Integrated Communication and Radar Scheme for Future Intelligent Transportation Systems

Grâce à son impact social et économique, la journée mondiale de la santé 2004 a été dédiée à la sécurité routière. Le thème suivant : « La sécurité routière n‘est pas accidentelle» a été abordé. Suite à cette rencontre, une attention toute particulière a été donnée à la problématique des accidents de la route. Afin d‘augmenter la sécurité sur les routes et diminuer le nombre d‘accidents, des systèmes intelligents de transport (ITS) ont été proposés. Ces systèmes utilisent les technologies avancées de communication et de détection. La structure ITS associe les fonctionnalités des Radars et des communications sans fils, permettant de rendre les futurs véhicules intelligents autonomes et collaboratifs. Ces deux fonctions peuvent être réalisées en utilisant deux systèmes radiofréquences individuels et indépendants. Toutefois, une meilleure solution consiste à intégrer, dans un seul dispositif, le système de communication et le radar. Ceci permet d‘apporter de nombreux avantages comme par exemple la simplification et la miniaturisation du système, sa reconfigurabilité, l‘augmentation de son efficacité, et enfin cela permettrait de réduire fortement ses coûts de développement et de réalisation, élément clé pour réussir la commercialisation du véhicule intelligent. Intrinsèquement, le fonctionnement des communications sans fils et des Radar ne sont pas compatibles. En effet, ils requièrent des techniques de conception et d‘implémentations différentes, ce qui les rend difficilement intégrables en un seul système. Afin de répondre aux grands défis technologiques présentés par cette intégration fonctionnelle, cette thèse de doctorat présente un développement compréhensif des systèmes intégrés de communication sans-fil et radar (iCars), placés dans un seul dispositif émetteur-récepteur et destinés aux futurs systèmes intelligents de transport. Premièrement, après une recherche bibliographique approfondie, une nouvelle technique de modulation est proposée. Dans cette technique, les signaux radar et les signaux de communication sont arrangés en créneaux temporels séquentiels pendant un cycle d‘opération, minimisant ainsi leurs interférences mutuelles. Cette technique permet d‘obtenir une agilité temporelle et/ou une reconfigurabilité fonctionnelle, par l‘ajustement adaptatif ou cognitif de toutes les durées de modulation de la forme d‘onde, en accord avec les situations spécifiques de l‘utilisation.

Abstract

Due to its growing social and economic impact, the world health day of 2004 was dedicated to road safety with its theme as ―Road safety is no accident‖. Thereafter, road traffic accidents have received unprecedented attention. In order to improve road safety, intelligent transportation systems (ITSs) have been proposed and deployed by making use of advanced information and communication technologies. Within the framework of ITSs, both wireless communication and radar sensing functions are indispensable for autonomous and cooperative operations of future intelligent vehicles (IVs). These two functions can definitely be achieved by using two individual and independent wireless systems. However, an attractive solution would be to integrate both communication and radar functions within a single transceiver platform, which could bring a lot of benefits such as system simplification and miniaturization, functional reconfiguration and fusion (mutual penetration and rapid processing/control of information), and especially efficiency enhancement and cost reduction that are the keys to the successful development and marketing of IVs. Intrinsically, wireless communication and radar systems have incompatible operation principles, which require different design considerations and system implementations with respect to modulation techniques, required bandwidth, signal propagation and detection. To respond to these unprecedented design and technological challenges posed by the functional integration, this PhD thesis presents comprehensive study and development of integrated communication and radar systems (iCars) based on a single transceiver platform for future ITSs. Following a broad and in-depth literature review, first of all, a novel modulation scheme is proposed in this work, in which radar and communication signals are arranged in sequential time slots of one operation cycle and therefore, their interference is minimized. Also, time-agility or flexible functional reconfiguration can be easily achieved by adaptively or cognitively adjusting all software-programmable time durations in the modulation waveform according to usage situations. Moreover, functional fusion between two operation modes can be made possible from the following two aspects. One is that targets‘ ranges and velocities obtained through the radar mode can be used in the communication mode to mitigate multipath fading and compensate the Doppler spreading effect caused by the mobility of onboard units.