Etude et réalisation d’un récepteur RF utilisant des techniques d’échantillonnage non uniforme et de « compressive sampling » pour des applications telecoms et d’instrumentation micro-ondes.

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Etude et réalisation d’un récepteur RF utilisant des techniques d’échantillonnage non uniforme et de « compressive sampling » pour des applications telecoms et d’instrumentation micro-ondes.
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
laboratoire XLIM département C²S²
batiment XLIM2
site de la FST-Université de Limoges
123 avenue albert thomas
87060 Limoges cedex

Date Limite de candidature : 31/12/2013
Laboratoire d’accueil : XLIM/C2S2

Présentation de l’équipe de recherche
Le laboratoire XLIM (UMR CNRS 6172) et son département C2S2 (composants circuit signal et système haute fréquence) dispose de compétences reconnues au niveau international dans les domaines de la modélisation et de la caractérisation des circuits non linéaires micro‐ondes. Il dispose de l’instrumentation et du savoir‐faire nécessaires à la mise en œuvre de solutions d’échantillonnages innovantes tels qu’elles sont définies dans ce projet. C2S2 est un département de recherche comprenant 29 enseignants chercheurs permanents et 35 doctorants.

Résumé de la thèse en français
La croissance exponentielle des systèmes telecoms nécessite l’utilisation de la technique d’agrégation de spectre. Ceci modifie profondément l’architecture des récepteurs et conduit à l’élaboration d’un récepteur utilisant le sous-échantillonnage non uniforme.
Les contraintes d’efficacité énergétique conduit les concepteurs d’amplis de puissance RF à utiliser les transistors micro-ondes en commutation. Des instruments de mesures temporelles à résolution subnanoseconde sont donc nécessaires pour caractériser et mesurer ces nouveaux amplis de puissance.
Le but de la thèse est de mettre en œuvre un récepteur innovant utilisant le sous-échantillonnage non uniforme couplé à la technique de compressive sampling pour reconstruire et mesurer un multiplex fréquentiel étalé de signaux micro-ondes avec une résolution subnanoseconde.

Résumé de la thèse en anglais
The exponential growth of telecoms systems requires the use of spectrum aggregation technique. This modifies the architecture of RF receivers and leads to the development of a non-uniform sub-sampling receiver.
The energy efficiency constraints led designers of RF power amplifiers to use microwave transistors in switching mode.
Time domain measurement systems with subnanosecond resolution are needed to characterize and measure these new power amplifiers.
The aim of the thesis is to implement an innovative receiver using non-uniform sub-sampling technique coupled with compressive sampling to reconstruct and measure a large frequency multiplex of microwave signals with subnanosecond resolution.

Description complète du sujet de thèse
Le monde des telecoms connait depuis 20 ans une croissance exponentielle sans fin, ceci conduit à trouver de nouvelles techniques de transmissions afin d’augmenter les débits d’informations. L’utilisation du
spectre doit donc être optimisé, ce qui conduit à l’utilisation de l’agrégation de spectre permettant de transmettre un débit d’information important en utilisant plusieurs porteuses non contigües. Ceci conduit à repenser complètement l’architecture des récepteurs. Un candidat potentiel à cet enjeu d’agrégation de spectre est le sous-échantillonnage non uniforme. En effet, le sous échantillonnage permet de mesurer simultanément plusieurs sous-bandes RF non contigües, et l’aspect non uniforme permet d’éviter le repliment de spectre. Ce signal sous-échantillonné non uniformémement doit donc être traité afin d’en extraire l’information utile. Afin de réaliser ceci, la technique de compressive sampling paraît très prometteuse. En effet, cette méthode permet une séparation et une
reconstruction fidèle de plusieurs signaux superposés en présence de bruit.
Tout ceci définit l’architecture du nouveau récepteur à étudier et réaliser durant la thèse:
* mise en oeuvre d’un échantillonneur bloqueur à base de THA (Track and Hold Amplifier) ou de sampler RF
* mise en oeuvre d’une horloge d’échantillonnage non uniforme
* mise en oeuvre d’un ADC en mode non uniforme
* mise en oeuvre d’algorithmes de séparation et de reconstruction de
signaux en s’inspirant de la technque de compressive sampling.
La technique de compressive sampling consiste à reconstruire à partir d’un
échantillonnage non uniforme, un signal complexe, décomposable sur une base
connue de signaux. Cette base peut être une base de Fourier, ou bien une
base de signaux représentant au mieux le signal à reconstruire. La
séparation et décomposition du signal est réalisée en utilisant une
minimisation sous contraintes de la norme L1 du vecteur recherché. Ce
vecteur représente la décomposition du signal sur la base de signaux de
référence prédéfinie.
Le récepteur ainsi réalisé permettrait la mesure temporelle de signaux complexes large bande. Une autre application envisagée est la mesure temporelle pour la caractérisation de transitoires dans les amplificateurs de puissances. En effet, la technique d’agrégation de spectre nécessite aussi une modification de l’architecture des émetteurs. Ceci implique la génération et l’amplification de signaux autour de
porteuses non contigües. La contrainte d’éfficacité énergétique actuelle
pousse alors les concepteurs d’amplis de puissance, à utiliser des transistors RF en mode de commutation. Des techniques de mesures temporelles doivent donc être mise en œuvre afin de caractériser le fonctionnement du transistor lors de la commutation, afin d’optimiser les performances de l’ampli final. A l’heure actuelle, seul l’échantillonnage à temps équivalent permet de mesurer ces transitoires subnanosecondes.
Le but de la thèse est d’étudier et de réaliser ce récepteur innovant en prenant en compte les 2 applications citées précédemment.

Objectifs scientifiques de la thèse
Réalisation d’un récepteur temporel large bande utilisant la technique de compressive sampling:
* mise en œuvre d’échantillonneur large bande à base de THA (track an hold amplifier) ou de sampler RF (PSPL)
* mise en œuvre de l’horloge d’échantillonnage non uniforme
* mise en oeuvre d’un ADC en mode non uniforme
* mise en oeuvre d’algorithmes d’optimisation sous contraintes permettant la reconstruction des signaux après sous échantillonnage non uniforme

Définition de nouvelles techniques de réception par reconnaissance de formes d’ondes temporelles: l’utilisation de la technique de compressive sampling conduit à la définition d’une base de signaux de référence dans laquelle se décomposent les signaux mesurés.

Système de mesure temporelle de résolution picoseconde pour la caractérisation de transistor micro-ondes en mode de commutation, et la mesure de transitoires subnanosecondes dans les dispositifs micro-ondes actifs et passifs.

Compétences à l’issue de la thèse
méthodes de mesure temporelle de signaux micro-ondes

mise en œuvre de bancs de mesures micro-ondes

mise en œuvre de systèmes d’échantillonnage micro-ondes

traitement de signal: échantillonnage non uniforme, méthode de séparation de signaux par minimisation sous contraintes (problème de programmation linéaire)

Mots clés (séparés par des virgules)
échantillonnage non uniforme, track and hold amplifier, RF sampler, ADC, time domain measurement, equivalent time sampling, transitoires micro-ondes, compressive sampling, linear programming, norme L1,
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
connaissance générale en techniques de mesures micro-ondes

connaissance générale en traitement de signal

connaissance de base en mathématiques et si possible en technique d’optimisation sous contraintes (programmation linéaire et autre)

Modalité de dépôt des candidatures
envoi de CV aux directeur et co-directeur de thèse par email

Directeur de thèse
Denis BARATAUD

Adresse mail du directeur de thèse : denis.barataud@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 55 45 77 53

Co-directeur de thèse
Guillaume Neveux

Adresse mail du co-directeur de thèse : guillaume.neveux@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 05 55 45 77 44
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thèse pour Action transverse : NON

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