Conception et réalisation d'un système de télécommunications MIMO avec formation numérique de faisceaux en réception : calibrage aveugle du démodulateur triphasé zéro-IF et comparaison au démodulateur classique à 2 voies I et Q

MIMO system platform for telecommunication applications using the beamforming and the three-phase zero-IF receiver : design and hardware considerations, blind calibration of the five-port and experimental comparisons to the classical IQ demodulator

• Auteur / Autrice : Kaïs Mabrouk
• Direction : Bernard Huyart, Xavier Begaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modulation numérique

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Résumé

Dans le cadre de ce travail de recherche, nous nous somme intéressés à un système de télécommunication MIMO (Multiple Input Multiple Output) à multiplexage spatial utilisant des récepteurs Zero-IF et la technique de formation numérique de faisceaux (FF). Le domaine d'application de ces travaux de recherches peuvent être aussi bien les applications fixes (exp: WiFi, IEEE) que les applications mobiles (exp: LTE, 3GPP). La première partie de ce travail est consacrée à une étude comparative entre les différents types de démodulateurs cinq-port et triphasés. Cette étude a permis de mettre en évidence l'aspect tridimensionnel des démodulateurs cinq-port et triphasés, de gagner 20dB en termes de réjection des produits d'intermodulation des signaux adjacents et de trouver une nouvelle méthode de calibrage aveugle du récepteur. La seconde partie de la thèse se concentre sur le prototypage d'un système MIMO. Cette phase nous a permis d’exposer les difficultés de mise en place de ce genre de système et de souligner les nouvelles problématiques qui n’apparaissait pas auparavant dans les systèmes mono- transcepteur. Aussi, un algorithme de Formation de Faisceau a été développé dans cette partie. Ce FF numérique a permis non seulement d'accroître la capacité mais aussi la qualité de liaison en considérant le système MIMO comme N système SIMO en parallèle. Comparativement à la technique ZF(Zero Forcing), nous démontrons que le FF permet d'obtenir une meilleure qualité de signaux pour des faibles valeurs de rapport signal à bruit.

Within the framework of this research work, we have interested to a MIMO (Multiple Input Multiple Output) telecommunication system using the spatial multiplexing, Zero-IF receptors and the digital beamforming technique. The first part in this work is consecrated to a comparative study between two different kinds of Zero-IF demodulators: the classical IQ demodulator and the five-port and three-phase one. This study has allowed to highlight the three dimensional aspect of five-port and three-phase demodulators, to win up to 20dB in terms of rejection of inter-modulation product. Also this three dimensional aspect discovery help us to find a new blind calibration method. The second part of this thesis focuses on the prototyping of a MIMO system. This phase has allowed us to set the difficulties of the implementation of this systems kind and to highlight new problematics that don’t appear beforehand in mono-transceiver system. Moreover, a beamforming algorithm was developed in this part. This digital beamfoming has permit to increase the capacity as well as the quality of link when considering the MIMO system as N parallel SIMO systems. Compared to the ZF (Zero Forcing technique), we have proved that the beamforming permit the achievement a better signal quality for lower values of the signal to noise ratio.