Système dannulation décho pour répéteur iso-fréquence PDF

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n école doctoralescienc es pour l"ingénieur et microtechniques U N I V E R S I T É D E B O U R G O G N ESystème d"Annulation d"Écho pour

Répéteur Iso-fréquence

Contribution à l"Élaboration d"un Répéteur Numérique deNouvelle Génération

AMARZEHER

THÈSE présentée par

AMARZEHER

pour obtenir le

Grade de Docteur de

l"Université de Bourgogne Discipline :Instrumentation et Informatique de l"Image Spécialité :Traitement du signal, électronique et télécommunication Système d"Annulation d"Écho pour Répéteur

Iso-fréquence

Contribution à l"Élaboration d"un Répéteur Numérique de Nouvelle

Génération

Unité de Recherche:

Laboratoire LE2I

Soutenue à huis clos le 17 Novembre 2014 devant le Jury composé de : IYADDAYOUBRapporteur Professeur à l"Université de Valenciennes SERGEDOSSANTOSRapporteur Maître de conférences HDR à l"INSA Centre Val de Loire TANPHUVUONGExaminateur Professeur à l"INP Grenoble EL-BAYBOURENNANEExaminateur Professeur à l"Université de Bourgogne SERGENGUETCHOExaminateur Chargé de cours l"Université Maroua Cameroun STÉPHANEBINCZAKDirecteur Professeur à l"Université de Bourgogne JEAN-MARIEBILBAULTCo-directeur Professeur à l"Université de Bourgogne JÉRÔMEJOLIEncadrant Chef de projet industriel PHILIPPECORBELInvité Directeur technique de l"entreprise partenaireN "... Ever tried. Ever failed. No matter. Try again. Fail again. Fail better." .S AMUELBECKETT

REMERCIEMENTS

Dans ce cadre montagneux des Pyrénées Orientales, je ne peux m"empêcher de compa- rer ce parcourt de doctorat à une longue et périlleuse course de montagne où résistance, endurance, et gestion de son énergie "finie" s"entremêlent. Les chemins étaient escar-

pés, les pentes raides et les falaises plongeantes, ..., et finalement : c"est l"arrivée! Enfin

pas tout à fait; car me voilà confronté à la dernière étape de cette course, qui est l"ardu

exercice des remerciements. Non qu"exprimer ma gratitude envers ceux en qui, de près

ou de loin, j"ai trouvé soutien me soit étrange, bien au contraire, la difficulté réside plutôt

dans le fait de n"oublier personne. C"est pourquoi, je remercie en premier ceux dont le nom n"apparaît pas dans cette page. J"adresse mes plus respectueux remerciements à Messieurs Iyad Dayoub et Serge Dos

Santos pour avoir accepté d"être rapporteurs de cette thèse. Je leur suis très reconnais-

sant du temps qu"ils ont consacré à l"évaluation de ce travail. Je souhaite ici rendre hommage et exprimer ma profonde gratitude au professeur di- recteur de thèse Stéphane Binczak pour m"avoir fait confiance et offert l"opportunité de réaliser ce projet de doctorat qui me tenait tant à coeur. Également, à Philippe Corbel d"avoir accepté ce projet de thèse industrielle au sein de son entreprise, et de m"avoir soutenu au-delà de mon travail scientifique et technique. Je remercie tout particulièrement le professeur Jean-Marie Bilbault co-directeur de thèse,

que j"ai eu la joie de connaître depuis ma première année universitaire, pour ses précieux

conseils, son infaillible soutien, sa patience et son temps consacré aux nombreuses cor- rections et critiques bien constructives. Merci à Messieurs El-Bay Bourennane, Tan Phu Vuong et Aurélien Serge Tchakoutio Nguetcho d"avoir accepté de faire partie du jury de cette thèse. L"encadrement de ce projet au sein de l"entreprise partenaire a été pris en charge par Jérôme Joli, que je remercie de m"avoir aidé sur de nombreux aspects techniques et administratifs. Cette thèse présente de nombreuses expérimentations et mesures pratiques, qui n"au-

raient pu être réalisées sans l"aide précieuse de toute l"équipe du bureau des études

de l"entreprise partenaire et tout particulièrement : Olivier Deblock, Christian Vandrisse, Bruno Deprez et Fabrice Lunot, merci à eux ainsi qu"à tous les autres collègues avec

qui j"ai partagé d"agréables moments, en aiguisant mon goût pour les défis et le dépas-

sement de soi. Viennent ensuite les stagiaires que j"ai encadrés avec satisfaction durant ces années de thèse : Bedoud Monder, Gnimdou Awili, Abbas Haddad et Kamel Djeb- bara. Une autre salve de remerciements va à toute l"équipe des docteurs et doctorants, que j"ai eu le plaisir de côtoyer lors de mes nombreux déplacements au Laboratoire LE2I (LaboratoireÉlectronique,Informatique etImage)à Dijon, pour leurs enr ichissantesdis- cussions et leur inusable bonne humeur, un clin d"oeil à Maxime Bordet, Rachid Behdad, v vi

Roland Alima, Maxime Yochum et Nicolat Navoret.

Merci à mon ami et ancien enseignant Achour Hambli pour tous ses encouragements et précieux conseils. Je termine par une profonde pensée à mes parents, ma famille et mes tous mes amis pour le soutien qui m"ont apporté tout au long de la préparation de cette thèse.

AVANT-PROPOS

C Etravail de recherche scientifique et de développement industriel est l"aboutisse- ment d"un projet CIFRE ( ConventionIndustrielle deFormation par laRecherche); un contrat de partenariat signé, d"une part par l"entreprise partenaire, située à Prades dans le département des Pyrénées-Orientales, et d"autre part par le Laboratoire LE2I de l"Université de Bourgogne, situé à Dijon dans le département de la Côte d"Or.

Ce projet a été cofinancé par l"

ANRT (AssociationNationale de laRecherche et de la Technologie)et l"entrepr isepar tenaireafin de répondre aux besoins f ormuléspar celle-

ci, à savoir l"étude du phénomène de l"écho radio-fréquence au sein d"un répéteur, le

développement d"une solution d"annulation des échos concrète et directement applicable par l"implantation d"un algorithme du traitement du signal avancé. Malgré les contraintes

industrielles favorisant l"aspect pratique à la théorie, il s"agit réellement d"un travail de

recherche puisqu"il fallait comprendre et modéliser un phénomène naturel qui est le bou- clage radio-fréquence pour mieux s"orienter vers des solutions à la fois fiables et réali- sables. Les responsables scientifiques et industriels de ce projet ont su me laisser la liberté nécessaire pour la recherche et l"innovation d"une part, et protéger une partie des travaux réalisés contre la divulgation ou l"exploitation par des tierces parties d"autre part. vii

SOMMAIRE

Remerciements

Avant-propos

vii

Sommaireix

Acronymes

xiii

Introduction générale

1 Introduction

1.1 L"interface radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Les répéteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Contexte de l"annulation d"écho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Caractérisation de l"écho radio-fréquence

2.1 Étude théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Simulateur d"écho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Banc de test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Les effets des échos sur la liaison radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Annulation d"échos par filtrage adaptatif

3.1 Rappel du filtrage linéaire optimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Algorithmes de mise-à-jour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Application à l"annulation d"échos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

101

3.4 Simulation en temps-réel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

107

3.5 Implémentation de l"anti-écho sur FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

115

3.6 Résultats du système d"annulation d"écho . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

121

4 Optimisation de la solution d"annulation d"écho

127

4.1 Détection des sauts de fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

133

4.2 Technique du filtrage débit-multiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

145
ix xSOMMAIRE

4.3 Simulation du filtrage débit-multiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

151

4.4 Filtrage automatique sur FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

155

5 Pré-distorsion des signaux

163

5.1 Pré-distorsion en amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

167

5.2 Filtrage multi-bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

174

5.3 Pré-distorsion en phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

178

6 Répéteur numérique de nouvelle génération

185

6.1 Analyse de l"existant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

188

6.2 Évolution vers le "tout numérique" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

191

6.3 Cahier des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

191

6.4 Contrôle interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

195

6.5 Contrôle externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

197

6.6 Traitement numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

200

6.7 Réalisation des premiers prototypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

208

7 Applications numériques

211

7.1 Mesure de la puissance par bande-opérateur . . . . . . . . . . . . . . . . .

215

7.2 Réduction du facteur de crête . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

223

7.3 Synthèse des applications numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

231

Conclusion et perspectives

235

Table des figures

239

Liste des tables

247

Liste des publications

249

Bibliographie

251

Glossaire265

SOMMAIRExi

Annexes277

A Rappels mathématiques & calculs formels

279
A.1 Rappels mathématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
A.2 Calculs formels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

B Interfaces homme-machine et simulations

295
B.1 Interfaces homme-machine et schémas SIMULINK®. . . . . . . . . . . . . .297 B.2 Quelques fonctions de la librairie MATLAB®. . . . . . . . . . . . . . . . . .304

C Réalisations matérielles

307
C.1 Rappel de la représentation en virgule fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
C.2 Effet de la virgule fixe sur les filtres FIRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
C.3 De la simulation à la conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
C.4 Architecture des filtres FIRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
C.5 Conception à l"aide des outils ALTERA®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .327 C.6 Le générateur :RandomHopping8cx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330 C.7 Aperçu de l"architecture du système d"annulation d"écho . . . . . . . . . . . 331
C.8 Détection des sauts de fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
C.9 Quelques modules de la librairie VHDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

D Les acteurs du projet CIFRE

339
D.1 Le dispositif CIFRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
D.2 L"association ANRT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
D.3 L"entreprise partenaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
D.4 Le laboratoire LE2I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

ACRONYMES

3GPP3rdGenerationPartnershipProject.

AAA Algorithm-ArchitectureAdequation methodology.

ACPR AdjacentChannelPowerRatio.

ADC Analog toDigitalConverter.

ADPCM AdaptiveDifferentialPulseCodeModulation.

quotesdbs_dbs17.pdfusesText_23

[PDF] effet légal du contrat définition

[PDF] effet marginal à la moyenne

[PDF] effet marginal statistique

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[PDF] effet multiplicateur et accélérateur

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[PDF] Système dannulation décho pour répéteur iso-fréquence

Thèse de Doctorat

Répéteur Iso-fréquence

AMARZEHER

AMARZEHER

Grade de Docteur de

Iso-fréquence

Génération

Unité de Recherche:

Laboratoire LE2I

REMERCIEMENTS

Roland Alima, Maxime Yochum et Nicolat Navoret.

AVANT-PROPOS

Ce projet a été cofinancé par l"

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Sommaireix

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Introduction générale

1 Introduction

1.1 L"interface radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Les répéteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Contexte de l"annulation d"écho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Caractérisation de l"écho radio-fréquence

2.1 Étude théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Simulateur d"écho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Banc de test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4 Les effets des échos sur la liaison radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Annulation d"échos par filtrage adaptatif

3.1 Rappel du filtrage linéaire optimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Algorithmes de mise-à-jour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Application à l"annulation d"échos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Simulation en temps-réel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5 Implémentation de l"anti-écho sur FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6 Résultats du système d"annulation d"écho . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Optimisation de la solution d"annulation d"écho

4.1 Détection des sauts de fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Technique du filtrage débit-multiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Simulation du filtrage débit-multiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Filtrage automatique sur FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Pré-distorsion des signaux

5.1 Pré-distorsion en amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Filtrage multi-bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Pré-distorsion en phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Répéteur numérique de nouvelle génération

6.1 Analyse de l"existant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Évolution vers le "tout numérique" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Cahier des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.4 Contrôle interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.5 Contrôle externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.6 Traitement numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.7 Réalisation des premiers prototypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 Applications numériques

7.1 Mesure de la puissance par bande-opérateur . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Réduction du facteur de crête . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.3 Synthèse des applications numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Conclusion et perspectives

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A Rappels mathématiques & calculs formels

B Interfaces homme-machine et simulations

C Réalisations matérielles

D Les acteurs du projet CIFRE

ACRONYMES

3GPP3rdGenerationPartnershipProject.

AAA Algorithm-ArchitectureAdequation methodology.

ACPR AdjacentChannelPowerRatio.

ADC Analog toDigitalConverter.

ADPCM AdaptiveDifferentialPulseCodeModulation.