Дисертації з теми "Prédistorsion numérique en bande de base"

Ce travail concerne la linéarisation des amplificateurs de puissance. L’objectif est d’évaluer les performances de linéarisation des techniques de prédistorsion numérique en bande de base et de proposer de nouvelles approches efficaces d’implémentation. D’abord, nous avons repris l’étude traditionnelle basée sur la modélisation de l’AP par une série de puissances. Les phénomènes non linéaires ont été mis en évidence et quantifiés. Ensuite, nous avons présenté une étude bibliographique sur les différentes techniques de linéarisation. La plus grande partie de cette étude a été consacrée à la technique de prédistorsion numérique adaptative en bande de base. Une nouvelle méthode d’implémentation de la prédistorsion numérique statique, sans mémoire, est ensuite présentée. Cette méthode a été validée par des simulations et des mesures. Ses performances sont comparées aux méthodes d’implémentation classiques. Une étude sur la complexité d’implémentation en cas d’adaptation continue a été également réalisée. La méthode proposée forme un bon compromis entre complexité et rapidité de convergence. La dernière partie de cette thèse est consacrée aux mesures. Un banc de mesures automatisé est spécialement mis au point pour l'évaluation des techniques de prédistorsion numérique en bande de base. Deux séries de mesures sur deux amplificateurs, faible et haute puissance, sont effectuées. Le but est d’une part d’évaluer expérimentalement les performances de la méthode d’implémentation proposée et d’autre part de mettre en évidence les effets de mémoire des amplificateurs haute puissance, et d’évaluer les performances des techniques de prédistorsion numérique dans ce cas
This work deals with the linearization of power amplifiers. The aim is to evaluate experimentally linearization performance of digital baseband predistortion techniques and to propose some novel efficient implementation approaches. First, the traditional study based on power series modeling of the PA was repeated. Nonlinear phenomena were described and quantified. In the second part, we present a state of the art on the various linearization techniques. The most important part of this study was dedicated to the adaptive digital baseband predistortion technique. A new method for the implementation of digital predistortion was then proposed. This method was validated with simulations under Matlab and with measures. Its performances were compared to other classical implementation methods. An investigation on implementation complexity was also realized when continuous adaptation is adopted. The proposed method forms a good compromise between complexity and speed of convergence. The last part of this thesis was devoted to measurements. An automated measurement test bench has been specifically developed for the evaluation of digital baseband predistortion techniques. Two sets of measurements with two amplifiers, low and high power amplifiers, were carried out. The aim was to evaluate experimentally the performances of the proposed method and to highlight the memory effects in high power amplifiers, and evaluate the performance of digital predistortion techniques in this case

Les nouveaux systèmes de radiocommunications s'orientent vers l'utilisation de modulations à enveloppe non constante telles que les modulations OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) et vers l’application de techniques d’étalement de spectre. Les signaux modulés présentent alors une forte dynamique d’enveloppe et l'influence des non-linéarités des émetteurs n'est pas négligeable. Une solution consiste à corriger l'amplificateur en lui associant un dispositif de linéarisation de façon à ce que l'ensemble amplificateur plus linéariseur se conduise de manière quasi-linéaire jusqu'à pratiquement la puissance de saturation. Cette thèse traite de la linéarisation des amplificateurs de puissance par prédistorsion numérique adaptative en bande de base. Elle commence par l’étude de l'influence d’une non-linéarité sans mémoire sur des signaux modulés OFDM. Elle établit, sous certaines conditions, une relation analytique entre l’EVM (Error Vector Magnitude) en sortie de l’amplificateur et les caractéristiques de l’amplificateur. La principale partie du document est consacrée aux algorithmes d’adaptation des systèmes de prédistorsion numériques en bande de base. Après un état de l’art des algorithmes d’adaptation des systèmes de predistorsion, plusieurs nouvelles techniques ou améliorations de techniques existantes sont proposées et évaluées par simulation. L'influence des principales sources d’imperfections (limitation de la précision dans les conversions analogiques-numériques, déséquilibre des voies du modulateur en quadrature, synchronisation de la voie de retour) sur les performances du systèmes de prédistorsion est analysée. La thèse compare également la complexité des différentes approches : prédistorsion par LUT, prédistorsion de forme polynomiale sans mémoire ou avec mémoire. Le bilan de puissance des émetteurs utilisant la predistorsion numérique est également brièvement discuté
Emerging communication systems are oriented toward the modulations with non-constant envelope like OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) and to the use of spread spectrum techniques. The modulated signals exhibit large dynamic and the influence of power amplifier nonlinearity cannot be further neglected. A solution is to correct the power amplifier nonlinearity with an additional device so that the resulting system exhibits quasi linear characteristic ideally up to saturation. This dissertation is oriented in the domain of digital predistortion for power amplifier linearization. It begins with the study of the influence of memoryless nonlinearity on the OFDM signal. A relationship between EVM (Error Vector Magnitude) at the output of the power amplifier and the amplifiers characteristics is derived. The main part of the dissertation is devoted to the algorithms for the adaptation of digital adaptive baseband predistorters. After the state of the art presentation, several adaptation methods or their modifications are proposed and evaluated using simulations. The influence of main sources of imperfections (quantization in data converters and quadrature modulator imbalance) on the adaptation algorithms was investigated as well. Submitted dissertation also compares the complexity of different approaches (LUT predistorters, memoryless polynomial predistorters, polynomial predistorter with memory) used for predistortion. The efficiency of transmitters employing digital predistortion is also briefly discussed

L’objectif de cette thèse consiste, d’une part, à tester une technique de linéarisation par prédistorsion numérique des signaux en bande de base sans effets mémoire afin de réduire les distorsions générées par un transistor de puissance et d’autre part, à étudier les performances des transistors en fonction de l’impédance de source et des impédances de charge basse fréquence. Les paramètres de la fonction de prédistorsion sont déterminés après inversion des conversions AM/AM et AM/PM du transistor. Le transistor utilisé est un MESFET polarisé en classe AB à 1,575 GHz. Dans la première partie de ce travail, le transistor est adapté en entrée, la mesure de la conversion AM/AM instantanée a permis d’améliorer le C/I3 de 15 dB pour un signal 2-tons (largeur de bande de 1 MHz), sans dégrader le C/I5. En présence de signaux QPSK ou 16-QAM (1 Msps), l’ACPR est amélioré de 5 dB. Dans la deuxième partie de ce travail, les contours source-pull d’ACPR et d’EVM en présence d’un signal QPSK ont mis en évidence une variation de 3 dB pour l’ACPR et 0,8 point pour l’EVM. Par la suite, l’impédance de source a été fixée sur une impédance de compromis, sans trop dégrader les pertes par désadaptation en entrée ni la linéarité. Des variations de 1 dB et de 7 points ont été observées respectivement pour la puissance de sortie et le rendement dans la zone de compression du transistor en étudiant l’influence des impédances de charge basse fréquence. La variation maximale de l’ACPR est de 15 dB et est de 6 points pour l’EVM. L’impédance de charge basse fréquence optimale est très proche d’un court-circuit. Enfin, la prédistorsion numérique a permis de réduire l’ACPR de 5 dB et l’EVM de 1 point.

Dans les nouvelles générations de systèmes de télécommunication (WCDMA, CDMA200, EDGE. . . ) où les formats de modulation à meilleure efficacité spectrale sont utilisés, la linéarité de l’amplificateur de puissance est un point critique. Par ailleurs l’amplificateur de puissance est l’un des composants dissipant le plus d’énergie dans une chaîne de communication. Pour cela, il doit à la fois être linéaire et avoir un bon rendement en puissance ajoutée. Les amplificateurs de puissance sont très souvent utilisés avec un recul en puissance (back-off) dans le but d’obtenir un fonctionnement linéaire, la conséquence étant la perte de rendement. Une solution possible est de le faire fonctionner dans sa zone de saturation où il est fortement non linéaire et lui associer un circuit linéariseur externe. Les principaux objectifs de cette thèse sont : a) L’étude par simulation utilisant le simulateur ADS des architectures LINC, ET et EER dans le but de faire ressortir les avantages et les inconvénients dans l’amélioration conjointe de la linéarité et du rendement des amplificateurs de puissance. B) Le développement d’un banc de mesure calibré pour la caractérisation des amplificateurs de puissance excité par des signaux modulés est proposé. Ce banc est utilisé pour extraire un modèle comportemental d’amplificateur de puissance excité par des signaux modulés. C) L’exploitation du banc pour mettre en oeuvre une méthode de linéarisation d’amplificateur par prédistorsion numérique en bande de base utilisant le banc de caractérisation est proposée
In new generation mobile communication systems (WCDMA, CDMA2000, EDGE. . . ), where spectrum efficient modulation formats are used, power amplifier (PA) linearity is a quite difficult specification to meet. More over PAs are one of the most power consuming components in a mobile communication system. Therefore, power added efficiency (PAE) and linearity of power amplifier must be simultaneously optimized. PAs are usually operated with a power back-off in order to fulfill linearity specifications, which in turn results in lower power efficiency. One possible solution is to operate PAs near to saturation region where they are highly nonlinear but efficient, and linearize them by using external circuits. The main achievements of this thesis are : a) The study of LINC, ET and EER architectures using ADS simulator to highlight main drawbacks and advantages in the enhancement of both linearity and efficiency of power amplifiers. B) An accurate calibrated test bench for the characterization of power amplifier driven by modulated signals. The bench is then used to generate a behavioral model of power amplifier. C) A linearization method of power amplifier by mean of digital predistortion using the test bench has been proposed

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire a permis de développer une méthodologie générale d'estimation des paramètres, puis de mettre en œuvre une technique de linéarisation adaptative des amplificateurs de puissance pour des applications de radiocommunication. Dans une première étape, après avoir recensé les différents critères de linéarité, les modèles d'amplificateurs couramment utilisés ont été présentés en mettant l'accent sur leurs avantages et inconvénients. Une méthodologie générale d'estimation des paramètres du modèle de l'amplificateur de puissance est ensuite élaborée. Cette technique s'appuie sur une modélisation par une structure de Hammerstein en temps continu et une stratégie de recherche de ses paramètres en utilisant différents protocoles d'excitation. Une étude en simulation et en expérimentation sur un amplificateur de puissance large bande a permis de valider cette approche. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés aux techniques de linéarisation. Les techniques analogiques hautes fréquences ont été délaissées au profit des techniques en bande de base vue les possibilités offertes en matière d'implémentation de ces dernières. Nous avons étudié deux grandes familles d'algorithmes récursifs afin de les intégrer dans un schéma de commande adaptative. L'algorithme MCR et le filtre de Kalman ont été utilisés dans l'estimation en temps réel des paramètres de la prédistorsion. L'étude en simulation et des premiers résultats expérimentaux montrent les possibilités offertes en matière d'amélioration de la linéarité de la prédistorsion adaptative
The studies presented in this dissertation are focussed on the development of a parameter estimation method and the design of linearization techniques for radio frequency power amplifiers. Firstly, we review briefly the main criteria for the evaluation of power amplifier characteristics. Models usually described in literature are presented. Secondly, we have developed a new identification procedure for radio frequency power amplifier in the presence of nonlinear distortion and memory effects. The proposed procedure uses a continuous-time model where PA dynamics are modelled with the Hammerstein model based on a multivariable filter and a general polynominal function. Using the base band input and output data, model parameters are obtained by an iterative identification algorithm. Finally, the proposed estimation method is tested and validated on simulation and experimentation by comparison of the quadrature signals in time domain. The third part is dedicated to the presentation of techniques to improve the PA linearity. Base band techniques are preferred because numerical algorithm can be used to control their operating parameters. Then, digital predistortion and internal model control are evaluated. An adaptative technique for digital predistortion is presented. The proposed method uses the real-time digital processing of base band signals to compensate the nonlinearities and memory effects. Recursive Least Squares and Kalman filtering algorithms are used to track the changes in the PA characteristics. Simulation and measurement results, using digital signal processing, are presented to demonstrate the effectiveness of this approach

L'amplificateur de puissance est le module le plus critique dans les équipements de communication radio. Il détermine la qualité de la liaison par sa linéarité et a une contribution conséquente dans la consommation de l'émetteur ; environ 60% de l'énergie consommée est consacré à l'amplification. Il est donc crucial de le faire fonctionner avec un rendement énergétique élevé. Cependant, ces deux spécifications principales de l'amplificateur que sont la linéarité et le rendement énergétique sont antagoniques. Par conséquent, la conception d'un module d'amplification de puissance suppose de trouver un compromis entre la linéarité et le rendement. L'optimisation de ce compromis est la raison d'être des techniques de linéarisation d'amplificateurs et d'amélioration du rendement, parmi lesquelles la prédistorsion numérique (DPD) et les techniques de réduction du PAPR du signal (CFR).Le cœur de cette thèse est la linéarisation d'amplificateurs RF haute-puissance et large-bande par prédistorsion numérique (DPD). Dans ces travaux, nous abordons trois problématiques liées à la prédistorsion et qui constituent des verrous technologiques importants. Le premier aspect concerne l'implémentation de la prédistorsion numérique dans un contexte multi-bande où le signal à linéariser comporte plusieurs formes d'ondes, situées à des fréquences différentes. La seconde problématique est l'utilisation conjointe de la prédistorsion avec une technique de CFR. Dans la majorité des applications haute-puissance, les techniques de DPD et de CFR sont présentes de manière complémentaire, cependant elles sont utilisées de façon autonome et disjointe. Celles-ci gagneraient en performances de linéarisation en étant implémentées de manière plus concertée. . Le dernier thème abordé par cette thèse est l'effet des désadaptations d'impédance de l'antenne sur le mode de fonctionnement de l'amplificateur. La variation de l'impédance d'antenne entraine des réflexions de signal vers l'amplificateur qui modifient ses spécifications de linéarité et de rendement. Nous améliorons la linéarité du système DPD + AP, lorsque l'amplificateur est soumis à des variations de l'impédance à sa charge, grâce à une correction adaptative de gain
Power amplifier is one of the most critical element within radiocommunications systems. The PA is their main source of nonlinearities and it has a great contribution on the emitter's power consumption. Running the PA with highest power efficiency is thus as crucial as having it linear for a good communication quality. However these two specifications of the PA are antagonistic and PA manifacturers need to find a compromise between linearity and power efficiency. Digital Predistortion (DPD) and Crest factor Reduction techniques are intended to improve power efficiency while preserving linearity or inversely. Linearization of wideband RF power amplifiers using Digital Predistortion is the focus of this thesis. Three DPD issues are investigated in these works. The first issue deals with multiband linearization where signals with various waveforms located at different frequency bands are amplified. The second objective of this thesis is to study a concurrent DPD/CFR systems based on an automatic estimation of the necessary CFR gain. The last part of this dissertation deals with PA linearization under antenna load variations. Indeed, the impedance of antenna may vary because of electromagnetic objects that are present in its vicinity. Those impedance variations may instigate signal reflections toward the PA, that modify some of its main specifications (linearity, delivered power and efficiency). Our goal in this field is to preserve DPD linearization performances under antenna load mismatch

Les systèmes de communications numériques mobiles tendent à intégrer de plus en plus d’applications (GSM, radio, TV, GPS, etc. ) tout en fonctionnant sur plusieurs normes. Cette évolution implique une reconfigurabilité en ligne des récepteurs à l’aide d’une programmation logicielle justifiant le terme de radio-logicielle. Par ailleurs, les normes de communication actuelles exigent des débits élevés. Les bandes de fréquence nécessaires sont donc étendues (jusqu’à plusieurs centaines de mégahertz). Ainsi, les systèmes de réception doivent être à très large bande. La reconfigurabilité logicielle implique la numérisation des signaux au plus près de l’antenne, les hauts débits imposent une large bande passante. Une solution pour répondre à ces exigences est l’utilisation de convertisseurs analogique-numérique à base de modulateurs sigma-delta en parallèle. Parmi les architectures possibles, on compte : l’architecture à entrelacement temporel, l’architecture à base de modulation de Hadamard et l’architecture à décomposition fréquentielle. Ces architectures sont susceptibles de traiter toute la bande de fréquences possible. Cependant, pour une norme donnée, le bon fonctionnement du récepteur ne nécessite pas la conversion de la bande totale à la résolution maximale. La largeur de bande pourra être adaptée au signal à convertir. Au cours de ce travail de thèse, nous avons proposé une nouvelle architecture de numérisation large bande constituée de modulateurs sigma-delta en parallèle, fonctionnant sur le principe de la décomposition fréquentielle FBD (Frequency Band Decomposition). Les modulateurs sont de type passe-bande à temps continu afin de permettre le fonctionnement à des fréquences élevées. Pour la partie numérique, nous avons développé un système de reconstruction du signal numérique adapté à la sortie des différents modulateurs. L’incertitude due aux dispersions technologiques dans la réalisation de circuits analogiques est l’une des causes de la dégradation de la précision des modulateurs sigma-delta à temps continu. Afin d’adapter l’architecture aux imperfections de la partie analogique, nous proposons une modification de cette architecture en ajoutant deux modulateurs supplémentaires (EFBD Extended Frequency Band Decomposition). Grâce à cette architecture à bande étendue, combinée à des algorithmes de calibration, nous corrigeons les erreurs sur le module et la phase introduites par les dispersions analogiques. Finalement, nous avons implanté le traitement numérique dans une technologie CMOS 0. 12 μm afin d’évaluer la surface nécessaire pour le traitement numérique. Cette étude théorique a permis de proposer des solutions nouvelles de conversion large bande et de les valider en vue d’une implémentation future sous forme intégrée
Mobile Communication systems tend to integrate more and more applications (GSM, radio, TV, GPS, etc. ) and different standards (GSM, UMTS, WIMAX,. . ). This evolution requires a flexible receiver able, with a single channel, to deal with each different standard and application. The principle of such a receiver is based on the concept of the Software Radio. The basic idea of the software radio is to integrate the analog-to-digital converter in the channel receiver directly after the antenna. This allows the receiver to adapt itself to different standards by reprogramming the functionality of all digital components in the channel receiver. However, the current standard communications require high flow, so the useful signal frequency bands must be extended (up to several hundred megahertz). Therefor, the A/D bandwidth must be expanded. One way to meet these requirements is the use of analog-to-digital converters based on parallel sigma-delta modulators. Three architectures were proposed on the state of the art based on this principle : Time Interleaved Sigma-Delta (TIΣΔ), Parallel Sigma-Delta (ΠΣΔ) based on Hadamard modulation and Frequency Band Decomposition (FBD). These architectures convert the entire frequency band. However, for multistandard applications, a useful signal has a limited bandwidth and thus the conversion of the entire frequency band is not optimal. This thesis proposes a new architecture for bandpass A/D converter using parallel band pass sigma-delta modulator based on the principle of the frequency band decomposition. We have used continuous time modulators to reach the high operating frequency. Moreover, a digital reconstruction system was proposed to reconstruct the digital input signal using all modulators output. Technological dispersions on analog components decrease considerably the expected resolution of the converter. Actually, they shift resonator central frequencies of the modulator from their nominal value. This leads to mismatch the digital reconstruction system already calibrated to work with nominal values. In order to overcome this problem, the idea is to extend the usual FBD architecture by adding two additional modulators (EFBD Extended Frequency Band Decomposition). The EFBD architecture allows a 5% relative error on central frequencies without a large degradation of the resolution. Moreover, three calibration algorithms were developed to achieve the expected resolution and correct mistakes on the amplitude and the phase with the new configuration (EFBD). Finally, the digital reconstruction system was implemented in 0. 12 μm CMOS technology in order to evaluate their performances in term of area and maximum operating frequency

Les circuits logiques "Rapid Single-Flux-Quantum" (RSFQ) à base de jonctions Josephson supraconductrices sont utilisés pour générer, traiter et transmettre des impulsions ultra-courtes dont l'aire quantifiée est celle du quantum de flux magnétique h/2e et correspond à 2.07 mV.ps. De tels circuits sont utilisés pour traiter le signal à très haute fréquence avec des fréquences d'horloge dans la gamme 10-120 GHz et une puissance consommée environ 100 à 1000 fois plus faible (incluant le coût énergétique du refroidissement à 4,2 K) que celle des meilleurs circuits semi-conducteurs équivalents. La logique RSFQ est une alternative intéressante pour les super-ordinateurs et offre des performances inégalées pour traiter les signaux micro-ondes à la volée. Une fois les signaux numérisés et traités à température cryogénique, le défi principal est de transférer à température ambiante les signaux numériques de faible tension (dans la gamme 200-1000µV) à des débits de 1 à 10 Gbps par voie, tout en limitant la charge thermique sur le système de réfrigération cryogénique, afin de construire un système performant à très haut débit numérique. Une solution à ce verrou est de transmettre les signaux par un système d'émission-réception sans fil avec la bande passante suffisante. Ce travail examine différents systèmes de transmission sans fil à courte distance, correspondant à la configuration physique entre les étages à températures cryogénique et ambiante, pour des taux de transmission de quelques Gbps. Il s'est construit sur quatre points cruciaux à résoudre :• le choix et l'étude du codage numérique approprié pour être utilisé comme support de transmission en bande de base des signaux sans utiliser de modulation analogique, comme les codages Polar Return-to-Zero et Manchester ;• l'étude et la sélection d'antennes ultra large bande avec une attention particulière portée sur les antennes Vivaldi antipodales et les antennes monopôles pour satisfaire aux contraintes cryogéniques ;• l'étude du taux d'erreur du système de transmission. Deux méthodes ont été développées pour récupérer les signaux numériques et minimiser le taux d'erreur ;• la comparaison entre simulations et mesures afin d'évaluer la performance du système global
Rapid Single-Flux-Quantum (RSFQ) logic circuits based on superconducting Josephson junctions are using to generate, process and transmit very short quantized pulses whose area is the quantum of magnetic flux h/2e and corresponds to 2.07 mV.ps. Such circuits are used to process signals at very high speed with clock frequencies in the 10-120 GHz range and a power consumption about 100 to 1000 times lower that their best available semiconductor counterparts (including the cost of cooling down to 4,2K). RSFQ logic is an interesting alternative for supercomputers and offers unsurpassed performances for processing microwave signals on the fly. Once digital signals are processed at cryogenic temperature the key challenge is to transfer at room temperature the low-voltage output digital signals (about 200-1000µV) at high rates of about 1-10Gbps per channel, by limiting the thermal burden on the cryogenic system, in order to build high performance high throughput systems.A solution is to transmit the signals with a wireless emitting-receiving antenna set with a suitable bandwidth. This work examines several wireless baseband transmission systems in a short distance configuration, associated to the distance between the cryogenic and room temperature stages, for data rates in the range of a few Gbps. It elaborates on four crucial issues :• the choice and study of the proper line codes to be used for baseband transmission of digital signals without the need for analogue modulations, such as Polar Return-to-Zero and Manchester encodings ;• the study and selection of ultra-wide bandwidth antennas with a focus on small size Antipodal Vivaldi Antennas and monopole antennas to meet cryogenic constraints ;• the study of the Bit Error Rate (BER) of the transmitting system. Two methods were developed to recover the digital output signals and minimize the BER.• the comparison between simulations and measurements to assess the performance of the overall system

Les systèmes de communications numériques mobiles tendent à intégrer de plus en plus d'applications (GSM, radio, TV, GPS, etc.) tout en fonctionnant sur plusieurs normes. Cette évolution implique une reconfigurabilité en ligne des récepteurs à l'aide d'une programmation logicielle justifiant le terme de radio-logicielle. Par ailleurs, les normes de communication actuelles exigent des débits élevés. Les bandes de fréquence nécessaires sont donc étendues (jusqu'à plusieurs centaines de mégahertz). Ainsi, les systèmes de réception doivent être à très large bande. La reconfigurabilité logicielle implique la numérisation des signaux au plus près de l'antenne, les hauts débits imposent une large bande passante. Une solution pour répondre à ces exigences est l'utilisation de convertisseurs analogique-numérique à base de modulateurs sigma-delta en parallèle. Parmi les architectures possibles, on compte : l'architecture à entrelacement temporel, l'architecture à base de modulation de Hadamard et l'architecture à décomposition fréquentielle. Ces architectures sont susceptibles de traiter toute la bande de fréquences possible. Cependant, pour une norme donnée, le bon fonctionnement du récepteur ne nécessite pas la conversion de la bande totale à la résolution maximale. La largeur de bande pourra être adaptée au signal à convertir. Au cours de ce travail de thèse, nous avons proposé une nouvelle architecture de numérisation large bande constituée de modulateurs sigma-delta en parallèle, fonctionnant sur le principe de la décomposition fréquentielle FBD (Frequency Band Decomposition). Les modulateurs sont de type passe-bande à temps continu afin de permettre le fonctionnement à des fréquences élevées. Pour la partie numérique, nous avons développé un système de reconstruction du signal numérique adapté à la sortie des différents modulateurs. L'incertitude due aux dispersions technologiques dans la réalisation de circuits analogiques est l'une des causes de la dégradation de la précision des modulateurs sigma-delta à temps continu. Afin d'adapter l'architecture aux imperfections de la partie analogique, nous proposons une modification de cette architecture en ajoutant deux modulateurs supplémentaires (EFBD Extended Frequency Band Decomposition). Grâce à cette architecture à bande étendue, combinée à des algorithmes de calibration, nous corrigeons les erreurs sur le module et la phase introduites par les dispersions analogiques. Finalement, nous avons implanté le traitement numérique dans une technologie CMOS 0.12 µm afin d'évaluer la surface nécessaire pour le traitement numérique. Cette étude théorique a permis de proposer des solutions nouvelles de conversion large bande et de les valider en vue d'une implémentation future sous forme intégrée.

La numérisation de plus en plus rapide de signaux à très large bande-passante permet aujourd'hui d'envisager de nombreuses applications pour les systèmes de télécommunication, les mesures expérimentales ou les systèmes radar. Les signaux issus des capteurs peuvent être analysés directement, en évitant la conversion en fréquences intermédiaires. Dans ce travail, nous nous intéressons plus particulièrement au système d'échantillonnage pour des applications radar, qui nécessitent une amélioration significative de la résolution des systèmes existants. L'objectif que nous visons inclus les spécifications suivantes : une fréquence d'échantillonnage de 40 GEch/s, une bande-passante supérieure à 15 GHz et une résolution de 10 bits effectifs à 8 GHz. Partant des excellents résultats obtenus sur les architectures mono-coup à entrelacement temporel, nous avons choisi d'adapter leur principe à un fonctionnement répétitif. Nous avons aussi choisi de baser cette étude sur la technologie TBH sur InP car elle présente les meilleures potentialités pour notre application. Deux éléments de base de ces systèmes ont fait l'objet d'une optimisation particulière pour améliorer la résolution du système : l'inverseur pour minimiser le jitter et l'échantillonneur-bloqueur, principalement pour améliorer la linéarité. Partant de ces résultats, trois architectures innovantes ont été proposées. Pour chacune nous avons conçu un système dont nous avons simulé les performances

L'explosion de la téléphonie cellulaire et des normes de communications mobiles de couverture réduite (Wide, Local, Personal Area Networks, WAN, LAN et PAN), motivent de nombreuses études avec des approches très différentes. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail de thèse qui propose une architecture reconfigurable pour la numérisation du signal radio de récepteurs mobiles multistandards. La première phase du travail cherche à déterminer la chaîne la mieux adaptée à la réception de différentes normes. Les récepteurs à conversion directe sont particulièrement adaptés à cette application car ils allient forte intégration et implémentation multi-standard. La deuxième phase propose une architecture reconfigurable GSM/UMTS pour la bande de base analogique. La troisième phase présente une méthode qui permet de définir un cahier de charges à partir des spécifications techniques d'une norme pour les différents blocs de la bande de base analogique. Cette méthode met en évidence les compromis entre les différentes fonctions. La quatrième décrit un convertisseur analogique-numérique GSM/UMTS et enfin, la conception d'un filtre anti-repliement GSM/UMTS
The mobile communications evolution requires receivers architectures ablle to process existing standards facilities, emerging services, and applications related to tne next generations. This Ph. D. Thesis presents a Reconfiguable Architecture for Analog-to-Digital Conversion of Multistandard Mobile RF receiver signals. It proposes the architecture best suited to handle various mobile standards. Homodyne receivers are particularly adapted because they combine strong integration and multistandard implementation. It presents an anlog baseband reconfigurable GSM/UMTS architectureIt shows a method to define specifications for each analog baseband block from the standard technical specifications. This method highlights the trade-off between the performed functions. It describes a GSM/UMTS analog-to-digital converter and finally, the design of a GSM/UMTS antialiasing filter

Cette these s'inscrit dans le cadre d'une chaine de reception basse tension integree sur silicium pour les radiomobiles et plus specifiquement la radiodiffusion numerique (dab : digital audio broadcasting). Le travail porte sur la demodulation i/q et la conversion analogique-numerique d'un signal radiofrequence rf ramene a une premiere frequence intermediaire fi. La conversion s'effectue directement en frequence intermediaire afin de simplifier la fonction de demodulation i/q alors realisable numeriquement. L'etude est essentiellement axee sur le developpement d'un modulateur passe-bande (cmos 0,5 m, 3 volts) qui assure la transition entre les mondes analogique et numerique. Le decimateur, compose de filtres numeriques, joue un double role : supprimer a la fois le bruit de quantification propre au modulateur mais aussi d'eventuels canaux adjacents au signal utile. La chaine de reception est optimisee dans le sens ou les contraintes sur le filtre analogique sont reportees dans le domaine numerique, beneficiant ainsi d'un plus fort niveau d'integration.

L'explosion de la téléphonie cellulaire et le déferlement de normes de communication mobiles de couverture réduite (Wide, Local, Personal Area Networks, WAN, LAN et PAN), motivent de nombreuses études avec des approches très différentes. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail de thèse qui propose une architecture reconfigurable pour la numérisation du signal radio de récepteurs mobiles multistandards. De la transition progressive du GSM vers l'UMTS en Europe découle le besoin de terminaux bi-mode GSM/UMTS dans un futur proche. Pour cette raison nous avons appliqué cette étude à ces deux normes. La première phase du travail cherche à déterminer la chaîne la mieux adaptée à la réception de différentes normes. Les récepteurs à conversion directe ou homodynes sont particulièrement adaptés à cette application car ils allient forte intégration et implémentation multi-standard. Mais la flexibilité d'un tel système impose des contraintes sévères pour le traitement analogique en bande de base. En effet, la bande de réception dans son intégralité (60MHz pour l'UMTS) se retrouve en bande de base. La deuxième phase propose une architecture reconfigurable GSM/UMTS pour la bande de base analogique. Une fois l'architecture du récepteur choisie, nous avons défini les fonctions assurées par le traitement du signal en bande de base ainsi que les blocs qui la constituent. Puis nous avons déduit l'architecture qui répond le mieux au cahier des charges fixé, notamment en ce qui concerne la reconfigurabilité. Nous avons privilégié une architecture qui nous permette de réutiliser telle quelle ou de reconfigurer, le maximum de blocs afin qu'ils servent aussi bien pour le GSM que pour l'UMTS. La troisième phase présente une méthode qui permet de définir un cahier de charges à partir des spécifications techniques d'une norme, pour les différents blocs de la bande de base analogique, à savoir amplificateurs à gain variable, filtre anti-repliement et convertisseur analogique-numérique. Ceci sera fait en termes de dynamique et de linéarité pour tous les éléments de la bande de base. Pour les filtres, nous définirons en plus leurs gabarits. Cette méthode met en évidence les compromis entre les fonctions de filtrage anti-repliement, conversion analogique - numérique et amplification à gain variable. La quatrième décrit un convertisseur analogique-numérique GSM/UMTS et enfin, la conception d'un filtre anti-repliement reconfigurable GSM/UMTS. Lors de cette phase du travail notre réflexion s'est portée sur le degré de reconfigurabilité de ce bloc et sur la recherche du meilleur compromis entre flexibilité, performance et surface. Enfin, une conclusion récapitule les principaux résultats obtenus et présente les perspectives.

Ces travaux de recherche s’inscrivent dans le cadre de la conception de récepteurs multistandard optimisés pouvant traiter des signaux à spécifications hétérogènes. L’idée est d’appliquer l’échantillonnage aléatoire au niveau de l’étage en bande de base d’un récepteur radio logicielle restreinte afin de tirer profit de son pouvoir d’anti-repliement. La nouveauté dans ces travaux est l’étude analytique de la réduction du repliement spectral par l’échantillonnage aléatoire à temps quantifié, candidat favorable à l’implémentation matérielle. Une deuxième contribution concerne aussi l’étude analytique de l’échantillonnage pseudo-aléatoire à temps quantifié (TQ-PRS) dont l’importance réside en sa grande facilité d’implémentation matérielle. Les formulations théoriques ont permis d’estimer l’atténuation des répliques en fonction du facteur de la quantification temporelle et du facteur du sur-échantillonnage. Les mesures de l’atténuation du repliement spectral ont permis de dimensionner l’étage en bande de base d’une architecture de réception multistandard. Le dimensionnement s’intéresse à différentes configurations de l’étage en bande de base régies par les performances du convertisseur analogique numérique (ADC) utilisé.Les travaux de recherche ont démontré que l’application du TQ-PRS au niveau de l’ADC mène soit à une réduction de l’ordre du filtre anti-repliement soit à une réduction de la fréquence d’échantillonnage. Un bilan global de la consommation de puissance a permis un gain de 30% de la consommation de l’étage en bande de base analogique. En tenant compte du générateur de l’horloge TQ-PRS et de l’étage de sélection numérique du canal, ce gain devient 25%
The work presented in this Ph.D. dissertation deals with the design of multistandard radio receivers that process signals with heterogeneous specifications. The originality of these research activities comes from the application of random sampling at the baseband stage of a software defined radio receiver. The purpose behind the choice of random sampling is to take advantage of its alias-free feature. The originality of this work is the analytic proof of the alias attenuation feature of the time quantized random sampling, the implementation version of the random sampling. A second contribution concerns also the analytic study of the simplest implementation version of the random sampling, the time quantized pseudo-random sampling (TQ-PRS). Theoretical formulas allow the estimation of the alias attenuation in terms of time quantization factor and oversampling ratio. Alias attenuation measurement permits to design the baseband stage of the proposed multistandard radio receiver architecture. The design concerns different configuration of the baseband stage according to the performances of the used analog-to-digital converters (ADC). The TQPRS allows decreasing the anti-aliasing filter order or the sampling frequency. The design of the baseband stage reveals a difference on the choice of the time quantization factor for each standard. The power consumption budget analysis demonstrates a power consumption gain of 30% regarding the power consumption of the analog baseband stage. This gain becomes 27.5% when the TQ-PRS clock and the digital canal selection stages are considered

La montée en débit et la flexibilité d’accès sont des enjeux majeurs pour les futurs réseaux de télécommunication. Dans cette perspective, la fibre optique constitue un support de transmission incontournable permettant à ce jour des débits symétriques de l’ordre du Gb/s. La détection cohérente et l’emploi de formats de modulation multi-porteuse ont récemment eu un impact profond dans le domaine des communications optiques et l’une des implémentations les plus remarquables concerne l’OFDM optique cohérent (CO-OFDM). Cependant, l’OFDM présente un facteur de crête important, ce qui constitue un inconvénient notable limitant ses performances, en raison des non-linéarités diverses du canal. Cette thèse a eu pour objectif d'optimiser les performances d'un système de transmission CO-OFDM, en explorant la piste de la pré-distorsion des signaux numériques en bande de base en vue d’une linéarisation de l’émetteur, et principalement de l’amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA). Divers algorithmes de pré-distorsion ont été comparés et ont montré leur intérêt au regard du compromis performance - faible complexité paramétrique. Le système de pré-distorsion étant non adaptatif, sa robustesse aux variations de caractéristiques de l’émetteur et du point de fonctionnement de l’amplificateur a été évaluée. L’optimisation d’une structure particulière de pré-distorsion a également été proposée
The increase in bandwidth and access flexibility are major challenges for future telecommunication networks. In this context, optical fiber is an essential transmission medium that nowadays allows symmetrical data rates in the Gb/s range. The coherent detection and use of multi-carrier modulation formats has recently had a profound impact in the field of optical communications. One of the most notable implementations is the coherent optical OFDM (CO-OFDM). However, OFDM has a significant peak factor due to the various non-linearities of the channel, which is a downside limiting its performance.The objective of this thesis was to optimize the performance of the CO-OFDM transmission system by exploring the pre-distortion of digital baseband signals for linearization of the transmitter, and mainly of the semiconductor optical amplifier (SOA). Various pre-distortion algorithms were evaluated and have shown their impact on the trade-off between performance and low parametric complexity.As the pre-distortion system is non-adaptive, its robustness with respect to variations in transmitter characteristics and amplifier operating point was evaluated. The optimization of a particular pre-distortion structure has also been proposed

Les travaux présentés lors de cette thèse s’inscrivent dans le cadre des réseaux de microsystèmes communicants dont les réseaux de capteurs sont l’exemple le plus connu. La problématique adressée est la conception d’une interface radio communicante répondant aux besoins spécifiques des microsystèmes communicants : simplicité, faible coût, faible consommation, faible encombrement, haut débit et reconfigurabilité. Les technologies actuelles sans fil comme le WiFi, le Bluetooth, et Zigbee ne sont pas en mesure de répondre à ces contraintes spécifiques. L’étude se focalise sur la technologie IR-UWB (Impulse Radio Ultra-WideBand). Dans un premier temps, une étude conjointe sur la capacité du canal et l’implémentation matérielle est menée pour déterminer l’architecture optimale des émetteurs-récepteurs en IR-UWB. Cette étude propose l’utilisation d’une architecture multi bandes IR-UWB (MB-IR-UWB) à implémentation mixte à 60 GHz avec des antennes directives. Cette solution est optimisée sur les critères de débit et puissance consommée. Afin de supporter l’ensemble des besoins des applications des réseaux de microsystèmes communicants et l’évolution de l’environnement d’opération, la reconfigurabilité doit être implémentée dans les émetteur-récepteurs proposés. Ces travaux présentent une proposition de reconfigurabilité par paramètres, qui permet de supporter la plus grande gamme de reconfigurabilités multi propriétés (débit, taux d’erreur, portée, puissance consommée, …) de l’état de l’art. Enfin, pour valider par la mesure les travaux sur la reconfigurabilité et sur les architectures d’émetteur-récepteurs IR-UWB, des implémentations FPGA et ASIC sont réalisées. Un nouveau procédé de synchronisation et démodulation conjointe reconfigurable est proposé dans le récepteur IR-UWB BPSK S-Rake. Les mesures montrent que le circuit de traitement proposé améliore les performances en synchronisation, démodulation, efficacité, débit du réseau, consommation et complexité du circuit. L’émetteur-récepteur IR-UWB reconfigurable proposé atteint un débit et une gamme de reconfigurabilité supérieure à l’état de l’art
The research work presented in this thesis is situated in the framework of wireless sensor networks (WSNs). The issue addressed is the design of a radio interface answering the specific needs of WSNs: simplicity, low cost, low power, small size, high data rate and reconfigurability. Current wireless technologies like WiFi, Bluetooth, and Zigbee are not able to respond to these requirements. Thus this study focuses on Impulse Radio Ultra-WideBand (IR-UWB) technology. At first, a joint study of the channel capacity and the hardware implementation is carried out to determine the optimal architecture of IR-UWB transceivers. This study proposes an architecture using multi-band IR-UWB (MB-UWB-IR) with a mixed implementation at 60 GHz with directional antennas. This solution is optimized according to the criteria of data rate and power consumption. To support the all the needs of WSN applications and to adapt to the evolution of the WSN’s environment, reconfigurability must be implemented in the proposed IR-UWB transceiver. This thesis presents a new solution: the reconfigurability by parameters. It supports the widest range of multi-property reconfigurability (with respect to data rate, bit error rate, radio range, power consumption, ...) of the state of the art. Finally, to validate these techniques by measurements, FPGA and ASIC implementations are realized by using the reconfigurability and the IR-UWB transceiver architecture proposed. A new method for joint synchronization and demodulation is proposed for a reconfigurable IR-UWB BPSK S-Rake receiver. The measurements show that the proposed technique improves the circuit performance: synchronization, demodulation, efficiency, network throughput, power consumption and complexity of the circuit. The proposed IR-UWB reconfigurable transceiver achieves a data rate and a wider range of reconfigurability compared to the state of the art