Millimeter-wave propagation in tunnel environments with reconfigurable intelligent surfaces : A ray tracer-based approach

Les communications ferroviaires exigent des débits de données toujours plus élevés pour répondre aux besoins des passagers et des applications critiques de sécurité. Les fréquences millimétriques (mmWave), grâce à leur large bande passante, sont adaptées pour satisfaire cette demande. Cependant, leur sensibilité aux obstacles, notamment dans des environnements confinés tels que les tunnels, limite leur portée. Pour surmonter ces défis, les surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) apparaissent comme une technologie prometteuse. Elles permettent de créer des chemins de propagation supplémentaires, contournant ainsi les obstacles. Cette thèse évalue l’efficacité des systèmes assistés par RIS pour des communications ferroviaires en environnement tunnel. Les modèles de canaux théoriques traditionnels étant inadaptés aux tunnels, le simulateur de tracé de rayons CloudRT a été étendu pour générer un modèle de canal en cascade réaliste, spécifique aux systèmes assistés par RIS. Les résultats montrent que les RIS améliorent significativement la puissance reçue en introduisant des trajets alternatifs, dépassant ainsi les performances des systèmes sans RIS. Un algorithme d’optimisation pour le placement des RIS dans les tunnels a également été développé. Il démontre que les configurations multi-RIS maintiennent un niveau de signal acceptable, tout au long du tunnel. L’étude s’étend aux systèmes large bande, confirmant que les RIS améliorent systématiquement les performances, en particulier dans les tunnels étroits à voie unique, où un train peut obstruer le lien direct entre l’émetteur et le récepteur.