L’industrie des radiocommunications connait actuellement le déploiement de nombreux standards, permettant de répondre aux exigences croissantes des utilisateurs en termes de débit de données, qualité et sécurité des transmissions ainsi qu’en densité de relais de connexion. La mise en place de ces nouveaux standards représente l’ajout d’une nouvelle couche matérielle dont l’impact environnemental vient s’additionner à celui des générations précédentes.

C’est dans ce contexte que le développement de chaînes d’émission RF large bande, capables d’agréger plusieurs bandes devient un impératif. Le verrou technologique étant l’étage analogique d’amplification qui est fortement non-linéaire au maximum de son rendement. Et ceci d’autant plus que les formes d’onde mises en jeu sont large-bande, avec un fort PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). Dans des applications multi-bande/multi-standard, la solution actuelle est basée sur le principe de l’empilement de plusieurs PA (Power Amplifier) pour couvrir toutes les applications envisagées. Cette solution est énergivore puisque chaque voie est alimentée séparément avec près de 70% de la consommation au niveau de chaque PA.

Dans cette étude, il s’agira de faire évoluer les chaînes de traitements actuelles basées sur le principe de l’empilement vers une chaîne unique dotée de capacité de reconfiguration. Si le PA utilisé est large bande, cela rend alors possible des scenarios d’agrégation de porteuses multi-bande/multi-standard permettant d’augmenter la capacite du réseau pour un coût matériel et énergétique plus contenu. Les compromis nécessaires pour réaliser une chaîne unique mutualisée se situent au niveau :

1) des performances radio (remontées de bruit dans la bande et remontées des niveaux des bandes adjacentes qui devront respecter les masques imposés par les standards de transmission),

2) et de la complexité des traitements.

Le projet transversal que nous souhaitons mener vise à répondre à ces deux verrous scientifiques, et se base sur l’articulation de deux domaines de recherche :

– La recherche d’architectures électroniques RF capables de transmettre un signal large-bande issu de l’agrégation de plusieurs porteuses. Cette compétence, apportée par l’équipe d’Angoulême s’appuiera sur les récentes études qui ont abouties sur la conception d’un amplificateur de puissance large bande pour stations de base 5G massive MiMo. La brique supplémentaire concernera la mise en place d’un schéma de linéarisation par prédistorsion numérique (DPD) capable de gérer de manière optimale un ensemble de scenarios de transmission tant en puissance, qu’en largeur de bande et qu’en agrégation de forme d’onde. L’idée est de définir un modèle de DPD multi-canal capable d’atténuer les remontées spectrales adjacentes dues à chaque voie pris indépendamment (intermodulations et harmoniques), mais aussi les mélanges fréquentiels qui apparaissent lors d’une transmission multi-bande, très difficiles à atténuer. Un démonstrateur sera mis en place avec une implémentation de la DPD sur USRP multi-voies et/ou cible FPGA.

– Dans ce travail, il s’agit aussi de minimiser la complexité de la DPD résultante en fonction d’un certain nombre de critères comme le nombre de coefficients à estimer, les performances temporelles (NMSE, Normalized Mean Square Error) et fréquentielles (ACPR, Adjacent Channel Power Ratio). Le laboratoire XLIM possède une forte expertise en optimisation non-linéaire, et plus particulièrement en IA. L’idée est de définir une fonction coût à minimiser qui permettra de converger très rapidement vers un modèle de DPD à moindre complexité.

Dans le cas des applications multi-bandes envisagées, ce travail a pour but de parvenir à un bon niveau de linéarité pour répondre aux spécifications liées à chaque standard. Le chalenge étant la linéarisation d’un émetteur large-bande transmettant un signal couvrant simultanément 4 bandes, pour les applications suivantes identifiées avec nos partenaires industriels :

– VHF-UHF pour les transmissions maritimes et aéronautiques

– LTE/5G réparties entre 1 GHz et 5 GHz, avec des largeurs de canal de 20MHz

Funding category: Financement public/privé
Projet région avec des industriels
PHD title: Doctorat en ELECTRONIQUE, MICROÉLECTRONIQUE ET NANOÉLECTRONIQUE
PHD Country: France