Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaO presente trabalho tem por objectivo estudar a caracterização e modelação
de arquitecturas de rádio frequência para aplicações em rádios definidos por
software e rádios cognitivos. O constante aparecimento no mercado de novos
padrões e tecnologias para comunicações sem fios têm levantado algumas
limitações à implementação de transceptores rádio de banda larga. Para além
disso, o uso de sistemas reconfiguráveis e adaptáveis baseados no conceito
de rádio definido por software e rádio cognitivo assegurará a evolução para a
próxima geração de comunicações sem fios. A ideia base desta tese passa por
resolver alguns problemas em aberto e propor avanços relevantes, tirando
para isso partido das capacidades providenciadas pelos processadores digitais
de sinal de forma a melhorar o desempenho global dos sistemas propostos.
Inicialmente, serão abordadas várias estratégias para a implementação e
projecto de transceptores rádio, concentrando-se sempre na aplicabilidade
específica a sistemas de rádio definido por software e rádio cognitivo. Serão
também discutidas soluções actuais de instrumentação capaz de caracterizar
um dispositivo que opere simultaneamente nos domínios analógico e digital,
bem como, os próximos passos nesta área de caracterização e modelação.
Além disso, iremos apresentar novos formatos de modelos comportamentais
construídos especificamente para a descrição e caracterização não-linear de
receptores de amostragem passa-banda, bem como, para sistemas nãolineares
que utilizem sinais multi-portadora.
Será apresentada uma nova arquitectura suportada na avaliação estatística
dos sinais rádio que permite aumentar a gama dinâmica do receptor em
situações de multi-portadora. Da mesma forma, será apresentada uma técnica
de maximização da largura de banda de recepção baseada na utilização do
receptor de amostragem passa-banda no formato complexo.
Finalmente, importa referir que todas as arquitecturas propostas serão
acompanhadas por uma introdução teórica e simulações, sempre que possível,
sendo após isto validadas experimentalmente por protótipos laboratoriais.This work investigates the characterization and modeling of radio frequency
front-ends for software defined radio and cognitive radio applications. The
emergence of new standards and technologies in the wireless communications
market are raising several issues to the implementation of wideband
transceiver systems. Also, reconfigurable and adaptable systems based on
software defined and cognitive radio models are paving the way for the next
generation of wireless systems. In this doctoral thesis the fundamental idea is
to address the particular open issues and propose appropriate advancements
by exploring and taking profit from new capabilities of digital signal processors
in a way to improve the overall performance of the novel schemes.
Receiver and transmitter strategies for radio communications are summarized
by concentrating on the usability for software defined radio and cognitive radio
systems. Available instrumentation and next steps for analog and digital radio
frequency hardware characterization is also discussed.
Wideband behavioral model formats are proposed for nonlinear description and
characterization of bandpass sampling receivers, as well as, for multi-carrier
nonlinear systems operation. The proposed models share a great flexibility and
have the freedom to be simply expanded to other fields.
A new design for receiver dynamic range improvement in multi-carrier
scenarios is proposed, which is supported on the useful wireless signals
statistical evaluation. Additionally, receiver-side bandwidth maximization based
on higher-order bandpass sampling approaches is evaluated.
All the proposed designs and modeling strategies are accompanied by
theoretical backgrounds and simulations whenever possible, being then
experimentally validated by laboratory prototypes