2.3 Extension d’un sondeur SIMO vers l’ UWB
2.3.3 Extension vers l’ UWB
Pour réaliser des mesures sur des bandes fréquentielles juxtaposées, il est nécessaire de faire varier la fréquence d’OLdes synthétiseurs à l’émission et à la réception. Les oscillateurs classiques ont un temps de verrouillage de l’ordre de 10 ms à 50 ms. Cette durée de transi- tion est principalement due au temps de positionnement de la boucle à verrouillage de phase interne au dispositif, et ne peut pas être réduite. Un pilotage direct des synthétiseurs conduit donc à une durée de mesure totale de l’ordre de 40 ms à 200 ms pour une bande d’analyse de 1 GHz. Compte tenu des contraintes imposées à la mesure temps réel (cf. section 2.3.1), cette solution n’est donc pas envisageable.
Dans le but de convertir le sondeurAMERICC SIMOen sondeurUWBtemps réel, nous avons exploité la dualité entre la mesure à capteurs multiples et la mesure sur bandes multiples.
L’idée principale est la suivante : il s’agit de détourner le module de commutation rapide des capteurs multiples de son but original, afin de l’utiliser pour la commutation synchrone des fréquences porteuses de chaque bande partielle à mesurer.
La réalisation pratique de ce concept est présentée sur la figure 2.13. Comme on peut le voir, le connecteur d’entrée est maintenant directement relié au LNA, et une seule antenne est disponible. Nous nous retrouvons donc dans une configuration de mesure Single Input
LNA
Commutateur rapide 101
CAG
A N
1,5 GHz 250
MHz Synthétiseurs
externes
Vers la OL transposition
émetteur f1
f10
FIG. 2.13 – Schéma bloc du récepteur modifié pour son extension à l’UWB. Single Output(SISO). Le module de commutation rapide est utilisé pour fournir au mélangeur de la première transposition descendante l’un des 10 signaux d’OL (f1 à f10) tour à tour.
Ces signaux sont générés par des synthétiseurs externes, qui sont réglés de façon à ce que le récepteur balaye les bandes partielles sélectionnées. Comme chaque synthétiseur est réglé à une fréquence fixe, il n’y a plus de délai pour le verrouillage de la fréquence d’OL. Dans cette configuration, le sondeur est capable de balayer jusqu’à 10 bandes partielles de 250 MHz chacune. Ainsi, les mesuresUWBsont théoriquement possibles jusqu’à une largeur de bande de 2,5 GHz.
Par construction, ce sondeur remplit la plupart des conditions imposées à la mesureUWB
temps réel, les principaux problèmes étant résolus par la circuiterie multi-capteurs. Pour la calibration de chaque bande partielle en termes de phase, amplitude et retard, la procédure utilisée dans le casSIMOreste valide ; néanmoins le coupleurRFn’est plus nécessaire.
Concernant la commutation rapide des bandes partielles, aucune modification du logiciel de pilotage n’est requise. Le saut de fréquence reste en effet synchronisé avec la période de la séquence PA. D’autre part, le temps de balayage de toutes les bandes partielles peut être réduit à 1,2 ms, ce qui permet la mesure des variations du canal avec un écart Doppler maximal de 416 Hz. Enfin, l’acquisition est réalisée au rythme d’une séquence sur deux, laissant une séquence libre pour la commutation des bandes partielles. Comme le signal émis n’est plus périodique, le cas de la commutation des sous-bandes peut paraître plus critique que le cas de la commutation des antennes. En effet, il est nécessaire d’attendre la fin de la période de transition du système avant l’acquisition d’une nouvelle séquence. Cependant, étant donné la durée de la séquence émise (2,048 µs), la longueur des trajets les plus longs en configuration indoor (environ 150 m) et la durée effective de la commutation (environ 100 ns), cette condition est remplie au début de la séquence d’acquisition. Cette configuration
2.3 EXTENSION D’UN SONDEUR SIMO VERS L’UWB 63 reste valide tant que l’inégalité suivante est vérifiée :
tcommut+tLOS+τmax< tseq (2.7) oùtcommut est la durée de commutation,tLOS est le délai absolu du trajet direct,τmax est le délai du trajet le plus long relativement au moment d’arrivée du trajet direct, ettseq est la durée de la séquence. Ce concept est représenté dans le chronogramme de la figure 2.14.
Séquence
Trajet direct
ièmetrajet
Trajet max.
Temps Acquisition
Commutation
FIG. 2.14 – Chronogramme des phases de commutation et d’acquisition en réception.
2.3.3.2 Filtrage et intégration
Dans la version originale du sondeurSIMO, la largeur du filtre précédant la première trans- position descendante était de quelques centaines de MHz seulement, dans le but de rejeter les signaux indésirables et de baisser le niveau de bruit. Le même type de filtrage était réalisé au niveau de l’émetteur. En configurationUWB, toute la bande d’analyse doit être filtrée par un unique filtre passe-bande, pour éviter la commutation de filtres différents. Dans la version actuelle du sondeur, la premièreFIest située à 1,5 GHz. La largeur maximale du filtre est donc limitée à 1,5 GHz, car la fréquence d’OLdoit rester en dehors de la bande filtrée pendant toute la durée du balayage. La figure 2.15 illustre cette problématique.
Dans le but d’augmenter la largeur maximale de la bande de mesure, une autre configura- tion est disponible sur le sondeurSIMO, avec uneFIà 5,5 GHz. En utilisant cette configuration, il serait possible d’élargir la bande mesurable à la limite de 2,5 GHz imposée par le nombre maximal de bandes partielles. Toutefois, dans ce mode de fonctionnement, la bande d’analyse ne doit pas contenir laFI située à 5,5 GHz. Dans sa version actuelle, le sondeurUWBa été
Puissance (dBm)
FI - FI + FI
Filtre
Fréquence (GHz) Balayage des bandes partielles
FIG. 2.15 – Balayage des bandes partielles et filtrage.
équipé de filtres couvrant la bande 4 GHz - 5 GHz. La bande d’analyse est donc actuellement de 1 GHz.
Les autres éléments de la chaîne de mesure initiale, tels que les amplificateurs internes, les atténuateurs et les isolateurs, ont été mesurés pour vérifier leur bon fonctionnement dans toute la bande 4 GHz - 5 GHz. Ainsi, l’extension à l’UWBa pu être complètement intégrée au sondeurAMERICC.
2.3.3.3 Synchronisation émetteur-récepteur
Les mesures UWBà bandes multiples nécessitent une modification périodique de la fré- quence centrale du signal émis, ce qui n’est pas le cas pour les mesures SIMO. Pour cette raison, la commutation de fréquence réalisée au récepteur et à l’émetteur doit être parfaite- ment synchronisée. Pour résoudre ce problème, nous avons choisi d’utiliser le même signal d’OLpour piloter les étages de transposition au récepteur et à l’émetteur. Ceci est possible car le récepteur et l’émetteur utilisent la mêmeFIà 1,5 GHz. L’inconvénient majeur de cette so- lution réside dans le câblage nécessaire entre les deux parties du sondeur. Cependant, dans la plupart des configurations à l’intérieur des bâtiments, cette connexion reste réalisable en uti- lisant un câble de longueur raisonnable. En contrepartie, un seul jeu de synthétiseurs externes est nécessaire, ce qui réduit considérablement le coût global de l’équipement.
2.3.3.4 Calibration fine des bandes partielles
La procédure de calibration multi-capteurs reste valide pour la calibration initiale de chaque bande partielle en mode UWB. Cette procédure ajuste naturellement le retard relatif observé pour chaque bande partielle. Il faut cependant noter que la nouvelle configuration met en œuvre jusqu’à 10 synthétiseurs externes. Bien que ces appareils soient asservis à une référence commune de 10 MHz, chacun d’eux subit une dérive de phase indépendante. Pour compenser ces variations de phase, une procédure de calibration fine des bandes partielles a été mise au point, et est appliquée en post-traitement. Cette méthode consiste à comparer la phase des signaux reçus sur des zones de chevauchement entre les bandes juxtaposées, et à corriger les erreurs décelées par des méthodes de régression.
2.3 EXTENSION D’UN SONDEUR SIMO VERS L’UWB 65 Dans la configuration actuelle, les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant des zones de chevauchement de l’ordre de 40 MHz. En conséquence, la plus grande largeur de bande théoriquement mesurable correspond à9×210 + 250 = 2140MHz.