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Sujet_ UML-Based Design Space Exploration with Fast Simulation and

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Sujet_ UML-Based Design Space Exploration with Fast Simulation and Powered By Docstoc
					THEME :
  ELECTRONIQUE ET INFORMATIQUE POUR LES SYSTEMES DE
                   COMMUNICATION

1.     Sujet :      Etude et conception d'un modulateur à électro-absorption intégrée
pour des applications de transmission radio sur fibre de signaux ULB aux fréquences
millimétriques
Directeur de thèse : Georges ALQUIE, Professeur, alquie@ccr.jussieu.fr
Co-encadrement :     Frédérique DESHOURS, MdC, deshours@lisif.jussieu.fr
                     Université Pierre et Marie CURIE (Paris 6)
                     LISIF - Case courrier 252 - 3, rue Galilée
                     94200 IVRY SUR SEINE  01 44 27 27 58 ou 01 44 27 74 59

   Dans un contexte de mobilité et d'interopérabilité accrue par les réseaux locaux, on cherche à
étendre et à densifier la fourniture de débits pouvant atteindre 1 à 2 Gbit/s. Une solution repose
sur l'utilisation d'un lien radio Ultra-Large Bande (ULB) sur les derniers mètres desservis par une
distribution optique par conversion analogique. A l'heure actuelle, la bande de fréquences 3.1-
10.6 GHz est largement exploitée en termes d'études et de recherche, permettant des débits
pouvant atteindre 500 Mbit/s. Une saturation de cette bande pourrait apparaître à l'avenir. C'est
pour cela que des bandes de fréquences sont ouvertes pour de telles applications vers 17 GHz et
60 GHz. Cette dernière bande est extrêmement intéressante et a fait l'objet de nombreux sujets de
recherche d'un point de vue conception de circuits en bande millimétrique mais elle reste ouverte
à une étude sur la propagation de signaux ULB à de telles fréquences et à une étude de la
modulation directe de composants optiques intégrés. A ces fréquences, l'intégralité de la bande
est accessible à la propagation des signaux ULB, ce qui n'est pas le cas pour la bande 3.1-
10.6 GHz. Ainsi, des débits allant au-delà de 2 Gbit/s peuvent être atteints.
  Le sujet de cette thèse concerne l'étude de la modulation directe de signaux optiques par des
  signaux impulsionnels monocycles ULB à 60 GHz pour des applications de transmission
  radio sur fibre (Radio Over Fiber). L'utilisation de composants optiques en réflexion (mono-
  fibre) ou de lasers-modulateurs intégrés comme les modulateurs à électro-absorption sont des
  éléments prometteurs et innovants pour réaliser ce type de modulation directe très complexe.
  Cette étude a pour objectif de concevoir et optimiser ce type de composants optiques modulés
  par des signaux à des fréquences millimétriques et de caractériser les non linéarités de ces
  composants afin d'en déduire leurs impacts sur un signal impulsionnel monocycle.
  Un travail conséquent et essentiel dans un premier temps consistera à optimiser le composant
  optique et ses structures d'accès à l'aide des différents logiciels disponibles au sein des
  laboratoires partenaires du projet.
  Le composant optique devra également être modélisé dans le domaine non linéaire optique et
  électrique en vue de son utilisation ultérieure dans des systèmes innovants de communications
  radio sur fibre. Cet aspect de modélisation est primordial et sera réalisé à partir de
  caractérisations effectuées dans les domaines optique et électrique.
   Cette étude se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre deux laboratoires
universitaires situés à l'Université Pierre et Marie Curie (LISIF) et au CNAM (ESYCOM) et un
laboratoire de recherche privé ALCATEL-III-V Lab.
   Le ou la doctorant(e) bénéficiera d'un environnement privilégié avec cette collaboration entre
trois laboratoires complémentaires et notamment avec l'accès à la technologie et la réalisation des
composants optiques au sein du laboratoire industriel appartenant à un pôle de compétitivité
mondial.

Mots-clés : Opto-microondes, signaux Ultra Large Bande, circuits MMIC, modulateurs à électro-
absorption, radio sur fibre



2.     Sujet :          Modélisation et consommation d’un capteur visuel sans fil

Directeur de thèse :    Patrick GARDA, Professeur, Patrick.Garda@upmc.fr

Coencadrant :          Julien DENOULET, Maître de Conférences, Erreur! Signet non défini.

                        Laboratoire LISIF (Groupe SYEL)



Le groupe SYEL du LISIF étudie la conception de capteurs visuels sans fil réalisés sous la forme
de systèmes sur puce mixtes analogique-numériques qui incluent :
 Un capteur d’image intégré.
 Un cœur de microcontroleur exécutant un logiciel embarqué.
 Différentes IP numériques réalisant des fonctions comme la compression video et la détection
    de mouvement.
 Une liaison sans fil locale de type réseau ad hoc (par exemple Bluetooth, ZigBee).


L’objectif de la thèse est d’étudier la conception et la modélisation de ce capteur visuel au niveau
système. Plus précisément, il s’agit tout d’abord de définir précisément les fonctions et
l’architecture de cet objet communicant, en incluant la gestion dynamique de la consommation. Il
s’agit ensuite de faire un modèle de cet objet communicant, qui permette en particulier sa
simulation et l’estimation de sa consommation, ce qui implique de sélectionner les outils les
mieux adaptés à cette modélisation. Il s’agit enfin de définir les moyens de prototypage et de
validation du modèle de l’objet communicant en vue de sa conception.

Mots-clés : systèmes sur puce, modélisation, gestion dynamique de consommation, conception
au niveau système.
3.   Sujet :            Etude de l'Intégration et de la Modélisation de services d'un RTOS
pour un RSOC.

Directeur de thèse :    Bertrand Granado, Maître de Conférences,
                        bertrand.granado@lisif.jussieu.fr
                        LISIF, UPMC



Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet OverSoC, labélisé par l'ANR en novembre 2005, son
sujet consiste à étudier l'intégration de services de système d'exploitation dans une plate forme à
base d'architectures reconfigurables.

Cette étude sera menée d'une part en intégrant dans une plate-forme un séquenceur et les services
étudiés pour déterminer des mesures de qualités permettant d'apprécier l'impact d'un service du
système d'exploitation sur les performances de l'architecture.

D'autre part une modélisation en systemC du système d'exploitation et des ses services sera
effectuée afin d'intégrer le tout dans l'outil OverSoC. Cet outil est basé sur une méthodologie
d'exploration et de validation des architectures de systèmes d'exploitation temps-réel (RTOS)
embarqués pour les plate-formes SoC reconfigurables (RsoC).

La modélisation de l'architecture sera aussi abordée durant cette thèse, en déterminant un modèle
à haut niveau d'astraction permettant d'obtenir des informations pertinentes sur les performances
de l'architectures. Ce modèle offrant la possibilité d'utiliser le raffinement dans l'outil OverSoC,
tout en obtenant dès les couches les plus abstraites un bon niveau d'information pour effectuer
des choix.

Mots-clés : RTOS, RsoC, Modélisation, Raffinement.
4.   Sujet :            Analyse des tolérances inverses dans les circuits intégrés
                        analogiques et numériques.

Directeurs de thèse : G.Vasilescu, gv@lisif.jussieu.fr
                      F.Vallette, fv@lisif.jussieu.fr
                      Laboratoire LISIF, Université Pierre & Marie Curie
                      Site Raphaël - 3 rue Galilée - 94200 IVRY-SUR-SEINE
                      tel : 1-44-27-84-05

 Dans la conception de circuits intégrés robustes, la phase d'optimisation (réalisée avec de
multiples simulations) consiste à établir les valeurs idéales des différents paramètres afin de
réaliser un circuit aux performances optimales. Malheureusement, une fois le circuit réalisé on
constate que, pendant la fabrication, les valeurs réelles des paramètres ont légèrement dévié par
rapport à leur valeur prise en compte au moment de la conception, ce qui risque de modifier de
manière conséquente ses performances.
L’approche, qui est le plus souvent décrite dans la littérature technique, est d’imposer des
tolérances aux divers composants et d’estimer les variations qui résultent sur la performance
étudiée.
Du point de vue pratique, l’analyse qui est la plus utile au concepteur consiste à fixer le gabarit de
la performance à ne pas dépasser, et ensuite en déduire les tolérances imposées aux divers
composants afin d’avoir la certitude que le cahier de charge est satisfait.
Le sujet de cette thèse est de déterminer, en ayant choisi un bon gabarit pour la performance d'un
circuit électronique, quelles sont les tolérances acceptables sur un ou plusieurs paramètres de ce
circuit. L'étudiant devra mettre au point une méthode efficace d'analyse des tolérances inverses et
la validera par la réalisation d'un outil logiciel, compatible avec un simulateur de type SPICE.

Mots-clés : tolérances directes, tolérances inverses, paramètres électriques et géométriques,
CAO, circuits robustes ;
5.    Sujet: UML-Based Design Space Exploration with Fast Simulation and Static
Analysis Techniques in Mind

Directeur de thèse: Ludovic APVRILLE, Maître de Conférences, LTCI/ENST, Sophia Antipolis

email : ludovic.apvrille@enst.fr




To answer even more demanding users, mobile terminals now have to offer more and more
advanced functionalities such as multimedia and cryptographic services. At the same time, the
time-to-market has become a key economic factor in that field. These advanced functionalities
are commonly software and hardware implemented with System-on-Chip. Thus, methodologies
for designing such chips have to be studied.
Basically, methodologies for designing SoC rely on 3 main steps. In the first step the application
is modeled with a mixture of several high level languages (Matlab, Simulink, SPW, Java, C++,
etc.). Then, in the second step, software and hardware functions are separated from each other:
this phase is called design space exploration. Indeed, various combinations of hardware and
software architectures are experimented to find the best compromise to match various criteria
such as flexibility, cost, consumption, etc. In the third step, the selected hardware platform
defined at previous step is developed apart from the software code, and finally all are integrated
together.

Nevertheless, this methodology suffers several drawbacks. In our opinion, one of the most
important is about system validation: only inaccurate transaction-based or lengthy cycle-based
simulation can be performed at design space exploration level. Indeed, the entire very detailed
functionality is handled, even when control only properties are investigated. Therefore,
optimizing the hardware /software distribution of functionalities according to given criteria may
be very complex, because of the time simulations take to get acceptable results regarding those
criteria. Today, this issue is addressed by using engineer experience on design space exploration.
However, this approach cannot be applied when dealing with highly complex functionalities to
implement.

Contributions, such as [1, 4, 6, 3, 5, 8] have already been proposed to solve that issue. They are
commonly based on several points. First, they rely on high-level languages for separately
describing functionalities and architecture. Second, they propose a way to map functions over
hardware execution nodes. Third, they introduce simulation techniques to simulate the system
built from the mapping of functions over hardware nodes. Their main drawback is in the
verification of the system since, most of the time, they support slow-simulation techniques only.

We do think that these contributions should be greatly enhanced as follows. First, languages for
describing functions should focus on control - including communication between functions -
rather than on manipulated data or on precise functions. Ideally a language that totally abstracts
the data processing would probably result in much faster simulations while allowing static
analysis techniques. Second, hardware components should also be modeled in a very abstract
way. Last, because our methodology relies on high-level abstractions, we do think static analysis
techniques should be used to validate some properties before and after mapping. Also, simulation
speed should be grandly enhanced, thanks to the abstractions introduced at function description
and hardware components level.

The thesis work should focus on those three fundamental points.
    _We have already proposed a Task Modeling Language for describing high-level
       functions. This language takes into account contributions such as [1, 6], and provides this
       language with an operational semantics. Additionally to this, the timing semantics of
       operators should be defined with regards to the notion of cycles commonly used at design
       space exploration level. A user-friendly front-end to this language should also be
       addressed. An interesting approach to this would be to define a UML-based profile.
       Studying the UML profile TURTLE might be a good starting point [2]
    We have already defined a set of hardware components such as CPUs, buses, hardware
       accelerators, etc. These components now have to be modeled in an abstract and friendly-
       way in UML. Then, the mapping of TML tasks over hardware component will have to be
       settled, and more precisely, mapping algorithms should be proposed, and the UML
       environment for managing this mapping defined, and implemented as an extension of [7].
    In the last point, simulation and validation techniques shall be explored, starting from the
       SystemC TML simulator developed at LabSoC. The objective is to be able to simulate
       and validate TML tasks before mapping, and after mapping. Therefore, a simulation and
       validation semantics shall be proposed. For both, the speed will be a major criterion to
       take into account.

Finally, the overall contribution will be evaluated for the design of several System-on-Chip
proposed by our industrial partners (STMicroelectronics, Texas Instruments, etc.).
6.     Sujet : Antennes miniatures d’émission et de réception de signaux impulsionnels

            Directeur : Xavier Bégaud, Maître de Conférences, LTCI/ENST

                       Email : Xavier.Begaud@enst.fr




         Encore confidentielle il y a quelques années, la radio ultra large bande (UWB) s'est
hissée au rang des technologies incontournables pour les transmissions sans fil. En fait,
l'étincelle s'est produite en 2002, lorsque l'IEEE a lancé les travaux de spécification d'une
norme applicable aux réseaux radio personnels (WPAN) et apte à supporter des débits
supérieurs à 100 Mbit/s sur une dizaine de mètres.
Parmi les différentes solutions en cours d’élaboration, l’approche « impulsionnelle » est la plus
novatrice. Il s’agit d’émission de signaux à spectres extrêmement larges (au maximum de 3.1 à
10.6 GHz) et d'assez faible puissance (d'un à deux ordres de grandeur en dessous de celle des
communications en bande étroite). Les impulsions ainsi produites doivent être rayonnées et
captées par des antennes.
        Les caractéristiques de rayonnement usuelles des antennes, i.e. celles établies dans le
domaine fréquentiel, ne sont pas nécessairement adaptées à la transmission et la réception de
ces impulsions. La conception des antennes est ainsi intimement liée au générateur et au
récepteur. D’autre part, aussi bien pour des raisons esthétiques que techniques ces antennes
doivent être discrètes et petites. L’objectif de ce travail est donc de définir de nouvelles
caractéristiques de rayonnement impulsionnelles d’antennes et de proposer des solutions offrant
le meilleur compromis performances/encombrement.
         L’étudiant devra connaître les outils de simulation électromagnétique (ADS…), ainsi
que les techniques de mesures hyperfréquences. La thèse se déroulera à l’ENST.
7.     Sujet : Echantillonnage direct de signal RF pour les récepteurs multi-standards


Directeurs de thèse : Patrick LOUMEAU et Patricia DESGREYS, LTCI/ENST

email : Patrick.Loumeau@enst.fr




       Ce travail de thèse est proposé dans l’équipe Systèmes Intégrés Analogiques et Mixtes du
département Communications et Electronique de l'Ecole Nationale Supérieure des
Télécommunications et du Laboratoire Traitement et Communications de l’Information, LTCI
UMR 5141. Le sujet de recherche est inclus dans le projet plus global sur le thème de la « Radio
Logicielle : Interface Radio Reconfigurable ».

       Les systèmes de communications radio numériques vont évoluer vers des solutions
matérielles universelles qui seront configurées à partir de logiciel. C’est la solution dite Radio
Logicielle ou Software Radio. Pour permette cela, la numérisation du signal dans le sens de la
réception doit se faire au plus près de l’antenne. Cette thèse est liée à d’autres sujets déjà débutés
sur le sujet et ont pour thème principal : l’étude des solutions permettant de sous échantillonner le
signal RF pour directement le numériser par la même fonction de traitement de signal. Ceci doit
permettre de baisser les coûts de fabrication des récepteurs, de baisser la consommation et de
rendre compatibles les récepteurs avec l’ensemble des normes existantes.

     A partir de ces contraintes, le projet s’intéresse à la recherche de nouvelles architectures
d’échantillonneur bloqueur et de convertisseur analogique numérique réalisables dans des
technologies avancées ( CMOS 90 nm et 65 nm).

      Ce travail de thèse s’intègre dans un projet de recherche plus complet sur la numérisation
du signal en réception radiofréquences dans le projet plus global de la Radio Logicielle et des
applications UWB (UltraLargeBand). Les spécifications en linéarité, dynamique, bande passante
et consommation seront les principales données à respecter. On s’attachera, de plus, à développer
une méthode d’optimisation de l’ensemble du récepteur pour réaliser une répartition efficace des
contraintes sur chaque élément de la chaîne.
8.       Sujet : Modélisation compacte des nanocomposants .Application à la réalisation de
         fonctions analogiques

         Directeurs de thèse : Patricia DESGREYS, Jean-François NAVINER, Maître de
         Conférences

         email : patricia.desgreys@enst.fr



        Ce travail de recherche s’inscrit dans la thématique Nanotechnologies, axe du groupe
Systèmes Intégrés Analogiques et Mixtes. Le groupe SIAM est partenaire de l’Action Concertée
Incitative qui a commencé sur ce thème en 2004. Les nanotechnologies sont l’objet d’un intense
effort de développement. Leur adoption par l’industrie de l’électronique doit passer par une
évaluation des architectures les exploitant. A court terme, cette introduction se fera en
complément des technologies CMOS standard. A plus long terme, des architectures nouvelles
alternatives aux architectures classiques seront sûrement nécessaires.
             La modélisation compacte des nanocomposants vise à permettre la simulation des
     circuits, le développement et la modélisation de structures de circuits nouvelles ainsi que
     l'exploration de nouveaux concepts de fonctions logiques, rendus possibles grâce aux
     fonctionnalités particulières des nanocomposants.


             Un objectif de la thèse est de simuler le comportement de nanocomposants à partir de
     modèles comportementaux, écrit dans un langage compatible avec la description des circuits
     électroniques (type VHDL-AMS). Une étude particulière sera menée sur la prise en compte
     des dispersions sur les paramètres des composants et leur influence sur les performances des
     architectures.


        D’autre part, l’exploitation de structures moléculaires (en particulier, les CNTFET) pour
la réalisation de fonctions analogiques est aujourd’hui inexplorée. Nous souhaitons déterminer
la faisabilité et au-delà l’intérêt de l’emploi de ces structures pour la réalisation de fonctions
analogiques et mixtes. La possibilité de réaliser des interfaces analogique-numérique sera plus
particulièrement abordée. On s’intéressera à modéliser de telles fonctions à partir des modèles
de nanocomposants créés et à évaluer les performances potentielles par rapport au MOS.
9.     Sujet : Conception d’une ADPLL et étude de Portabilité

       Directeurs de thèse: Patricia DESGREYS et Hervé PETIT, Maîtres de Conférences,
       LTCI/ENST
       Émail : patricia.desgreys@enst.fr




        Ce travail de recherche s’inscrit dans la thématique Méthodologie de Conception, dans le
groupe Systèmes Intégrés Analogiques et Mixtes. Il s'agit de développer de nouvelles méthodes
de conception (modélisation, simulation, hiérarchisation, optimisation) de la partie AMS de
systèmes physiquement hétérogènes compatibles avec les flots de conception de SoC adaptés à la
gestion de la complexité. Pour élaborer ce concept, une stratégie cohérente de modélisation
comportementale doit être développée en s'appuyant sur les langages associés aux différents
niveaux de raffinement des modèles (VHDL-AMS, Matlab, SystemC), qui permettra d'établir le
lien entre les simulations physiques et les simulations haut-niveau matérielle-logicielle. Les
passerelles entre ces niveaux, inexistantes aujourd'hui, seront développées pour propager les
contraintes de conception dans le sens descendant (modélisation des performances, synthèse) et
pour transcrire l'influence des non-idéalités physiques sur les performances système dans le sens
montant (extraction, vérification). Dans ce contexte, nous cherchons à développer des outils et
des méthodes de conception pour des circuits radio fréquences (RF) afin d'englober ce type de
circuits dans le flot de conception de circuits communicants.

        Afin de profiter pleinement du haut niveau d'intégration de la technologie CMOS qui
permet de concevoir des systèmes radio portables à faible coût, une approche nouvelle a
récemment été développée* pour la conception des blocs RF. Celle-ci profite de la grande
résolution temporelle (de l'ordre de la dizaine de picoseconde) disponible dans cette technologie.
Ainsi, pour la synthèse de signaux RF, la boucle de phase traditionnelle est remplacée par une
boucle (ADPLL) opérant essentiellement dans le domaine numérique où la phase est discrétisée
et dont l'élément central est un oscillateur RF contrôlé par un mot numérique (DCO).Cette
approche permet de caractériser ce type de composant avec un haut niveau d'abstraction facilitant
ainsi sa portabilité vers des technologies plus avancées.

       Nous proposons donc d’effectuer une conception de PLL entièrement numérique par une
approche ascendante, du composant physique vers l’architecture, pour intégrer dans nos modèles
des relations entre la technologie et les performances et ainsi favoriser la portabilité de la
conception.

    Pour chaque composant de la PLL, les étapes suivantes devront être mises en place :
9.     Etat de l’art sur les performances et les caractéristiques des réalisations actuelles.
10.    Modèle physique (en SPICE) du composant pour une technologie avancée.
11.    Proposer une méthode originale pour remonter les informations obtenues grâce à la
       simulation physique dans les modèles de haut niveau (comportemental et fonctionnel)
12.    Modèle comportemental (en VHDL-AMS) décrivant le comportement de l’architecture.
13.    Modèle fonctionnel de haut niveau (en SystemC) permettant la simulation des
       caractéristiques principales : fréquence, temps d’établissement, bruit de phase.

    Finalement, à partir des modèles développés et de la méthodologie proposée, une conception
innovante d’un système ADPLL dans une technologie CMOS avancée pourra être proposée et la
partie la plus critique pour les performances pourra être implémentée, fabriquée et testée en
technologie CMOS.

(*) « All-Digital TX Frequency Synthesizer and Discrete-Time Receiver for Bluetooth Radio in
130-nm CMOS » R. B. Staszewski et all.
IEEE Journal of Solid State Circuits, Décembre 2004
10.    Sujet: Hybrid communication architectures for victim assistance in emergency
       situations

       Directeur de thèse : Laurent FRANCK, Maître de Conférences, LTCI/ENST, Toulouse

       email : Laurent.Franck@enst.fr



Victim assistance is the first mission taking place during large scale emergency situations
(earthquake, weather related disasters, industrial incidents, …). Its effectiveness and efficiency is
tightly bound to the availability of a telecommunication infrastructure. However, fixed
infrastructures are often not available because of overload or destruction. The time required to
recover from these impairments does not match with the necessities of urgency. From the
previous discussion, it is clear that a backup network must (a) be quickly available/deployable
and (b) have a coverage ranging from tactical (local) to regional communications. Examples of
candidate technologies are : satellites, high altitude platforms, analog and digital Professional
Mobile Radios, wireless LAN, HF radios.
The subject of this PhD is to design networking protocols (i.e. routing and transport) in the
context described previously. These protocols must accommodate
 A network with heterogeneous characteristics and conditions (in terms of propagation delay,
   available throughput and bit error rate).
 Mobile nodes, possibly making use of localisation aids (GPS, Galileo) in order to optimise
   resource management.
 An adaptive management of the quality of service (reliability, end-to-end delay).
 An optimised operating cost, using whenever possible the most affordable technology.
11.    Sujet : Systèmes Hybrides Fibre/Radio (HFR)

       Directeurs de thèse : Renaud GABET, Maître de Conférences, et Philippe GALLION,
       Professeur, LTCI/ENST
       email : gallion@enst.fr


Les systèmes Radar nécessitent la transmission de signaux radiofréquences de plusieurs dizaines
de GHz pour laquelle les fibres optiques sont en termes de bande passante, de volume, de poids
et d’immunité électromagnétique une alternative aux câbles coaxiaux, notamment dans les
applications embarquées
Pour ses réseaux de communications sans fils, l'utilisation de porteuses RF de fréquences élevées
permet de répondre aux besoins croissant en bande passante et en densité d’abonnés. Elle
entraîne, en même temps, une réduction de la taille des cellules, la multiplication les stations de
base à faible coût, un facteur élevé de réutilisation des fréquences, la limitation des puissances RF
(EMI), mais implique le transport de signaux radiofréquences millimétriques peu compatibles
avec l'atténuation, le facteur de bruit et la dynamique des circuits et des lignes radiofréquences
classiques. La réalisation de réseaux hybrides fibre/radio (HFR) est aujourd'hui envisagée, sans
hypothèque du caractère sans fil de la liaison mais la distribution radio de signaux à large bande
étant limitée aux dernières centaines de mètres pour les réseaux micro cellulaires, voire dernières
dizaines de mètres pour les réseaux pico cellulaires. Les systèmes HFR conjuguent donc les
avantages du sans fil avec la faible atténuation de la fibre optique tout en simplifiant et réduisant
le coût des stations de base et en permettant leur télé contrôle.
La génération de signaux radio fréquences, basée sur la transmission et le battement de signaux
optiques de fréquences différentes et de phases fortement corrélées, présente une alternative
crédible. L’écart en fréquence entre les deux signaux optiques correspond à la fréquence RF
désirée, et leur battement au niveau de la photodiode produit un signal RF très pur, avec un
rapport signal sur bruit important.
Une technique particulièrement performante pour la génération de deux signaux optiques de
fréquences différentes avec une forte corrélation de phase, est synchronisation optique de deux
lasers esclaves sur différentes bandes latérales de modulation d’un même laser maître. Cette
technique permet à la fois le télé contrôle des caractéristiques du signal RF généré à la station de
base, une large plage d’accordabilité en fréquence (>70GHz) grâce aux caractéristiques de
modulation (AM/FM) du laser maître et un bruit de phase très faible, dès lors qu’une très bonne
corrélation est préservée entre les phases des lasers esclaves.
La faisabilité de cette technique pour la génération des signaux CW, ayant déjà été démontrée au
laboratoire en utilisant la synchronisation par injection de lasers à semi-conducteurs, le travail
proposé comporte :
- Etude théorique et expérimentale des performances d’injection, de l’optimisation des spectres
des signaux RF générés et du rendement de conversion du système.
- Etude théorique et expérimentale du bruit de phase des signaux RF générés prenant en compte
les bruits de phase optiques initiaux, leur réjection par les mécanismes de synchronisation
optique, la multiplication du bruit de phase RF initial et des mécanismes de décorrélation de
phase (différence de chemin et dispersion).
- Etude un système de communication HFR : canal de transmission, formats de modulation
(ASK, PSK, FSK…), effets des non linéarités et de la dispersion sur les performances
- Implémentation de cette technique dans un contexte radar.
13.    Sujet : Techniques d’accès multiples sur fibre

       Directeurs de thèse : Catherine LEPERS, Maître de Conférences, PhLAM-Lille, Philippe
       GALLION, Professeur, LTCI/ENST
       email : lepers@enst.fr


        L’évolution actuelle des réseaux d’accès de télécommunications vers le haut débit permet
d'envisager la distribution du « triple play » (données, voix et vidéo) sur des supports aussi variés
que le cuivre, le câble coaxial, le sans-fil et la fibre optique… Cependant, les bandes passantes
utiles des technologies cuivre, câble coaxial et sans-fil atteignent leurs limites. Dans ce contexte,
il apparaît primordial de rapprocher la fibre optique de l’utilisateur final et actuellement, il y a un
intérêt croissant pour des réseaux d’accès hybrides où l’on associe la fibre et le cuivre, la fibre et
les réseaux sans fil pour les quelques dizaines de mètres restant jusqu’à l’abonné.
        Ces réseaux doivent offrir une architecture adaptée aux différents types de zone et
d’habitat, transporter les débits associés aux différents types de services, réaliser le raccordement
aux différents réseaux fournisseurs de services et disposer d’un système de gestion afin de
garantir la disponibilité et la qualité de services aux abonnés.
        Le concept de « réseau optique partagé» (PON, Passive Optical Network) où la bande
passante de la fibre est allouée à plusieurs usagers, permet d’affecter le coût de la fibre et des
composants optiques entre les différents clients raccordés au réseau. La topologie de ce type de
réseau conduit à s’intéresser aux techniques d’Accès Multiple bien connues en
télécommunications comme le CDMA (Code Division Multiple Access). Le CDMA est une
technique de multiplexage où plusieurs utilisateurs se partagent un même canal de transmission
sans gestion de temps ni de fréquence. Il affecte à chaque utilisateur un code d’étalement
propriétaire qui permet de l’identifier. Une thèse est actuellement en cours sur le DS-OCDMA
(Direct Sequence Optical CDMA) à l’ENST.
        Nous souhaitons étudier d’autres types de techniques d’accès multiples que le DS-
OCDMA (technique hybride WDM/CDMA, technique CDMA radio sur fibre, OFDM…)
compatibles avec celles utilisées dans les réseaux sans fil et répondant aux critères
d’augmentation de la capacité de multiplexage des utilisateurs et/ou de l’offre multiservices.
L’étude des différentes techniques sera réalisée avec le logiciel de simulation Optisys. L’étudiant
en thèse sera amené à établir les spécifications de codeurs/décodeurs CDMA innovants à l’aide
de logiciels de simulations comme IFOGratings et à les réaliser au laboratoire PhLAM.
L’intégration des codeurs/décodeurs dans une liaison à plusieurs utilisateurs sera effectuée à
l’ENST grâce à une plateforme à 10 Gb/s et ceci afin d’aboutir à une validation système du
concept.
14. Sujet : DISTRIBUTION QUANTIQUE DE CLÉ CRYPTOGRAPHIQUE
      PAR MODULATION DE PHASE ET DÉTECTION SYNCHRONE DES Q-BITS

       Directeurs de thèse : Philippe GALLION et Francisco MENDIETA, PROFESSEURS,
       LTCI/ENST
       email : mendieta@enst.fr

La distribution quantique de clé (QKD) à des longueurs d’onde des télécommunications (1550
nm) utilisant des photodiodes à avalanche (APD), présente des limitations dues à leur basse
efficacité quantique et leur faible vitesse de réponse. Pour obtenir des débits de clé
substantiellement plus élevés, la détection cohérente, utilisant des photodiodes p.i.n.
conventionnels (haute efficacité quantique et haute vitesse, fonctionnement à la température
ambiante, etc.), constitue une alternative intéressante au comptage de photons parce qu’elle
fournit le gain de mélange permettant combattre le bruit thermique, et permettant une grande
diversité de formats de modulation de la porteuse optique. Ceci est important notamment
lorsqu’on effectue le chiffrage de clé par modulation optique à multiples états de phase
(MPSK).
La détection cohérente de Q-bits est nécessairement de type homodyne équilibrée, pour accéder
aux précisions de mesure quantiques requises ;
    - Une compensation des fluctuations aléatoires de phase et de polarisation dans le canal,
        dues à la source optique et à l’état thermomécanique des fibres et des autres composants
        en ligne, doit être réalisée ;
    - Une référence de la porteuse optique pour la détection homodyne avec un gain de
        mélange acceptable, doit aussi être réalisée;
    - Enfin dans une détection cohérente, détection et décision ne sont plus confondues et des
        erreurs classiques s’ajoutent aux erreurs quantiques.

Il s’agit d’étudier les configurations de modulation différentielle de phase pour les Q-bits
permettant de réduire les effets de dépolarisation et de déphasage, car elle exigent non plus une
stabilité absolue mais seulement une stabilité relative pendant une durée de quelques temps bits.
Dans un premier temps, des références de haute puissance de la porteuse non modulée,
multiplexées temporellement avec les impulsions faibles (Q-bits), seront introduites.
Les différentes alternatives pour la synchronisation de la photo-détection homodyne
différentielle seront étudiées théoriquement et expérimentalement :
- Au niveau de la porteuse optique, par contre réaction et verrouillage optique ;
- Au niveau de la polarisation, par contre réaction et par diversité de polarisation ;
- Au niveau de l’horloge des Q-bits, par synchronisation de symbole sur la référence forte.
L’objectif est la comparaison des différents mécanismes de synchronisation au niveau de la
phase, la polarisation et l’horloge optique en tenant compte des difficultés pratiques de mise en
place actuelles de ces systèmes. L’impact sur la sécurité effective en terme de l'information
mutuelle entre Alice et Bob et Alice et Ève sera étudiée et la mise en place et optimisation d'un
système à modulation de phase différentielle avec détection homodyne synchrone, seront
réalisées au niveau expérimental.
15.    Sujet : Nanotechnologies et Sources Laser à Semi-Conducteurs

       Directeur de thèse : Philippe GALLION , Professeur, LTCI/ENST
       email : gallion@enst.fr




Les sources lasers à semi-conducteurs, initialement développées pour le domaine des
communications à fibres optiques, trouvent aujourd’hui de très nombreuses applications pour la
télédétection, la mesure l’instrumentation dans les secteurs du transport, de la défense, du
biomédical, de l’environnement et de l’espace. Selon les applications visées, il s’agit de maîtriser,
puis d’utiliser, les propriétés spectrales, la qualité du faisceau, l’agilité en fréquence, l’auto-
pulsation, la modulabilité en puissance ou en fréquence de ces sources.
Les cristaux photoniques permettent, avec une périodicité artificielle dans des matériaux
diélectriques, comparable à la longueur d'onde, d’inhiber, indépendamment de l’incidence, la
propagation des photons par la création d'une Bande Interdite Photonique. Cette bande interdite
permet par exemple l’inhibition de l'émission spontanée, la réalisation de laser sans seuil, ou la
suppression sélective de modes
Les boîtes quantiques dans les semi-conducteurs utilisent le confinement quantique dans une
matrice cristalline. Elles permettent un confinement des porteurs de charge dans une région de
dimensions nanométriques et, en conséquence, un spectre électronique discret.
Le paysage de l’optoélectronique, ayant intégré depuis longtemps les périodicités longitudinales
de gain et d’indice (Réseaux de Bragg), est donc aujourd’hui marqué par l’apparition des
nouveaux objets issus des micro et des nanotechnologies. Il s’agit des structures à
dimensionnalité réduite comme les puits, les fils ou les îlots quantiques, les microstructures
longitudinales ou transverses dans les fibres et les semi-conducteurs, comme les réseaux de
Bragg, les cristaux photoniques ou les micro-cavités.
L’émergence de ces structures s’accompagne de l’apparition de nouveaux effets comme les effets
de confinement, les effets de périodicité et les effets d’échelle, ou simplement de l’exaltation
d’effets connus, comme des effets non linéaires à l’origine de nouvelles interactions « tout
optique » à très large bande riches en applications potentielles.
Le travail proposé est l’étude de l’apport de ces nouveaux objets des nanotechnologies,
intégrables dans des structures lasers semi-conductrices multi région. Individuellement, ou de
manières et conjuguées, ils sont susceptibles de faire apparaître des effets nouveaux, impactant le
guidage, le confinement, émission spontanée couplée au mode, la dégénérescence TE/TM, les
résonances, le gain au seuil, le gain différentiel, le gain non linéaire, le couplage phase amplitude,
la dispersion, la longueur effective…
La compréhension de la physique associée sera mise au service de l’ingénierie des signaux et au
contrôle des propriétés de modulation de bruit et de non-linéarité en liaisons avec les capacités
industrielles de réalisations et leurs caractérisations
16.    Sujet : Sondeur de canal de propagation pour application MIMO-UWB


       Directeur de thèse: Bernard HUYART, Professeur, LTCI/ENST
       email : huyart@enst.fr



       La connaissance du canal de propagation est primordiale pour dimensionner un système
de communication et optimiser les algorithmes de traitement des signaux de communications
numériques. D’autre part, les systèmes actuels de transmission de données de type WiFi à 2.4 et
5.8 GHz (802.11) vont évoluer vers les normes UWB (802.15) afin d’augmenter les débits
transportés.
Parmi les normes UWB, le choix se porte sur l’approche MBOA (multiband ofdm alliance) qui
partage la bande allouée à ce service 3.1-10.5 GHz en sous bande de 528 MHz avec une
modulation OFDM ( Orthogonal Frequency Division M.).

       L’objet de cette thèse est de développer un sondeur de canal pour mesurer l’étalement en
fréquence et en en temps des signaux radiofréquences.

        La caractérisation du canal peut être réalisée dans le domaine temporel en mesurant la
réponse impulsionnelle du canal (techniques: impulsion périodique, corrélation glissante…) soit
dans le domaine fréquentiel en mesurant la réponse fréquentielle du canal dans la bande de
fréquence choisie. La réponse impulsionnelle du canal est déterminée à partir de la transformée
de Fourier inverse de la réponse fréquentielle mesurée. L’ENST travaille depuis quelques années
sur la méthode fréquentielle à l’aide de la technique « 5-Port » J. Braga, V. Y. Vu, B. Huyart, X.
Begaud, “Results On A Doa Finding System Based On Five-Port Discriminator “, Ieee
International Microwave Symposium, 2004, Fort Worth, June 2004 La différence de cette étude
par rapport à notre expérience passée est la bande de fréquence. D’autre part, à plus long terme,
notre objectif avec ce sondeur est de couvrir toutes les bandes UWB et de discerner chaque trajet
de propagation (direction d’arrivée et de départ des signaux, temps de trajets, amplitude..) pour
un système de communication MIMO UWB ( Multiple Input Multiple Output). Le plan est le
suivant :
14.     Conception du sondeur et Simulation du système avec le logiciel « Advanced Design
   System » ADS avec des composants idéaux
15.     Concevoir un circuit RF en technologie microruban, le simuler sur ADS puis réaliser un
   prototype
16.     Réaliser les mesures
17.     Concevoir le réseau d’antennes UWB et de récepteurs UWB
18.     trouver une procédure de calibrage afin supprimer l’effet du réseau d’antennes (couplage,
   désadaptation, ..)
19.     Sondage de canaux UWB en indoor et analyse des résultats pour un modèle de
   propagation
17.     Sujet : Architectures radio-fréquences pour la réception de signaux ultra-large
        bande (UWB)
        Directeurs de thèse: Jean-François NAVINER et Van Tam NGUYEN, LTCI/ENST
                           Email : naviner@enst.fr; vtnguyen@enst.fr




        Les communications à signaux ultra-large bande (UWB) connaissent un engouement
croissant du fait de l’accroissement des besoins en débits importants et à la raréfaction des bandes
de fréquences encore disponibles en deçà de quelques GHz. Des débits supérieurs à 100Mbit/s
sont attendus. Les transmissions UWB sont basées sur des couvertures spectrales très importantes
(plusieurs GHz) mais à niveau de puissance très bas afin de pouvoir coexister avec des systèmes
de transmission à bande étroite sans les perturber.

       Ce mode de transmission est étudié pour des applications à courtes distances intérieures
ou extérieures et des applications médicales.

       L’enjeu est aujourd’hui de surmonter les différentes barrières techniques et
technologiques afin de parvenir à un système miniaturisé, de bonne autonomie, fiable et bon
marché. L’un des défis consiste à maîtriser l’acquisition et la détection des signaux à la réception.

        Un objectif principal est de contribuer à l’obtention de systèmes de réception UWB à
faible coût, faible consommation et faible encombrement contribuant à améliorer la compétitivité
de cette technique vis-à-vis de solutions alternatives.

       Le travail s’appuiera sur les recommandations et normes existantes ou en élaboration
(FCC, ETSI, IEEE802.15…).
Dans un premier temps, le travail consistera à étudier les principes de la transmission UWB et à
en dégager des spécifications pour la partie frontale, en distinguant une transmission par
impulsions à très large spectre (plusieurs GHz) et une transmission multi-bandes (chacune
d’environ 500MHz). Cette étude prendra notamment en compte l’état de l’art des antennes très
large bande et leurs modèles. La nécessité d’un contrôle de puissance en fonction des applications
sera aussi abordé ainsi que son impact architectural. Ce travail sera mené en collaboration avec
d’autres équipes de l’ENST étudiant d’autres aspects du système.

        Dans un second temps, une fois des caractéristiques précises de la partie frontale
déterminées, l’étude portera sur la définition d’architectures puis de circuits pour les parties
critiques identifiées. Ces travaux porteront notamment à la réception sur l’amplification, le
filtrage, la détection, la correction et le codage. Cette étude donnera lieu à un prototypage en
composants discrets en veillant à utiliser des composants peu onéreux et dont les fonctions sont
(ou seront à court terme) intégrables en technologie CMOS.

         Finalement, à partir des données d’une application réelle (un réseau de capteurs par exemple), un
circuit contenant les parties critiques et les plus innovantes de l’architecture retenue pourra être intégré,
fabriqué puis testé en technologie CMOS.
18.  Sujet :
Etude des métamatériaux à indice de réfraction négatif pour la réalisation et l’optimisation
                           de nouveaux circuits micro-ondes

                        Directeur de thèse :        Victor Fouad Hanna, Professeur,
                        Email : victor.fouad@lisif.jussieu.fr, Tél. : 01 44 27 27 59
                        Laboratoire des Instruments et Systèmes d’Ile de France (LISIF)
                        Université Pierre et Maire Curie (Paris 6)

                        Co-encadreur :       David Lautru, Maître de conférences,
                        Email : david.lautru@upmc.fr, Tél. : 01 44 27 43 10
                        Laboratoire des Instruments et Systèmes d’Ile de France (LISIF)
                        Université Pierre et Maire Curie (Paris 6)


Les matériaux main gauche (en anglais : LHM Left-Handed Medium), font partie de la famille
des métamatériaux. Ce sont des structures métallo-diélectriques périodiques dont les dimensions
sont bien inférieures à la longueur d’onde de travail, et pouvant simuler des matériaux
homogènes que l’on ne peut pas trouver dans la nature. Ils ont comme particularité, dans une
certaine bande de fréquences, d’avoir une permittivité, une perméabilité et un indice optique
négatifs. Cela leur confère des propriétés tout à fait originales, comme leur aptitude à inverser le
trièdre (k, E, H), ou l’existence d’ondes rétropropagées (vecteur de Poynting et vecteur d’onde de
direction opposée). Ces nouveaux matériaux trouvent des applications dans le domaine des
micro-ondes pour la mise en œuvre de nouveaux dispositifs en hyperfréquences, parmi lesquels
différents types de systèmes de filtrage, de coupleur, de déphaseur, de guide d’onde, et bien
d'autres fonctions encore. Les améliorations envisagées concernent la réduction des dimensions
des composants, la maîtrise des pertes d’énergie, l’élargissement de la bande de fréquence de
travail, ainsi que le problème de la dispersion des signaux se propageant sur les lignes.

L'objectif de cette thèse consiste à modéliser et simuler, à l’aide de la théorie des lignes de
transmissions ou de la modélisation électromagnétique rigoureuse si nécessaire, des matériaux
main gauche afin de les utiliser dans la réalisation de circuits micro-ondes. Après la phase de
compréhension théorique de fonctionnement de ces nouveaux dispositifs, une phase
d’optimisation de leur encombrement spatial et de leurs caractéristiques techniques sera entrepris.
Une ou plusieurs réalisations de circuit permettront de comparer les mesures aux simulations
effectuées, et ainsi de valider ces nouveaux composants.

Mots-clés : Métamatériaux, Matériau main gauche, Composants micro-onde ;
19.   Sujet :          Méthodes formelles pour l’exploration d'architectures

                       Directeur de thèse :         à préciser

                       Contacts : Rabéa Boulifa, MDC, rabea.ameur-boulifa@enst.fr
                       Sophie COUDERT, MDC, sophie.coudert@enst.fr
                       Laboratoire System-on-Chip (LabSoC),
                       ENST/COMELEC (Sophia-Antipolis)



Les progrès technologiques ont considérablement augmenté la complexité du matériel et les
méthodes de conception traditionnelles atteignent leurs limites. Le laboratoire "System-on-Chip"
travaille à la mise au point d'une méthodologie de conception intégrant l'utilisation de méthodes
formelles en divers points du processus de développement. Pour réduire la complexité et le coût,
ces méthodes sont introduites assez tôt dans le processus, à des niveaux abstraits de modélisation.

En particulier, l'application est raffinée jusqu'à avoir un modéle formel détaillé : un graphe de
tâches communicantes. Puis dans une phase d'exploration, une architecture matérielle abstraite
est choisie sur laquelle les tâches du graphe sont projetées. Le résultat donne lieu à des
simulations pour évaluation des choix. Des corrections peuvent alors être apportées (en
particulier au graphe de tâches), et l’exploration est itérée jusqu'à satisfaction.

Les graphes de tâches sont décrits en TML (Task Modeling Language), langage impératif très
simple: quelques structures de contrôle et des "read" et des "write" sur des canaux point-à-point
entre tâches. Ces graphes sont des modèles comportementaux où, pour des simulations rapides,
l’aspect fonctionnel (les valeurs et le traitement des données) est abstrait. Cet aspect doit alors
être modélisé à part, et la relation entre modèles (comportemental et fonctionnel) doit être
formalisée pour être exploitée, ce qui est le cœur technique de la thèse proposée ici.

Plus généralement, il s'agit d'outiller et fiabiliser l'exploration d’architecture en l'encadrant
formellement: garantir que les modèles proposés capturent bien les fonctionalités de l'application
et identifier les transformations dues aux corrections afin de contrôler en particulier que les
fonctionnalités ne sont pas corrompues. Outre la relation entre fonctionnalités et comportement
du système, il faudra donc caractériser formellement des transformations de modèles
comportementaux et les propriétés théoriques qu'elles conservent. Il s'agira donc essentiellement
d'un travail de définition et d'outillage formel, avec comme objectif une implémentation des
outils théoriques proposés.

Mots-clés :

Méthodes formelles, abstraction,         SoC,    exploration     d’architectures,   paradigmes   de
modélisation/programmation.
   20. Sujet :      Conception et modélisation de dispositifs de commutation par voie
   optique pour applications bas coût à des transmissions Ultra-large bande (UWB)



Directeur de thèse :     Georges ALQUIE, Professeur, georges.alquie@ccr.jussieu.fr
Co-encadrement :         Charlotte TRIPON-CANSELIT, deshours@lisif.jussieu.fr
                         Université Pierre et Marie CURIE
                         Laboratoire des Instruments et Systèmes d'Ile de France
                         Case courrier 252 - 3, rue Galilée
                         94200 IVRY SUR SEINE  01 44 27 27 58 ou 01 44 27 74 59



Les systèmes sans fils Ultra-large bande (ULB) ont un attrait pour les communications à courte
portée et les réseaux de capteurs grâce à leurs propriétés intrinsèques, telle que l'immunité aux
interférences multi-trajets, l'absence de porteuse, la large bande passante occupée et faible densité
spectrale. Dans l'état de la technologie, il est cependant difficile et coûteux de générer des pulses
ULB avec une bande passante plus grande que 100% à la fréquence centrale de 7 GHz qui
correspond aux normes des commissions de régularisation dans la bande de fréquence 3,1 à 10,6
GHz.

Dans ce travail de thèse, on envisage d'étudier le principe du récepteur optique/UWB basé sur la
commutation d'une charge par voie optique. Il s'agit d'une approche bas coût pour réaliser le lien
descendant. L'objectif du travail est de modéliser les dispositifs nécessaires, de valider cette
approche et d'optimiser la structure afin d'obtenir le meilleur coefficient de conversion suivant le
type de modulation (intensité et phase). Ce travail doit aboutir à la réalisation d'un démonstrateur
optimisé pour un type de multiplexage sélectionné (FDM, TDM, CDM).

Cette étude s'inscrit dans le cadre des activités de recherche menées au sein du groupe
"Microélectronique, Instrumentation, Micro-ondes et Electromagnétisme" (MIME) du LISIF qui
étudie par ailleurs des dispositifs opto-microondes , en particulier la commande optique de
circuits électroniques à des fréquences très élevées.
Le ou la doctorant(e) bénéficiera d'un environnement privilégié où des collaborations avec des partenaires
industriels sont nombreuses et permettent l'accès à des technologies de réalisation de composants et
circuits intégrés micro-ondes (MMIC). Par ailleurs, il ou elle aura à utiliser et à maîtriser des outils de
simulation électromagnétiques et de conception de circuits industriels.

Mots-clés : télécommunications, opto-microondes, signaux Ultra Large Bande, circuits MMIC,
radio sur fibre
21. Sujet :            Etude d'une version "Data Flow" du processeur Mips R3000.
Directeur de thèse :   François ANCEAU, Professeur, francois.anceau@lip6.fr
                       Laboratoire d'Informatique/SoC de Paris 6



Les "grands" processeurs actuels (Pentium 4, AMD) exécutent leur code en data-flow après une
transformation effectuée on-line par un module matériel qui effectue un renomage des registres
pour en faire des variables à assignation unique. Cette approche architecturale, improprement
appelée "superscalaire désynchronisé" est issue du projet HPS développé à Berkeley pendant les
années 198x. Elle permet l'extraction automatique d'une grande partie du parallélisme présent au
niveau des instructions sans modification du code (stricte compatibilité).

Le sujet proposé consiste à étudier une version du Mips R3000 basée sur cette technique. Le
processeur sera simulé à l'aide du langage SystemC. Les processeurs HPS actuels (Pentium 4 et
AMD) sont largement conçus avec des techniques manuelles qui en font des monstres de
complexité. Notre objectif est de dégager une méthode rapide et automatisable pour concevoir la
prochaine génération de processeurs pour les circuits-systèmes (SOC). L'étude de la réalisabilité
des principaux modules de ces circuits devra être envisagée.

Mots-clés : architecture des ordinateurs, microélectronique;
 22. Sujet : Modélisation de la vulnérabilité des primitives booléennes face aux
                            attaques sur leur implémentation.


                   Directeurs de thèse : Philippe Matherat & Sylvain Guilley,
                   < {philippe.matherat, sylvain.guilley}@telecom-paris.fr >
                       GET/Télécom Paris –CNRS LTCI (UMR 5141) ´
                          Département Communication et Electronique
                      46, rue Barrault – 75634 Paris Cedex 13 – FRANCE
                    Téléphone : (33) 1 45 81 83 33 Fax : (33)1 45 80 40 36



Mots-clés

Cryptanalyse, attaques matérielles, sécurité des systèmes embarqués, électronique de confiance,
fonctions booléennes vectorielles.

Contexte scientifique
Les algorithmes de cryptographie ont traditionnellement ´et´e conçus dans l’optique de résister
aux attaques théoriques, que l’on assimile implicitement `
a des attaques en boîte noire. Cependant, quand ces algorithmes sont implémentés dans des
systèmes embarques, comme les cartes `
à puce, de nombreuses nouvelles attaques deviennent réalisables. Les attaques qui visent l’impl
émentation consistent à exploiter des fuites d’information ou a modifier le fonctionnement des
circuits. On regroupe ces attaques sous le terme d’attaques sur les canaux caches : le nouveau
paradigme sécuritaire devient celui de la boîte grise.


La plateforme d’acquisition de traces mise en place à l’ENST permet d’enregistrer des traces de
consommation de divers circuits (circuits cryptographiques réalisés “sur mesure”, mais aussi des
cartes à puce réelles ou assemblées).
De nombreuses campagnes de mesures ont été lancées, dans des conditions expérimentales
variées et avec des capteurs différents (sonde différentielle de tension, antenne, etc.). Nous avons
eu la validation par l’expérience que la force des attaques (en terme de rapport signal-sur-bruit)
est bien conforme à nos modèles. En travaillant sur les algorithmes d’extraction, nous nous
sommes aperçus que les attaques pouvaient être considérablement améliorées, notamment en
exploitant les propriétés des fonctions booléennes utilisées dans les algorithmes cryptographiques
Objectif de la thèse
Le sujet de la thèse est de pousser à l’extrême les modèles de dissipation des circuits, afin de
comprendre dans les moindres détails l’origine des fuites d’information. Un objectif est aussi
d’´etudier le rapport entre les contributions “technologique” (que l’on peut faire tendre vers
zéro)et “logique”(inhérente au calcul)des émanations compromettantes.
Il a été remarqué empiriquement que les primitives booléennes les plus résistantes aux attaques
logiques sont aussi les plus vulnérables face aux attaques physiques. Une explication théorique de
ce fait sera recherchée, s’appuyant sur les modèles de dissipation mis en place. Si la corrélation
entre vulnérabilités logique et physique se confirme, le caractère prédictif du cadre théorique de
description de la dissipation serait alors établit.
Cette thèse comportera également un volet lié a la conception de nouvelles primitives booléennes
vectorielles ainsi que de nouveaux algorithmes résistants aux attaques, en concertation avec une
thèse démarrant en même temps à l’Université Paris 8 sous la direction de Claude CARLET (P8 /
INRIA).


Connaissances préalables

Le sujet de cette thèse s’appuie sur les disciplines suivantes :
– la cryptographie et les mathématiques associées,
– l’électronique et les techniques de conception,
– l’informatique des systèmes embarqués.
 De solides connaissances dans au moins deux des trois disciplines mentionnées ci-dessus sont
souhaitables.

Références
Les références ainsi que davantage d’information sont disponibles dans le corps de la proposition
de projet qui financera la thèse :
 http://www.comelec.enst.fr/recherche/setin2006/setin2006.pdf.

				
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