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Développement d'une plateforme matérielle pour l'implémentation des techniques de décomposition de signaux pour les amplificateurs de puissance à deux branches

Chabaane, Youssef (2011). Développement d'une plateforme matérielle pour l'implémentation des techniques de décomposition de signaux pour les amplificateurs de puissance à deux branches. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La combinaison du traitement numérique de signal avec la conception optimisée de la partie analogique constitue la voie émergente dans le développement des nouvelles architectures de transmetteurs intelligents. Plus particulièrement, cette technique est utilisée dans les systèmes d'amplification modernes dans le but d'en améliorer la linéarité et/ou l'efficacité énergétique. Le présent travail concerne la technique d'amplification LINC qui consiste à la décomposition d’un signal modulé en amplitude et en phase en deux signaux modulés en phase et à enveloppe constante. Ces deux signaux sont modulés autour d'une fréquence RF et amplifiés séparément par deux amplificateurs non linéaires et recombinés afin de générer une version amplifiée du signal original. Cependant, la principale limitation de cette architecture est le débalancement entre les deux branches qui peut être dû aux imperfections du générateur des signaux ou encore à l'étage RF. En effet, tout débalancement entre ces branches se traduit par une distorsion du signal de sortie et une augmentation des erreurs au niveau du récepteur.

Dans ce cadre, notre travail consiste à développer une plateforme matérielle au sein du laboratoire LACIME qui permet de générer une multitude de signaux et de les décomposer selon le principe de la technique LINC. Cette plateforme est composée de deux parties. La première partie est numérique et concerne la génération et la décomposition du signal en bande de base/IF sur un FPGA de type Xilinx-Virtex-4. La deuxième partie concerne la conception de l’étage RF où les signaux décomposés seront transposés en fréquence RF.

Cette plateforme offre à l'utilisateur la possibilité de générer différentes modulations de type MQAM (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), largement utilisées dans les standards de communication sans fil, ainsi que le choix du taux de symboles. La décomposition du signal est implémentée par la méthode LUT à une seule dimension permettant d'optimiser les ressources consommées. Deux options sont offertes pour assurer la conversion RF. La première est la conversion directe des signaux en bande de base vers la fréquence RF.

La deuxième, hétérodyne, fait intervenir une première conversion en IF autour de 30 MHz avant la transposition à la fréquence RF. L'objectif étant de développer un système large bande dont la fréquence RF comprise entre 2 et 4 GHz, nous avons opté donc pour une architecture à conversion directe permettant de minimiser les coûts associés. Enfin, une boucle de retour a été aussi conçue permettant d'échantillonner la sortie du système et de compenser toute erreur due aux débalancements.

Titre traduit

Development of a hardware platform to implement signal decomposition techniques for two branches power amplifiers

Résumé traduit

The combination of digital signal processing with the optimized design of the RF front-end section is the way in the development of emerging new architecture of smart transmitters. More particularly, this technique is used in modern amplification systems in order to improve linearity and/or energy efficiency. This work concerns the LINC amplification technique which involves the decomposition of amplitude and phase modulated signal to two only phase-modulated signals. These two signals are modulated around an RF frequency, amplified separately by two nonlinear amplifiers and finally, recombined to generate an amplified version of the original signal. However, the main limitation of this architecture is the imbalance between the two branches which may be due to imperfections in the signal generator and/or in the RF stage. Indeed, any imbalance between these branches leads to a distortion of the signal output and an increase in errors at the receiver.

In this context, our work is to develop a hardware platform in LACIME laboratory which can generate a multitude of signals and decompose them with the LINC technique. This platform is composed of two parts. The first part is for the digital generation and decomposition of a baseband / IF signal on a FPGA Xilinx Virtex-4. The second part concerns the design of the RF front-end where the decomposed signals are transposed to RF frequency. This platform offers users the ability to generate different types of MQAM modulations (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM) and the choice of symbol rate. The signal decomposition method is implemented by a single dimension LUT to optimize the resources used. Two options are offered for the RF conversion. The first is the direct conversion of baseband signals to the RF frequency. The second is heterodyne, allows an intermediate conversion to IF frequency around 30 MHz before the transposition to the RF frequency. The goal is to develop a wideband system with a RF frequency centred around 2 to 4 GHz, so we opted for directconversion architecture to minimize the associated costs. Finally, a feedback loop was also designed to sample the output signal and compensate errors due to imbalances.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliogr. : f. [143]-146.
Mots-clés libres: Amplificateurs de puissance. Traitement du signal Techniques numériques. Réseaux logiques programmables par l'utilisateur. Branche, Décomposition, Deux, FPGA, Front-End, Implémentation, LINC, Matériel, Plateforme, RF, Transmetteur
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Kouki, Ammar B.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 21 mars 2011 20:08
Dernière modification: 16 févr. 2017 22:33
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/671

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