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Présentation SDR download Power Point SDR RADIO

SDR  (software digital radio)

Une radio logicielle est un émetteur récepteur dont les fonctions sont principalement réalisées par logiciel la partie matériel se réduisant de plus en plus. La puissance des ordinateurs d'aujourd'hui permettent de faires des traitements de données sophistiquées ainsi que possibilité de faire des traitements numérique a l'aide de FPGA.

Les Particularités que peu offrir les radio SDR sont nombreuses et permettent d'avoir des fonctions complémentaires ainsi qu'un meilleur confort  pour les modulations traditionnelles

Avant de parler de SDR il est nécessaire de définir quelques notions sur la numérisation et échantillonnage

Nous cherchons à améliorer sans cesse la façon de traiter les signaux.
La première méthode a consisté à traiter le signal de façon analogique puis une nouvelle méthode à consisté a décomposer le signal analogique en données numériques.

Pour passer d'un signal analogique en un signal numérique il faut échantillonner le signal analogique

ECHANTILLONNAGE

L'échantillonnage consiste à transformer un signal analogique continu en signal numérique en capturant des valeurs à intervalle de temps régulier (ici temps est à prendre au sens large et s'applique à tout signal). C'est une étape nécessaire pour pouvoir enregistrer , analyser et traiter un signal par calculateur, car celui-ci ne peut traiter que des nombres. Il faut distinguer l'échantillonnage de la quantification, mais ce sont toutes deux des étapes nécessaires à la numérisation d'un signal.

Un signal analogique est par définition d'une précision infinie, à la fois en temps et en valeur. Or l'échantillonnage, pour permettre une définition exacte en temps du signal afin de le stocker numériquement, va réduire ce signal à une suite de points discrets. Cela comporte deux conséquences distinctes : seules les informations présentes sur les points de capture sont enregistrées ; tout le reste est perdu.

Intuitivement, on peut se rendre compte que, si la fréquence d'échantillonnage est très faible, les acquisitions seront très espacées et, de ce fait si le signal original comporte des détails entre deux positions de capture, ils ne seront pas enregistrés. C'est pour cela que la fréquence d'échantillonnage doit être bien choisie, suffisamment grande pour restituer correctement l'ensemble des informations transportées par le signal analogique, au moins les informations utiles, sans être excessive, ce qui gaspillerait de l'espace de stockage. Le théorème de Shannon affirme que toutes les fréquences du signal inférieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage seraient correctement restituées. En pratique on constate que les fréquences harmoniques de la fréquence d'échantillonnage sont privilégiées et qu'il y a de nombreuses pertes. 

Schéma d'échantillonnage

Tous les points représentent les valeurs échantillonnées sur le premier graphique il y a beaucoup de points dans le deuxième cas il y n'y a que quelques points.

Afin de retrouver correctement le signal échantillonné il faut au moins deux points de mesure pour une période de signal

Ex si la fréquence que l'on échantillonner est de 10 MHz la fréquence d'échantillonnage doit être au moins de 20 Mhe (théorie de SHANON)

Il est possible d'avoir une fréquence d'échantillonnage inférieure à la fréquence a analyser , il y a dans ce cas une perte d'information mais le signal est encore exploitable sous certaine condition ( dégradation de bruit de phase et dynamique de signal)

Represensation fréquencielle

Afin de mieux comprendre ce qui se passe lorsque que l'on échantillonne un signal c'est montrer la représention fréquencielle d'un signal analogique et d'un signal échantillonné.

Lorsque que l'on échantillonne un signal cela équivaux a faire un mélabe entre le signal d'entrée et et la fréquence d'échantillonnage  qui est un signal rectangulaire donc génère le signal fondamental et toutes les harmoniques.

En considérant un signal d'échantillonnage parfait cela veut dire tous les spectres de fréquences seront replié autour de la bande de base "Nyquist". Comme l'on souhaite ne pas avoir de repliement de spectre, il faut impérativement avoir un filtrage avant l'échantillonneur.

Il y a plusieurs bandes utilisables

  1. Les bandes en dessous de Fe seront des fréquences échantillonnées sans perte d'informations
  2. Les bandes au dessus de Fe seront des fréquences sous échantillonnées avec perte d'informations

La fréquence de coupure doit être inférieur a Fe/2 'Fn "Fréquence de Nyquist" en pratique l'on prendra une fréquence de coupure des filtres a Fe/3 Voir le théoreme Nyquist-shannon

La fréquence à laquelle les valeurs sont capturées est la fréquence d'échantillonnage, appelée aussi cadence d'échantillonnage, ou taux d'échantillonnage, exprimée en H

CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE

Le convertisseur analogique numerique converti les données analogiques en valeur numériques sur plusieurs bit. Les parametres principaux sont la fréquence maximum d'échantillonnage et le nombre de bit. Plus le nombre de bit est élevé et plus la dynamique sera  importante. pour plus d'info CAN.

La qualité d'un convertisseur est basé sur les caratéristiques

Les caractéristiques SFDR et EONB  a regarde de pres afin d'avoir une réception optimum sensibilité et tenu au signaux fort

Pour le détails des différents type de composant Voir le document CANType

Ditherisation et senibilité

Pour Supprimmer les réponses parasites et améliorer la sensibilié  d'un convertisseur analogique numérique l'on rajoute du bruit dans la bande. Soit le niveau de bruit a l'entrée est trôp faible dans ce cas ajout de bruit mais dans une portion de bande non utilisé, ou le bruit venant de la partie analogique est suffisant ce sera le cas pour la réception amateur dans la plus part des cas.

L'ajout permet d'é natureltaler l'énergie d'une réponse parasite de ce fait elle sera en dessous du bruit naturel de la chaine de réception.

Exemple si l'on prend un convertisseur de 8 bit le SNR sera de 48 dB le niveau max d'un CAN est de 7 dBm. Cela ne nous permetra pas pas de recevoir un signal en dessous de -41 dBm si il n'y a pas de bruit. avec le phénomène de dithérisation si l'on a une bande de bruit de 1MHz  la dynamique sera amélioré de 60 dB mais cela reste insuffisant pour une bonne réception. saf si on augmente le gain analogique, mais dans ce cas la dynamique de réception sera plus faible sera plus faible

Ci apres un tableau donnant la bande de bruit nécessaire (orde de grandeur) ne tient pas compte du bruit reçu par l'antenne  sur la base d'un gain de 30 dB avant le convertisseur ( gain analogique) soit un seuil de -144dBm/Hz.

Pourquoi 30 dB le facteur de bruit d'un CAN varie suivant le model 30 a 45 db , pour avoir un seuil de sensibilité  correct il faut compenser ce facteur de bruit.

Il faudra toujours rechercher le compromis entre la dynamique et la sensibilité Avoir une tres bonne sensibilité ne set a rien. c'est pour cette raison que l'on adaptera le gain en fonction de la bande

Nombre de bit Bande de buit  
8 100 Mhz  
12 10 MHz  
16 1 Mhz  
24 100 kHz  

Tableau ci apres donnant le niveau de bruit ramenée par l'antenne en fonction de la fréquence

Band (m) 160 80 40 30 20 17 10 12 6
Fb max(dB) 30 25 20  15 10 5

CONVERTISSEUR NUMERIQUE ANALOGIQUE

Le convertisseur Numérique analogique converti les données numérique en tension analogique au rythme de la fréquence de conversion. Pour plus d'info CNA

ARCHITECTURE SDR

Il existe plusieurs type de SDR qui correspondent aux évolutions technologiques.

  1. Type 1 on utilise un DSP pour le filtrage BF c'est le cas de beaucoup de récepteur modene dit analogique mais ce n'est pas  un vrai SDR

  2. Type 2 on utile un DSP a partir de la FI c'est déja une première approche vers le SDR quelques transceiver commence a avoir ce type d'architecture

  3. Type 3 On utilise un échantillonneur bloqueur au niveau RF puis traitement numerique DSP FPGA ou PC avec logiciel c'est vraiment un SDR  bande échantillonnées limité 100 kHz

  4. Type 4 on utilise un CAN suivi d'un FPGA  puis un logiciel sur PC  c'est la version la plus moderne les performances sont identiques au type 3 mais la possibilité d"avoir des multi-récepteurs jusqu'a 10. bande échantillonnée plusieurs dizaine de Mégahertz

 

SDR1

Le type 1 n'est pas vraiment un SDR l'on  a introduit du numérique a partir de la démodulation avec un convertisseur analogique numérique suivi d'un DSP.

Le role du DSP est d'avoir

SDR 2

Le type 2 est un début au SDR l'on nulmérise le signal a partir de la fréquence intermédiaire et suivi d'un DSP , FPGA, ORDINATEUR

Toutes les fonctions du type 1 assuré avec les évolutions suivantes

SDR  3

Le type 3 est un vrai SDR  par un échantillonnage en FI apres avoir utilisé une fonction numérique appellé échantillonneur bloqueur c'est une fonction numérique réalisé à partir de composant traditionnel;

Le principe d'utiliser un interrupieur qui fonctionneras au rythme de l'horloge local et en sortie de mémoriser a l'aide d'un réseau Résistance condensateur l'enveloppe du signal

On choisi une fréquence   d'échantillonnage  décalé de 5 à 20 kHz par rapport a la féquence a recevoir pour 2 raisons

SDR  4

Le type 4 est  chaîne preque complètement numérique le convertisseur analogique numérique  est au plus  près de l'antenne  seul reste des amplificateurs en reception pour compenser le facteur de bruit du convertisseur