Architectures d'émetteurs pour des systèmes de communication multi-radio

Transmitter architectures for multi-radio communications systems

• Auteur / Autrice : Martha Suárez Peñaloza
• Direction : Geneviève Baudoin, Martine Villegas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance le 08/12/2009
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Communication, Modélisation et Simulation (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geneviève Baudoin, Martine Villegas, Raymond Quere, Yide Wang, Didier Belot, Fadel Ghannouchi, Dominique Morche, Nathalie Rolland
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raymond Quere, Yide Wang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiofréquences

Modulation (électronique)

Radio -- Émetteurs-récepteurs

Amplificateurs de puissance

Terminaux (informatique)

Mots clés libres

Terminaux (informatique)

Amplificateurs de fréquence

Radio (émetteurs-récepteurs)

Modulation (électronique)

Radiofréquences

Multi-radio

Multi-standard

High power efficiency

Switched mode amplifier

Résumé

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