This thesis has sought to provide another look at RF interference at the fundamental level. While previous interference control and regulation methods have existed in the literature, they were more focused on preventing the interference from happening. On the contrary, we have taken a different approach of correcting the interference once it has happened. This allows the transmitters to be more nonlinear, passive filter design to be eased, and receivers to be aware of interference problems. Under this unifying theme of building intelligent radios where receivers are more cognizant of the transmission environment, we have presented a number of architectures.

Thesis (Ph. D.)--Carleton University, 2004. / Includes bibliographical references (p. 217-223). Also available in electronic format on the Internet.

Orientador : Wagner Caradori do Amaral / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T05:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campello_RicardoJoseGabrielliBarreto_D.pdf: 2631759 bytes, checksum: 149a2466bf0190a5ae28f2819f5db427 (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado

Les modèles linéaires non entiers ont prouvé leur efficacité dans la modélisation de la diffusion thermique pour de faibles variations de température. Cependant, pour de grandes variations de température, les paramètres thermiques dépendent de la température. Par conséquent, la diffusion thermique est régie par un modèle non linéaire non entier. Dans cette thèse, une classe de modèles non linéaires non entiers, basée sur les séries de Volterra non entières, est proposée. Les paramètres non linéaires, tels que les s^n-pôles et l’ordre commensurable, sont estimés au même titre que les coefficients linéaires. Ensuite, le comportement thermique d’un échantillon de fer ARMCO est modélisé pour de grandes variations de température. / Linear fractional differentiation models have proven their efficacy in modeling thermaldiffusive phenomena for small temperature variations. However, for large temperature variations,the thermal parameters are no longer constant but vary along with the temperatureitself. Consequently, the thermal system could be modeled by non linear fractional differentialmodels. Volterra series are first extended to fractional derivatives. Volterra seriesare then used for modeling a non linear thermal system, constituted of an ARMCO iron sample,for large temperature variations.

Breaking the anonymity of different wireless users with the purpose of decreasing internet crime rates is addressed in this thesis by considering radiometric identification techniques. Minute imperfections and non-idealities in the different transmitter components, especially the inherent nonlinearity in power amplifiers, result in variations in their Volterra series representations which could be utilized as a signature. For a two user scenario, signal processing algorithms based on generalized likelihood ratio test(GLRT) and the classical likelihood ratio test are introduced and the resulting receiver decision rules and performance curves are presented. These algorithms consider the high signal to noise ratio(SNR) case where we have available the input samples completely at the receiver which is a practical assumption for most cases. Volterra series are widely used in behavioral modeling of power amplifiers. To validate the existence of these variations in the Volterra series representation of power amplifiers, process variations are introduced as major sources. The plausibility of our techniques are justified by deriving and comparing the Volterra coefficients for the fast and slow process corners. Finally,an information theoretic framework is presented where the amount of mutual information of the output about the Volterra coefficients represents the amount of anonymity taken from users. Here, some results for the low SNR case are presented to prove the achievability of some information about individual systems using our hardware anonymity breaking techniques.

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Le travail présenté dans ce manuscrit a pour objet l’étude et le développement d’un banc de caractérisation généraliste appliqué à l’extraction du modèle comportemental d’amplificateur TPM-NIM (Two-Path Memory Nonlinear Integral). Ce modèle qui dispose d’une des architectures les plus abouties au laboratoire XLIM requiert une instrumentation microonde haut de gamme, très onéreuse, hors de portée de la majorité des concepteurs pour sa mise en œuvre expérimentale. L’objectif est donc de proposer des principes de mesure originaux permettant d’identifier le modèle TPM-NIM avec une instrumentation standard. Dans ces travaux, deux bancs sont présentés : tout d’abord, un banc de caractérisation développé autour d’une instrumentation de pointe disposant des meilleures propriétés pour extraire le modèle. Puis, un banc construit autour d’une instrumentation standard mais incluant des méthodes de traitement et de mesure novatrices. Ces deux bancs ont été utilisés avec plusieurs véhicules de tests et il ressort que le second permet de diminuer le bruit des mesures de phase tout en réduisant le coût total des équipements. Enfin, une dernière partie est consacrée à la comparaison du modèle TPM-NIM avec deux modèles comportementaux classiques mettant en avant sa polyvalence. / The work presented in this manuscript is devoted to the study and development of a general characterization bench applied to the extraction of the TPM-NIM (Two-Path Memory Nonlinear Integral) amplifier behavioral model. This model, has one of the most advanced architectures at the XLIM laboratory. It requires a high-end microwave instrumentation, overpriced and beyond reach for most of the designers for its experimental implementation. The aim is to propose some original measurements principles allowing the TPM-NIM model’s identification with a standard instrumentation. Two benches are presented in these works : firstly, a characterization bench, developed using a high performance instrumentation with the best properties to extract the model. Then, a bench, built with a standard instrumentation but through innovative processing and measurement methods. These two benches have been used with several test vehicles and it appears that the second one decreases the noise of phase measurements while reducing the equipment’s total cost. Finally, a last part is dedicated to the comparison of the TPM-NIM model with two classic behavioral models by emphasizing its versatility.

Os requisitos de linearidade e ruído em aplicações multi-banda e multi-protocolo fazem que o projeto de misturadores RF seja uma tarefa muito desafiadora. Nesta dissertação dois misturadores com base na topologia célula de Gilbert são propostas. Linearidade e ruído foram as principais figuras de mérito consideradas para o misturadores propostos. Para aumento linearidade, foi utilizada uma técnica de cancelamento de harmônicas pós-distorção (PDHC). E, para redução de ruído, foi utilizado um circuito de redução dinâmica de corrente combinada com um filtro LC sintonizado na frequência do LO e cancelamento de ruído térmico. A análise por séries Volterra do estágio transcondutância do misturador proposto é reportada para mostrar a eficácia da técnica de cancelamento de harmônicos com pósdistorção. O circuito de linearização adicionado não aumenta o tamanho do misturador, nem degrada ganho de conversão, figura de ruído, ou consumo de potência. Simulações elétricas foram realizadas em nível de pós-layout para a primeira topologia e nível esquemático para a segunda topologia, usando processo CMOS de 0.13 mm da IBM. As melhorias em IIP2 e IIP3 são apresentadas em comparação com o misturador do tipo célula de Gilbert convencional. Para a primeira topologia, foi obtido um ganho de conversão de 10.2 dB com uma NF de 12 dB para o misturador projetado funcionando a 2 GHz, com uma frequência intermediária de 500 kHz. E um IIP2 e IIP3 de 55 dBm e 10.9 dBm, respectivamente, consumindo apenas 5.3 mW de uma fonte de 1.2 V. Para a segunda topologia, foram obtidos um ganho de conversão de [13.8 ~11] dB, um coeficiente de reflexão na entrada (S11) de [-18 ~-9.5] dB e um NF de [8.5 ~11] dB no intervalo de 1 a 6 GHz. Para as especificações de linearidade, um valor médio de IIP3 de 0 dBm foi alcançado para toda a faixa de frequência, consumindo 19.3 mW a partir de uma fonte de 1.2 V. Especificações adequadas para operação multi-banda e multi-protocolo. / The linearity and noise requirements in multi-band multi-standard applications make the design of RF CMOS mixers a very challenging task. In this dissertation two downconversion mixers based on the Gilbert-cell topology are proposed. Linearity and noise were the principal figures of merit for the proposed mixers. For linearity improvement, post distortion harmonic cancellation (PDHC) was employed. And, for noise reduction, dynamic current injection combined with an LC filter tuned at the LO frequency and thermal-noise cancellation were used. A Volterra series analysis of the transconductance stage is reported to show the effectiveness of the post-distortion harmonic cancellation technique. The added linearization circuitry does not increase the size of the mixer, nor does it degrade conversion gain, noise figure, or power consumption. Electrical simulations were performed on extracted layout level from the first topology and schematic level from the second topology. Using an IBM 0.13 mm CMOS process improvements on IIP3 and IIP2 in comparison to the conventional Gilbert-cell mixer are demonstrated. For the first topology, we achieved a conversion gain of 10.2 dB with a NF of 12 dB for the designed mixer working at 2 GHz, with a low-IF of 500 kHz and an IIP2 and IIP3 of 55 dBm and 10.9 dBm, respectively, while consuming only 5.3 mW from a 1.2 V supply. For the second topology, we achieved a conversion gain range of [13.8 ~11] dB, an input reflection coefficient (S11) of [-18 ~-9.5] dB and a NF of [8.5 ~11] dB in the frequency range of 1 to 6 GHz. For the linearity specs, an IIP3 of 0 dBm was achieved for the whole frequency range, while consuming 19.3 mW from a 1.2 V supply, making the second topology well suited for multi-band and multi-standard operation.

Os requisitos de linearidade e ruído em aplicações multi-banda e multi-protocolo fazem que o projeto de misturadores RF seja uma tarefa muito desafiadora. Nesta dissertação dois misturadores com base na topologia célula de Gilbert são propostas. Linearidade e ruído foram as principais figuras de mérito consideradas para o misturadores propostos. Para aumento linearidade, foi utilizada uma técnica de cancelamento de harmônicas pós-distorção (PDHC). E, para redução de ruído, foi utilizado um circuito de redução dinâmica de corrente combinada com um filtro LC sintonizado na frequência do LO e cancelamento de ruído térmico. A análise por séries Volterra do estágio transcondutância do misturador proposto é reportada para mostrar a eficácia da técnica de cancelamento de harmônicos com pósdistorção. O circuito de linearização adicionado não aumenta o tamanho do misturador, nem degrada ganho de conversão, figura de ruído, ou consumo de potência. Simulações elétricas foram realizadas em nível de pós-layout para a primeira topologia e nível esquemático para a segunda topologia, usando processo CMOS de 0.13 mm da IBM. As melhorias em IIP2 e IIP3 são apresentadas em comparação com o misturador do tipo célula de Gilbert convencional. Para a primeira topologia, foi obtido um ganho de conversão de 10.2 dB com uma NF de 12 dB para o misturador projetado funcionando a 2 GHz, com uma frequência intermediária de 500 kHz. E um IIP2 e IIP3 de 55 dBm e 10.9 dBm, respectivamente, consumindo apenas 5.3 mW de uma fonte de 1.2 V. Para a segunda topologia, foram obtidos um ganho de conversão de [13.8 ~11] dB, um coeficiente de reflexão na entrada (S11) de [-18 ~-9.5] dB e um NF de [8.5 ~11] dB no intervalo de 1 a 6 GHz. Para as especificações de linearidade, um valor médio de IIP3 de 0 dBm foi alcançado para toda a faixa de frequência, consumindo 19.3 mW a partir de uma fonte de 1.2 V. Especificações adequadas para operação multi-banda e multi-protocolo. / The linearity and noise requirements in multi-band multi-standard applications make the design of RF CMOS mixers a very challenging task. In this dissertation two downconversion mixers based on the Gilbert-cell topology are proposed. Linearity and noise were the principal figures of merit for the proposed mixers. For linearity improvement, post distortion harmonic cancellation (PDHC) was employed. And, for noise reduction, dynamic current injection combined with an LC filter tuned at the LO frequency and thermal-noise cancellation were used. A Volterra series analysis of the transconductance stage is reported to show the effectiveness of the post-distortion harmonic cancellation technique. The added linearization circuitry does not increase the size of the mixer, nor does it degrade conversion gain, noise figure, or power consumption. Electrical simulations were performed on extracted layout level from the first topology and schematic level from the second topology. Using an IBM 0.13 mm CMOS process improvements on IIP3 and IIP2 in comparison to the conventional Gilbert-cell mixer are demonstrated. For the first topology, we achieved a conversion gain of 10.2 dB with a NF of 12 dB for the designed mixer working at 2 GHz, with a low-IF of 500 kHz and an IIP2 and IIP3 of 55 dBm and 10.9 dBm, respectively, while consuming only 5.3 mW from a 1.2 V supply. For the second topology, we achieved a conversion gain range of [13.8 ~11] dB, an input reflection coefficient (S11) of [-18 ~-9.5] dB and a NF of [8.5 ~11] dB in the frequency range of 1 to 6 GHz. For the linearity specs, an IIP3 of 0 dBm was achieved for the whole frequency range, while consuming 19.3 mW from a 1.2 V supply, making the second topology well suited for multi-band and multi-standard operation.

Os requisitos de linearidade e ruído em aplicações multi-banda e multi-protocolo fazem que o projeto de misturadores RF seja uma tarefa muito desafiadora. Nesta dissertação dois misturadores com base na topologia célula de Gilbert são propostas. Linearidade e ruído foram as principais figuras de mérito consideradas para o misturadores propostos. Para aumento linearidade, foi utilizada uma técnica de cancelamento de harmônicas pós-distorção (PDHC). E, para redução de ruído, foi utilizado um circuito de redução dinâmica de corrente combinada com um filtro LC sintonizado na frequência do LO e cancelamento de ruído térmico. A análise por séries Volterra do estágio transcondutância do misturador proposto é reportada para mostrar a eficácia da técnica de cancelamento de harmônicos com pósdistorção. O circuito de linearização adicionado não aumenta o tamanho do misturador, nem degrada ganho de conversão, figura de ruído, ou consumo de potência. Simulações elétricas foram realizadas em nível de pós-layout para a primeira topologia e nível esquemático para a segunda topologia, usando processo CMOS de 0.13 mm da IBM. As melhorias em IIP2 e IIP3 são apresentadas em comparação com o misturador do tipo célula de Gilbert convencional. Para a primeira topologia, foi obtido um ganho de conversão de 10.2 dB com uma NF de 12 dB para o misturador projetado funcionando a 2 GHz, com uma frequência intermediária de 500 kHz. E um IIP2 e IIP3 de 55 dBm e 10.9 dBm, respectivamente, consumindo apenas 5.3 mW de uma fonte de 1.2 V. Para a segunda topologia, foram obtidos um ganho de conversão de [13.8 ~11] dB, um coeficiente de reflexão na entrada (S11) de [-18 ~-9.5] dB e um NF de [8.5 ~11] dB no intervalo de 1 a 6 GHz. Para as especificações de linearidade, um valor médio de IIP3 de 0 dBm foi alcançado para toda a faixa de frequência, consumindo 19.3 mW a partir de uma fonte de 1.2 V. Especificações adequadas para operação multi-banda e multi-protocolo. / The linearity and noise requirements in multi-band multi-standard applications make the design of RF CMOS mixers a very challenging task. In this dissertation two downconversion mixers based on the Gilbert-cell topology are proposed. Linearity and noise were the principal figures of merit for the proposed mixers. For linearity improvement, post distortion harmonic cancellation (PDHC) was employed. And, for noise reduction, dynamic current injection combined with an LC filter tuned at the LO frequency and thermal-noise cancellation were used. A Volterra series analysis of the transconductance stage is reported to show the effectiveness of the post-distortion harmonic cancellation technique. The added linearization circuitry does not increase the size of the mixer, nor does it degrade conversion gain, noise figure, or power consumption. Electrical simulations were performed on extracted layout level from the first topology and schematic level from the second topology. Using an IBM 0.13 mm CMOS process improvements on IIP3 and IIP2 in comparison to the conventional Gilbert-cell mixer are demonstrated. For the first topology, we achieved a conversion gain of 10.2 dB with a NF of 12 dB for the designed mixer working at 2 GHz, with a low-IF of 500 kHz and an IIP2 and IIP3 of 55 dBm and 10.9 dBm, respectively, while consuming only 5.3 mW from a 1.2 V supply. For the second topology, we achieved a conversion gain range of [13.8 ~11] dB, an input reflection coefficient (S11) of [-18 ~-9.5] dB and a NF of [8.5 ~11] dB in the frequency range of 1 to 6 GHz. For the linearity specs, an IIP3 of 0 dBm was achieved for the whole frequency range, while consuming 19.3 mW from a 1.2 V supply, making the second topology well suited for multi-band and multi-standard operation.