Optimisation de chaînes de traitement de signaux numériques radiofréquences et application à une cascade de filtres - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Optimization of radiofrequency digital signal processing chains and application to a cascade of filters

Optimisation de chaînes de traitement de signaux numériques radiofréquences et application à une cascade de filtres

Résumé

The thesis tackles along two axis the challenge of optimizing digital implementations of radiofrequency filters and signal processing chains for stable oscillator noise characterization: on one hand, from the digital signal processing perspective, the resolution and resources occupied by efficient algorithms to analyze signals from ultra stable oscillators (phase, frequency) are characterized. We are not interested here in the implementation of these algorithms but analyze the different characteristics such as input, output, resource, latency... Then, on the other hand, having identified these characteristics, they are exploited in the context of an optimal scheduling search to obtain the best performances (in terms of resolution and bandwidth) of a given hardware platform designed to collect data from ultra stable oscilators. The question of the limitation induced by the numerical resolution of the processing steps is approached with regard to the intrinsic noise of the components (analog-to-digital converters, clocks, voltage reference noise, jitter on sampling). This question has already been dealt with as part of another thesis defended at the Time-Frequency department. Thus, the thesis work considered here is clearly focused on the IT aspects of radiofrequency signal processing but by addressing classical problem solving and scheduling problems in the specific context of time-frequency metrology (correlations, Fouriertransform at various scales aiming at more than 6-orders of magnitude between the highest and the slowest frequency range - 10 MHz to less than 1 Hz from the carrier - anti-aliasing filters, phase extraction from sampled signals, digital local oscillator). To put into context the complexity of the task, let us recall that a noise level of -160 dBrad²/Hz results relevant to 16 decimal places in the calculation result.
La thèse s'articule autour de deux axes : d'une part la caractérisation, d'un point de vue du traitement numérique du signal, de la résolution et des ressources occupées par les algorithmes pertinents pour l'analyse de signaux issus d'oscillateurs stables (phase, fréquence). Nous ne nous intéressons pas ici à l'implémentation proprement dite de ces algorithmes mais dans une description de leurs entrées, sorties, ressources, latences et acceptances. Ayant identifié ces caractéristiques, elles sont exploitées dans un contexte de recherche d'ordonnancement optimal pour atteindre les meilleures performances possibles (en terme de résolution et de bande passante) du traitement de signaux issus d'oscillateurs sur une plate-forme matérielle donnée. La question de la limitation de la résolution numérique de traitement est abordée en regard du bruit intrinsèque des composants (convertisseurs analogique-numériques, horloges, bruits des références de tension, jitter sur l'échantillonnage), problème qui est actuellement considéré dans une thèse engagée sur l'analyse des composants numériques dans le contexte du temps-fréquence. Ainsi, le travail de thèse considéré ici est clairement orienté sur les aspects informatiques du traitement de signaux radiofréquences, mais en abordant des problématiques classiques de résolution de calculs et d'ordonnancement dans le contexte spécifique de la métrologie du temps-fréquence(corrélations, transformée de Fourier aux diverses échelles visant plus de 6-ordres de grandeur entre la gamme de fréquence la plus élevée et la plus lente – 10 MHz à moins de 1 Hz de la porteuse – filtres anti-repliement, extraction de phase à partir des signaux échantillonnés, oscillateur local numérique). Pour mettre en contexte la complexité de la tâche, rappelons qu'un niveau de bruit de -160 dBrad²/Hz se traduit par 16 décimales pertinentes dans le résultat du calcul.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-02991816 , version 1

Citer

Arthur Hugeat. Optimisation de chaînes de traitement de signaux numériques radiofréquences et application à une cascade de filtres. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université Bourgogne Franche-Comté, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UBFCD049⟩. ⟨tel-02991816⟩
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