Energy and spectral efficiency tradeoff for autonomous communicating objects

Compromis efficacité énergétique et efficacité spectrale pour les objets communicants autonomes

Randa Jaouadi (1)

1 IETR - Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique

Technological advances have led to the develop- ment of wireless sensor applications. These sensors are generally deployed with reduced energy resources where replacing a battery can be costly. Energy ef- ficiency is an important constraint to ensure a high level of autonomy. The current trend towards high- throughput applications requires not only high spectral efficiency but also reduced energy consumption. It is therefore essential to study the trade-off between spec- tral efficiency and energy efficiency for wireless sensor networks (WSNs). In this thesis we concentrate on the different techniques adopted at the level of the phys- ical layer. At first, the various aspects characterizing the WSNs are introduced. Then, the efforts made to optimize the conservation of energy in these networks are summarized while highlighting the link between the energy consumption and the spectral efficiency. Then, different energy models are introduced and classified in order to study the evolution of the consumed energy as a function of the spectral efficiency. Secondly, we focus on the choice of modulation in order to find the optimal scheme that minimizes energy. We then stud- ied the tradeoff between energy and spectral efficiency, taking into account the constraints imposed by the sys- tem. Finally, we are interested in coding strategy and error control protocol to study their impact on the en- ergy efficiency and spectral efficiency tradeoff.

Les progrès technologiques ont permis le développement d’applications de capteurs sans fil. Ces capteurs sont généralement déployés avec des ressources énergétiques réduites où le remplacement d’une batterie peut être coûteux. L’efficacité énergétique est une contrainte importante pour assurer une grande autonomie. La tendance actuelle vers des applications à haut débit demande non seulement une grande efficacité spectrale mais aussi une consommation réduite de l’énergie. Étudier le compromis entre l’efficacité spectrale et l’efficacité énergétique pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) est donc primordial. Nous nous concentrons dans cette thèse sur l’étude des techniques adoptées au niveau de la couche physique. D’abord, les différents aspects caractérisant les RCSFs sont introduits. Puis les approches courantes pour réduire l’énergie dans ces réseaux sont rappelés tout en soulignant le lien entre la consommation d’énergie et l’amélioration de l’efficacité spectrale. Des modèles courants de consommation d’énergie sont introduits et classés afin d’étudier l’évolution de l’énergie consommée en fonction de l’efficacité spectrale. En second lieu, nous nous sommes focalisés sur le choix de la modulation du point de vue énergétique et spectrale afin de trouver le schéma de modulation optimal qui minimise l’énergie. Nous avons étudié ensuite le compromis entre l’efficacité énergétique et spectrale en tenant compte des contraintes imposées par le système. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’intégration du codage et du protocole de contrôle d’erreurs dont nous avons étudié l’impact sur le compromis efficacité énergétique et efficacité spectrale.

Mots clés: spectral efficiency; modulation; MQAM; error correction strategy; Wireless sensor networks; energy efficiency

Mots clés: Réseaux de capteurs sans fil; efficacité énergétique; efficacité spectrale

Domaines: Electronique; Autre

Randa Jaouadi. Compromis efficacité énergétique et efficacité spectrale pour les objets communicants autonomes. Electronique. UNIVERSITE DE NANTES, 2017. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01649368⟩