Towards robust ranging processes in Non-Line of Sight conditions in Ultra-Wideband wireless networks.
- Schrive, Julien (1997-.... ; docteur en informatique) (2025)
Thèse
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- Numéro national de thèse
- 2025TLSEJ043
- Titre en anglais
- Towards robust ranging processes in Non-Line of Sight conditions in Ultra-Wideband wireless networks.
- Titre en français
- Vers des processus de ranging robustes à la non-ligne de vue dans les réseaux sans fil Ultra-Wideband
- Directeur de recherche
- Van den Bossche, Adrien (19..-....)
- Co-directeur de recherche
- Dalce, Rejane (1982-.... ; enseignante-chercheuse en informatique)
- Date de soutenance
- 13 juin 2025
- École doctorale
- MITT : Mathématiques Informatique Télécommunications de Toulouse
- Unité de recherche
- Institut de Recherche en Informatique de Toulouse - IRIT
- Mots-clés en anglais
- Ranging protocols
- Time of Flight
- Angle of Arrival
- Ultra-Wide Band
- Non-Line of Sight
- Mots-clés en français
- Protocoles de ranging
- Temps de vol
- Angle d'arrivée
- Ultra Large Bande
- Non ligne de vue
- Résumé en anglais
- The domain of location-based services for assets and individuals within wireless networks has emerged as a pivotal focus for the Internet of Things (IoT) industry and sensor networks. This area is garnering increasing attention in both academic literature and research. Currently, several widely deployed radio technologies are offering localization capabilities to users. Among these, Ultra-Wideband (UWB) is particularly notable for its outstanding performance, delivering accuracy on the order of a few centimetres. Standardized under IEEE 802.15.4, UWB is deployed alongside Wi-Fi, Bluetooth, and cellular technologies by several manufacturers. However, it is widely recognized that the performance of radio localization techniques is susceptible to propagation conditions and the Non-Line of Sight (NLOS) issue. Obstructions in the propagation channel can lead to measurement errors, resulting in inaccurate position estimates. UWB technology is not immune to these issues, necessitating solutions for their identification and correction. Given the complexity of this challenge, numerous approaches have been proposed in the literature. The research presented in this manuscript is situated within this context, focusing on the identification and correction of errors induced by NLOS conditions. This study introduces an approach that exploits both the frequency diversity of UWB and the spatial diversity at the reception system level. To this end, a specialized measurement protocol, termed Multi-Channel Two-Way Ranging (MC-TWR), is proposed and validated through experimental processes. Utilizing tools and infrastructure such as those from the LocURa4IoT platform, various types of obstructions and spatial configurations were tested in fully controlled anechoic environments.
- Résumé en français
- La thématique des services de localisation des biens et des personnes dans les réseaux sans fil est devenue un sujet brûlant pour l'industrie de l'Internet des Objets et des réseaux de capteurs. Ils font l'objet d'un intérêt croissant dans la littérature et la recherche. Aujourd'hui, plusieurs technologies radio massivement déployées tendent à proposer des capacités de localisation à destination des utilisateurs. Parmi elles, l'Ultra Wideband (UWB) se démarque particulièrement par ses performances offrant une précision de l'ordre de quelques centimètres. Standardisée dans l'IEEE 802.15.4, cette technologie est déployée au même niveau que le Wi-Fi, Bluetooth et les technologies cellulaires par les constructeurs. Cependant, il est de notoriété publique que les performances des techniques de localisation radio sont soumises aux conditions de propagation et à la problématique dite de la Non-Ligne de Vue (NLOS). En présence d'obstructions sur le canal de propagation, ces dernières provoquent des erreurs de mesures amenant à des estimations de position erronées. La technologie UWB n'est pas immune à ces phénomènes et des solutions doivent être employées pour les identifier et les corriger. Du fait de la complexité de cette problématique de nombreuses propositions ont été proposées dans la littérature. Ainsi, les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans ce contexte, et sont consacrés à l'identification et la correction des erreurs induites par les conditions de NLOS. Ici, une approche permettant d'exploiter la diversité fréquentielle de l'UWB ainsi que la diversité spatiale au niveau des systèmes de réception est introduite. Pour ce faire, un type de protocole de mesure dédié, le "Multi-Channel Two-Way Ranging" (MC-TWR) est proposé et validé par un processus expérimental. À l'aide des outils et infrastructures tels que ceux de la plateforme LocuRa4IoT, plusieurs types d'obstructions et configurations spatiales ont été testées et dans des environnements anéchoïques entièrement contrôlés.
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Citation bibliographique
Schrive, Julien (1997-.... ; docteur en informatique) (2025), Towards robust ranging processes in Non-Line of Sight conditions in Ultra-Wideband wireless networks. [Thèse]