Feasibility of a Direct Sampling Dual-Frequency SDR Galileo Receiver for Civil Aviation

Antoine Blais 1
1 SIGNAV - ENAC Equipe TELECOM-SIGNAV
TELECOM - ENAC - Laboratoire de Télécommunications
Résumé : Cette thèse étudie l’intérêt des architectures SDR (Software-Defined Radio) à échantillonnage direct pour des récepteurs Galileo dans le contexte particulier de l’Aviation Civile, caractérisé notamment par une exigence de robustesse à des interférences bien spécifiées, principalement les interférences causées par les signaux DME (Distance Measuring Equipment) ou CW (Carrier Wave). Le concept de Software Defined Radio traduit la migration toujours plus grande, au sein des récepteurs, des procédés de démodulation d’une technologie analogique à du traitement numérique, donc de façon logicielle. La quasi généralisation de ce choix de conception dans les architectures nouvelles nous a conduit à le considérer comme acquis dans notre travail. La méthode d’échantillonnage direct, ou Direct Sampling, quant à elle consiste à numériser les signaux le plus près possible de l’antenne, typiquement derrière le LNA (Low-Noise Amplifier) et les filtres RF (Radio Frequency) associés. Cette technique s’affranchit donc de toute conversion en fréquence intermédiaire, utilisant autant que possible le principe de l’échantillonnage passe-bande afin de minimiser la fréquence d’échantillonnage et en conséquence les coûts calculatoires ultérieurs. De plus cette thèse s’est proposée de pousser jusqu’au bout la simplification analogique en renonçant également à l’utilisation de l’AGC (Automatic Gain Control) analogique qui équipe les récepteurs de conception traditionnelle. Seuls des amplificateurs à gain fixe précéderont l’ADC (Analog to Digital Converter). Ce mémoire rend compte des travaux menés pour déterminer si ces choix peuvent s’appliquer aux récepteurs Galileo multifréquences (signaux E5a et E1) destinés à l’Aviation Civile. La structure du document reflète la démarche qui a été la notre durant cette thèse et qui a consisté à partir de l’antenne pour, d’étape en étape, aboutir au signal numérique traité par la partie SDR. Après une introduction détaillant le problème posé et le contexte dans lequel il s’inscrit, le deuxième chapitre étudie les exigences de robustesse aux interférences auquel doit se soumettre un récepteur de navigation par satellites destiné à l’Aviation Civile. Il s’agit de la base qui conditionne toute la démarche à suivre. Le troisième chapitre est consacré au calcul des fréquences d’échantillonnage. Deux architectures d’échantillonnage sont proposées. La première met en oeuvre un échantillonnage cohérent des deux bandes E5a et E1 tandis que la seconde implémente un échantillonnage séparé. Dans les deux cas, la nécessité de filtres RF supplémentaires précédant l’échantillonnage est mise en évidence. L’atténuation minimale que doivent apporter ces filtres est spécifiée. Ces spécifications sont suffisamment dures pour qu’il ait été jugé indispensable d’effectuer une étude de faisabilité. C’est l’objet du chapitre quatre où une approche expérimentale à base d’un composant disponible sur étagère a été menée. La problématique de la gigue de l’horloge d’échantillonnage, incontournable ici eu égard à la haute fréquence des signaux à numériser, est étudiée dans le chapitre cinq. Des résultats de simulation sont présentés et un dimensionnement de la qualité de l’horloge d’échantillonnage est proposé. Dans le chapitre six, la quantification, second volet de la numérisation, est détaillée. Il s’agit très précisément du calcul du nombre minimum de bits de quantification que doit exhiber l’ADC pour représenter toute la dynamique, non seulement du signal utile mais aussi des interférences potentielles. Au vu des débits de données conséquents mis en évidence dans les chapitres trois et six, le chapitre sept évalue la possibilité de réduire la dynamique de codage du signal à l’aide de fonctions de compression. Le dernier chapitre est focalisé sur la séparation numérique des bandes E5a et E1 dans l’architecture à échantillonnage cohérent introduite au chapitre deux. Ici aussi l’atténuation minimale que doivent apporter les filtres requis est spécifiée. Et finalement la conclusion synthétise les résultats obtenus et propose des idées de travaux complémentaires destinés à enrichir les contributions de cette thèse.
Type de document :
Thèse
Signal and Image processing. INP DE TOULOUSE, 2014. English
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Contributeur : Laurence Porte <>
Soumis le : jeudi 17 septembre 2015 - 10:07:53
Dernière modification le : mardi 22 septembre 2015 - 13:11:09
Document(s) archivé(s) le : mardi 29 décembre 2015 - 06:48:16

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Antoine Blais. Feasibility of a Direct Sampling Dual-Frequency SDR Galileo Receiver for Civil Aviation. Signal and Image processing. INP DE TOULOUSE, 2014. English. 〈tel-01198950〉

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