Dissertationen zum Thema „Émetteurs-récepteurs radio“

Sur le marché très compétitif des télécommunications radio numériques, la partie analogique des chaînes d'émission-réception reste un élément clef dans l'élaboration d'une solution adaptée en termes de coûts, c'est-à-dire en surface de silicium et en temps de mise sur le marché. Cette thèse traite donc des architectures radio-fréquence à forte intégration. Après une présentation générale des architectures qui sont connues dans la littérature, ce document présente la conception d'un bloc essentiel du fait des fortes contraintes qui reposent sur ses caractéristiques. En effet, alors qu'il est bien souvent disposé hors puce du fait de la forte sélectivité requise, le filtre-canal se doit d'être intégré pour satisfaire les besoins de miniaturisation, ce qui a motivé la réalisation sur silicium d'un filtre passe-bas Gm-C à direction des architectures à très faible fréquence intermédiaire. Dans un second temps, une étude détaillée par comparaison qualitative des systèmes à conversion directe et à faible fréquence intermédiaire a été réalisée. L'objectif étant d'évaluer leurs performances en l'absence de leurs principaux défauts, c'est-à-dire spectre image pour l'hétérodyne à faible fréquence intermédiaire et le DC-offset pour l'homodyne. Enfin, un système de réception original en conversion directe à été imaginé sur la base de la structure maître-esclave du filtre Gm-C précédemment cité. Le principe en a été validé en simulation, et s'est révélé robuste aux variations technologiques qui peuvent affecter les circuits intégrés. Ce récepteur dont la suppression du DC se fait en temps continu permet son utilisation dans les réseaux ad-hoc, qui sont en plein développement.

Cette thèse concerne l'évaluation des performances en bruit des blocs analogiques et mixtes situés en début d'une chaîne de réception radiofréquence. Ce travail s'attache plus particulièrement à l'étude du modulateur Sigma Delta à temps discret utilisé pour la conversion analogique/numérique. Le but de cette étude est de fournir aux concepteurs de circuits radiofréquence des modèles comportementaux nécessaires à l'évaluation de l'impact des sources de bruit sur certaines architectures. C'est dans cette optique que nous avons développé une bibliothèque en VHDL-AMS comportant des modèles de sources de bruit à temps discret et des modèles comportementaux de circuits analogiques et mixtes (Sigma Delta, bloc RF). Nous avons démontré la validité de la modélisation des sources de bruit par comparaison avec la théorie. Les autres modèles ont été étalonnés à la fois par comparaison avec des simulations au niveau transistor et par comparaison avec des mesures réalisées sur des composants industriels. Le point critique de ces travaux étant l'estimation et la modélisation du jitter interne du modulateur Sigma Delta, nous avons développé conjointement une méthode spécifique de test, un circuit ainsi que sa carte d'évaluation. La valeur mesurée du jitter interne nous a permis de valider l'ensemble de la démarche, grâce à une simulation globale de la chaîne en situation réelle.

Cette thèse porte sur les architectures d’émission pour des terminaux mobiles multi-radio fonctionnant dans la bande de fréquences, 800 MHz - 6 GHz. Avec l’évolution constante des systèmes de communication, les terminaux doivent fonctionner dans plusieurs bandes de fréquences et modes, correspondant à une grande diversité de normes. Le concept d’une architecture multi-radio unique est une évolution de celui de l’émetteur-récepteur multistandard, caractérisé par une mise en parallèle des circuits pour chaque standard. Il permet alors d’optimiser coût et consommation. L’objet de l’étude est de concevoir des architectures d’émission flexibles, à la fois en fréquence et en format de modulation, capables de générer les formes d’ondes de tous les standards en respectant pour chacun le niveau de puissance en sortie et assurant un bon rendement. Ce type d’architectures pourrait, dans l’avenir, être utilisé pour des applications de radio cognitive. L’amplificateur de puissance est l’élément critique dans les émetteurs. Le principe de fonctionnement des amplificateurs impose un compromis entre la linéarité et le rendement en puissance. L’utilisation des amplificateurs en classes commutées permet d’améliorer les performances en rendement mais nécessite de revoir complètement les architectures classiques d’émission. Dans ce contexte, plusieurs architectures qui transforment les signaux avant l’amplificateur et qui peuvent être utilisées pour la multi-radio ont été considérées. Trois, en particulier, ont été analysées et comparées ; à savoir : l’architecture polaire avec codeur d’enveloppe sigma-delta, l’architecture polaire avec codeur d’enveloppe par largeur d’impulsion et l’architecture cartésienne sigma-delta. La validation a été faite sur les signaux les plus critiques en matière de dynamique de puissance et de bande passante, que sont les signaux LTE et WiMAX mobile. En sortie de l’amplificateur, le filtrage d’émission joue un rôle décisif et plusieurs technologies de filtrage sont envisageables. Dans ce cadre, on s’est plus particulièrement intéressé à la technologie BAW (Bulk Acoustic Wave) et un banc de filtres multi-radio a été synthétisé. Cette thèse a donc permis de chiffrer les performances clés d’un émetteur multi-radio à haut rendement en analysant du traitement en bande de base jusqu’au filtrage d’antenne
This research deals with wireless multi-radio transmitter architectures operating in the frequency band of 800 MHz – 6GHz. As a consequence of the constant evolution in the communication systems, the mobile transmitters must be able to operate at different frequency bands and modes according to existing standards specifications. The concept of a unique multi-radio architecture is an evolution of the multi-standard transceiver characterized by a parallelization of circuits for each standard. Multi-radio concept optimizes surface and power consumption. This study concentrates on flexible multi-radio architectures. This kind of architectures could be used in the future for cognitive radio applications. The power amplifier (PA) is the key element in transmitter architectures. Its operating principle establishes a trade-off between power efficiency and linearity. The utilization of a switched mode amplifier allows improving efficiency performances but implies a review of the classical transmitter architectures. Within this context, some architectures transforming the input signal of the PA and that are candidates for multi-radio applications are considered. In particular, three architectures have been analyzed and compared: the polar architecture with sigma-delta envelope modulator, the polar architecture with pulse width modulator and the cartesian sigma delta architecture. Validation is accomplished with the most critical signals in terms of power dynamics and frequency bandwidth; these are the LTE and mobile WiMAX. At the amplifier output, the band-pass filter plays a key role and many filtering technologies could be envisaged. In particular, we are interested in the BAW technology (Bulk Acoustic Wave) and a filter bank has been synthesized. This research has quantified the key performances of a high efficiency multi-radio transmitter by analyzing the system from baseband signal treatment to RF filtering before the antenna

L’évolution du trafic mondial entraine des besoins en équipements de navigation aérienne. Cette thèse porte sur le développement d’une nouvelle architecture d’émetteur numérique pour des émetteurs UHF (225 MHz – 400 MHz) et VHF (118 MHz - 144 MHz) dans le cadre de communications aéronautiques. Il s’agit de proposer une solution qui puisse convenir non seulement aux systèmes actuels mais aussi aux futurs systèmes en cours de spécification tels que le LDACS-1 ou le LDACS-2. Le choix optimal de l’architecture est lié à la technique de linéarisation associée à l’étage d’amplification. Le travail s’est déroulé en trois principales étapes. Tout d’abord, le choix de l’architecture optimal adapté à l’application est effectué. La deuxième partie de l’étude est consacrée à l’implémentationnumérique de l’architecture. La troisième et dernière partie est la validation expérimentale qui a permis d’évaluer les performances du système réalisé
Air traffic evolution around the word result in high air navigation equipments needs. This PhD study focuses on a new digital architecture for UHF (225 MHz – 400 MHz) and VHF (118 MHz -144 MHz) transmitter in aeronautical communications context. New architecture for both current systems and futures systems (which is presently being specified) like LDACS-1 and LDACS-2 systems has to be proposed. The best architecture choice is related to the amplification stage linearization techniques used. This work was carried out in three main steps. First, the best architecture choice suited to our application is made. The second step of the study is dedicated to the architecture digital implementation. Last but no least step is devoted to the experimental validation which allow to assess the system performances

Les ordiphones et les objets connectés utilisent des radio pour communiquer avec d’autres appareils électroniques. Ces radio sont placées à côté du processeur et des autres composants numériques. Par exemple, dans les ordiphones un processeur, une mémoire et plusieurs émetteurs-récepteurs radio se trouvent sur la même plateforme. Les systèmes embarquées, plus simples, utilisent souvent des puces à signaux mixtes contenant à la fois un microcontrôleur et un émetteur-récepteur. La proximité physique entre les blocs numériques, qui produisent un bruit électromagnétique très fort, et les émetteurs-récepteurs radio, qui sont sensibles à ce bruit, peut causer des problèmes de fonctionnement et de performance. En effet, il existe de nombreux chemins de couplage entre les composants sur le même système. Dans cette thèse, nous explorons les problèmes de sécurité qui naissent de l’interaction entre composants numériques et systèmes radio, et nous proposons deux nouvelles attaques. Avec Screaming Channels, nous démontrons que les émetteurs radio sur des puces à signaux mixtes peuvent diffuser des informations sur l'activité numérique de l'appareil. Cela permet de mener des attaques par canaux auxiliaires à grande distance. Avec Noise-SDR, nous montrons qu'il est possible de générer des signaux radio arbitraires à partir du bruit électromagnétique déclenché par un logiciel sans privilèges, pour interagir avec des récepteurs radio, éventuellement sur la même plateforme
Modern connected devices need both computing and communication capabilities. For example, smartphones carry a multi-core processor, memory, and several radio transceivers on the same platform. Simpler embedded systems often use a mixed-signal chip that contains both a microcontroller and a transceiver. The physical proximity between digital blocks, which are strong sources of electromagnetic noise, and radio transceivers, which are sensitive to such noise, can cause functional and performance problems. Indeed, there exist many noise coupling paths between components on the same platform or silicon die. In this thesis we explore the security issues that arise from the interaction between digital and radio blocks, and we propose two novel attacks. With Screaming Channels, we demonstrate that radio transmitters on mixed-signal chips might broadcast some information about the digital activity of the device, making side channel attacks possible from a large distance. With Noise-SDR, we show that attackers can shape arbitrary radio signals from the electromagnetic noise triggered by software execution, to interact with radio receivers, possibly on the same platform

L’Internet des Objets représente un défi technique pour la communication 5G à cause de son hétérogénéité caractéristique : la bande 2.4 GHz ISM, par exemple, est partagée entre différents types de technologies, comme Wifi, Bluetooth et Zigbee. En plus de la perte de qualité de communication, des études récentes montrent que l’interférence augmente de façon significative la consommation d’énergie. Donc, traiter l’interférence devient une tâche importante pour assurer la réussite de la transmission de données. Cette thèse approche deux aspects différents des réseaux hétérogènes. La première partie présente une étude expérimentale sur la nature de l’interférence entre dispositifs IEEE 802.11 et 802.15.4, ses impacts dans la fiabilité de la communication et propose une description statistique. La conclusion principale est que, dans ce contexte, l’interférence présente un comportement non-Gaussien, plus précisément, impulsif. Des travaux théoriques récents alliés avec ces résultats expérimentaux montrent que la distribution α-stable est plus convenable pour représenter bruits impulsives. Cela signifie que, une fois optimal, les architectures de communication classiques basé sur assomption Gaussienne, particulièrement la méthode des moindres carrés et le récepteur linéaire, ne sont plus optimales et présentent une perte de performance significative. La deuxième partie présente une architecture MIMO basé sur codage Alamouti, estimation de canal supervisée basé sur méthode Least Absolute Deviation et récepteur p-norme avec une estimation de p. L’architecture proposée présente une performance supérieure au méthode classique
Internet of Things represents a technical challenge for 5G communications due to is characteristic heterogeneity: the 2.4 GHz ISM band, for example, is shared between different kind of technologies, such Wifi, Bluetooth and Zigbee. In addition to the loss of quality of communication, recent studies show that interference increases significantly the energy consumption. So, dealing with interference becomes an important task to ensure successfull data transmission. The present thesis approaches two aspects of heterogeneous networks. The first part presents an experimental study on the nature of interference between IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4 devices, its impacts on the communication reliability and proposes an statistical description of it. The main conclusion of this part is that, on this context, the interference may present a non-Gaussian behavior, more precisely, an impulsive behavior. Recent theoretical works allied with these experimental results show that the α-stable distribution is more adequate to represent impulsive noises. It means that the, once optimal, classical communication architectures based on the Gaussian assumption, particularly the Least Squares based channel estimation and linear receiver, are not optimal anymore present a significant loss of performance. The second part presents a robust MIMO architecutre based on Alamouti coding, supervised channel estimation based on Least Absolute Deviation and p-norm receiver with an estimator for p. The proposed approach outperforms the classical method

Avec les grands développements des technologies de communication sans fil, les réseaux de capteurs sans fil (WSN) ont attiré beaucoup d’attention dans le monde entier au cours de la dernière décennie. Les réseaux de capteurs sans fil sont maintenant utilisés pour a surveillance sanitaire, la gestion des catastrophes, la défense, les télécommunications, etc. De tels réseaux sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles et commerciales comme la surveillance des processus industriels et de l’environnement, etc. Un réseau WSN est une collection de transducteurs spécialisés connus sous le nom de noeuds de capteurs avec une liaison de communication distribuée de manière aléatoire dans tous les emplacements pour surveiller les paramètres. Chaque noeud de capteur est équipé d’un transducteur, d’un processeur de signal, d’une unité d’alimentation et d’un émetteur-récepteur. Les WSN sont maintenant largement utilisés dans l’industrie minière souterraine pour surveiller certains paramètres environnementaux, comme la quantité de gaz, d’eau, la température, l’humidité, le niveau d’oxygène, de poussière, etc. Dans le cas de la surveillance de l’environnement, un WSN peut être remplacé de manière équivalente par un réseau à relais à entrées et sorties multiples (MIMO). Les réseaux de relais multisauts ont attiré un intérêt de recherche important ces derniers temps grâce à leur capacité à augmenter la portée de la couverture. La liaison de communication réseau d’une source vers une destination est mise en oeuvre en utilisant un schéma d’amplification/transmission (AF) ou de décodage/transfert (DF). Le relais AF reçoit des informations du relais précédent et amplifie simplement le signal reçu, puis il le transmet au relais suivant. D’autre part, le relais DF décode d’abord le signal reçu, puis il le transmet au relais suivant au deuxième étage s’il peut parfaitement décoder le signal entrant. En raison de la simplicité analytique, dans cette thèse, nous considérons le schéma de relais AF et les résultats de ce travail peuvent également être développés pour le relais DF. La conception d’un émetteur/récepteur pour le relais MIMO multisauts est très difficile. Car à l’étape de relais L, il y a 2L canaux possibles. Donc, pour un réseau à grande échelle, il n’est pas économique d’envoyer un signal par tous les liens possibles. Au lieu de cela, nous pouvons trouver le meilleur chemin de la source à la destination qui donne le rapport signal sur bruit (SNR) de bout en bout le plus élevé. Nous pouvons minimiser la fonction objectif d’erreur quadratique moyenne (MSE) ou de taux d’erreur binaire (BER) en envoyant le signal utilisant le chemin sélectionné. L’ensemble de relais dans le chemin reste actif et le reste des relais s’éteint, ce qui permet d’économiser de l’énergie afin d’améliorer la durée de vie du réseau. Le meilleur chemin de transmission de signal a été étudié dans la littérature pour un relais MIMO à deux bonds mais est plus complexe pour un ...
With the great developments in wireless communication technologies, Wireless Sensor Networks (WSNs) have gained attention worldwide in the past decade and are now being used in health monitoring, disaster management, defense, telecommunications, etc. Such networks are used in many industrial and consumer applications such as industrial process and environment monitoring, among others. A WSN network is a collection of specialized transducers known as sensor nodes with a communication link distributed randomly in any locations to monitor environmental parameters such as water level, and temperature. Each sensor node is equipped with a transducer, a signal processor, a power unit, and a transceiver. WSNs are now being widely used in the underground mining industry to monitor environmental parameters, including the amount of gas, water, temperature, humidity, oxygen level, dust, etc. The WSN for environment monitoring can be equivalently replaced by a multiple-input multiple-output (MIMO) relay network. Multi-hop relay networks have attracted significant research interest in recent years for their capability in increasing the coverage range. The network communication link from a source to a destination is implemented using the amplify-and-forward (AF) or decode-and-forward (DF) schemes. The AF relay receives information from the previous relay and simply amplifies the received signal and then forwards it to the next relay. On the other hand, the DF relay first decodes the received signal and then forwards it to the next relay in the second stage if it can perfectly decode the incoming signal. For analytical simplicity, in this thesis, we consider the AF relaying scheme and the results of this work can also be developed for the DF relay. The transceiver design for multi-hop MIMO relay is very challenging. This is because at the L-th relay stage, there are 2L possible channels. So, for a large scale network, it is not economical to send the signal through all possible links. Instead, we can find the best path from source-to-destination that gives the highest end-to-end signal-to-noise ratio (SNR). We can minimize the mean square error (MSE) or bit error rate (BER) objective function by sending the signal using the selected path. The set of relay in the path remains active and the rest of the relays are turned off which can save power to enhance network life-time. The best path signal transmission has been carried out in the literature for 2-hop MIMO relay and for multiple relaying it becomes very complex. In the first part of this thesis, we propose an optimal best path finding algorithm at perfect channel state information (CSI). We consider a parallel multi-hop multiple-input multiple-output (MIMO) AF relay system where a linear minimum mean-squared error (MMSE) receiver is used at the destination. We simplify the parallel network into equivalent series multi-hop MIMO relay link using best relaying, where the best relay ...

Afin de répondre aux besoins permanents de mobilité et de débit, l'émergence de la future quatrième génération de systèmes de radiocommunications repose autant sur le développement de nouvelles techniques de transmissions que sur la mise au point d'architectures matérielles performantes. Dans la recherche de modulations adaptées pour la couche physique de ces futurs réseaux, une approche pertinente repose sur la technique MC-CDMA, associant les techniques de modulations à porteuses multiples et l'étalement de spectre. L'extension de cette technique mono-antenne aux systèmes alliant un réseau d'antennes à l'émission et à la réception ou MIMO, est également très séduisante. Les techniques MIMO réalisées par des modulations codées en blocs ou en treillis offrent un regain de débit ou de robustesse. Ainsi, la combinaison de la technique MC-CDMA avec des techniques MIMO offre un panel de solutions répondant aux contraintes de mobilité et de débit. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse ont pour buts l'étude et la mise en oeuvre pratique de systèmes de communications utilisant ces techniques innovantes. Notre travail a par ailleurs porté sur la définition et l'optimisation des méthodes de conception de tels systèmes vers des cibles architecturales hétérogènes. Ce travail fait partie intégrante du projet européen MATRICE et du projet région Bretagne PALMYRE. Après une présentation générale du contexte applicatif et des principes afférents aux systèmes MC-CDMA et aux techniques MIMO, une étude de la complexité et de l'intégration au sein d'une plate-forme de prototypage associant des composants DSP et FPGA est réalisée. Afin de proposer une démarche de conception efficace, nous envisageons l'application de la méthodologie MCSE pour le développement des systèmes étudiés. Ainsi, son flot complet de conception sera détaillé. L'intérêt de cette méthode pour l'optimisation de systèmes de transmissions reposant sur les techniques MC-CDMA et MIMO est ainsi démontré
Modern communication networks are now confronted with increasing needs in terms of data rates and mobility. The fourth generation developments relies on both new transmission techniques and on improved hardware architectures. The so-called MC-CDMA modulation scheme has recently emerged as one of the most promising technique for future networks physical layer. This modulation scheme combines multi-carrier modulations and spread spectrum technique. The emergence of MIMO techniques provides more data rate or more robustness. The combination of both techniques assumed to be a good compromise in order to meet wide mobility and high data rates constraints. This thesis deals with the study and the implementation of MC-CDMA communication systems and of MC-CDMA combined with MIMO systems. It also considers the definition and the optimization of appropriate design methods on heterogeneous architectures. This work has been done for European MATRICE project and for the Brittany area PALMYRE project. Following a general description of the context and of MC-CDMA, MIMO related principles, a well-proportioned system is presented. Implementation complexity on a mixed DSP-FPGA prototyping board is then analyzed for both systems. MCSE codesign methodology is then considered for MC-CDMA system and MIMO-MC-CDMA system design. The complete design flow is then detailed for both systems. The great interest of these methodologies for such systems optimization is then demonstrated

La multiplication des normes et des standards de communications permet de nos jours d’élargir l'éventail des services pour chaque consommateur. Si cette prolifération des normes est un plus non négligeable pour les utilisateurs, elle engendre une complexité accrue des systèmes d’émission/réception que ce soit en RF (3G, 4G), ou en mmW (W-HDMI, imagerie, radar, capteurs). Ces systèmes Tx/Rx doivent être capables de nos jours de supporter plusieurs bandes de fréquence (téléphonie tri-bandes), ou de générer des fonctions agiles, on parle alors de systèmes reconfigurables. C’est dans ce contexte que se placent ces travaux de thèse dont l’objectif est d’aborder la problématique du développement de capacités variables aux fréquences radios et millimétriques.Le premier chapitre intitulé “Emergence du besoin de capacités non linéaires haute performance en technologie silicium” identifie les limitations de l’offre usuelle de capacités variables à STMicroelectronics. Le second chapitre « Caractérisation de capacité à l’échelle attoFarad : Le Challenge de la mesure haute impédance » discutera de la problématique de la caractérisation de très faibles capacités, dites attoFarad, utilisées majoritairement dans les oscillateurs à commande digital (D.C.O.). Ces capacités sont de nos jours difficilement modélisables étant donnés les problèmes de caractérisation qu’elles posent avec les solutions standards. Nous discuterons d’une nouvelle méthode de caractérisation haute fréquence permettant l’extraction de capacité de 50aF de 1 à 10GHz.Le troisième chapitre intitulé « De l’analogique au digital, développements de capacités variables jusqu’aux fréquences millimétriques en technologie CMOS et BiCMOS » s’intéressera à l’amélioration des facteurs de mérite de la capacité variable ;(rapport de capacité, fréquence maximale d’utilisation …) ; à travers l’optimisation de solution existante et la conception de nouvelles architectures digitales.Enfin, le dernier chapitre « L’évaluation des performances aux travers des circuits millimétriques référents» exposera quant à lui, la conception, la réalisation et la caractérisation de deux fonctions accordables, un déphaseur et un générateur d’impédance en bande mmW.En conclusion, l’ensemble de ces travaux de thèse fournit de nouvelles solutions pour la conception de circuits RF et mmW. Ils ont permis d’élargir l’offre de capacités variables disponible chez STMicroelectronics en technologies avancées mais aussi d’investiguer et de valider un nouveau concept de caractérisation indispensable à ces développements
Multiplication of standards and communication protocols allows nowadays a wider range of services for each consumer. If this multiplication of standards is more significant for users, it creates an increased complexity of Rx/Tx communication modules both in RF (3G, 4G), or mmW (W-HDMI, imaging, radar, sensors ) range. These systems Rx/Tx must be able nowadays to support multiple frequency bands (tri-band mobilephone as an example), or agile functions generation, it is called reconfigurable systems. In this context, that this thesis work taking place which aims to address the challenge of high performances tunable capacitances development in RF and mmW range. The first chapter entitled "Emergence of the need for high performances non linear capacitances in silicon technology" identifies the limitations of usual tunable capacitances offer at STMicroelectronics. The second chapter " AttoFarad capacitance characterization: The Challenge of high impedance measurement" discuss the problem of characterization of very small capacity, called attoFarad, used mainly in digital controlled oscillator (DCO). Nowadays these aF capacitance are very difficult to modelize regarding problems of standard measurement methods. We will discuss of a new method for high frequency characteriziation with a relative precision of 50aF 1 to 10GHz. The third chapter entitled "From analog to digital, developments of tunable capacitances up to millimeter frequencies in CMOS and BiCMOS technologies," will focus on figures of merit improvements of the capacitance (tuning ration, resonant frequency, linear law...) through optimization of existing solution (MOS varactor) and the design of new digital architectures. The final chapter "Performances evaluation through referent mmW circuits " exhibit, the design, realization and characterization of two agile functions, a phase shifter and a in-situ tuner, both in the mmW range. To conclude, all these thesis work provide new solutions for the design of RF and mmW circuits. They have extended the tunable capacitances offer at STMicroelectronics in advanced technologie nodes but also to investigate and validate a new concept of characterization necessary for all of these developments

Dans ce travail, un nouveau schéma de prédistorsion de non-linéarités amplificateur de puissance est développé et démontré. L'originalité de l'architecture du système proposé est que l'estimation des non-linéarités est réalisé grâce au récepteur à une séquence de formation, et renvoyé à l'émetteur pour la prédistorsion. L'architecture proposée réalise indemnisation efficace des non-linéarités amplificateur de puissance sur les normes WiMAX et LTE, sans matériel supplémentaire. Une évaluation des économies de consommation est effectuée, compte tenu de la consommation numérique de l'algorithme d'estimation au niveau du récepteur et de prédistorsion Look Up Table de rafraîchissement à l'émetteur. Les résultats montrent que l'architecture proposée peut être appliquée pour les systèmes de données à haut taux de stations de base, les stations relais et également aux stations mobiles
In this work a novel scheme of predistortion of power amplifier nonlinearities is developed and demonstrated. The originality of the proposed system architecture is that the estimation of nonlinearities is carried out at the receiver thanks to a training sequence, and sent back to the transmitter for predistortion. The proposed architecture achieves efficient compensation of power amplifier nonlinearities on WiMAX and LTE standards without extra hardware. An evaluation of consumption savings is carried out, considering digital consumption of the estimation algorithm at the receiver and predistortion Look Up Table refreshment at the transmitter. The results show that the suggested architecture can be applied for high data rate systems at base stations, relay stations and mobile stations as well

Durant ces dernières années, les systèmes de télécommunications sans fil grand public ont intégré des circuits en technologie silicium (BiCMOS, CMOS), grâce à la montée en fréquence des composants actifs de ces technologies (MOSFETS, Bipolaires à Hétérojonctions) qui remplacent peu à peu les circuits des filières III-V. Récemment, les techniques Ultra Large Bande utilisées dans les radars militaires haute puissance ont été étendues à des applications grand public et ont été normalisées aux Etats-Unis pour des bandes de fréquences comprises entre 3 et 10GHz. Dans cette bande de fréquence les architectures d'émetteur et de récepteur sont complexes. La transposition des signaux en gamme millimétrique, plus exactement dans la bande [59-62] GHz, présente de nombreux avantages notamment en terme de simplicité d'architecture système et d'encombrement. Les transistors de la technologie silicium BiCMOS SiGe 0,13 µm atteignent des fréquences de coupure et des fréquences maximales d'oscillation de l'ordre de 160 GHz. Nous avons ainsi conçu puis caractérisé les différents éléments millimétriques de la chaîne d'émission et de réception tels que oscillateur, commutateur, générateur d'impulsions, amplificateur moyenne puissance et faible bruit, détecteur. Les performances obtenues sur ces fonctions étant en accord avec les spécifications système que nous nous étions fixées, un circuit émetteur et un circuit récepteur entièrement intégrés en technologies silicium BiCMOS ont été conçus et réalisés. Ces travaux ont permis de démontrer la possibilité d'utiliser ces technologies silicium pour la réalisation de nouveaux systèmes de communication dans le domaine des fréquences millimétriques
Over the past few years, consumer wireless communication systems have been implemented using silicon technology (BiCMOS, CMOS). Thanks to the higher operating frequency range of its active components (MOSFET, Heterojunction Bipolar Transistors), silicon technologies have replaced Ill-V technology in wireless communication circuits. Ultra Wideband technologies, used for high power military radars, were recently extended to consumer applications and normalized over the frequency range from 3 to 10 GHz in the United States of America. Within this range, receiver and transmitter architectures are complex. Transposition of a baseband UWB signal at 60 GHz, more precisely the 59-62 GHz band, offers many advantages, such as a simpler system architecture and a reduced die area. SiGe BiCMOS 0.13 µm silicon transistors exhibit a cut-off frequency and a maximum oscillation frequency of 160 GHz. We have designed and measured all the different millimeter circuits of the transceiver such as the oscillator, switch, pulse generator, medium power amplifier, low noise amplifier and detector. The results obtained on these blocks are in agreement with the system specifications we had established. A fully integrated transmitter and a fully integrated receiver circuits were designed and realized. The results demonstrate the capability of silicon technologies for the implementation of new communication systems in the millimeter wave range

Les réseaux à l'origine métropolitains, ont connu une tendance à rétrécir pour aujourd'hui se concentrer autour de l'être humain. Avec des équipements de plus en plus miniatures et les utilisateurs désireux de disposer en permanence des services qui leur sont accessibles à domicile, le réseau est envisagé plus petit, plus proche du corps. On assiste alors à l'émergence du réseau corporel, le Body Area Network (BAN), qui est constitué d'éléments situés sur le corps, à l'intérieur ou encore à une courte distance. Ce réseau à portée du corps génère de nouvelles problématiques, notamment celles de la puissance rayonnée par les équipements, leur taille, leur poids...Les applications et usages envisagés pour un tel réseau sont variés et couvrent plusieurs domaines d'activités, en l'occurrence le secteur du médical, du sport, et le multimédia. Ce réseau doit donc reposer sur une couche physique qui s'adapte aux contraintes de ces diverses applications, tout en favorisant des équipements de faible taille, faible complexité et de forte autonomie. La technologie Ultra Large Bande impulsionnelle (UWB-IR) est porteuse de nombreuses promesses pour satisfaire en partie les besoins des réseaux BAN, car autorisant des débits aussi bien réduits qu'élevés, et les architectures d'émission et réception utilisables pour cette technologie rendent possibles des équipements à faible complexité et faible coût, et dont la consommation énergétique est réduite.Ce travail de thèse a débuté alors qu'un processus de normalisation sur les BAN était en cours. L'objectif des travaux menés était de pouvoir contribuer en partie à ce processus de normalisation par la proposition d'une couche physique basée sur la radio impulsionnelle UWB (UWB-IR). Ainsi notre étude a porté sur le paramétrage de cette couche physique à partir de l'analyse des contraintes et requis techniques d'un réseau BAN. Les performances de cette couche physique ont ensuite été évaluées dans un contexte de canal UWB BAN et suivant le type d'architecture en réception, en particulier pour le récepteur non-cohérent. Enfin, une attention a été apportée sur la robustesse de la liaison en présence d'interférences bande étroite. Dans l'ensemble, ce travail a permis d'étudier et d'évaluer la pertinence d'une couche physique UWB-IR dans le contexte du réseau BAN

Les Micro Systèmes Electro Mécaniques Radio-Fréquences (MEMS RF) bouleversent le paysage de la microélectronique, en laissant entrevoir des possibilités vertigineuses : exceptionnelles performances hyperfréquences, grande linéarité et faible consommation. Malgré ces avantages indéniables, la mise sur le marché de composants à base de MEMS RF est freinée par leurs manques de maturités au niveau du flot de conception, de la mise en boîtier (packaging) et de la fiabilité. Dans ce contexte, ces travaux de thèse ont porté sur l’étude théorique et expérimentale des techniques d’assemblage et de mise en boîtier pour l’intégration de micro-commutateurs RF opérant en bande X (10 GHz). Après une description des techniques de mise en boîtier suivie d’une analyse fonctionnelle, nous mettons en évidence une solution d’assemblage par report d’un capot avec un scellement en polymère. Afin de répondre aux enjeux de conception, nous avons identifié un besoin de modélisation à partir de logiciels de simulation éléments finis (EF) multi-physique, permettant de générer des macro-modèles comportementaux. Ainsi, nous discutons des possibilités offertes par deux logiciels EF réellement multi-physique : ANSYS et COMSOL. Finalement, nous proposons une solution (boîtier micro-usiné en Foturan et scellement en polymère BCB) compatible avec les possibilités technologiques, les contraintes dimensionnelles en terme d’encombrement, le respect des performances RF et la résistance mécanique. Cette solution a débouchée sur la réalisation et la caractérisation électrique d’un démonstrateur, montrant une très faible atténuation générée par le packaging, moins de 0. 05 dB de pertes à 10 GHz. De ce fait, nous avons pu valider une technique simple de packaging quasi-hermétique, adaptée au micro-commutateurs RF
Radio-Frequency Micro-Electro-Mechanical Systems (RF MEMS) are highly miniaturized devices intended to switch, modulate, filter or tune electrical signals from DC to microwave frequencies. RF Mems switches are characterized by their high isolation, low insertion loss, large bandwith and by their unparalleled signal linearity. Despite these benefits, RF Mems switches are not yet seen in commercial products because of reliability issues, limits in signal power handling and question in packaging. In this context, we put in evidence, a near hermetic packaging based on a micro-machined cap in Foturan sealed onto a photopatternable polymer Benzo-Cyclo-Butene (BCB) as a solution adapted to micro-switches RF. To answer the stakes in conception, we identified needs in multiphysics modelling able to generate behavioural macro-models. Finally, a demonstrator was characterised in terms of return and insertion losses measurements, which assures insignificant impact of the package on the RF losses

L'UWB (Ultra Wide Band) consiste à transmettre des signaux entre 3. 1 et 10. 6 GHz avec une puissance limitée à -41. 3 dBm/MHz. Pour les communications hauts débits (100 à 500 Mbit/s) et courtes portées (1 à 10 m), les solutions de l'état de l'art reposent sur des traitements numériques complexes. Mitsubishi ITE propose une solution alternative multi-bandes (MB) impulsionnelle basée sur un récepteur non-cohérent. La démodulation OOK est effectuée par une détection d'énergie originale avec un seuillage adapté dynamiquement suivant les conditions de propagation. La parallélisation complète de ce système MB-OOK permet à la fois d'éviter les interférences inter-symboles et de récupérer la quasi totalité de l'énergie disponible. En outre, l'approche impulsionnelle limite les évanouissements du signal sur canal multi-trajets. La comparaison des systèmes MB-OOK et MB-OFDM démontre la pertinence de la solution proposée pour des applications très hauts débits, courte portée et faible consommation
The UWB (Ultra Wide Band) consists in transmitting signal between 3. 1 and 10. 6 GHz with a power limited to –41. 3 dBm/MHz. For high data rate (100 to 500 Mbit/s) and short range (1 to 10 m) applications, the state of the art solutions are based on complex digital processing. Mitsubishi ITE proposes an alternative multiband (MB) impulse radio solution based on a non-coherent receiver. The OOK demodulation is done by an original energy detection with a threshold which is adapted dynamically according to propagation conditions. The complete parallelization of this MB-OOK solution allows the system to both avoid inter-symbol interference and recover virtually all available energy. Furthermore the impulsive approach limits multipath channel fading. The comparison of MB-OOK and MB-OFDM systems demonstrates the pertinence of the proposed solution for high data rates and short range applications with low power consumption

Les fréquences de fonctionnement des transistors des dernières technologies silicium supérieures à 200GHz favorisent les recherches de systèmes de communication travaillant à des fréquences de plus en plus élevées. Cette montée en fréquence permet le transfert de données multi-gigabits et la conception de systèmes compacts. Un système de communication puce à puce sans fil multi-gigabits à 140GHz a été conçu afin d’améliorer voire supplanter les interconnexions filaires inter-puces dont les débits de données sont limitées. Il peut également être utilisé pour améliorer la testabilité des puces sur wafer en rendant possible le test sans contact. Les architectures de communication à annulation de bruit de phase de type self-hétérodyne et self-homodyne, étudiées durant ces travaux de recherche, sont basées sur l’émission du signal porteur en plus du signal modulé, simplifiant ainsi la génération de fréquence des parties émettrice et réceptrice. En effet, en gamme de fréquences millimétriques, les topologies nécessitant un système de récupération de la fréquence porteuse ou de synchronisation de fréquence sont complexes et énergivores. Une modulation tout ou rien (OOK) a de ce fait été retenue pour la réalisation du démonstrateur. La chaîne d’émission/réception ainsi que les antennes a été implémenté en technologie BiCMOS SiGe:C 0.13µm. La surface totale du circuit avec les antennes est de 0.31mm². Un transfert de données jusqu’à 14Gbps a été réalisé à une distance de 0.6mm avec une efficacité énergétique de 5.7pJ/bit. A partir du circuit réalisé, une démonstration à 140GHz en modulation QPSK self-hétérodyne a également été effectuée. L’EVM est de 27% à 10Gbps
The transistors operating frequencies are well above 200GHz in the last silicon technology nodes. These performances have encouraged the research of the communication systems operating at millimeter wave frequencies. Such performances allow higher and higher multi-gigabit data rate and also more compact communication systems with on Silicon integrated antennas.The objective of this research work was to design a multi-gigabit wireless chip to chip communication system at 140GHz. Such a short-range communication system could be designed to improve or replace the inter-chip interconnects where data rates are limited. Secondly this communication system could also be used to improve the testability of on wafer dies by performing contactless test. The communication system with phase noise cancelation topology specifically self-heterodyne and self-homodyne, studied during the research work, are based on the carrier signal emission in addition to the modulated signal simplifies the frequency synthesis of the emitter and receiver parts. Millimeter wave frequency communication systems are conventionally based on carrier frequency recovering system that is complex and consumes a lot of energy. An On-Off Keying (OOK) modulation has been selected and all the parts of the transceiver have been designed in 0.13μm SiGe:C BiCMOS technology. The silicon area of the circuit is 0.31mm² including the antennas. This transceiver achieves a data rate up to 14Gbps at a distance of 0.6mm with an energy efficiency of 5.7pJ/bit. Moreover a self-heterodyne QPSK demonstration at 140GHz was performed with an EVM of 27% to 10Gbps

L'introduction des technologies MEMS ("Micro Electro Mechanical Systems") dans les modules hyperfréquences répond au besoin croissant en systèmes de communications intégrables, reconfigurables et présentant d'excellentes performances électriques jusqu'aux fréquences millimétriques. Le développement de nouvelles architectures intelligentes jusque là inaccessibles aux technologies traditionnelles est également envisageable grâce à ces composants. Cela dit, la conception multi-physique de ces circuits alliant des aspects électrostatiques, mécaniques et électromagnétiques reste difficile à mettre en œuvre et complique leur optimisation. De plus, peu de recherches se sont focalisées sur la tenue en puissance de ces composants, pourtant primordiale pour envisager leur intégration dans des chaînes d'émission radio fréquences. Nos travaux de thèse ont porté sur la conception et la caractérisation de micro-interrupteurs MEMS de puissance et de circuits hyperfréquences les intégrant et opérant en bande X (10GHz). Le premier chapitre présente une méthodologie multi-physique de conception de commutateurs MEMS RF électrostatiques à contact capacitif réalisés au Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes. Cette méthodologie, associée à une topologie optimale de micro-commutateurs, a permis un prototypage efficace de commutateurs MEMS et a été validée expérimentalement grâce à des structures montrant d'excellentes performances hyperfréquences. Le second chapitre s'intéresse à l'optimisation en puissance de commutateurs MEMS RF. Nous avons développé une méthodologie de prédiction de la puissance maximale de fonctionnement pour ces composants. Cette méthodologie a été ensuite utilisée pour l'optimisation en puissance du commutateur développé dans le chapitre 1. Un dimensionnement ainsi que l'ensemble des résultats de simulations sont présentés et validés expérimentalement. Enfin le dernier chapitre présente la mise en application des méthodologies décrites aux deux premiers chapitres pour la conception d'un circuit de commutation de puissance large bande 6-18 GHz basé sur des topologies série et parallèle d'interrupteurs MEMS. Les structures ont ainsi été optimisées, fabriquées et mesurées. Elles présentent d'excellentes performances RF sur une large gamme de fréquence
MEMS ("Micro Electro Mechanical Systems") technologies have been successfully introduced in the past decade in order to develop smart micro-systems exhibiting high integration level, new functionalities such as reconfigurability (to switch over different standards) or self repairing ability, and high electrical performances up to millimeterwave frequencies. Moreover, new system architectures can be implemented thanks to these devices, which demonstrate the potentialities of MEMS technologies in future wireless systems. In the meantime, their multi-physic design dealing with electrostatic, mechanical and electromagnetical concerns, translates into a long and complex optimization of the MEMS-based circuits slowing their industrial use. Moreover, few studies are available on the power handling capabilities of these components, which is the key parameter to improve their integration into front-end networks. Our work, made in LAAS-CNRS, concentrates on the design and characterisation of power RF-MEMS switches and their integration into a broadband single pole double throw circuit, for front-end duplexer operating in X band. The first chapter will be dedicated to a multi-physic design methodology for capacitive electrostaticaly actuated RF-MEMS switches design. This methodology, associated with an optimized topology, enables an efficient development of MEMS components and circuits. Demonstrators have been measured and demonstrate outstanding RF performances which validate the proposed methodology. The second part of this work points out the power optimization of RF MEMS switches. A power handling prediction methodology has been proposed and used to optimize the switch described in the first chapter. Simulations have been confirmed by measurements which validate our prediction method. The measured RF MEMS power handling demonstrates the ability of this technology to be used in front-end circuits and systems. Finally, the third chapter deals with an application using the methodologies described above: a broadband (6-18 GHz) power switching circuit for front-end duplexer. This circuit has been optimized, realized and characterized and exhibits state of the art microwave and power performances over a broad frequency band

Le secteur de communications sécurisés et portables connait une véritable révolution avec l’apparition des plateformes dites radios logiciels (Software Defined Radios, SDRs). Les performances exceptionnelles de ces systèmes sont les résultats d’une interaction assez complexe et souvent peu évidente entre le logiciel embarqué, le circuit de traitement numérique et les blocs mixtes analogiques/RF. Cette complexité limite la testabilité du produit fini. La méthodologie de test utilisée actuellement a atteint ses limites dues au cout élevé, le long temps de test et le bas degré de généralisation. De plus, les plateformes SDRs peuvent évoluer sur le terrain et elles vont supporter des standards et des scénarios qui n’ont pas été considérés pendant le la phase de conception. Donc, une stratégie de test sur le terrain (en ligne) n’est plus une caractéristique optionnelle mais une nécessité. Dans ce contexte, le but de notre recherche est d’inventer et développer une méthodologie de test capable de garantir le bon fonctionnement d’une plateforme SDR après la production et pendant sa vie. Notre objectif final est de réduire le coût du test en profitant de la reconfigurabilité de la plateforme. Pour les radios tactiques qui doivent être mises à jour sur le terrain sans équipement spécial, les stratégies Built-In Self-Test (BIST) sont, sans doute, la seule moyenne de garantir la conformité aux spécifications. Dans cette mémoire, nous introduisons une nouvelle architecture de test RF BIST qui utilise la technique de de sous-échantillonnage nonuniform à la sortie de l’émetteur (TX) d’une SDR afin d’évaluer la conformité de la masque spectrale. Notre solution s’appuie sur une implémentation autonome, est modulable et peut être appliquée pour le test sur le terrain avec des modifications minimes. Par rapport aux autres techniques de test analogiques/RF, cet approche ne dépends pas de la architecture du TX, ni d’un modèle ad-hoc, ce qui est idéale pour le test des SDRs
The advent of increasingly powerful Integrated Circuits (IC) has led to the emergence of the Software Defined Radio (SDR) concept, which brought the sector of secured mobile communications into a new era. The outstanding performance of these systems results from optimal trade-offs among advanced analog/Radio Frequency (RF) circuitry, high-speed reconfigurable digital hardware and sophisticated real-time software. The inherent sophistication of such platforms poses a challenging problem for product testing. Currently deployed industrial test strategies face rising obstacles due to the costlier RF test equipment, longer test time and lack of flexibility. Moreover, an SDR platform is field-upgradeable, which means it will support standards and scenarii not considered during the design phase. Therefore, an in-field test strategy is not anymore 'a nice to have' feature but a mandatory requirement. In this context, our research aims to invent and develop a new test methodology able to guarantee the correct functioning of the SDR platform post-fabrication and over its operational lifetime. The overall aim of our efforts is to reduce post-manufacture test cost of SDR transceivers by leveraging the reconfigurability of the platform.For tactical radio units that must be field-upgradeable without specialized equipment, Built-in Self-Test (BIST) schemes are arguably the only way to ensure continued compliance to specifications. In this study we introduce a novel RF BIST architecture which uses Periodically Nonuniform Sampling (PNS2) of the transmitter (TX) output to evaluate compliance to spectral mask specifications. Our solution supports a stand-alone implementation, is scalable across a wide set of complex specifications and can be easily applied for in-field testing with small added hardware. Compared to existing analog/RF test techniques, this approach is not limited to a given TX architecture and does not rely on an ad-hoc TX model, which makes it ideal for SDR testing

L’étude des réseaux de microcapteurs sans fil met clairement en évidence la contrainte principale de l’autonomie en énergie. En effet, ces microcomposants autonomes et communicants appelés aussi nœuds du réseau sont dispersés dans des lieux parfois peu ou pas accessibles. L’objectif de notre travail est de proposer une méthode de conception d’un émetteur-récepteur adapté à ce type de réseaux. Partant d’une modélisation au niveau système mettant en relief la part prépondérante du module radiofréquence sur la consommation moyenne d’un nœud, nous avons développé trois nouveaux outils de conception correspondant à différents niveaux de modélisation de la chaine de communication. Leur utilisation conjointe et les résultats de simulations obtenus nous offrent la possibilité de mettre en relation les spécifications et les performances d’un module radiofréquence avec la consommation. L’association de ces outils dans une méthode de conception itérative nous a permis de dimensionner une chaine de communication en fonction d’une contrainte de consommation. Finalement, nous avons conçu, fabriqué et testé, un amplificateur faible bruit (LNA ou Low Noise Amplifier) à 868 MHz qui présente des caractéristiques très intéressantes en termes de consommation
Survey on wireless microsensor networks highlights the main constraint of energy autonomy. In fact, these autonomous and communicating microcomponents named network nodes are scattered into few or not open environment. The goal of our work is to propose a transceiver design method adapted to microsensor networks. After a demonstration of predominant part of RF into the mean power consumption of a microsensor node, we developed three new simulation tools which correspond to different level of transceiver modelling. Their use and obtained simulation results demonstrate the relation between transceiver specifications and performances with power consumption. The association of these tools was used to propose a new design method under power consumption constraint. Finally, we designed, produced and tested a 868 MHz Low Noise Amplifier which presents interesting power consumption characteristics

Grâce au confort d’utilisation qu’elles procurent, les technologies sans fil se retrouvent aujourd’hui dans un vaste panel d’applications. Ainsi le nombre d’éléments de transmission/réception radio se multiplie. Aujourd’hui pour réduire les consommations des éléments radio, il faut les rendre davantage efficaces notamment pour la partie réception. En effet, pour les communications asynchrones, les récepteurs consomment inutilement de l’énergie à attendre qu’une transmission soit faite. Dans l’objectif de réduire ce gaspillage d’énergie, des nouveaux standards ont vu le jour tel que le Zigbee et le Bluetooth Low Energy. Les performances en consommation procurées par ces deux standards résident sur leur fonction périodique à très faible rapport cyclique. Une nouvelle solution émergente pour réduire drastiquement la consommation des récepteurs en les rendant plus efficaces est l’utilisation de récepteur d’activation. Les récepteurs d’activation ou récepteur de réveil sont des récepteurs simples ce qui leur permet d’atteindre une ultra basse consommation uniquement en charge de guetter l’arrivée d’une trame et de réveiller le récepteur principal, placé en veille au préalable, pour traitement de cette dernière. Le récepteur d’activation proposé ici a été réalisé dans la technologie CMOS 160 nm de NXP. Il offre une sensibilité de -54 dBm, pour une consommation moyenne de 35 μA, prodiguant une portée de 70m à 433,92 MHz pour une puissance de 10 dBm émis. Ce récepteur ASK se distingue des autres récepteurs d’activation par le système de calibration breveté avec ajustement automatique la tension de référence requise pour la démodulation. Ce système rend le circuit robuste au problème d’offset DC et ne consomme aucun courant lorsque le circuit est en écoute. Le récepteur d’activation reconnaît un code de Manchester de 24 bits à 25 kbps, programmable grâce à une interface SPI
Wireless technologies are now widespread due to the easiness of use they provide. Consequently, the number of radio devices increases. Despite of the efforts to reduce radio circuits power consumption as they are more and more numerous, now they must achieve ultra-low power consumption. Today, radio devices are made more efficient to reduce their power consumption especially for the receiving part. Indeed, for asynchronous communication, a lot of energy is wasted by the receiver waiting for a transmission. In order to avoid this waste, new standards have been created such as Zigbee and Bluetooth Low Energy. Due to periodic operation with ultra-low duty cycle, they provide ultra-low power consumption. Another solution to drastically reduce the power consumption has emerged, wake-up receiver. Wake-up receivers are based in simple architecture to provide ultra-low power consumption, they are only in charge to wait for a frame and when it occurs, wake-up the main receiver put in standby mode before that. The proposed wake-up receiver has been designed in NXP CMOS technology 160 μm. It provides a-54 dBm sensitivity, consuming 35 μA which allows a 70m range considering a 10 dBm emitter at 433,92 MHz. This wake-up receiver operates with ASK modulation, compared to others it provides a smart patented calibration system to get the necessary reference voltage for demodulation. This mechanism provide DC offset robustness and does not drain any current while the wake-up receiver is operating. To wake up the main receiver a 24 bits programmable Manchester code is required. This code at 25 kbps is programmable by the use of an SPI interface

Cette thèse présente une étude de faisabilité d'un récepteur faible coût et faible consommation pour l'extension du standard DVS-S à la mobilité. L'objectif de ce projet est de proposer de solutions pour lever les verrous technologiques quant à la réalisation d'un tel système en technologie CMOS 65 nm. Ce manuscrit de thèse articulé autour de quatre chapitres décrit toutes les étapes depuis la définition des spécifications du réseau d'antennes et de la chaîne de réception jusqu'à la présentation de leurs performances, en passant par l'étude de leurs architectures et de la conception des différents blocs. Suite à l'étude au niveau système et au bilan de liaison, le démonstrateur envisagé est constitué d'un réseau d'antennes (huit sous-réseaux de huit antennes microruban) suivi de la mise en parallèle de huit chemins unitaires pour satisfaire les exigences (Gain, facteur de bruit, rapport signal-à-bruit...) de l'application visée. Ce travail a abouti à la démonstration de la faisabilité d'une architecture innovante. Par ailleurs, nous avons aussi démontré sa non-application pour le standard DVB-S en raison des limitations en bruit de la technologie CMOS. Cependant des pistes existent pour améliorer le rapport signal-à-bruit du démonstrateur, à savoir l'utilisation d'un LNA (Low Noise Amplifier) avec une technologie compétitive en bruit et/ou d'un traitement du signal après la démodulation en bande par un processeur analogique
This work focuses on the faisability of a low cost and low power receiver in order to extend the DVB-S standard to mobility. The objective of this project is to suggest solutions to overcome technological bottlenecks fot the realization of such a demonstrator with 65 nm CMOS technology. This report composed of four chapters, describes all steps from the specification definition to the performances of the antenna array and the receiver through the architecture study and the different blocks design. [...]

Ce travail porte sur l'étude de l'environnement électromagnétique dans une chambre réverbérante à brassage mécanique de modes. Les chambres réverbérantes constituent un outil fondamental pour réaliser des mesures de compatibilité électromagnétique. Leur étude se focalise généralement sur les propriétés statistiques de la puissance du champ stationnaire. Cependant, d'autres études de ce champ stationnaire ont été faites sous un autre angle qui consiste à utiliser la décomposition en spectre d'ondes planes pour décrire ce champ. Les méthodes d'estimation spectrale à haute résolution constituent un outil puissant pour identifier les directions d'arrivée d'ondes planes. Ces méthodes réputées puissantes sont paramétriques, elles requièrent la connaissance a priori du nombre d'ondes planes à séparer. Une méthode complète basée sur le critère MDL (Minimum Description Length) pour l'estimation d'ordre et de l'algorithme MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) a été codée pour l'estimation du nombre, des directions d'arrivée, des amplitudes et des phases des ondes planes. L'adaptation de l'estimateur du spectre d'ondes planes à l'environnement de la chambre réverbérante, qui est un milieu à forte corrélation, nécessite l'utilisation de la technique de lissage spatial pour décorréler les fronts d'onde. La simulation du fonctionnement de la chambre réverbérante par la méthode numérique FDTD (Finite Difference Time Domain) a permis d'avoir les cartographies du champ électrique pour réaliser l'étude de la variation du spectre angulaire par rotation du brasseur mettant en évidence l'effet du mouvement du brasseur sur les directions d'arrivée des ondes et sur leurs puissances respectives. Ce travail se termine par une étude statistique des directions d'arrivée et des amplitudes des ondes planes de la décomposition

Le convertisseur analogique-numérique (ADC), fait fonction d’interface entre les domaines de représentation analogique et numérique des systèmes mixtes de traitement du signal.Il est un élément central en cela que ses performances circonscrivent celles des traitements numériques qui lui succèdent et a fortiori celles de son dispositif hôte. C’est notamment le casdes récepteurs radioélectriques numériques à large bande instantanée. De fait, ces systèmes voient leurs performances de dynamiques instantanées monotonale (DTDR) et bitonale (STDR)– i.e. leur capacité à traiter simultanément des composantes de faible puissance en présence d’une ou plusieurs autres composantes de plus forte puissance – limitées par la linéarité de leur ADC.Ce dernier caractère est quantifié par les performances de dynamique sans raies parasites (SFDR)et distorsion d’intermodulation (IMD) d’un ADC.Les critères de DTDR et de STDR sont essentiels pour les récepteurs radios numériques de guerre électronique conçus pour le traitement des signaux de radiocommunications. En effet, ces dispositifs sont employés à l’établissement de la situation tactique de l’environnement électromagnétique à des fins de support de manoeuvres militaires. La fidélité de la représentation numérique du signal analogique reçu est donc critique. Ainsi, cette thèse vise à étudier la linéarisation des ADC, i.e. l’augmentation des SFDR et IMD, en vue de l’amélioration des dynamiques instantanées de ces récepteurs.Dans ce manuscrit, nous traitons cette problématique selon deux axes différents. Le premier consiste à corriger les distorsions introduites par un ADC au moyen de tables de correspondances(LUT) pré-remplies. À cette fin, nous proposons un algorithme de remplissage de LUT procédant d’une méthode de la littérature par la réduction de moitié du nombre de coefficients à déterminer pour estimer la non-linéarité intégrale (INL) d’un ADC. Sur la base de cette nouvelle méthode,nous développons une approche de correction des non-linéarités dynamiques introduites par un ADC reposant sur une paire de LUT statiques et présentons un exemple d’algorithme permettant de l’opérer. Le second axe du manuscrit repose sur la modélisation comportementale de l’ADC par les séries de Volterra à temps discrets et leurs dérivés. En premier lieu, nous considérons les trois problématiques fondamentales de cette approche de linéarisation : la modélisation ;l’identification de modèle ; et l’inversion de modèle. Puis, nous définissons trois solutions de linéarisation d’ADC aveugles. Enfin, nous analysons l’implémentation sur circuits à réseaux logiques programmables (FPGA) de l’un de ces algorithmes afin d’évaluer la pertinence d’uneopération en temps-réel des échantillons de sortie d’un ADC échantillonnant à une fréquence d’environ 400 MHz
The analog-to-digital converter (ADC) is a central component of mixed signal systems as the interface between the analog and digital representation spaces. Its performance bounds that of the device it is integrated in. Indeed, ADC linearity is essential for maintaining in the digital space the reliability of its input signal and then that of the information it carries.Wideband digital radio receivers are particularly sensitive to ADC non-linearities. Single-tone and dual-tone dynamic range (respectively STDR and DTDR) of such systems – i.e. the abilityto process simultaneously signal components with high power ratio – are limited by the spurious free dynamic range (SFDR) and intermodulation distortion (IMD) of their internal ADC.DTDR et de STDR are key metrics for electronic warfare wideband digital radio receivers developed for radiocommunication signal processing. As a matter of fact, these equipments are employed for analyzing the tactical situation of the radiofrequency spectrum in order to support military maneuvers. Hence, signal integrity is critical. This thesis deals with the ADC linearization issue in this context. Thus, it aims to study techniques for increasing ADC SFDRand IMD for the purpose of improving dynamic ranges of electronic warfare wideband digitalr eceivers.In this dissertation, the problematic of ADC linearization is approached in two different ways.On the one hand, we consider distortion compensation using pre-filled look-up tables (LUT). Wepropose an algorithm for filling LUTs that stems from an existing method by halving the numberof coefficients required for the integral non-linearity (INL) estimation. Then, based on this new method, we develop an approach for correcting ADC dynamic non-linearities using a couple ofstatic LUTs and we present an example of algorithm for operating this method. On the other hand,we study linearization solutions that rely on behavioural modelling of ADCs using discrete-time Volterra series and its derivatives. First, we address the three fundamental issues of this approach:modelling ; model identification ; and model inversion. Then, we propose three blind linearization algorithms. Finally, we consider the implementation on field programmable gate array (FPGA) of one of them for the purpose of evaluating the relevance of real-time linearization of an ADC sampling at about 400 MHz