II. 3.2.2.2.1 Multiphase pulse polar transmitter
III.2 Description générale du banc de mesure temporelle d’enveloppe
III.2.1Synoptique général
Le banc de mesure peut être présenté formellement comme un système de transmission, avec une partie de modulation/émission des données, un canal (constitué par le dispositif sous test), et une partie démodulation/réception et traitement des données. Le synoptique général du banc est représenté figure III-1. La génération des signaux, le contrôle des instruments, puis la mesure et l’analyse des données sont effectués à l’aide du logiciel LabView.
Figure III-1 : synoptique général du banc de mesure d’enveloppe. La partie grisée est gérée par l’ordinateur, elle comprend la génération de signaux IQ, et l’analyse des données IQ brutes issues de
la mesure par le récepteur (correction d’amplitude et de phase, synchronisation, filtrage, analyse vectorielle etc…), ainsi que la génération de l’enveloppe et la mise en forme de celle-ci pour
l’implémentation de la technique de suivi d’enveloppe.
III.2.2Chaine d’émission des données – génération/modulation des données
III.2.2.1Génération logicielle des trames IQ par le PC
Bien que le générateur de signaux vectoriel (VSG : vector signal generator) dispose en interne d’une palette complète de formats de modulation (BPSK, QPSK, OQPSK, M-QAM…) et des différents standards (GSM, WCDMA-3GPP…), nous avons choisi de générer depuis le PC de façon logicielle les trames IQ de modulation. Ceci offre l’avantage d’un meilleur contrôle des enveloppes complexes des signaux.
La génération des signaux modulés repose sur l’utilisation d’un modulateur en quadrature tel que celui présenté dans la section I.2.3.1. L’enveloppe complexe de modulation est gérée à travers les signaux IQ. Une mise en forme de la trame est effectuée, puis celle-ci est envoyée au modulateur, via le bus GPIB. La séquence binaire aléatoire est tout d’abord créée d’après une suite de données (ici, un fichier texte). Le format de modulation (QPSK, 8-PSK, 16QAM) est ensuite sélectionné. Les trames IQ sont enfin filtrées par le filtre d’émission (RRC, RC, rectangle).
Figure III-2 : exemple de la génération d’un signal modulé 16QAM. Les données (fichier .txt) sont converties en ASCII, puis en binaire, avant d’être mélangées (selon l’algorithme précisé dans la norme V34[ITU-T 98]). La séquence binaire aléatoire ainsi construite est modulée selon une table
choisie, puis la trame est filtrée avant d’être envoyée au modulateur
III.2.2.2Modulateur IQ
Une fois générées, les trames IQ sont chargées dans le générateur de signaux vectoriel (VSG), via le bus GPIB. Le générateur utilisé est un SMU200a (Rohde&Schwarz) [R&S-SMU200a]. L’appareil est synchronisé par une référence externe stable de 10MHz lui permettant la synthèse de son OL et de sa fréquence d’échantillonnage (CLK). Son synoptique est donné figure III-3 :
Figure III-3 : synoptique simplifié du modulateur SMU200a
Les principales spécifications techniques du modulateur sont les suivantes :
Deux mémoires internes I et Q disposant chacune de 512 à 56 M-échantillons dans lesquelles sont stockés les vecteurs IQ issus du PC
Deux DAC (digital to analog converters) 16 bits générant les signaux IQ de modulation. Ils travaillent à une fréquence d’échantillonnage fixe de 100MHz et un taux d’échantillonnage de 100Méch/s. Un ré-échantillonnage est effectué afin d’assurer une reconstruction parfaite du signal si la fréquence d’échantillonnage choisie de la trame est inférieure à 100MHz. Finalement, un filtrage passe-bas de reconstruction est appliqué sur chaque voie I et Q, limitant le signal à une bande de 80MHz.
Un modulateur IQ homodyne. Sa bande passante RF couvre de 100KHz à 3GHz. La bande passante de modulation offerte est de 80MHz en mode interne (filtrage passe bas après le bloc AWG) et de 200MHz en utilisant des signaux large bande externes.
Un atténuateur et un amplificateur linéaire permettant de couvrir une gamme de puissance moyenne de sortie allant de -145dBm à +30dBm.
III.2.3Chaine de réception des données – Analyse des signaux IQ
L’analyse des signaux modulés repose sur la mesure des enveloppes complexes associées, typiquement avec un analyseur de signaux vectoriel (VSA : vector signal analyser). Le récepteur utilisé sur le banc est le FSQ26 (Rohde&Schwarz) [R&S-FSQ26]. Son fonctionnement est basé sur une démodulation en quadrature des signaux RF, une numérisation des signaux IQ, puis un traitement numérique à base de DSP rapides afin de disposer, dans la bande du filtre d’analyse, des informations sur la modulation autour de la fréquence centrale. Les signaux RF d’entrée et sortie du DUT sont prélevés au moyen de coupleurs directionnels (figure III.1). Un commutateur RF permet la mesure séquentielle des signaux d’entrée puis de sortie du DUT. Le synoptique de la partie analogique RF du récepteur est représenté à la figure III-4.
Figure III-4 : synoptique simplifié de la partie analogique du récepteur [NKondem 08]. Les principales caractéristiques techniques du récepteur sont les suivantes :
Une bande RF de 20Hz à 26.5GHz.
Réception superhétérodyne : un premier filtre passe-bas est appliqué au signal reçu afin de supprimer les fréquences images pouvant potentiellement retomber dans la même bande que le signal utile par repliement du spectre. Un premier mélange supérieur translate le signal autour de FI1 (élevée pour repousser la fréquence image en dehors de la bande passante du récepteur), puis un second, inférieur, décale le signal autour de FI2 (fixé à 20.4MHz dans la configuration standard de l’appareil). Finalement, le filtrage d’analyse réglable RBW est appliqué.
Un atténuateur RF électronique permettant de gérer la dynamique du signal attaquant l’étage mélangeur d’entrée afin de prévenir sa saturation. Associé au paramètre REF LEVEL (fixant le niveau de référence de la mesure), ceci permet d’optimiser le rapport signal sur bruit de la mesure. La plage d’atténuation est de 0dB à 75dB par pas de 5dB.
Un filtre d’analyse RBW, de réponse plate, dont la bande varie de 10Hz à 120MHz.
Après le second mélange, la partie bande de base/numérique est représentée figure III-5. Le signal en seconde fréquence intermédiaire (FI2) 20.4MHz est filtré par le filtre RBW d’analyse puis numérisé par un ADC 14 bits dont la fréquence d’échantillonnage est fixée à 81.6MHz. Ce signal FI numérique est ensuite démodulé, filtré, ré-échantillonné, puis une décimation est effectuée sur les échantillons afin d’optimiser la mémoire et le temps de calcul de l’appareil dans le cas de signaux bande étroite. L’option B72 (rajoutée à l’appareil) permet d’atteindre une fréquence d’échantillonnage supérieure (jusqu’à 326.4MHz). La partie analogique (IF2 à 408MHz) ainsi que la partie numérique sont alors modifiées (parties grisées).
Figure III-5 : synoptique simplifié de la partie numérique du récepteur derrière le filtre RBW. Pour une fréquence d’échantillonnage des trames supérieure à 81.6MHz, l’option B72 est activée. La bande du filtre d’analyse est fixe à 120MHz. Un troisième oscillateur local est utilisé afin de fournir une FI à
81.6MHz (FI3).