Radiofrequency receivers capable of simultaneous biband processing
Architecture de récepteurs radiofréquences dédiés au traitement bibande simultané
Résumé
In a mobility oriented context, where the demand of higher throughputs is always present, the use of frequency agile RF receivers has beccome common. The objectiv of this theses is to propose technical solutions capable to tackle the issue of the performance-power consuption trade-off of RF receivers dedicated to a simultaneous dual RF band processing. In the begining, the conclusions of a bibliographic study of the architectures used for this type of receivers underlines the high power consumption due to the use of an processing chain stack-up architecture, where each frequency band is processed by a dedicated front-end. Several RF receiver architectures have been proposed, prototyped and tested. The common point of all these architectures is the use of a unique processing chain (front-end) in order to simultaneously process two independent RF bands. The conclusions of the different stydies that have been done show that the proposed solutions represent good alternatives to the processing chain stack-up due to the better performance-power consumption trade-off offered.
L'utilisation de récepteurs radiofréquence agiles est devenue incontournable dû au contexte orienté vers la mobilité et à la demande de haut débit. Cependant, les différentes solutions proposées afin d'augmenter le débit supporté par les terminaux mobiles induisent une augmentation de la consommation électrique de ces équipements de télécommunication. En prenant en compte le fait que l'augmentation des capacités des batteries ait un relativement faible taux de croissance, on comprend le compromis à faire entre le débit et la consommation électrique au niveau de la conception des terminaux mobiles destinés aux radiocommunications. Dans le cadre de la standardisation de la quatrième génération de téléphonie mobile, une des solutions techniques proposées afin d'augmenter le débit des transmissions radiofréquence est la transmission de signaux agrégés ayant des composantes spectrales non adjacentes. Par conséquent, la tête radio réalisant la translation en fréquence au niveau du récepteur doit pouvoir traiter simultanément plusieurs bandes de fréquence. Dans un premier temps, l'étude bibliographique menée sur les architectures de ce type de récepteurs souligne l'utilisation systématique d'une structure très gourmande en termes de consommation : l'empilement de chaînes de traitement, chacune dédiée à une unique bande de fréquence. Afin de limiter la consommation électrique due au processus de parallélisation des différentes étapes de traitement, une nouvelle architecture de récepteur à chaine de traitement unique est proposée et brevetée dans le cadre des travaux réalisés durant cette thèse de doctorat. Différentes études permettent de réaliser une évaluation théorique des gains en termes de performances ainsi que de consommation électrique suite à l'utilisation de l'architecture proposée à la place de l'empilement de chaînes de réception dédiées. Dans un premier temps, la validation de ces études théoriques se fait par le biais de simulations ADS (Agilent Technologies). Dans un deuxième temps, la validation des résultats théoriques repose sur la mesure utilisant un prototype de ce récepteur. Le design ainsi que la mesure de ce prototype représentent une partie conséquente en termes de charge de travail. Compte tenu des résultats obtenus, cette étape est considérée cependant essentielle dans le processus d'évaluation des performances d'un récepteur radiofréquence utilisant l'architecture proposée. Ainsi, suite à une étude comparative entre un récepteur bibande utilisant l'architecture proposée et un récepteur à empilement de deux chaines de traitement, on estime obtenir un gain en termes de consommation électrique variant entre 20 % et 30 % en faveur du récepteur proposé. Cette estimation est valable pour le cas ou les performances des deux récepteurs sont identiques. La dernière partie du travail mené dans le cadre de cette thèse est consacrée à la présentation d'une architecture de récepteur à front-end unique capable de supporter une transmission MIMO d'un signal bibande. Le cas d'étude choisie pour valider les performances de ce type de récepteur est celui d'une transmission MIMO LTE-Advanced à spectre discontinu.
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