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.

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Mabrouk, Kais (2008) 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. Doctorat Electronique et Communications, Radiofrequence et Micro-onde, ENST p.189.

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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.

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Table des Matières

Introduction générale - 8

Chapitre I : Environnement des systèmes de radiocommunication - 13

Introduction - 13

1.1 Propagation - 14

1.1.1 La propagation en espace libre - 14

1.1.2 La propagation hors espace libre - 15

1.1.3 Le bruit radioélectrique - 19

1.2 Canal de propagation - 20

1.2.1 Modélisation du canal de propagation - 20

1.2.2 Dispersions dans les canaux - 22

1.2.3 La sélectivité des canaux - 25

1.2.4 La diversité dans le canal - 26

1.2.5 Capacité du canal - 27

Conclusion - 28

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES : - 29

Chapitre 2 Architecture et caractéristiques des Récepteurs Radio - 31

Introduction - 31

2.1 Modulation des signaux - 32

2.2 Les récepteurs - 33

2.2.1 Paramètres caractéristiques d’une chaîne de réception - 33

2.2.2 Architectures des récepteurs - 40

Conclusion - 52

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES - 55

Chapitre III Les systèmes multi-antennes - 57

Introduction - 57

3.1 Le système de radiocommunication SIMO - 58

3.1.1 Modèle du canal SIMO - 58

3.1.2 Capacité du canal SIMO - 59

3.1.3 Formateur de faisceaux ou beamforming dans les systèmes SIMO - 60

3.2 Les systèmes de Radiocommunication MIMO - 72

3.2.1. Modèle théorique d’un système MIMO - 72

3.2.2. Les techniques MIMO - 73

3.2.3. Récepteurs numérique MIMO - 83

Conclusion - 86

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES - 90

Chapitre IV Etude comparative entre les deux types de démodulateurs Zéro-IF : cinq-port et IQ

classique, aspect tridimensionnel du cinq-port et nouvelle calibration aveugle - 94

Introduction - 94

4.1 Présentation classique du récepteur Zéro-IF cinq-port - 95

4.2- Etude comparative des deux architectures de démodulateurs Zéro-IF - 98

4.2.1 Le démodulateur triphasé - 98

4.2.2 Effet de Non-linéarités sur les démodulateurs Zéro-IF et rejection de la distorsion

d’intermodulations d’ordre 2 - 100

4.2.3 Simulation du comportement des démodulateurs Zéro-IF face à un canal adjacent...103

4.2.4 Etat de l’art des techniques de rejection de l’intermodulation d’ordre pair - 107

4.2.5 Circuits conçus et bancs de mesure - 109

4.2.6 Résultats de mesure - 113

4.3 Aspect tridimensionnel de la technique 5-port pour les récepteurs Zéro IF - 117

4.3.1 Le cinq port et le triphasé dans un contexte récepteur - 117

4.3.2. Orthogonalité aux canaux adjacents - 121

4.4. Calibrage aveugle du cinq-port et du triphasé - 126

4.4.1. Etat de l’art sur les techniques de calibration - 126

4.4.2. La technique de calibration aveugle - 128

4.4.3. Résultats de mesures - 131

Conclusion - 136

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES: - 137

Chapitre 5 Conception de la plateforme MIMO 2X2 et nouvelle architecture MIMO à

multiplexage de faisceaux en réception - 142

Introduction - 142

5-1 Plateforme MIMO 2×2 - 143

5-1-1 Plateforme MIMO utilisant la technique de démodulation cinq-port avec précalibration - 143

5.1.2 Calibration de bande de base en bande de base d’un système MIMO utilisant la

technique cinq-port - 150

5.2 Récepteur Numérique MIMO à multiplexage spatial par la formation de faisceaux - 160

5.2.1 Algorithme de FF numérique pour le récepteur MIMO - 163

5.2.2 Banc de test et résultats de simulation - 169

Conclusion - 174

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES: - 176

Conclusion générale & Perspectives - 179

PUBLICATIONS : - 186

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