Techniques appliquées à un circuit

a) Linéarisation

Les techniques de linéarisation consistent à modifier le signal à transmettre en fonction du circuit qui le distord. Elles sont implémentées:

• soit en amont de l'amplificateur pour prévenir les éventuelles distorsions:

• « Envelope Feedback », « Cartesian Feedback » [CONS07] : les formes d'onde d'entrée et de sortie du système complet sont comparées afin de générer un signal de commande pilotant le contrôle de gain et de phase du système de compensation; le système nécessite une boucle de contre-réaction, limitant son application à des signaux bande étroite.

• « Prédistorsion » [LIM95], [YONG05], [QIN07]: la compensation est réalisée en appliquant la fonction inverse du gain du circuit (Fig1.9); elle nécessite donc la connaissance a priori de la caractéristique du circuit ou une mesure en temps réel en cas de variation.

Fig. 1.9 Principe de prédistorsion • soit en aval pour les éliminer :

• « Feedforward » [CAVE02] : l'action a lieu sur le signal de sortie pour éliminer les produits d'inter-modulation* générés lors du passage dans le circuit non-linéaire; deux boucles de traitement sont nécessaires rendant le système très complexe à implanter efficacement.

La plus étudiée est actuellement la technique de prédistorsion numérique qui consiste à implanter numériquement une fonction inverse de celle du circuit de façon à ce que l'ensemble du traitement soit linéaire. Elle est en effet la plus simple à mettre en oeuvre et

semble présenter le plus de potentiel. Pour une prédistorsion adaptative, pour laquelle les paramètres de compensation peuvent évoluer au cours de la transmission, une mesure en temps réel de la caractéristique du circuit doit être ajoutée.

b) Amélioration du rendement

Les techniques d'amélioration de rendement permettent d'utiliser des amplificateurs à fort rendement grâce à des décompositions de signaux appropriées. Il s'agit des méthodes:

• LINC (LInear amplification with Non-Linear Components) [BERN95], [COLA07], [ELAA06] : le signal est séparé en deux signaux à enveloppe constante amplifiés séparément par deux amplificateurs fonctionnant à la compression (rendement maximum) puis recombinés.

• CALLUM (Combined Analog Locked Loop Universal Modulator) [STRA04]: c'est une amélioration de la technique précédente qui contrôle les écarts de phase potentiels entre les deux voies.

• Doherty (du nom de son inventeur) [HAMM07], [KIM07]: le signal est réparti sur deux voies, l'une contenant l'amplificateur principal et l'autre un amplificateur auxiliaire; l'amplificateur auxiliaire permet de faire varier la charge du principal en fonction de la puissance du signal.

D'autres techniques permettent d'augmenter le rendement en agissant sur la polarisation du circuit :

• La technique EER (Enveloppe Elimination and Restauration) [KIM07] (Fig.1.10), est la plus répandue : elle consiste à séparer les informations d'amplitude et de phase du signal à transmettre, de façon à amplifier un signal à enveloppe constante (qui contient l'information en phase du signal). La variation d'amplitude sert à moduler dynamiquement l'alimentation de l'amplificateur permettant ainsi de retrouver toute l'information en sortie du circuit.

• La méthode d'Envelope Tracking [WANG04], (Fig 1.11) est une version simplifiée de la méthode EER dans le sens où le signal à amplifier n'est pas à enveloppe constante et contient toutes les informations d'amplitude et de phase. L'amplificateur utilisé doit être de type linéaire et l'enveloppe du signal est utilisée afin de commander dynamiquement son alimentation.

Fig. 1.11 Principe de la méthode Enveloppe Tracking

Toutes ces méthodes présentent l'inconvénient de nécessiter des composants supplémentaires dont il faut évaluer la consommation et la linéarité. Certaines posent le problème de l'augmentation de la bande passante, d'autres de synchronisation entre voies, de stabilité... D'autre part, la complexité des modulations actuelles rend l'utilisation de ces méthodes difficiles. Il est alors intéressant, afin de trouver un compromis, d'envisager le couplage de certaines de ces méthodes. Dans ce cas il est judicieux que la méthode de linéarisation s'applique à l'ensemble du système d'amélioration du rendement.

A titre d'exemple, la méthode de prédistorsion numérique associée à la méthode d'Envelope Tracking a été testée sur un signal 16-QAM puis expérimentée pour l'OFDM, donnant des résultats promettant [BACQ09]. Cependant un inconvénient est la difficulté de réduire le signal hors bande (ACPR).

→ Notre (actuelle/future) contribution :

Cette association doit être précisément analysée et optimisée dans le cadre de la thèse de Mathilde Brandon pour un signal OFDM avec Thalès Communication. Une des difficultés actuelles est purement matérielle puisque la rapidité de variation et la dynamique du signal impliquent l'utilisation d'appareils extrêmement rapide en particulier pour modifier la polarisation du circuit. Ce problème occulté, il est nécessaire d'évaluer la configuration optimale de traitement du signal : quelle caractéristique inverse doit être utilisée pour la prédistorsion dans ce cas? Est-il nécessaire de suivre parfaitement les variations d'enveloppe ou peut-on trouver un compromis entre la dégradation occasionnée et le suivi d'enveloppe?... Les différentes étapes du travail de thèse de Mathilde Brandon sont les suivantes:

– modéliser la méthode de pré-distorsion pour un signal 16QAM puis un signal OFDM ➢ analyser les effets des variations des conditions de fonctionnement de

l'amplificateur de puissance (polarisation...) et les prendre en compte dynamiquement

➢ associer une méthode de réduction de PAPR (Active Constellation Technique [SEUN05], [KRON03] dont l'efficacité a été étudiée pendant le stage de fin d'étude de Mathilde Brandon [BRAN09]) afin d'en quantifier le gain lors de l'association

– modéliser la méthode d'envelope tracking pour un signal 16QAM puis un signal OFDM

➢ évaluer les performances et les difficultés d'implémentation

➢ évaluer la dégradation apportée par un suivi non strict de l'enveloppe

– modéliser l'association des deux (voire trois) méthodes et trouver un compromis d'application de chacune

Ce travail pourra être testé sur un banc intégrant un amplificateur et des pré-traitements.