Application aux Futurs Systèmes Multimédia par Satellite en Bande Ka'> 6.1 Introduction

6.1 Introduction

L'amplificateur de puissance est un des composants majeurs dans une chaîne de transmission. Dans le cas d'une communication numérique, il affecte à la fois les performances en puissance et l'efficacité spectrale de la forme d'onde. La tendance actuelle vers l'utilisation des terminaux mobiles, accentue encore le rôle de l'amplificateur, la consommation d'énergie ainsi que l'autonomie du terminal sont directement liées au rendement de ce dernier.
Les amplificateurs sont essentiellement caractérisés par leurs diagrammes AM/AM et AM/PM. Le premier décrit l'évolution de la puissance moyenne à la sortie en fonction de celle à l'entrée. Le second diagramme décrit le déphasage entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur. Les caractéristiques AM/AM ont souvent un effet dominant sur le comportement de l'amplificateur [23].
En notant $P_{in}$ la puissance du signal à la l'entrée de l'amplificateur, $P_{out}$ la puissance du signal à sa sortie et

la puissance de l'alimentation, on peut définir le rendement de l'amplificateur par:

$\displaystyle \eta_{amp}=\frac{P_{out}}{P_{in}+E_a}$

Le rendement traduit l'efficacité avec la quelle la puissance disponible est exploitée par l'amplificateur. Ce paramètre est d'un très grand intérêt quand le puissance disponible à l'émetteur est limitée comme le cas d'un émetteur bord ou le cas d'un terminal mobile. Souvent, $P_{out}$ varie d'une manière non linéaire en fonction de $P_{in}$ . En conséquence, le signal en sortie de l'amplificateur subie toujours des distorsions. Ces distorsions sont maximales quand l'amplificateur délivre une puissance maximale, on dit alors qu'il fonctionne à saturation. Malheureusement, obtenir un meilleur rendement exige un point de fonctionnement proche de la saturation et donc une forte distorsion du signal, d'ou le compromis.
L'effet le plus remarquable de l'amplification non linéaire est l'apparition des lobes secondaires dans le spectre du signal. Ceci signifie une augmentation de la puissance transmise en dehors de la bande allouée, d'où une augmentation du niveau des interférences avec les autres utilisateurs ou les autres applications qui exploitent des bandes voisines. La distorsion subie par le signal amplifié dépend aussi des propriétés du signal lui même, et particulièrement de son enveloppe. Les signaux à forte fluctuation d'enveloppe sont fortement affectés. Par exemple, dans le cas d'une communication avec un accès multiple du type CDMA mais aussi OFDM, les signaux ont une très forte dynamique et ils sont très sensibles aux non linéarités. Les signaux à enveloppe constante ont l'avantage d'être insensible aux effets non linéaires de l'amplificateur. Il devient donc possible, dans ce cas, de fonctionner à saturation ce qui conduit à un meilleur rendement de l'amplificateur. Cette propriété est une des raisons qui justifie l'adoption de la GMSK par le standard GSM pour les communications mobiles. Cependant, il est important de rappeler que pour un même débit symbole, les signaux à enveloppe constante occupent, en général, une bande spectrale plus large que celle occupée par les signaux à fluctuation d'enveloppe.
Afin de limiter le niveau des interférences causées par les non linéarités, deux solutions sont possibles. La première consiste à considérer un recul par rapport à la puissance maximale. Ce recul peut être considéré par rapport à la puissance maximale à l'entrée, il est appelé IBO (Input Back Off). Mais le plus souvent, le recul est considéré relativement à la puissance de sortie maximale on parle alors d'OBO (Output Back Off). En adoptant un recul, l'amplificateur fonctionne dans une zone ayant de meilleures propriétés de linéarité ce qui signifie que le signal subi moins de distorsion, ce qui se traduit par la diminution du niveau des lobes secondaires et donc du niveau des interférences. Toutefois, la réduction du niveau des interférences est accompagnée par une diminution de la puissance transmise d'une quantité proportionnelle au recul considéré. Le choix de la valeur du recul doit s'effectuer ainsi d'une manière optimale en optimisant le rapport puissance du signal utile sur celle du signal interférant, soit

.
La deuxième solution pour diminuer le niveau des interférences consiste à augmenter l'espacement $\Delta f$ entre les porteuses adjacentes. Contrairement à la solution précédente, la puissance du signal transmis reste constante dans ce cas. Par contre, elle nécessite une bande fréquentielle supplémentaire, d'où une dégradation de l'efficacité spectrale de la forme d'onde et donc de la capacité du système. L'espacement $\Delta f$ doit s'effectuer d'une manière judicieuse afin que le gain obtenu en bilan de liaison justifie la dégradation de l'efficacité spectrale.
Dans ce chapitre, nous allons étudier et analyser l'effet d'un amplificateur opérant en bande Ka sur les performances de la forme d'onde proposée par le standard DVB-RCS [4]. Le but étant de quantifier la dégradation en mode mono-utilisateur et en mode multi-utilisateurs. Cette étude est effectuée dans le cas de plusieurs configurations en fonction de la taille du paquet, du taux de codage et du recul de l'amplificateur. Ensuite, et en tenant compte des dégradations causées par l'amplificateur, une comparaison est conduite entre les performances de quelques schémas CPM codées et celles du standard DVB-RCS.

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