LOW-POWER FREQUENCY SYNTHESIS BASED ON INJECTION LOCKING

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

UWB Technology

Ultra Wide Band (UWB) technology has attracted increasing interest and there is a growing demand for UWB for several applications and scenarios. The unlicensed use of the UWB spectrum has been regulated by the Federal Communications Commission (FCC) since the early 2000s. The main concern in designing UWB circuits is to consider the assigned bandwidth and the low power permitted for transmission. This makes UWB circuit design a challenging mission in today's community. Various circuit designs and system implementations are published in this book to give the reader a glimpse of the state-of-the-art examples in this field. The book starts at the circuit level design of major UWB elements such as filters, antennas, and amplifiers; and ends with the complete system implementation using such modules

Integrated Dispersive Delay Line (Ddl) For Real Time Analog Signal Processing

The dispersive delay line (DDL) is a very useful device in the communication system for decades. It is widely utilized in the radar communication system, optical communication system, ultra-wide-bandwidth (UWB) system, etc. Even though there are a number of DDLs operating in microwave, RF, photonics regime, etc., few attempts have been reported towards the integration of this useful device. Our work focuses on the integration of the DDL with standard CMOS process. There are two major challenges in the integration of the DDL, on-chip loss and the non-idealities in DDL's performance. In this thesis, we present three major attempts to solve these challenges and all of these attempts employ the distributed amplifiers (DAs). In the DA, the artificial transmission line section is very size efficient in providing enough group delay and the gain cells are capable of gain compensation for on -chip loss. The first attempt employs the specially designed highly dispersive artificial transmission line section. The second attempt employs the multi-path approach to compensate the great loss near the cutoff frequency. The third attempt, however, employs the backward traveling gain port of the DA to realize a reconfigurable integrated transversal filter. Since most of the existing DDLs can be mapped to transversal filters with correspondent tap coefficients, the reconfigurable integrated transversal filter can be utilized to achieve multiple DDL functions. iii This thesis also includes the demonstration of the real time analog signal processing using these integrated DDLs, including the first on-chip demonstration of the temporal imager (TI), time stretching (TS) system, and real time spectrum analysis using the integrated DDL with the third attempt. Our integrated DDL has low TBP value of five and practical design considerations of the integrated TS system with small TBP remain unexplored. We derive the time resolution of a general TS system using both the principle of uncertainty and the Short Time Fourier Transform (STFT) method. This fundamental result enables a designer to understand the qualitative relationship between the TBP and the best possible resolution of the TS system. i

Advances in Optical Amplifiers

Optical amplifiers play a central role in all categories of fibre communications systems and networks. By compensating for the losses exerted by the transmission medium and the components through which the signals pass, they reduce the need for expensive and slow optical-electrical-optical conversion. The photonic gain media, which are normally based on glass- or semiconductor-based waveguides, can amplify many high speed wavelength division multiplexed channels simultaneously. Recent research has also concentrated on wavelength conversion, switching, demultiplexing in the time domain and other enhanced functions. Advances in Optical Amplifiers presents up to date results on amplifier performance, along with explanations of their relevance, from leading researchers in the field. Its chapters cover amplifiers based on rare earth doped fibres and waveguides, stimulated Raman scattering, nonlinear parametric processes and semiconductor media. Wavelength conversion and other enhanced signal processing functions are also considered in depth. This book is targeted at research, development and design engineers from teams in manufacturing industry, academia and telecommunications service operators

Remote Sensing

This dual conception of remote sensing brought us to the idea of preparing two different books; in addition to the first book which displays recent advances in remote sensing applications, this book is devoted to new techniques for data processing, sensors and platforms. We do not intend this book to cover all aspects of remote sensing techniques and platforms, since it would be an impossible task for a single volume. Instead, we have collected a number of high-quality, original and representative contributions in those areas

Étude d'un réseau de capteur UWB pour la localisation et la communication dans un environnement minier

Le jour n'est peut-être pas très loin où une mine pourra compter sur un système de communication sans fil pour échanger des données, transmettre des informations ou localiser des travailleurs dans le cas d'une activité normale ou en cas d'urgence. Au point de vue de la sécurité, un système de communications sans fil aurait l'avantage de localiser en temps réel un travailleur ou un engin. Les travailleurs se déplacent sans cesse dans une mine. Avec une technologie sans fil permanente, on pourrait localiser les personnes de manière relativement précise. Même en cas d'éboulement, avec une technologie adaptée, il serait possible de savoir où se trouve la personne en détresse. Notre travail de recherche s'inscrit dans la perspective du développement d'un réseau de capteurs ultra large bande (UWB) pour deux applications : l'aide à la radiolocalisation et l'extension du réseau de capteurs sans fil dans la mine. Cette étude est focalisée sur trois aspects. La première partie de notre étude consiste à étudier tous les problèmes reliés à la radiolocalisation dans la mine. Vue l'importance de cette application, nous avons mis en oeuvre un réseau de capteurs en tenant compte d'un futur déploiement dans la mine. La technologie utilisée repose sur la technologie ultra large bande. Comme il n'existe pas de travaux qui traitent ce genre de problèmes, nous avons commencé notre étude par une caractérisation du canal UWB dans les mines souterraines. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs campagnes de mesure sur site (mine expérimentale) ont été menées. Nous sommes parvenus à une modélisation du canal de propagation et à avancer des recommandations pour aider au dimensionnement d'un réseau de capteurs dans ce type d'environnement. Dans la première partie, le but est d'étudier le problème de radiolocalisation avec les réseaux de capteurs. Notre scénario proposé serait de placer des capteurs sur chaque agent (mineur, engin). On suppose que chaque noeud (agent) qui circule à travers un réseau d'ancre maillé (déjà déployé), va extraire des informations de distance (en utilisant le critère de temps d'arrivée), ensuite il va utiliser un algorithme de positionnement distribué afin de déterminer sa propre position. Lors de cette partie nous avons aussi étudié quelques estimateurs cohérents et non-cohérents du temps d'arrivée. La caractérisation de l'erreur de mesure utilisant le temps d'arrivée dans un environnement minier a été aussi évaluée. Enfin, dans la dernière partie, nous avons analysé par simulations un déploiement d'un réseau de capteurs UWB ad hoc dans la mine. Nous avons choisi d'adopter une approche théorique afin d'évaluer les performances de cette configuration. Une conception intercouche pour un routage optimal a été étudiée. Nous avons utilisé la couche physique/réseau afin de minimiser l'énergie consommée lors de l'acheminement du données

Optical generation of mm-wave signals for use in broadband radio over fiber systems

In future cellular radio networks Radio over Fiber (RoF) is a very attractive technology to deliver microwave and millimeter-wave signals containing broad band multimedia services to numerous base stations of the network. The radio signals are placed on an optical carrier and distributed by means of an optical fiber network to the base stations (BS). In the BS the optical signals heterodyne in a photodiode to produce the radio signals which are then sent via a wireless link to the mobile units (MU). The optical fiber network provides high frequency, wideband, low loss and a means of signal distribution immune to electromagnetic interference. In this thesis, different methods of electrooptical upconversion were investigated. The generation of an optical double-sideband with suppressed carrier (DSB-SC) signal is a straightforward method due to the fact that only one optical modulator driven at half the millimeter-wave frequency is required. One or both sidebands were ASK-modulated with baseband data rates of up to 10 Gbps. Optical single sideband modulation proves to be dispersion resilient as error free transmission was demonstrated after 53 km of single mode fiber transmission for data rates up to 10 Gbps. Wireless links up to 7 m were also demonstrated, proving the feasibility of this approach for broadband wireless inhouse access systems.Für zukünftige zellulare Funknetze ist „Radio over Fiber (RoF)“ eine sehr attraktive Technologie, um breitbandige Multimedia-Dienste mit Mikro- und Millimeterwellen zu übertragen. Die Funksignale werden dabei auf eine optische Trägerwelle aufmoduliert und mittels eines optischen Fasernetzes zu den Basisstationen (BS) verteilt. In den BS erfolgt die Überlagung der optischen Signale durch eine Fotodiode, um die Funksignale zu erzeugen. Diese werden dann über eine drahtlose Verbindung zu den beweglichen Multimedia-Endgeräten geschickt. Vorteile des optischen Fasernetzes sind Breitbandigkeit, geringe Dämpfung und eine gegenüber elektromagnetischen Störungen immune Signalverteilung. In dieser Arbeit werden verschiedene Methoden der elektrooptischen Aufwärtskonversion erforscht und die wichtigsten Eigenschaften dieser untersucht. Die Erzeugung eines optischen Zweiseitenbandsignales mit unterdrücktem Träger (DSB-SC) ist eine einfache Methode, da nur ein optischer Modulator, betrieben mit der halben elektrischen Trägerfrequenz, benötigt wird. Eine oder beide Seitenbänder konnten mit Bitraten bis zu 10 Gbps amplitudenmoduliert werden. Optische Einseitenbandmodulation ist extrem tolerant bezüglich der chromatischen Dispersion der Faser, wie die fehlerfreie Übertragung nach 53 km Glasfaser beweist. Drahtlose Links bis zu 7 m wurden realisiert und zeigen die Möglichkeit dieser Verfahren für breitbandige drahtlose Inhouse-Zugangssysteme