Etude des techniques de linéarisation des amplificateurs de puissance dans le cadre de la télévision numérique terrestre PDF Download
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Book Description
La diffusion de signaux de télévision numérique est soumise à un certain nombre de contraintes. Notamment les niveaux de rayonnements non essentiels (RNE) émis en dehors des fréquences d’émission doivent être inférieurs à un seuil fixé par les instances de régulation afin de ne pas brouiller les autres canaux de diffusion. Compte tenu du caractère non-linéaire des amplificateurs de puissance, l’augmentation de la puissance diffusée permet d’augmenter le rendement des amplificateurs mais augmente en même temps le niveau des RNE. Les diffuseurs doivent donc trouver un compromis entre le niveau des RNE émis et le coût de revient des équipements de diffusion. Jusque là, les programmes DVB-T sont amplifiés en monocanal, c’est-à-dire que chaque multiplex est amplifié par un amplificateur. Le rendement est optimisé en utilisant un précorrecteur numérique afin de limiter les intermodulations dans le canal et dans les canaux adjacents, et en utilisant un filtre de canal afin de nettoyer le spectre. Cette technique de précorrection numérique, simulée dans ce mémoire, permet effectivement d’améliorer les shoulders et le TEB. L’amplification multicanal permettrait un gain important car un seul amplificateur est nécessaire pour traiter plusieurs multiplex. Cependant sans linérisation, il est nécessaire d’utiliser l’amplificateur de puissance avec un recul de puissance très élevé pour que le seuil maximal des RNE ne soit pas atteint. Nous proposons ici un précorrecteur multicanal qui permet de diminuer Digital television broadcasting is subjected to a certain number of contraints.
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La diffusion de signaux de télévision numérique est soumise à un certain nombre de contraintes. Notamment les niveaux de rayonnements non essentiels (RNE) émis en dehors des fréquences d’émission doivent être inférieurs à un seuil fixé par les instances de régulation afin de ne pas brouiller les autres canaux de diffusion. Compte tenu du caractère non-linéaire des amplificateurs de puissance, l’augmentation de la puissance diffusée permet d’augmenter le rendement des amplificateurs mais augmente en même temps le niveau des RNE. Les diffuseurs doivent donc trouver un compromis entre le niveau des RNE émis et le coût de revient des équipements de diffusion. Jusque là, les programmes DVB-T sont amplifiés en monocanal, c’est-à-dire que chaque multiplex est amplifié par un amplificateur. Le rendement est optimisé en utilisant un précorrecteur numérique afin de limiter les intermodulations dans le canal et dans les canaux adjacents, et en utilisant un filtre de canal afin de nettoyer le spectre. Cette technique de précorrection numérique, simulée dans ce mémoire, permet effectivement d’améliorer les shoulders et le TEB. L’amplification multicanal permettrait un gain important car un seul amplificateur est nécessaire pour traiter plusieurs multiplex. Cependant sans linérisation, il est nécessaire d’utiliser l’amplificateur de puissance avec un recul de puissance très élevé pour que le seuil maximal des RNE ne soit pas atteint. Nous proposons ici un précorrecteur multicanal qui permet de diminuer Digital television broadcasting is subjected to a certain number of contraints.
Author: Mazen Abi Hussein Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 322
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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.
Author: Mohamad Saad El Dine Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 180
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Les systèmes de communications modernes requièrent l’utilisation de formats de modulations qui génèrent des signaux hyper fréquences dont l’enveloppe est variable avec des rapports entre la puissance crête et la puissance moyenne (PAPR) très forts. Dans ces conditions, l’amplificateur de puissance de l’émetteur est très contraint par une optimisation difficile du compromis entre son rendement électrique et sa linéarité. Ainsi il apparaît clairement que le développement d’architectures d’amplificateurs visant une amélioration de rendement significative présente un intérêt majeur et on assiste à une tendance assez générale qui consiste à appliquer des techniques correctives de linéarisation aux architectures d’amplificateurs à très haut rendement. Dans ce contexte, il apparaît opportun de concevoir des outils de caractérisation qui sont capables de contribuer efficacement au développement de solutions d’amplifications linéaires et à haut rendement. C’est précisément le développement et l’exploitation d’un tel outil de caractérisation qui fait l’objet de ces travaux de thèse. Une exploitation du système de caractérisation est appliquée à un amplificateur GaN 10W pour deux types de signaux (QAM16 et OFDM). Des résultats de caractérisation de l’amplificateur et une amélioration des performances sont obtenus en appliquant successivement une technique de contrôle de polarisation de drain et une pré distorsion numérique en bande de base. Enfin une étude est également menée en présence d’un signal de contrôle de polarisation volontairement filtré pour diminuer sa bande passante et alléger les contraintes en terme de couple vitesse / puissance du modulateur de polarisation.
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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.
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Ce travail, fruit de la collaboration entre le laboratoire de l'IRCOM et MOTOROLA Semiconducteurs SAS, traite de l'étude de techniques de linéarisation appliquées aux amplificateurs pour stations de base radio-cellulaires de troisième génération. Ces techniques permettent de rendre la partie amplificatrice plus linéaire pour un rendement en puissance ajoutée donné. Le premier chapitre présente le contexte des communications radio-mobiles dans lequel cette étude fut réalisée. Le deuxième chapitre montre une étude bibliographique des différentes techniques de linearisation existantes et susceptibles d'être utilisées dans les systèmes de communications actuels. Dans le troisième chapitre, deux techniques de linéarisation furent conçues, appliquées et testées sur des amplificateurs RadioFréquence (RF) de puissance : -la technique du feed-back RF : un amplificateur 900 MHz / 10 W EDGE ainsi linéarisé montre une puissance au dB de compression supérieure de 1 dB à celle d'un amplificateur conventionnel de taille équivalente et un comportement beaucoup plus linéaire, -la technique de la prédistortion analogique fut appliquée à un amplificateur conçu pour le standard UMTS de troisième génération montrant, dans la bande de fréquence concernée, un apport en linéarité de 7 dB en ACPr à pleine puissance et un gain de 1,5 dB en puissance au dB de compression. De plus, une simulation des performances d'un amplificateur à haut rendement de type Doherty fut réalisé. Le gain en rendement associé est de 20 points (sur 3 dB de dynamique en puissance) et d'au moins 10 points sir la majeure partie de la dynamique en puissance
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Ce travail de thèse concerne la modélisation comportementale et la linéarisation des amplificateurs de puissance dans les systèmes radiofréquence. L’objectif de la thèse est la mise au point d’un modèle non linéaire capable de reproduire le comportement de l’amplificateur pour une large gamme de signaux. Le modèle présenté est dérivé du modèle de Volterra modulé et permet la prise en compte de l’intégralité des phénomènes de mémoire dispersifs contenus dans les amplificateurs. L’identification du modèle repose sur des excitations simples de types mono- et multi-porteuses. Les potentialités du modèle sont évaluées à partir de comparaisons avec des simulations circuits. Le second objectif de ces travaux est la mise en oeuvre d’un prédistorteur numérique sur la base de ce nouveau modèle afin de linéariser l’amplificateur pour une large gamme de signaux. La méthode d’inversion est explicitée et les potentialités du prédistorteur sont également évaluées à partir de co-simulation circuit/système. Enfin, afin de valider les nouvelles méthodes de modélisation à partir de données expérimentales, un banc de mesure est développé. Les résultats de modélisation et de linéarisation par prédistorsion numérique permettent d’évaluer les capacités effectives de la nouvelle méthode.
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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
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Dans le cadre des applications sans fil à 60GHz, l'amplificateur de puissance reste un des composants les plus compliqués à implémenter en technologie CMOS. Des modulations à enveloppe non constante obligent à concevoir des circuits hautement linéaires, conduisant à une consommation statique importante. La recherche de topologies et de techniques de linéarisation viables aux fréquences millimétriques fait l'objet de cette thèse. Dans un premier temps, un état de l'art des différents amplificateurs de puissance à 60GHz est dressé, afin d'en extraire l'ensemble des verrous technologiques limitant leurs performances. Suite à l'analyse des phénomènes physiques impactant les composants passifs, plusieurs structures d'amplificateurs élémentaires sont conçues dans les technologies 65nm et 28nm Bulk. Les topologies les plus pertinentes sont déduites de cette étude. Enfin, deux amplificateurs intégrant des techniques de combinaison de puissance et de linéarisation sont implémentés dans les technologies 65nm et 28nm FD-SOI. Ces deux circuits présentent les plus hauts facteurs de mérite ITRS publiés à ce jour. Le circuit en 28nm FD-SOI atteint en outre le meilleur compromis linéarité/consommation de l'état de l'art.
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L'antagonisme entre la capacité d'émission d'informations haut débit (linéarité) et le rendement énergétique, dans le contexte des émetteurs radio, est l'axe des travaux de cette thèse. Nous proposons une architecture matérielle basé sur circuits FPGA1 pour l'implémentation de fonctionnalités de prédistorsion numérique (DPD) pour la linéarisation d'amplificateurs RF. Nous articulons nos approches μa partir de la séparation entre les processus de prédistorsion et d'adaptation. Ainsi, nous pouvons proposer une structure matérielle (le BPC2 ou Cellule Basique de Prédistorsion) bien adaptée pour l'implémentation du module de prédistorsion. Le module de prédistorsion basé sur BPC peut être reconfigurable au besoin, et, en plus, il reste indépendant de la méthodologie particulière de dérivation de la fonction de prédistorsion. Afin d'effectuer des validations, deux prototypes permet tant de tester des stratégies de prédistorsion performantes et novatrices ont été mis en oeuvre. Dans un premier temps, nous avons implémenté un système DPD basé sur la théorie des systèmes hyperstables sur une plateforme mixte FPGA/DSP3. En complément des résultats expérimentaux, nous rentrons dans le détail des fonctions complémentaires μa la prédistorsion et l'adaptation nécessaires pour produire la prédistorsion. Le deuxième prototype adresse la linéarisation et la compensation des effets mémoire de l'amplificateur RF. Nous présentons et validons expérimentalement une structure de prédistorsion du type NARMA4, implémentée au moyen d'un réseau de cellules BPC. Au passage, nous étudions la consommation de la prédistorsion et son impact sur le rendement. Si l'utilisation de la prédistorsion s'avère inévitable pour contrer les effets mémoire, nous proposons de dégrader la Classe de l'amplificateur, dans le but d'obtenir un émetteur aussi linéaire mais plus performant énergétiquement. Finalement, au delμa de la prédistorsion seule, nous proposons, analysons et validons expérimentalement un système de prédistorsion + commande dynamique de l'alimentation de l'amplificateur RF. La structure de traitement du signal numérique développée, permet de : 1/ prédistordre le signal et 2/ commander des modulateurs d'amplitude lents (par rapport à la largeur de bande de l'application cible, mais ayant de forts rendements de conversion). L'inclusion de capacités de pilotage de l'alimentation autour de la prédistorsion s'avère peu côuteuse et permet d'atteindre des rendements améliorés sans perte de linéarité.
Author: ALEXANDRE.. GUY Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 218
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CE MEMOIRE DE THESE TRAITE DE LA LINEARISATION D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A ETAT SOLIDE UTILISES DANS LES CHARGES UTILES DE SATELLITES D'OBSERVATION DE LA TERRE, DE NAVIGATION ET DE POSITIONNEMENT. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE DE DETERMINER LA FAISABILITE D'UN SYSTEME DE LINEARISATION QUE NOUS AVONS CHOISI ET DE LE VALIDER EXPERIMENTALEMENT EN BANDE L (DE 1 A 2 GHZ). LA PREMIERE PARTIE PRESENTE L'ENVIRONNEMENT SATELLITAIRE AINSI QUE LE ROLE ET L'ARCHITECTURE D'UNE CHARGE UTILE, ET ENONCE LES NOTIONS FONDAMENTALES DE L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE. LA DEUXIEME PARTIE EXPOSE L'ETAT DE L'ART DES PRINCIPAUX SYSTEMES DE LINEARISATION QUE L'ON TROUVE DANS LA LITTERATURE. APRES UNE ETUDE ET UNE SIMULATION DE CES DIFFERENTES METHODES ET LEUR COMPARAISON SELON PLUSIEURS CRITERES ENONCES DANS LE MEMOIRE, LE PRINCIPE DU CARTESIAN FEEDBACK A ETE RETENU POUR LE TYPE D'APPLICATIONS CHOISI. LE TROISIEME CHAPITRE CONCERNE, EN CONSEQUENCE, L'EXPERIMENTATION ET LES SIMULATIONS DU SYSTEME DE LINEARISATION BASE SUR LA METHODE DU CARTESIAN FEEDBACK. UNE MAQUETTE, COMPOSEE D'ELEMENTS VALIDES AU COURS DE DIVERSES AFFAIRES DIRIGEES PAR ALCATEL SPACE INDUSTRIES, ET UN BANC DE MESURES ASSOCIE ONT ETE REALISES. CES DEUX DERNIERES ACTIONS ONT PERMIS DE VALIDER L'APPROCHE UTILISEE EN MONTRANT UNE TRES BONNE ADEQUATION ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET CEUX PREDITS PAR LES SIMULATIONS. DANS LA DERNIERE PARTIE, LA METHODE DU SYSTEME D'INDEXATION DU POINT DE SATURATION DE L'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE EST UTILISEE AFIN D'ETUDIER L'AUGMENTATION POSSIBLE DU RENDEMENT EN PUISSANCE AJOUTEE OBTENU A PARTIR DE L'UTILISATION DE LA METHODE DU CARTESIAN FEEDBACK. ENFIN, UNE CONCLUSION EST REALISEE A PARTIR DES RESULTATS OBTENUS ET LES PERSPECTIVES INDUITES PAR CE TRAVAIL SONT EXPOSEES.
Author: Carole Raynal
Author: Carole Raynal
Author: Mazen Abi Hussein
Author: Mohamad Saad El Dine
Author: Amadou Mbaye
Author: Cédric Cassan
Author: Christophe Quindroit
Author: Mourad Djamai
Author: Aurélien Larie
Author: 
Author: ALEXANDRE.. GUY