Balayage de spectre utilisant les récepteurs radio logicielle

Spectrum sensing using software defined radio receivers

• Auteur / Autrice : Tamer Badran
• Direction : Hassan Aboushady
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 02/06/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIP6 (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Thi-Mai-Trang Nguyen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ramón Parra-Michel, Moustafa Hussein, Bryce Minger, Naceur Malouch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lirida Alves de Barros Naviner, Khaled Salama

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectres de fréquences

Convertisseurs analogique-numérique

Radio -- Récepteurs et réception

Mots clés libres

Balayage de spectre

Détection d’énergie

Récepteurs radio logicielle

CAN Delta-Sigma avec fréquence centre configurable

Etalonnage d’un transceiver conventionnel

Déséquilibre de I/Q

Non linéarité du circuit

Exposition RF-EMF

Spectrum sensing

Energy detection

Tunable bandpass delta sigma ADC

Delta-Sigma CAN with configurable centre frequency

SDR Transceiver Calibration

I/Q Imbalance

Circuit non-linearity

RF-EMF Exposure

Résumé

L'architecture conventionnelle utilisée par toutes les publications précédentes pour le récepteur de balayage de spectre est basée sur le CAN en BB, donc il a une consommation d'énergie élevée, une complexité plus élevée et souffre d'inadéquations de circuits et de non-linéarité. Dans ce travail, nous proposons d'utiliser un récepteur RF basé sur CAN delta-sigma en PB. Les CAN PB DS ajustables précédemment signalés implémentée de manière complexe. Nous présentons une implémentation efficace du CAN PB DS accordable. Un récepteur de détection de spectre, basé sur l'architecture frontale RF à faible consommation d'énergie proposée dans cette thèse, est également proposé. Le récepteur complet proposé ne souffre pas d'un déséquilibre 1/Q. Les résultats de simulation pour montrer l'impact de la non-linéarité du circuit sur les performances sont présentés. Une implémentation de circuit d'un backend numérique du système proposé est présentée. Cette implémentation comprend un mélangeur à conversion descendante efficace, un filtre de décimation, un bloc FFT et un module de détection d'énergie. L'implémentation a été validée à l'aide l'outil SignalTab. Des études, ne présentent que des résultats analytiques ou de simulation, visant à montrer l'impact du déséquilibre 1/Q sur les performances de détection du spectre ont déjà été publiées. Dans ce travail, nous présentons la première mesure matérielle du déséquilibre I/Q sur les performances de détection du spectre. Dans le domaine médical, nous présentons pour la première fois une étude de l'effet de l'exposition aux RF-EMF sur les nouveau-nés via une acquisition simultanée de signaux RF et de paramètres physiologiques.

Spectrum sensing applications cover wide variety, such as efficient utilization of frequency spectrum, and in medical applications. The conventional architecture used by all the previous publications for spectrum sensing receiver is based on baseband ADC, hence it has high power consumption, higher complexity, and suffers from circuit mismatches and nonlinearity. In this work, we propose using an RF receiver based on bandpass delta-sigma ADC. It is much more convenient to have a tunable BP ΔΣ ADC to simplify the spectrum sweeping task. The previously reported tunable BP ΔΣ ADC’s are implementing tunability in a complex manner. We present an efficient implementation of tunable BP ΔΣ ADC with fixed ratio between the sampling frequency and center frequency. That fixed ratio further simplifies the implementation of the down conversion mixer and decimation filter which serve as the digital backend of the receiver. A spectrum sensing receiver, based on the power-efficient RF front end architecture proposed in this thesis, is also proposed. The proposed complete receiver does not suffer from I/Q imbalance that highly affect the spectrum sensing performance. Simulation results to show the circuit nonlinearity impact on the performance are presented. A circuit implementation of a digital backend of the proposed system is presented. This implementation comprises an efficient down conversion mixer, decimation filter, custom FFT block, and energy detection module. The implementation was validated on Altera FPGA using the on-chip logic analyzer via the SignalTab tool.Studies to show the impact of I/Q imbalance on spectrum sensing performance were previously published. Nevertheless, those publications presented only either analytical or simulation results. In this work, we present the first hardware measurement of the I/Q imbalance on spectrum sensing performance using a commercial SDR transceiver platform.In the medical field, we also present for the first time a study of the effect of RF-EMF exposure on neonates by performing a simultaneous acquisition of RF signals along with recording the physiological parameters of neonates. Using R-Studio, the stationarity of the signals to be correlated was checked, a transformation was performed on the non-stationary signals. Finally, cross correlation between the acquired RF signal (average of the whole spectrum or in a specific band) and each of the recorded physiological parameters did not show an observable impact of RF-EMF exposure on neonates.