Dubois, Stanislas. "Linéarisation d'une chaîne de réception numérique pour un récepteur large bande." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0426.
Abstract:
Que ce soit dans un contexte de communications numériques, de radar ou de guerre électronique, les chaînes d’émission et de réception réalisant ces fonctions sont constituées de composants non-linéaires. Ces derniers opèrent sur les signaux d’intérêt les opérations cruciales d’amplification, de transposition en fréquence, et de conversion du monde analogique de propagation de ces signaux, au monde numérique de leur traitement. Dans tous les contextes cités, la dynamique instantanée est un critère de performance clé, déterminant la fuite spectrale à l’émission, contraignant le débit à la réception de signaux de communication, ou encore qualifiant la capacité à recevoir des échos de puissances différentes en radar. L’augmentation de la dynamique instantanée peut se faire au niveau de la conception des chaînes, tant dans le choix des composants que dans leur ordonnancement, et relève alors d’un processus de conception long et fastidieux, résultant en un sacrifice au niveau du coût, de l’encombrement ou de la consommation. L’autre façon d’augmenter la dynamique instantanée, qui fait l’objet de ce manuscrit, est la linéarisation par traitement numérique, basée sur la modélisation comportementale de la chaîne d’émission ou de réception.Cette linéarisation repose sur trois phases intrinsèquement imbriquées, la modélisation comportementale, l’identification des paramètres du modèle, et la compensation des défauts non-linéaires. Après avoir introduit le contexte applicatif de ces travaux, nous débutons ce manuscrit par le développement de modèles à temps continus, basés sur la dérivée du signal. Nous prenons ainsi le parti de s’extraire du formalisme des séries de Volterra, reposant sur le concept d’effet mémoire, afin de retrouver l’intuition physique de la description de la distorsion vis-à-vis des variations instantanées du signal. Nous scindons ensuite l’identification des paramètres de ces modèles en deux phases. La caractérisation tout d’abord, regroupe les méthodes basées sur signaux multi-tons, associant un formalisme relativement simple et une mise en œuvre aisée. Cette première phase est donc appliquée à l’étude du comportement non-linéaire, et au dimensionnement du modèle. La deuxième phase, dite de calibrage, désigne l'identification des paramètres de ce modèle à partir de bruit blanc, par corrélation, nécessitant donc un formalisme plus lourd mais permettant une identification plus exhaustive, destinée à un déploiement embarqué sur FPGA. A ce titre, une première réécriture du modèle proposé est introduite, sur une base de fonctions orthogonales, pour la diagonalisation du système de corrélations. Une deuxième réécriture est effectuée pour appliquer la théorie du filtrage multicadence à l’élimination de la distorsion repliée dans la bande d’échantillonnage. Le dernier objet de ces travaux de thèse est l'application des méthodes présentées à la réalisation d'un calibrage mis en œuvre in situ, de façon à pouvoir s'adapter de façon dynamique à la variation de la distorsion non-linéaire de la chaîne au regard de l'évolution de l'environnement du radar aéroporté. Cette mise en œuvre suppose l'utilisation de la chaîne d'émission afin d'injecter le stimulus de calibrage dans la chaîne de réception. Nous proposons ainsi un procédé permettant la distinction des contributions non-linéaires des chaînes d’émission et de réception à l'observation de la sortie de leur cascade, afin de n'identifier que les défauts de la chaîne de réception, pour la linéarisation du signal capté par l'antenne<br>Whether in the context of digital communications, radar or electronic warfare, the transmission and reception chains performing these functions are made up of non-linear components. The latter carry out on the signals of interest the crucial operations of amplification, frequency transposition, and conversion from the analog world of propagation of these signals to the digital world of their processing. In all the contexts mentioned, the instantaneous dynamics is a key performance criterion, determining the spectral leakage at transmission, constraining the flow rate at reception of communication signals, or qualifying the capacity to receive echoes of different powers in radar.Increasing the instantaneous dynamics can be done through the design of the chains, both in the choice of components and in their ordering, and then involves a long and tedious design process, resulting in a sacrifice in terms of cost, size or consumption. The other way of increasing the instantaneous dynamics, which is the subject of this manuscript, is linearization by digital processing, based on behavioral modeling of the transmission or reception chain.This linearization is based on three intrinsically intertwined phases, behavioral modeling, identification of model parameters, and compensation of non-linear faults. After introducing the application context of this work, we begin this manuscript with the development of continuous-time models, based on the derivative of the signal. We thus opt to escape from the formalism of the Volterra series, based on the concept of memory effect, in order to rediscover the physical intuition of the description of the distortion with respect to instantaneous variations of the signal. We then split the identification of the parameters of these models into two phases. Characterization, first of all, brings together methods based on multi-tone signals, combining a relatively simple formalism and easy implementation. This first phase is therefore applied to the study of non-linear behavior, and to the sizing of the model. The second phase, calibration, designates the identification of the parameters of this model from white noise, by correlation, therefore requiring a heavier formalism but allowing a more exhaustive identification, intended for an embedded deployment on FPGA. As such, a first rewriting of the proposed model is introduced, on the basis of orthogonal functions, for the diagonalization of the correlation system. A second rewriting is carried out to apply the theory of multi-rate filtering to the elimination of the aliased distortion in the sampling band. The last object of this thesis work is the application of the methods presented to the realization of a calibration implemented in situ, so as to be able to adapt dynamically to the variation of the non-linear distortion of the chain with regard to the evolution of the airborne radar environment. This implementation assumes the use of the transmission chain in order to inject the calibration stimulus into the reception chain. We thus propose a method allowing the distinction of the non-linear contributions of the transmission and reception chains to the observation of the output of their cascade, in order to identify only the defects of the reception chain, for the linearization of the signal captured by the antenna