémentation matérielle. Selon le profil du candidat, la thèse pourrait se focaliser sur l'analyse théorique et la conception des algorithmes, ou sur des implémentations matérielles optimisées. Tâches envisagées: ? Analyse de la distribution des activations et des poids dans des topologies DNN de l'état de l'art ? Développement d'une méthode d'optimisation matérielle des DNNs en fonction des données ? Développement de nouveaux paradigmes du codage du flux d'information dans les DNNs, et implémentation des opérateurs matériels correspondants ? Publication d'articles scientifiques dans des conférences de premier rang et journaux du machine learning et du calcul neuromorphique Qualifications nécessaires: ? Bon diplôme de Master (ou équivalent) en informatique, génie électrique, machine learning, physique, mathématique ou discipline similaire ? Compréhension théorique et premières expériences pratiques avec le machine learning et les réseaux profonds, particulièrement en vision ? Bonnes connaissances des langages de programmation (au moins Python, préférablement aussi C++) ? Compréhension basique des systèmes embarqués et leurs contraintes est avantages. Pour une thèse focalisée sur des implémentations, des connaissances en langages HDLs sont requises. ? Bonne maîtrise de l'anglais Notre laboratoire possède une expérience forte dans la conception et l'optimisation des réseaux de neurones pour les applications embarquées, dans la conception d'accélérateurs matériels et du calcul neuromorphique, avec des publications dans des conférences IA et matérielle majeures, et des collaborations avec les acteurs industriels et académiques majeurs du domaine. Notre groupe est le principal développeur de N2D2, un outil français pour l'optimisation et le déploiement des réseaux de neurones. Le poste offre la possibilité de contribuer à la version open source de l'outil (nécessite connaissance en C++). Si intéressé, veuillez postuler avec votre CV, des bulletins de notes récents, une courte description de votre motivation pour le sujet et des lettres de recommandation si pertinentes.

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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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Optimisation conjointe forme d'onde et codage canal pour les systèmes sub-THz

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Master2, Traitement du signal, Codage

01-10-2020

SL-DRT-20-1008

valentin.savin@cea.fr

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

Les communications sans fil représentent un enjeu clé pour la société de l'information, avec une montée en débit allant jusqu'au Tb/s. Le spectre sub-THz (100-300 GHz) représente une réelle opportunité pour répondre à la croissance exponentielle du trafic de données, et jouera sans doute un rôle majeur dans les systèmes de communication 6G. Le développement de systèmes de communication sub-THz doit prendre en compte les contraintes spécifiques à l'utilisation de ces bandes de fréquence (fortes imperfections de phase dues aux oscillateurs hautes fréquences, contraintes importantes sur les convertisseurs embarqués, etc.), tout en répondant aux défis en termes de débit, efficacité spectrale, et complexité. Au-delà du choix d'une forme d'onde à grande efficacité spectrale, et adaptée au spectre sub-THz, le codage canal contribue de manière importante aux limitations de débit, à la complexité, et à la latence globale du système. Une optimisation conjointe de la forme d'onde et des algorithmes de codage canal devra donc être proposée. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de proposer une optimisation conjointe de la forme d'onde et du codage canal pour les systèmes de communication sub-THz. Elle s'appuiera en partie sur des résultats récents concernant la conception de formes d'ondes pour les communications sub-THz (thèse DSYS 2017-2020), aussi bien pour des récepteurs cohérents ou non-cohérents. Le travail se décomposera en deux parties, concernant d'une part des aspects liés à la conception du code correcteur, afin de l'adapter aux formes d'ondes proposées, et d'autre part des aspects liés aux algorithmes de décodage, afin de répondre aux exigences de faible complexité des systèmes sub-THz. Ainsi, l'approche proposée se différencie en combinant la conception de formes d'ondes, la construction de code, et les algorithmes de décodage d'une manière holistique, afin de mettre à profit de manière optimale l'utilisation du spectre sub-THz.

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Communications Digital-to-Light sur matrice de micro-(O)LEDs.

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Ingénieur Master 2 communication numérique / traitement signal / transmission optique

01-10-2020

SL-DRT-20-1017

luc.maret@cea.fr

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

Dans le domaine des communications optiques sans-fil non-laser (LED, OLED), la montée en débit passe par l'utilisation de micro(O)LEDs qui présentent des largeurs de bande approchant le GHz (technologies GaN ou organiques) ; ces LEDs sont cependant limitées en puissance lumineuse et ainsi en portée de communication. Le développement de matrices de micro-LED permet de retrouver des puissances d'émission optiques considérables ouvrant la voie à des applications plus longues portées. Pour préserver la bande passante de ces sources optiques, il est envisagé une hybridation avec une matrice de drivers en courant CMOS également pixélisés. Un tel montage permet ainsi de disposer d'un accès indépendant à un grand nombre de micro-sources optiques. Ceci a donné lieu très récemment à l'implémentation de modulations dites « Digital-to-Light » (D2L), où le signal modulé quantifié est directement utilisé pour piloter la matrice par codes thermométriques, supprimant ainsi les convertisseurs numériques-analogiques. Mais ce nouveau composant, que l'on pourrait appeler « DOC » (Digital-to-Optical Converter), fait maintenant face à de nouvelles problématiques liées aux disparités de comportements des micro-LEDs au sein d'une même matrice, amenant notamment à des phénomènes de non-linéarités dans le signal optique émis. La thèse doit aborder ces nouveaux challenges, comprendre les sources d'imperfections et y remédier par des architectures systèmes spécifiques et des techniques de traitement du signal mettant en oeuvre des modulations D2L efficaces, des quantifications non-uniformes et des compensations de l'impact des constantes de temps. L'objectif final est d'établir une transmission optique sans fil à plus de 10Gb/s à des distances de l'ordre du mètre. Des implémentations matérielles seront possibles par le biais de matrices développées au sein du Leti.

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Fiabilité des amplificateurs de puissance : modélisation, design stratégies et test

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

M2 ou diplôme d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-1251

alexis.divay@cea.fr

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

Avec l'essor de la 5G les circuits RF et millimétriques se multiplient dans le domaine des télécommunications. Dans la chaine de réception/transmission, l'amplificateur de puissance (PA) est un élément clé et il est critique au bon fonctionnement des transmissions. La fiabilité de ce dernier est un élément important car les excursions RF aux bornes du dispositif sont fortes et les formes de signaux sont complexes, mettant en jeux des mécanismes de vieillissement en dynamique. Dans ce contexte, le concepteur doit s'appuyer sur des outils de simulation de vieillissement pour pouvoir dimensionner correctement son circuit. Un des premiers objectifs de la thèse est de mieux comprendre les mécanismes de vieillissement mis en jeux au niveau CMOS à travers des campagnes de stress en DC et en RF large signal sur un banc Load-Pull. Les transistors étudiés seront des MOS avec oxyde fin ainsi que des dispositifs optimisés pour la forte puissance (DMOS). Ensuite, différentes topologies de l'étage de puissance seront étudiées afin de corréler le design avec un gain éventuel en fiabilité. Pour finir, un système de monitoring in-situ de la dégradation du dispositif sera proposée afin de compenser les pertes de performance ou d'alerter en cas de défaillance imminente.

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