II.4. Etude du module de communication
II.5.2. La contrainte de consommation
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Figure II-32 : Architecture FSK modélisée sous Matlab-Simulink.
A partir de la modélisation de SIM RF, nous pouvons, en fonction des performances à atteindre au niveau de l’émetteur et du récepteur, simuler l’influence des performances de chaque bloc sur la qualité de la communication et donc sur le TEB.
Pour chaque bloc, il est possible de régler : - Le gain en puissance ou en tension ;
- La figure de bruit ;
- Les coefficients de non-linéarités.
Les paramètres du synthétiseur de fréquence seront aussi réglables : - La fréquence d’oscillation ;
- L’amplitude ; - Le bruit de phase.
En parallèle, un outil permettant d’évaluer l’influence des performances de chaque bloc sur les performances du module RF nommé PERFS Blocs a été développé. Nous pourrons ainsi déterminer, en fonction du réglage de chacun des blocs, les performances en termes de NF et de non-linéarités de l’émetteur et du récepteur. Le réglage manuel des performances des différents blocs doit permettre d’atteindre les performances requises et calculées grâce à l’outil PERFS RF.
II.5.2. La contrainte de consommation
La contrainte de consommation intervient dans cette étape en mettant en relation les performances de chaque bloc avec la consommation. Nous allons ainsi utiliser un modèle équivalent à celui développé dans le Chapitre I afin de modéliser la consommation de l’émetteur-récepteur. Cet outil adapté à l’émetteur-récepteur doit nous permettre de valider les performances de chacun des blocs fonctionnels et donc d’aborder la dernière partie de notre démarche, c'est-à-dire la partie conception et optimisation sous contrainte de consommation.
Le but est d’affiner notre modèle développé au premier chapitre pour le module RF en distinguant les différents éléments de l’émetteur-récepteur. L’intérêt est de pouvoir seulement considérer le module RF et donc de pouvoir gérer à part les différents éléments de ce module. Nous pourrons, ainsi, gérer les temps d’allumage, d’extinction et de fonctionnement de chacun des éléments de l’émetteur-récepteur. Nous allons donc démontrer que grâce à la gestion de l’allumage de ces éléments et notamment de la PLL, il est possible d’économiser de l’énergie.
II.5.2.1.1. Réveil
Lorsque le module RF est activé, la stabilisation de la fréquence de sortie du VCO peut prendre un certain laps de temps pouvant atteindre quelques millisecondes. Pendant ce temps, il n’est pas utile que les autres éléments de l’émetteur ou du récepteur fonctionnent [27]. Ainsi, l’énergie consommée peut s’écrire :
# = . ( II-58 )
Avec POL la puissance consommée par la synthèse de fréquence et tstart le temps d’établissement de la fréquence d’OL.
II.5.2.1.2. Mode émission
L’émetteur doit moduler les données, les transposer à la fréquence du canal et les amplifier. Un émetteur est donc composé d’un modulateur, d’un synthétiseur de fréquences (PLL) et d’un amplificateur de puissance (PA). Ainsi, il est possible de modéliser simplement l’énergie consommée par l’émetteur en fonctionnement par :
#é _ = 6 + + 7. é ( II-59 )
D’après la définition de témet, nous obtenons donc :
#é _ = 6 + + 7.é
% ( II-60 )
II.5.2.1.3. Mode réception
Comme nous l’avons vu précédemment, le rôle du récepteur est d’amplifier le signal reçu, de le transposer en bande de base et de le démoduler. Un récepteur est ainsi composé d’un amplificateur faible-bruit (LNA), d’un synthétiseur de fréquences, de mélangeurs et d’un démodulateur. L’énergie consommée en fonctionnement par le récepteur peut s’écrire :
# é _ = 6 + + é+ é 7. é ( II-61 )
D’où, d’après la définition de trécep :
# é _ = 6 + + é+ é 7. (é+ é
Chapitre II : Démarche de conception d’un émetteur-récepteur sous contrainte de consommation
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II.5.2.1.4. Consommation globale
L’énergie consommée par le module RF est dépendant de son mode de fonctionnement mais aussi des spécifications de la communication. Cependant, le modèle global de consommation d’un module RF s’écrit :
# _@ = # + #é + #é → é + # é + # ( II-63 )
Eémetrécep désigne l’énergie consommée pendant le passage entre le mode émission et réception. Nous pouvons écrire :
#é → é = é → é . é → é ( II-64 )
La puissance Pémetrécep est généralement égale à celle consommée par la PLL puisque les éléments servant à l’émission sont éteints et ceux servant à la réception encore en veille.
En mode inactif, nous avons vu précédemment que chaque élément d’un nœud consommait de l’énergie. L’énergie consommée en mode inactif par le module RF est désignée par Eoff et dépend du temps pendant lequel le module RF est dans ce mode.
II.5.2.2. L’outil CONSO RF
Dans la continuité des outils développés précédemment, nous avons décidé d’utiliser le logiciel Matlab-Simulink afin de pouvoir combiner les simulations de l’ensemble de la chaine de communication et l’estimation de la consommation.
De la même manière que pour l’outil CONSO Système, il nous faut définir les différents paramètres concernant le module RF. Un fichier d’initialisation des paramètres importants sera donc utilisé. Ensuite, les blocs correspondant aux différents éléments du module RF ont été modélisés dans lesquels nous pouvons spécifier les puissances consommées en mode actif ou en mode veille mais aussi les temps d’établissement, de fonctionnement. La Figure II-33 présente le modèle de l’émetteur obtenu sous MATLAB-Simulink.
élément sur la consommation globale de l’émetteur-récepteur en tenant compte des performances de chaque bloc. Dans une approche Top-Down, cet outil servira à prédire sur quel bloc fonctionnel nous devrions porter notre attention afin de réduire la consommation globale de l’émetteur-récepteur.