Système d'annulation d'écho pour répéteur iso-fréquence : contribution à l'élaboration d'un répéteur numérique de nouvelle génération

On-frequency repeaters are a cost-effective solution to extend coverage and enhance wireless communications, especially in shadow areas. However, coupling between the receiving antenna and the transmitting antenna, called radio frequency echo, increases modulation errors and creates oscillations in the system when the echo power is high. According to the communication standards, extremely weak echoes decrease the transmission rate, while strong echoes damage electroni ccircuits because of power peaks. This thesis aims at characterizing the echo phenomenon under different modulations, and proposing an optimized solution directly integrated to industry. We have turned to digital solutions especially the adaptive because of their high convergence rate and their simplicity to be implemented. The programmable circuits are chosen for their attractive price and their flexibility. When implementing echo cancellation solution, we proposed several reliable solutions, showing that digital processing is much more beneficial. For this reason, digital solutions are generalized, and the new generation of repeaters is fully digital.Le déploiement des répéteurs iso-fréquence est une solution économique pour étendre la couverture d’un émetteur principal aux zones d’ombre. Cependant, ce mode de déploiement fait apparaître le phénomène des échos radio-fréquence entre antennes d’émission et de réception du répéteur. Selon les standards, un écho aussi faible soit-il réduit le débit de la liaison radio, tandis qu’un écho fort fait courir au répéteur le risque d’endommager ses circuits électroniques, ces risques sont dûs aux ondulations de puissance créées par les échos. L’objectif de cette thèse à caractère industriel est d’étudier ce phénomène naturel en considérant des signaux provenant de différents standards des télécommunications. Cette étude permet une caractérisation des échos radio-fréquence pour mieux s’orienter vers une solution optimisée et industriellement réalisable.Nous nous sommes orientés vers la solution du traitement du signal avancé en favorisant le filtrage adaptatif pour sa rapidité de convergence et sa simplicité relative d’implantation matérielle. Les circuits reconfigurables sont retenus pour leur prix et leur souplesse. L’implantation des solutions est effectuée en virgule fixe afin de satisfaire les exigences de réactivité. Durant la mise en oeuvre de la solution anti-écho, nous avons proposé une multitude de solutions numériques souples et fiables. À partir de ce constat, notre partenaire industriel a décidé de généraliser ce mode de traitement par le développement, la fabrication et la commercialisation de répéteurs de nouvelle génération entièrement numériques

Echo cancellation system for iso-frequency repeaters : contribution to the development of a new generation digital repeater

Le déploiement des répéteurs iso-fréquence est une solution économique pour étendre la couverture d’un émetteur principal aux zones d’ombre. Cependant, ce mode de déploiement fait apparaître le phénomène des échos radio-fréquence entre antennes d’émission et de réception du répéteur. Selon les standards, un écho aussi faible soit-il réduit le débit de la liaison radio, tandis qu’un écho fort fait courir au répéteur le risque d’endommager ses circuits électroniques, ces risques sont dûs aux ondulations de puissance créées par les échos. L’objectif de cette thèse à caractère industriel est d’étudier ce phénomène naturel en considérant des signaux provenant de différents standards des télécommunications. Cette étude permet une caractérisation des échos radio-fréquence pour mieux s’orienter vers une solution optimisée et industriellement réalisable.Nous nous sommes orientés vers la solution du traitement du signal avancé en favorisant le filtrage adaptatif pour sa rapidité de convergence et sa simplicité relative d’implantation matérielle. Les circuits reconfigurables sont retenus pour leur prix et leur souplesse. L’implantation des solutions est effectuée en virgule fixe afin de satisfaire les exigences de réactivité. Durant la mise en oeuvre de la solution anti-écho, nous avons proposé une multitude de solutions numériques souples et fiables. À partir de ce constat, notre partenaire industriel a décidé de généraliser ce mode de traitement par le développement, la fabrication et la commercialisation de répéteurs de nouvelle génération entièrement numériques.On-frequency repeaters are a cost-effective solution to extend coverage and enhance wireless communications, especially in shadow areas. However, coupling between the receiving antenna and the transmitting antenna, called radio frequency echo, increases modulation errors and creates oscillations in the system when the echo power is high. According to the communication standards, extremely weak echoes decrease the transmission rate, while strong echoes damage electroni ccircuits because of power peaks. This thesis aims at characterizing the echo phenomenon under different modulations, and proposing an optimized solution directly integrated to industry. We have turned to digital solutions especially the adaptive because of their high convergence rate and their simplicity to be implemented. The programmable circuits are chosen for their attractive price and their flexibility. When implementing echo cancellation solution, we proposed several reliable solutions, showing that digital processing is much more beneficial. For this reason, digital solutions are generalized, and the new generation of repeaters is fully digital

Narrowband digital filtering with random frequency hopping spread spectrum

International audienceIn digital signal filtering, channels with narrow bandwidth need high order digital filter to be selected without introducing modulation errors. If a carrier randomly switches from a channel to another as in military applications, or some civilian communication standards, it is necessary to detect and estimate these jumps before transposing and analyzing signals in the baseband. This paper presents a real time solution to filter narrow band signals with random frequency hopping spread spectrum. The proposed method is based on three steps. Firstly, the detection of Signal Frequency Hopping (SFH) using the Fast Fourier Transform (FFT), an algorithm to estimate the Dominant Frequency Value (DFV) is developed, it is necessary for better refining the original detection, in particular, with modulated signals. Secondly, the estimated frequency value is scaled and used with a Numerically Controlled Oscillator (NCO) in order shift the interest channel to baseband. Thirdly, the transposed channel in base band is selected using low pass Finite Impulse Response (FIR) filters. Whereas, the multi rate filtering techniques guarantee the high selectivity and low orders of these FIR filters. Each of the following stages is described in detail later in this paper, synthesizing these steps leads to the proposed solution, that is validated by using GSM signals. The algorithms are implemented in Field Programmable Gate Array (FPGA) Altera Cyclone III famil

Étude et optimisation d'un système d'annulation d'écho pour répéteur de radiocommunication

International audienceLe phénomène d'écho en radio-fréquence (RF) se produit au sein d'un répéteur iso-fréquence (IF) lorsque l'isolation entre l'antenne d'émission et l'antenne de réception est insuffisante. L'objectif de ces travaux est de trouver un système d'identification et d'annulation d'écho, en se basant sur le traitement avancé du signal. Cette solution doit être implémenatable matériellement, sur un cir- cuit programmable type FPGA, l'objectif est de travailler en temps réel. La vitesse de convergence des algorithmes, leurs coûts en terme de ressources matérielles et leurs robustesses aux bruits font partie de l'optimisation recherchée. Cette solution doit être utilisable pour divers types de signaux comme le GSM, UMTS, TETRA, etc

PROCEDE DE PRE-DISTORSION NUMERIQUE D’UN SIGNAL ET REPETEUR DE TELECOMMUNICATION INTEGRANT UN FILTRE A REPONSE IMPULSIONNELLE FINIE POUR METTRE EN OEUVRE UN TEL PROCEDE

L'invention concerne un procédé de pré-distorsion numérique d'un signal de télécommunication traité dans un circuit électronique 100 intégrant un filtre à réponse impulsionnelle finie 321. Ce procédé consiste successivement: - à identifier, à la sortie du circuit 100, les paramètres de distorsions de phase et/ou d'amplitude du signal en fonction de la fréquence, - à partir des susdits paramètres de distorsions relevés, à générer, par un algorithme basé sur une interpolation, des coefficients permettant d'effectuer dans ledit filtre 321, des prédistorsions du signal numérique destinées à engendrer une précorrection des susdites distorsions, - à transférer lesdits coefficients de pré-distorsions dans le susdit filtre à réponse impulsionnelle finie 321 de manière à ce que ce dernier puisse assurer dans le susdit module numérique 300, une pré-distorsion en amplitude-fréquence et/ou une pré-distorsion en phase-fréquence du signal numérique, - à renouveler les trois étapes précédentes jusqu'au contrôle, à la sortie du circuit électronique 100, de l'absence suffisante de distorsions de phase et/ou d'amplitude, - et à enregistrer définitivement dans le susdit filtre à réponse impulsionnelle finie 321, lesdits coefficients de prédistorsions. L'invention concerne également un répéteur mettant en œuvre un tel procédé

Characterization of Radio Frequency Echo using frequency sweeping and power analysis

International audienceCoupling between repeater's antennas, called Radio Frequency Echo (RFE) deteriorates signal quality and compromises system stability. If the channel insulation is insufficient, the power in the closed-loop raises with time according to the gain margin value. Multiple methods of echo cancellation exists. Generally, these techniques are based on correlation calculation and adaptive filtering. However, their efficiency and algorithm's convergence speed are calling into question under signal's modulation and real-time constraints, specially with narrow band signals having frequency hopping as GSM or TETRA. This paper describes a real time method of RFE detection and estimation independently of the nature of the incoming signal. It is based on frequency sweeping and analysis of power ripples, and it can be implemented on FPGA for real-time purpose. It gives an accurate estimation of corresponding gain margin and loop delay. Index Terms—Radio frequency echo, gain margin, narrow band, frequency hopping

Power calculation of multi-band signals: design and implementation on FPGA

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