Description détaillée d’une Software-Defined- Radio (SDR)

L’intérêt des systèmes radio logicielle et radio cognitive a été discuté dans le chapitre précédent. Le principal avantage de ces nouveaux systèmes de transmissions est de pouvoir communiquer en utilisant plusieurs standards avec une seule architecture universelle sur un même terminal mobile. Par conséquent, il est très important pour ces systèmes, de posséder de nouvelles architectures agiles, flexibles et versatiles. Celles-ci doivent donc comporter des couches physiques génériques, capables de générer/recevoir toutes les formes d’ondes, et également faire le traitement en bande de base (modulation, démodulation, filtrage, codage et décodage de canal…) de plusieurs normes et standards. Dans ce chapitre, nous détaillerons les différents éléments constitutifs d’une radio logicielle restreinte, en commençant par l’antenne jusqu’à, la partie bande de base. Dans la seconde partie de ce chapitre, les plateformes de la radio reconfigurable disponible seront discutées. Ensuite, nous décrivons l’approche de paramétrisation qui se situe parmi les techniques de reconfiguration actuelles les plus prometteuses, avec différents niveaux envisagés: fonctions communes et opérateurs communs.

Le frontal RF (radio fréquence) d’une SDR

Dans une architecture d’émission SDR typique, la partie numérique (DSP par exemple) produit une représentation numérique du signal à transmettre, puis le convertisseur CNA génère une représentation analogique de ce signal à la fréquence FI. Ce signal est ensuite transposé à la fréquence RF, subit une amplification jusqu’à un niveau de puissance approprié et transmis par l’antenne. De même, dans une architecture de réception SDR typique, le frontal RF amplifie puis convertit le signal récupéré par l’antenne à la fréquence porteuse (RF) en une fréquence intermédiaire (FI) de sorte que le signal puisse être numérisé facilement par un CAN, et ensuite traité par la partie numérique (un processeur de traitement numérique du signal ou un FPGA par exemple). La première composante matérielle d’une radio logicielle restreinte (SDR) est l’antenne, qui est un composant électronique permettant de rayonner et/ou de capter les ondes électromagnétiques. Comme décrit dans le chapitre I, nous avons plusieurs standards et normes, qui travaillent dans une gamme fréquentielle différente les uns par rapport aux autres. Par conséquent, les antennes dans les systèmes de transmission SDR, travaillent autrement que les antennes utilisées dans les systèmes de transmission classique. En effet, il faut disposer des antennes large bande et/ou agiles en fréquence, agiles en diagramme de rayonnement et en polarisation. Donc une antenne est dite agile (reconfigurable ou aussi paramétrable) si elle est capable de modifier dynamiquement sa caractéristique de fonctionnement (en terme de fréquence, et/ou de polarisation et/ou de diagramme de rayonnement) après sa fabrication. Cette modification de la fonctionnalité se fait selon les besoins dictés par l’environnement de l’antenne et les besoins de l’application. Le progrès remarquable de la microélectronique a proposé de nouvelles approches plus efficaces pour obtenir des antennes agiles (reconfigurables). Nous pouvons citer les diodes PIN (Positive Intrinsic Negative), les diodes Varicap, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), et les commutateurs optiques.

Antennes agiles en fréquence

L’augmentation importante et sans cesse du nombre des standards et normes de télécommunications, tels que le GSM, GPS, UMTS, LTE, BlueTooth, WiFi, WLAN, WiMAX, ainsi le besoin de faire la cohabitation entre eux sur une même antenne acquiert un intérêt croissant. C’est pour cette raison, l’agilité en fréquence de l’antenne devienne une fonctionnalité très importante et indispensable. En plus de cela, le spectre fréquentiel est mal utilisé, là où il ya un gaspillage sur quelques bandes fréquentielles qui ne sont pas utilisées, alors que d’autres le sont de façon intense. Pour une utilisation très efficace de la bande fréquentielle, nous avons les nouveaux systèmes extrêmement flexibles et intelligents tel que la radio cognitive (section 5.3 du chapitre I). L’implémentation de laradio cognitive impose l’utilisation d’un composant capable de travailler dans une bande fréquentielle très large (une antenne large bande pour la détection et une antenne reconfigurable pour la communication). Parmi les approches proposées pour réaliser ces types d’antennes, nous citons les réseaux d’antennes patch configurables à base de résonateurs électromécaniques. Dans cette approche chaque élément résonne à une fréquence différente (figure II.1), et l’activation ou la désactivation des éléments résonants est assurée par les commutateurs microélectro- mécaniques (MEMS). Grâce à cette technique, il est possible de reconfigurer l’antenne pour s’adapter à différentes bandes spectrales.