Contribution to the study of the carrier recovery problem in the cognitive radio context
Contribution à l'étude du problème de synchronisation de porteuse dans le contexte de la Radio Intelligente
Résumé
Although the extensive research works have been carried out over the last two decades to resolve the problem of carrier synchronization, it remains today an issue of paramount importance for many recent digital communication systems such as the emerging wireless technologies of Software Defined Radio (SDR) and Cognitive Radio (CR). Indeed, SDR systems are multi-functional and flexible such that they can handle a variety of standards and services while at the same time provide a low-cost powerefficient solution. As for CR technology, it is a future vision of a smart radio targeting the design of wireless devices with cognition capabilities such as learning, sensing, awareness and reasoning. This implies that the well-developed solutions of the synchronization problem should be adapted to this new generation of radio technology design to get the best performance. Several contributions to the problem of carrier phase synchronisation have been carried out in this thesis. In the first part of the work, we have performed a rigorous and complete theoretical analysis of the DD phase detector. Based on the results of this study, we have proposed an optimized carrier phase synchronizer for 16-QAM modulation and a new phase lock detector for general QAM modulations. Then, we have developed a blind-modulation carrier recovery loop suited to CR applications which is capable of handling different digital modulation schemes. The underlying idea is to use a measure named "reliability" extracted from the phase detector of the loop synchronization which provides information about the incoming signal modulation format. Finally, we have discussed a SIMO approach for phase carrier synchronization which exploits the capabilities offered by the SDR receiver architectures.
Bien que de nombreux travaux de recherche aient été menés au cours des deux dernières décennies pour résoudre le problème de la synchronisation de la porteuse, il constitue aujourd'hui une thématique de recherche d'une grande importance pour divers systèmes récents de la radiocommunication comme les technologies émergentes de la Radio Logicielle Restreinte (RLR) et de la Radio Intelligente (RI). En effet, les systèmes de la RLR sont multi-fonctionnels et flexibles, dans le sens où ils peuvent traiter une variété de standards et de services tout en offrant des solutions à faible coût. Quant à la technologie RI, c'est une vision futuriste d'une radio visant la conception de dispositifs sans fil dotés de capacités d'apprentissage, d'adaptation, et de reconfiguration. Dans ce contexte, les solutions existantes du problème de synchronisation doivent être adaptées à ces nouvelles générations de technologies radio en vu d'obtenir les meilleures performances. De nombreuses contributions au problème de la synchronisation de phase de la porteuse sont présentées dans cette thèse. Dans la première partie du travail, nous avons effectué une analyse théorique rigoureuse et complète du détecteur de phase DD. En se basant sur les résultats de cette étude, nous avons proposé une boucle de synchronisation optimisée pour la modulation 16-QAM ainsi qu'un nouveau détecteur de verrouillage de phase pour les modulations de type QAM. Par ailleurs, nous avons proposé une structure de synchronisation de phase adaptée aux applications de la RI, qui est capable de récupérer la phase de façon aveugle vis à vis du type de modulation du signal reçu. L'idée consiste à utiliser une mesure dite "fiabilité", extraite du détecteur de phase de la boucle de synchronisation et qui fournit une information sur la modulation du signal entrant. Enfin, nous avons discuté d'une vision SIMO du problème de synchronisation de phase, exploitant les possibilités offertes par une architecture de réception RLR.
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