Post on 14-Sep-2018
1 1 8 Décembre 2010 – Rennes Projet RNRT VELO
RNRT-VeLo Communication Inter Véhicules et
Localisation Relative Précise
Présentation ANR-VERSO
8 Décembre 2010
2 2 Projet RNRT VELO
Plan de la présentation
• Présentation du Projet
• Sous Projet 1
• Sous Projet 2
• Sous Projet 3
• Sous Projet 4
• Sous Projet 5
• Sous Projet 6
• Conclusions
8 Décembre 2010 – Rennes
4 4 Projet RNRT VELO
Les Partenaires
STMicroelectronics
CEA- Leti
CNRS (Plateforme millimétrique)
Autocruise (Sont sortis du projet)
INRETS
8 Décembre 2010 – Rennes
5 5 Projet RNRT VELO
Objectifs Visés
Description de l’architecture capteur/terminal VeLo et de son environnement
Algo Localisation
Demodulation
Commandes
RF RX
Synthese
RF TX
ABB
Module
SiGe BiCMOS
Antenne, Réseau d’antennes sur silicium et/ou déporté
Balayage et Reconfiguration
Localisation Absolue
Galileo
Localisation
Données
Simulation cible
- fréquence
doppler
- déphasage
- atténuation
(SER)
-
Communicati
on (BER)
Objets communicants et initiateur Galileo
8 Décembre 2010 – Rennes
Cible A non-
équipée
Cible B
équipée
Véhicule
équipé de
VELO
(XA ,YA)
(XB ,YB)
(X0 ,Y0) Localisation
relative
précise par
radar
6 6 Projet RNRT VELO
Objectifs Visés 1. Système radar reconfigurable:
Balayage spatial
Radar longue portée/courte portée
Communication Ultra Large Bande faible débit
Temps partagé entre communication et fonction localisation
2. Faisabilité d’une tête radar Ultra Large Bande (UWB) 80GHz En technologie BiCMOS SiGe (FT 250GHz)
Avec Antenne miniaturisée associée.
Réduction des coûts par une intégration globale.
3. Développer: Les concepts de module et de sources émission/réception associées aptes à
répondre aux besoins des radars automobiles courte portée.
Les outils et systèmes de traitement du signal associés à la localisation et à la
modulation – démodulation de données.
4. Réaliser un démonstrateur et les supports de test associés
8 Décembre 2010 – Rennes
7 7 Projet RNRT VELO
Déroulement du projet Thèmes Responsable participants
SP1 Spécification de l’application INRETS IEMN, LabSTIC,
LETI
SP2 Architecture Système LETI LabSTIC,
IEMN,
INRETS, ST
SP3 Conception et intégration silicium ST IMS, LAAS,
LabSTIC,
IEMN
SP4 Traitement bande de base IEMN IEMN, INRETS
SP5 Validation et test, assemblage Module LAAS ST, LEST, IXL,
IEMN
SP6 Démonstrateur de Communication et
Localisation Inter Véhicule
INRETS Autocruise,
IEMN,
LabSTIC,
IMS, LAAS,
LETI, ST 8 Décembre 2010 – Rennes
8 8 Projet RNRT VELO
Livrables
Code de Couleur
Fait
En Cours (retard)
A Faire (retard)
8 Décembre 2010 – Rennes
Document de Spécifications Applicatives: T0 + 2 mois
Document de Spécifications Electriques: T0 + 5 mois
Rapport de mesures des blocs élémentaires: T0 + 16 mois
Rapport de mesures des constituants du démonstrateur: T0 + 26 mois
Rapport de mesures du démonstrateur final : T0 + 36 mois
9 9 Projet RNRT VELO
Sous Projet 1
Spécification de l’application
Marc Heddebaut (INRETS)
8 Décembre 2010 – Rennes
10 10 Projet RNRT VELO
SP1 (1/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
Objectifs :
• Fournir des spécifications de haut niveau quant aux fonctionnalités à remplir par le capteur VéLo de radar à courte portée ULB 79 GHz avec capacité de communication inter-véhicules. Spécifications reprises par les sous-projets 2 à 6 suivants.
Partenaires impliqués :
• INRETS, AUTOCRUISE, IEMN, LEST (Lab-STICC) (plus de contributions en pratique).
Livrables : – Un rapport de spécifications fourni.
– une veille technologique nationale (ANFR) & européenne,
– une contribution à la standardisation : initiative européenne e-Safety - WG communications.
11 11 Projet RNRT VELO
SP1 (2/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Situation initiale : Disparition de la bande 24 GHz attribuée temporairement aux
radars à courte portée (SRR) au profit d’une bande en millimétrique (le 30 juin
2013). Nécessité de préparer l’après 2013.
• Marché potentiellement important : jusque 8 SRR autour du véhicule pour
une ceinture de sécurité virtuelle tout autour des véhicules.
• 4 GHz de bande allouée - Couverture à 360° autour du véhicule – Tx/Rx
millimétrique radar connectée à l’électronique de bord, disponible qq. % temps
pour communiquer avec les véhicules à proximité - Canal de propagation sous
incidence rasante au-dessus de la chaussée complémentaire à celui des WLAN
(constructeurs automobiles). De positionnement relatif (radar) à positionnement
absolu (Galiléo).
Source ETSI
12 12
SP1 : spécifications de haut niveau (3/4)
Radar à courte portée - SRR
Bande de fréquence 77 GHz à 81 GHz
DSP moyenne PIRE @ 79 GHz < -15 dBm/MHz à -3 dBm/MHz
Puissance moyenne 18 dBm à 30 dBm
Puissance PIRE crête @ 79 GHz 46,2 dBm to 55 dBm
Puissance porteuse pure max PIRE pour la mesure du Doppler 23,5 dBm*
*Si cette puissance est insuffisante : travail entre 76 et 77 GHz : alors limite = 55 dBm
Fréquences de la porteuse pure (Doppler) Centrée sur 79 GHz, dans une bande de 500 MHz
(Pour la prise en compte stabilité, vieillissement…)
DSP hors bande allouée -30 dBm/MHz (-90 dBm/Hz)
Portée maximale utile 30 m
MODULATION
Modulation vectorielle suggérée si retenue Conforme à IEEE 802.11
Modulations UWB suggérées
Pulse modulation
FHSS
BPSK
Pulsed FM/CW
+ combinaison hybride
Atténuation au travers des pare-chocs utilisée pour définir les paramètres RF 7- 12 dB (estimation non validée trajet aller-retour de l’onde radar)
ANTENNE
Diagramme de rayonnement antenne Jusque 180 ° en horizontal - Jusque 20 ° en vertical (sans pare-choc)
6-8 capteurs pour une ceinture de sécurité virtuelle à 360° autour du véhicule
soit : Ouverture horizontale comprise entre 45° et 180°
Efficacité antenne 70% ? (75% annoncé à 63 GHz)
FILIERE TECHNOLOGIQUE VELO
Puissance Tx max réalisable 15 dBm
NF Rx réalisable 5,6 dB
13 13 Projet RNRT VELO
SP1 (4/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
Documents de référence : Décision C(2004) 2591 : Harmonisation du spectre de fréquences dans la bande des 79 GHz.
Document ETSI TR 102 263 v1.1.2 (2004-02) Radio equipment to be used in the 77 GHz to 81 GHz band.
Document ETSI TR 102 400 v1.2.1 (2006-07) Technical characteristics for communication equipment in the frequency band 63 GHz to 64 GHz.
Document ETSI TR 102 492-1 v1.1.1 (2005-06) Technical characteristics for pan European harmonized communications equipment operating in the 5 GHz frequency range and intended for critical road-safety applications.
• Avancées scientifiques : Spécifications de haut niveau communes
radar & systèmes de communication inter-véhicules en gamme
millimétrique.
• Actions lors du projet : veille ANFR, ETSI et EU (initiative eSafety),
promotion des radars à capacité de communication.
• En cours de projet : 5 août 2008 décision de la CE : Attribution d’une
bande unique de 30 MHz à 5,9 GHz par tous les Etats Membres pour la
communication inter-véhicules et véhicule infrastructure
14 14 Projet RNRT VELO
Sous Projet 2
Architecture Système
Dominique Morche (LETI)
8 Décembre 2010 – Rennes
15 15 Projet RNRT VELO
SP2 (1/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Principaux Objectifs
– Définir l’architecture du système optimale pour
atteindre les objectifs fixés par le SP1
(Communication – Localisation)
– Définir et valider les spécifications techniques des
modules
• Partenaires
– ST-IEMN-LEST-LETI(SP leader)-INRETS
– Apport de IMS-LAAS supplémentaire
16 16 Projet RNRT VELO
SP2 (2/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Approche suivie
– Etat de l’art des différents blocs
– Transcription des scénarios SP1 en scénarios de
simulation pire cas
– Etablissement du bilan de liaison
– Spécifications système
– Choix d’architecture et répartition des contraintes
– Développement d’une chaîne de simulation complète
– Validation des spécifications des blocs par des
simulations
17 17 Projet RNRT VELO
SP2 (3/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Illustration de l’approche utilisée
Matlab Simulation
Chain 30
40
50
60
70
80
90
100
-40 -45 -50 -55 -60 -65
IIP3 (dBm)
Pd
(%
)
-85-90
-95-100
-105-110
-115-120
-100
-110
-1300
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Pd (%)
1/f² (dBc/Hz@1Mhz)
floor (dBc)
80-90
70-80
60-70
50-60
40-50
30-40
20-30
10-20
0-10
Phase Noise Linearity
LNA 90º
ADC
ADC
LPF & AGC 4 bit LNA
Gain=18dB NF=6.5dB
IIP3=-20dBm
Antennas Gain=13dBi Eff=0.22%
Sidelobes=-20dB@45°
Mixer Gain=10dB NF=15dB
IIP3=-18dBm
VGA/LPF Gain=8-33dB
NF=20dB IIP3=-10dBm Rejection=-
30dB@500Mhz
ADC 6GHz
3bits+1sign
Test Case (from SP1)
Specs
18 18 Projet RNRT VELO
SP2 (4/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Résultats Obtenus – Analyse haut niveau pour le positionnement des travaux de conception
– Fourniture des spécifications au SP3
– Approche système originale de prise en compte des imperfections du Front-End RF
– Avancés scientifiques • Nouvelle architecture digitale
• Formes d’ondes particulières
• Prise en compte du diagramme de rayonnement des antennes au niveau système
• Conclusion – Le sous projet a rempli son role d’interface entre le SP1 plus proche de
l’application et les autres sous projets plus proches du développement
– Des travaux originaux ont été menés et des résultats intéressants ont été obtenus
19 19 Projet RNRT VELO
Sous Projet 3
Conception et intégration silicium
Sebastien Pruvost (ST)
8 Décembre 2010 – Rennes
20 20 Projet RNRT VELO
SP3 (1/7)
• Objectifs – Intégration des blocs nécessaires à la réalisation d’une chaine d’émission -
réception en technologie Silicium
– Prise en compte des contraintes de robustesse de l’application finale: couplage, température, variation process…
– Obtenir une solution optimisée en s’appuyant sur l’utilisation d’outil de simulation électromagnétique et de solution de conception innovante.
• Partenaires – Lab-STICC (LEST): définition, conception d’antennes intégrées sur Silicium
et évaluation de solutions alternatives (post-processing above-IC, …).
– IMS: Conception de l’amplificateur faible bruit, de l’oscillateur verrouillé par injection et de l’amplificateur de puissance.
– LAAS: Conception du mélangeur de réception (Rx down-converter).
– ST: Intégration des différents blocs
8 Décembre 2010 – Rennes
21 21 Projet RNRT VELO
SP3: Antenne Rx-Tx (2/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
= 7.2 %
Gain = - 7.4 dBi
Si BR
12Ω.cm
500
µm
s s
SiO2 εr = 4 M6
: M1
8.3µm
w
Silicium
12 Ω.cm
500
µm
10µm BCB εr = 2.65
SiO2 εr = 4 8.3µm M6
M1 :
Antenne Sur substrat Si basse résistivité – Approche SoC
=11%
Gain = - 5 dBi a) Couches
diélectriques
Silicium
12 Ω.cm
500
µm
SiO2 εr = 4
30µm BCB εr = 2.65
8.3µm
tanδ = 0.002
= 37.5 %
Gain = 2.65dBi
h ( µm)
8.3µm
Si
εr = 11.7
ρ=12 Ω.cm
500 µm
εr = 4 SiO2
Substrat additionnel
(r)
= 45 %
Gain = 2.9dBi
Dummies PAD
Ld
Plan E
Plan H
PMx
Ld
Wd G1
G2
K
PMy
Lligne
--- > Une approche SiP est requise
22 22 Projet RNRT VELO
SP3: Amplificateur faible bruit (3/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Topologie Cascode à 2 étages
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
50 60 70 80 90 100 110
Freq [GHz]
Ga
in (
S2
1)
- In
pu
t In
se
rtio
n L
os
s
(S1
1)
[dB
]
0.37 mm2 avec PADs
18.7dB gain@80GHz VDD=1.5V/Pcons=9mW
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
-26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12
Input Power [dBm]
Po
we
r G
ain
[d
Bm
]
-21dBm ICP1@80GHz
in+
Vcasc1
Vbias1
Vcasc2
Vbias2
Q1
Q2
Q3
Q4
Cpad
CL
Cm1
Vcasc1
Le
in-
CL
Cpad
Vcasc2
out-
Cpad
out+ output
Network
Cpad
output
Network
15f
300f
20K
20K
50f
10µ
10µ
1µ
1µ
20K
20K
Lb Lb
Lpck1 Lpck2
23 23 Projet RNRT VELO
SP3: Melangeur de reception (4/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Microphotographie
Schéma électrique
24 24 Projet RNRT VELO
SP3: Oscillateur verrouillé par injection (5/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Sous-
Oscillateur
@40GHz
Sous-
Oscillateur
@40GHz
Oscillateur 80GHz
Circuit de
synchronisation
Signal sinsuoidal
8GHz
8GHz
@40GHz @40GHz
@80GHz
Signal de sortie
80GHzBuffer de sortie
80GHz
gnd
vdd
Out
vcc
Vvar
Vref
gnd
ʎ/4 ʎ/4
Q1 Q2
Q5Q4Q3
1.1 mm2 avec PADs
78 GHz - 83 GHz
-108 dBc/Hz @ 10 MHz
63 mA (Vref = 0) @ 1.8 V
25 25
Meas.
Simu.Gain (dB)
Pout (dBm)
PAE (%)
Projet RNRT VELO
SP3: amplificateur de puissance (6/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Spécifications
Fréquences 77-81 GHz
Pout 15-20 dBm
Gain 15-20 dB
0.7 mm²
PA pseudo-differentiel en BiCMOS9mW (ST)
PA différentiel aux grands signaux * @79 GHz
MEAS SIMU
Gain (dB) 18.1 18.3
OCP1 (dBm) 12.5 14.5
Psat (dBm) 16.9 17.4
PAEmax (%) 6.4 6.5
PA single-ended
* Mesures avec les
baluns entrée/sortie
26 26 Projet RNRT VELO
SP3 (7/7)
• Résultats obtenus
– Tous les blocs constituants ont été réalisés, et testés.
– Tous les blocs sont conformes à la spécification, à l’exception du
mélangeur d’émission.
• Conclusions
– Les démonstrateurs qui seront faits à partir de ces blocs
constituant concerneront les PA+Antennes, le LNA+Antennes, et
le récepteur.
– La technologie BiCMOS9MW a démontré sa potentialité pour
couvrir ce type d’application millimétrique
8 Décembre 2010 – Rennes
27 27 Projet RNRT VELO
Sous Projet 4
Traitement bande de base
Christophe Loyez (IEMN)
8 Décembre 2010 – Rennes
28 28 Projet RNRT VELO
SP4 (1/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Objectifs : Identifier les algorithmes de localisation les plus
appropriés au capteur VELO et les traitements bande de base
associés.
• Partenaires : IEMN, INRETS.
• Taches, jalons et livrables : - pas de livrable SP4.
- rapport interne.
- mémoire de thèse.
29 29 Projet RNRT VELO
Avancées scientifiques SP4 (2/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Cadre de l’étude : techniques impulsionnelles Ultra Large Bande (ULB)
Technologies ULB
ULB-IR (mm) +
Porteuse F0=79GHz
ULB-FM (mm)
FSK+FMCW
Détection à
corrélation sur
IR
CAN
Traitement Haute
Résolution (AOA)
TOA/TDOA
Détection
cohérente sur F0
(79GHz)
Détection
cohérente (79GHz)
Traitement Haute
Résolution (AOA) Traitement Haute
Résolution
TOA/TDOA
CAN + fenêtrage
long
CAN + fenêtrage court
IR : Impulsion Radiofréquence
TOA : Time Of Arrival
TDOA : Time Difference Of Arrival
DOA : Direction Of Arrival
• Orientation vers les techniques TOA, TDOA et DOA.
30 30 Projet RNRT VELO
Avancées scientifiques SP4 (3/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Nécessité d’utiliser plusieurs capteurs distants
de plusieurs dizaines de centimètres (D).
D
90°
Accu
mu
lation
I² +
Q²
Rx VELO
• SNR.
• fréquence d’échantillonnage.
• Désynchronisation, jitter.
Tx/Rx
VELO 90°
Accu
mu
lation
I² +
Q²
90°
Accu
mu
lation
I² +
Q² Rx VELO
D
Cible
(Active/passive)
• Etude des paramètres système :
31 31 Projet RNRT VELO
Résultats et conclusion - SP4(4/4)
8 Décembre 2010 – Rennes
• Synthèse des simulations :
Combinaison de différentes techniques de localisation TOA/TDOA/DOA :
→ solution adaptative en fonction de la distance radiale.
Distance radiale (m) Y < 5 5 < Y < 15 15 < Y < 30
Techniques utilisées TOA/DOA TOA TOA/TDOA
32 32 Projet RNRT VELO
Sous Projet 5 Validation et test, assemblage Module
Chtristophe Viallon (LAAS)
8 Décembre 2010 – Rennes
33 33 Projet RNRT VELO
Sous Projet 5 Validation et test, assemblage Module
Christophe Viallon, Vincent Puyal
(LAAS)
8 Décembre 2010 – Rennes
34 34 Projet RNRT VELO
SP5 (1/8 )
• Objectifs SP5 – Mise en place d’une plateforme de caractérisation
aux fréquences millimétriques (jusqu’à 80 GHz)
– Caractérisation des blocs de base
– Assemblages des sous-blocs et du module radar communicant
• Partenaires SP5 : LAAS, LabSTICC, IMS, ST, IEMN.
8 Décembre 2010 – Rennes
35 35 Projet RNRT VELO
SP5: Plateformes de caractérisation (2/8)
8 Décembre 2010 – Rennes
Mesures des antennes
millimétriques sur Wafer
Diagramme de rayonnement des antennes
Caractérisation de mixer :
- Gain de conversion
- Point de compression
- Facteur de bruit
Banc de caractérisation mixer
36 36 Projet RNRT VELO
SP5: Caractérisation des blocs de base (3/8)
8 Décembre 2010 – Rennes
Antennes
Technologie/topologie Performances
W
ss
30µm
Silicium
12 Ω.cm
525 µm
BCB εr = 2.65
W
ss
30µm
Silicium
12 Ω.cm
525 µm
BCB εr = 2.65
Rendement =11%
Gain = -5 dBi @ 79GHz en simulation
-10 dBi @ 79GHz en mesure
Bande passante (-10dB) > 60%
Rendement =13%
Gain = -5 dBi @ 79GHz en simulation
Bande passante (@-10dB) > 60%
Rendement =11%
Gain = -7.7 dBi @ 79GHz en
simulation
Bande passante (@-10dB) = 21%
Rendement =37.5%
Gain = +2.65 dBi @ 79GHz en
simulation
Bande passante (@-10dB) = 2.15%
Amplificateur de puissance
37 37 Projet RNRT VELO
SP5: Caractérisation des blocs de base (4/8)
8 Décembre 2010 – Rennes
IIP1dB=-29 dBm @ fOL = 69 GHz
LNA
Mixer Rx
38 38 Projet RNRT VELO
SP5: Caractérisation des blocs de base (5/8)
8 Décembre 2010 – Rennes
VCO
Sous-
Oscillateur
@40GHz
Sous-
Oscillateur
@40GHz
Oscillateur 80GHz
Circuit de
synchronisation
Signal sinsuoidal
8GHz
8GHz
@40GHz @40GHz
@80GHz
Signal de sortie
80GHzBuffer de sortie
80GHz
Tension 1.8 V
Courant 97 mA (Vref = 1.8 V), 63 mA (Vref = 0)
Dimension 1.1 mm²
Plage de synchronisation 78 GHz-83 GHz
Puissance du signal injecté 5 dBm
Bruit de phase du VCO synchronisé -108 dBc/Hz @ 10 MHz
Puissance du signal de sortie -14 dBm
39 39 Projet RNRT VELO
SP5: Assemblages LNA-Antenne
et PA-Antenne (6/8)
8 Décembre 2010 – Rennes
LNA
Intégré 50 ZLNA50
LNA
Antenne
Co-Intégration LNA-Antenne Co-Intégration PA-Antenne
En cours de mesure
Antenne différentielle
Z = 50 Ohms
Gain = -10dBi
PA= 17.5dB
Taille antenne : 0.65mm²
Taille totale PA = 0.9mm²
Taille totale (PA+Antenne) :~1.66 mm²
40 40 Projet RNRT VELO
SP5: Assemblages pour le module radar (7/8)
8 Décembre 2010 – Rennes
Carte PCB
Exemple: Récepteur complet
avec et sans antenne :
LNA+Mixer+VCO
41 41 Projet RNRT VELO
SP5 (8/8 )
• Résultats obtenus – Bancs de mesure spécifiques à 80 GHz
– Les mesures des assemblages sont en cours au LabSTICC et au LAAS.
• Conclusion – Les premiers résultats montrent que la solution d’une
intégration complète du radar est possible en utilisant un boitier adapté et une technologie silicium dédiée.
8 Décembre 2010 – Rennes
42 42 Projet RNRT VELO
Sous Projet 6 Démonstrateur de Communication et
Localisation Inter Véhicule
Marc Heddebaut (INRETS)
8 Décembre 2010 – Rennes
43 43 Projet RNRT VELO
SP6: Evaluation (1/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Objectifs :
• Mesurer les performances de la couche physique
réalisée par la tête millimétrique VELO : mesure
des performances des fonctions radar,
positionnement de cible et communication.
• Partenaires impliqués :
• INRETS, IEMN, LABSTICC, IMS
• Livrables :
– Un rapport de synthèse des travaux.
44 44 Projet RNRT VELO
SP6: Canal de propagation routier : puissance
reçue en fonction de la distance à 60 GHz (2/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
Distance Tx-Rx (m)
Pui
ssan
ce r
eçue
(dB
m)
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0 20 40 60 80 100
Transmitter to Receiver distance (m)
Receiv
ed
po
wer
(d
Bm
)
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0 20 40 60 80 100
Transmitter to Receiver distance (m)
Receiv
ed
po
wer
(d
Bm
)
Hauteur antenne Tx = 15 cm
Hauteur antenne Rx = 26 cm
PTX = 10 dBm
Antennes : cornets
Polarisation verticale
Modèle
Mesure Rx sur lorry motorisé à très basse vitesse
45 45 Projet RNRT VELO
SP6: Capacité de transmission
à 60 GHz (3/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Récepteur RF
antennes
patch
LNA détecteur
SHA
filtre
adapté
corrélateur
OCT
28 GHz
MPA
X 2
générateur
d’impulsions Données
binaires à
l’entrée
Données
binaires
de sortie
SYNC
Emetteur RF
Signal RF modulé 2ns/div
Diagramme de l’œil du signal avant décision
TEB mesuré par analyseur logique Agilent 16903A.
A 10 m de distance, en environnement complexe indoor, pour un débit de
100 Mbits/s, le TEB mesuré est inférieur à 10-6 .
46 46 Projet RNRT VELO
SP6: Localisation relative précise (4/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
L’équipement de mesure précédente est réutilisé dans un
environnement de mesure de salle 40 m2 (7 m x 5.5 m)
Impulsions de largeur 2 ns à 60 GHz, 500 ps à 79 GHz
Méthode TDOA : erreur de localisation en fonction de la baseline
Erreur (m)
(%)
7000 mesures : répartition des erreurs de localisation obtenues
Distance radiale (m)
Erreur (m)
47 47 Projet RNRT VELO
SP6: Solutions retenues pour
l’antenne radar (5/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Solution Réseau Solution système focalisant
Gain : 12.7 dBi
Champ de vision : +/30°
Taille : 29.75 mm²
Application : Radar à courte portée : 77 - 81 GHz
Gain : 15 dBi
Champ de vision : +/-8°
Taille : 9 mm² (antennes sur silicium)
Application : Radar à longue portée : 76 - 77 GHz
48 48 Projet RNRT VELO
SP6: Solutions retenues pour le PA (6/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
Layout de l’architecture d'émission à formation de faisceau 2 PA / 2 antennes, un coupleur 90°
Les résultats du co-design PA/Antenne pour les architectures à formation de
faisceau en technologie silicium @ 79GHz sont :
2 PA / 2 antennes: Pout = 19 dBm, GA= -7dBi, n = 2, PIRE = 16 dBm
4 PA / 4 antennes: Pout = 19 dBm, GA= -7dBi, n = 4, PIRE = 20 dBm
4 PA / 4 antennes à lentille: Pout = 19 dBm, GA= 3 dBi, n = 4, PIRE = 34 dBm
49 49 Projet RNRT VELO
SP6: Conclusions (6/7)
8 Décembre 2010 – Rennes
A partir de mi-2013, la bande à 79 GHz (77 – 81 GHz) est identifiée comme bande permanente pour les
systèmes SRR à bande ultra large à 79 GHz (SRR 79 GHz) – Décision CE 2004/545. Une nouvelle
génération d’équipements doit de ce fait apparaitre sur le marché fonctionnant à cette nouvelle bande de
fréquences millimétriques, ou peu de composants s’avéraient disponibles en 2007, date de début de projet
ANR-Télécoms VéLo.
Une capacité de communication (100 Mbps) au-delà des exigences de l’application (<10 Mbps) en
utilisant une technique ULB transposée, y compris dans un canal de propagation à trajets multiples.
Une précision de localisation élevée, décimétrique obtenue dans les conditions d’un système
millimétrique à impulsions brèves (technique TDOA).
Pour l’antenne, à 79 GHz, les performances sont améliorées avec une solution de type SIP. Une
antenne avec un gain de 2.9 dBi constitue l’élément de base sélectionné pour le réseau. Un réseau
d’antennes de taille de 29 mm², présentant un gain de 12.7 dBi environ est généré et fournit le gain
nécessaire.
Pour les systèmes à focalisation (radar à longue portée), des antennes sources implémentées dans une
approche SOC ont été étudiées. Elles sont associées à une lentille afin d’augmenter la directivité du
système. Les résultats présentent un gain supérieur à 25 dBi obtenue par simulation.
Nous avons obtenu :
La co-intégration PA/antenne montre qu’une configuration 2 PA / 2 antennes permet d’obtenir une PIRE
de 16 dBm compatible avec l’application. Une association de 4 PA / 4 antennes à lentille permettrait
d’obtenir la PIRE de 34 dBm, valeur maximale atteinte dans ce projet VéLo.
51 51 Projet RNRT VELO
Avancées Scientifiques
La Technologie BiCMOS9MW de ST permet d’envisager l’intégration d’un système Radar bas coût en silicium.
Un système de transmission impulsionnel dans la bande 77-81GHz permet à la fois de faire de la localisation relative et de la transmission de données. (La localisation absolue étant faite par GPS)
Productions scientifiques: 19 publications scientifiques
2 brevets
4 thèses liées au programmes soutenues.
Influence sur la standardisation: proposition d’utiliser la bande 77-81GHz pour aussi transmettre des données
8 Décembre 2010 – Rennes
53 53 Projet RNRT VELO
Publications et Conférences (1)
• Journée GDR Ondes GT4 - Telecom Paris – 24 septembre 2007 – « Optimisation d’antennes intégrées millimétriques sur silicium par couplage d’outils et de méthodes
d’analyse électromagnétiques »
• Présentations invitées – «Problématique de la co-intégration des antennes et des actifs», Journée GDR SoC/SiP, "Contraintes de
l'intégration des systèmes AMS/RF" - mars 2007 – Paris
– «Sistemas integrados en Tecnologías de silicio», Universidad Javeriana, Bogota, Columbia, Septembre 2007
• Grand Colloque STIC 2007 PARIS (Cité des Sciences de la Villette) 5-6-7 novembre 07 : POSTER
• Présentation EuMW2008 – Amsterdam – Oct 2008 – “Hybrid Integrated Antenna for Automotive Short Range Radar Applications at 79GHz”
• Papier soumis EuCAP 2009 – Berlin – Mars 2009 – “ 79GHz Integrated Antenna on Low Resistivity Si BiCMOS exploiting above-IC processing ”
• Papier soumis IEEE Vehicular Technology Conference – Barcelona- Spring-2009 – “Millimeter Wave Ultra Wide Band Short Range Radar Localization Accuracy”
• Papier soumis le 25/01/08 pour la revue Transportation Research Part C Ed. Elsevier pour publication dans le Special Issue on Vehicular Wireless Communication Networks for Transportation:
– “Communicating Radars for Enhanced Car-to-Car Communication”
8 Décembre 2010 – Rennes
54 54 Projet RNRT VELO
Publications et Conférences (2)
• M. Bocquet, N. Obeid, C. Loyez, F. Boukour, N. Rolland, M. Heddebaut, "Comparison between
60-GHz UWB Frequency modulation and UWB Impulse-Radio Location Systems", 38th European
Microwave Conference Eurad 2008, Amsterdam, 27-31 October 2008
• N. Obeid, M. Heddebaut, F. Elbahhar, C. Loyez, N. Rolland, ”Millimeter Wave Ultra Wide Band
Short Range Radar Localization Accuracy, 2009 IEEE 69th Vehicular Technology Conference,
Barcelona, 27-29 Apr. 2009.
• N. Obeid, M. Bocquet, C. Loyez, F. Elbahhar, M. Heddebaut, N. Rolland, « Développement d’un
système Radar communicant inter-véhicules en technologie Ultra Large Bande », Journée
Nationales Microondes 2009 (Session 4D : ULB), Grenoble, 27-29 mai 2009.
• M. Heddebaut, F. Elbahhar, Ch. Loyez, N. Obeid, N. Rolland, A. Rivenq, J.M.Rouvaen,
“Millimeter-Wave Communicating-Radars for Enhanced Car-to-Car Communication”,
Transportation Research Part C, emerging technologies (Elsevier), Vol. 18C, Issue 3, pp. 440-
456, June 2010.
8 Décembre 2010 – Rennes
55 55 Projet RNRT VELO
Publications et Conférences (3)
• “79GHz Push-Push Oscillators in 0.13µm SiGe BiCMOS Technology”, C. Ameziane, T. Taris, R.
Plana, F. Badets, Y. Deval, JB Begueret, IEEE International Conference on Electronics, Circuits,
and Systems 2008, Malte
• “A 64GHz Push-Push Oscillator in 0.13μm BiCMOS Technology”, Ameziane Chama, Didier Belot,
Robert Plana, Thierry Taris, Yann Deval, Jean-Baptiste Bégueret, European Microwave Week
2009, Rome
• “Oscillateur push push à 79GHz réalisé en technologie 0.13um pour des applications radars
anticollision”, Ameziane Chama, Didier Belot, Robert Plana, Thierry Taris, Yann Deval, Jean-
Baptiste Bégueret, JNM2009, Grenoble
• “An 80GHz range Synchronized Push-push Oscillator For Automotive Radar Application”, Chama
Ameziane, Thierry Taris, Yann Deval, Didier Belot, Robert Planaand Jean-Baptiste Bégueret,
IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Conference 2010, Anaheim, USA
8 Décembre 2010 – Rennes
56 56 Projet RNRT VELO
Publications et Conférences (4)
• N. Demirel, E. Kerherve, R. Plana, D. Pache, “79GHz BiCMOS Single-Ended and Differential
Power Amplifiers”, 40th European Microwave Conference, EUMC '2010, Paris, France, 2010
• N. Demirel, E. Kerherve, R. Plana, D. Pache, “Design Techniques and Considerations for
mmWave SiGe Power Amplifiers”, SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and
Optoelectronics Conference, IMOC '09, pp.37 – 41, Belem, Brazil, 2009
• N. Demirel, E. Kerherve, R. Plana, D. Pache, “59-71GHz Wideband MMIC Balanced Power
Amplifier in a 0.13um SiGe Technology”, 39th European Microwave Conference, EUMC '09, pp.
1852 – 1855, Rome, Italy, 2009
• N. Demirel, E. Kerherve, R. Plana, D. Pache, “Amplificateur de Puissance à 79GHz pour
Application Radar Automobile à Courte Portée”, Journées Nationales Microondes, JNM'2009,
Grenoble, France, 2009
8 Décembre 2010 – Rennes
57 57 Projet RNRT VELO
Contribution à la standardisation • Discussion sur une proposition de changement de statut de la bande 76-
81 GHz en vue de permettre également des communications, pour un enjeu de sécurité routière, dans cette bande « radar, localisation » à la commission automobiles/fréquences de l’Agence Nationale des Fréquences (ANFR).
• Introduction des radars communicants dans les : “Recommendations of the eSafety Forum Initiative Working Group Communications on the Introduction of Vehicle-to-Vehicle and Vehicle-to-Infrastructure Communications to Increase Safety in Road Traffic in the EU”. Ce document vise à introduire un système de communication inter-véhicules et véhicules-infrastructure à bord de tous les futurs véhicules circulant en Europe. Document final du groupe de travail soumis à la Commission Européenne en septembre 2007.
8 Décembre 2010 – Rennes