Techniques de Modulations Numeriques PDF [PDF]

Zitiervorschau

5. TECHNIQUES DE MODULATIONS NUMERIQUES 5.1. Introduction Il existe plusieurs catégories de modulation numérique: 1. Modulation numérique d’une porteuse sinusoïdale par saut (porteuse sinusoïdale, message numérique). - modulation (Amplitude) ASK

- modulation (Fréquence) FSK

- modulation

(Phase) PSK

2. Modulation d’impulsion (porteuse en impulsion, message analogique). - modulation d’impulsion en amplitude PAM

- modulation d’impulsion en fréquence PFM

- modulation d’impulsion en phase PPM

3. Modulation avec porteuse à impulsion, digitalisée. - MIC modulation par impulsion codée PCM

- Modulation Delta DM Fig. 5.1.

1 La modulation par Code suppose que l’information est sous forme numérique. La conversion est généralement appelée codage. L’alphabet Morse est utilisé pour le code télégraphique depuis 1840. En code Morse, la longueur du caractère est inversement proportionnelle à la fréquence moyenne. Le récepteur est constitué d’une armature électromagnétique pressant sur un stylet contre une bande de papier se déplaçant au rythme des impulsions.

Fig.5.1.2

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Alphabet international de téléscripteur

Fig.5.1.3

Fig.5.1.4

Code 7-bit CCITT 5 Ce code est également appelé code ASCII (American Standard Code of Information lnterchange).ll contient 128 caractères. Dans les modulations ASK, FSK et PSK, les informations numériques sont transmises à l’aide d’une porteuse sinusoïdale à travers des canaux analogiques. La transmission des signaux s’effectue à l’aide d’un modulateur sur le module transmetteur et d’un démodulateur sur le module récepteur. L’équipement des transmissions de données sur le réseau téléphonique est connu sous le nom de MODEM. Les infrastructures existantes pour le réseau radio analogique sert également â transmettre les informations numériques à l’aide des techniques de modulation numérique.

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Le tableau suivant donne un aperçu des fréquences et de la cadence de transmission des bits pour les émissions radio.

Tableau 5.1.1 Ces techniques de modulation sont également utilisées pour les systèmes GSM (Group Special Mobile). Dans les codes utilisés aujourd’hui (par exemple le code ASCII), tous les pas ont la même durée. Ces pas sont des petites unités d’information appelées bits. Si l’on mesure le nombre de bits par seconde, on obtient le paramètre essentiel des transmissions : la cadence de modulation Vs. Vs =

1 Ts

Ts = Tbit

¹

L’unité de mesure est le Band : Bd=1s›

Si les O et les 1 alternent séquentiellement, on parle alors de séquence périodique. La fréquence est alors: Fs =

Vs 1 = 2 2Ts

La vitesse de transmission des données dépend du nombre de conditions significatives. Si le signal numérique peut adopter deux conditions différentes (avec ou sans porteuse, à phase nulle ou de 1800), le nombre de conditions significatives est de n = 2. La formule est la suivante: VD = Id n . Vs en bit/s Ou : VD = vitesse de transmission des données

Id = logarithme de base 2

n = nombre de conditions significatives

Vs = cadence de modulation

5.2. Génération de signaux d’amplitude (ASK) Dans ce type de modulation, l’amplitude de la porteuse est influencée par le signal de modulation. Ceci peut facilement se réaliser à l’aide d’interrupteurs électroniques ou mécaniques. La fig. 5.2.1 montre le principe du modulateur ASK utilisé sur le banc de modulation.

Fig. 5.2.1 64

Le passage de la porteuse est assuré lorsque l’interrupteur est fermé, c’est- dire lorsqu’il délivre un 1 binaire. La fermeture du circuit provoquant un O binaire ne permet pas le passage du signal.

Fig. 5.2.2 5.2. A. Assembler le modulateur ASK représenté fig. 5.23 et représenter les tensions spécifiées fig. 5.2.4.

Fig. 5.2.3 Conditions d’expérience : UT

f = 2KHz

û=1V

Uinf

Fig. 5.2.4

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f = 250 Hz

TTL

Questions : 1. Quel niveau TTL ferme l’interrupteur analogique et quel niveau l’ouvre? 2. Quelle cadence de modulation correspond à l’utilisation de la fréquence 250 Hz? 3. Comment peut-on créer un modulateur pour touches sonores? Dessiner le circuit. Réponses:

La modulation par saut d’amplitude est une modulation d’amplitude particulière. Il est possible d’obtenir ce type de modulation à partir d’une modulation normale. Câbler le modulateur du banc de modulation de manière à obtenir des signaux modulés d’amplitude.

Fig. 5.2.5 Question : Quel est l’effet du condensateur sur l’entrée du circuit? Réponse :

5.3. Spectre de signaux ASK Le spectre d’une modulation d’amplitude montre la porteuse et les bandes latérales. La tension continue est la cause de la présence de la porteuse dans le spectre. L’absence d’une tension continue produirait une AM avec suppression de la porteuse.

Fig. 5.3.1

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Fig. 5.3.2 Un signal carré peut être considéré comme la somme de plusieurs signaux sinusoïdaux de fréquences et d’amplitudes différentes. Exemple : Un signal carré de fréquence f = 1 KHz est composé de: F = 1 KHz u = 1 V

F = 3 KHz u = O,3 V

F = 5 KHz u = O,2 V

F = 7 KHz u = O,143 V

Comme le signal carré produit sur le banc de modulation n’est pas un signal alternatif mais constitué de O et d’une valeur positive ajustable, la présence d’une valeur continue est présente dans le spectre. Cette valeur est égale à la moitié de l’amplitude du signal modulé. (Moyenne arithmétique).

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5.3. A. Dessiner le spectre des signaux d’entrée et du signal ASK de sortie.

Fig. 5.3.3 5.3. B. Générer un signal ASK à l’aide du montage suivant et mesurer le spectre en fréquence dans les conditions d’expérience décrites ci-dessous.

Fig. 5.3.4 Conditions d’expérience UT = 2 KHz û = 1V

Uinf = 250 Hz niveau TTL

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Questions : 1. Quelle est la grandeur de la largeur de bande? 2. Quelle modification constate-on au niveau du spectre si la fréquence d’information Uinf est de 500 Hz? Réponse :

Largeur de bande limitée Un signal carré peut être considéré comme une séquence de bit équivalente à : 01010101... D’autres combinaisons donnent des spectres différents. Ces répartitions de fréquences sont symétriques par rapport à ta fréquence de la porteuse de la modulation ASK.

Fig. 5.3.6 Toutes autres combinaisons différentes d’un signal carré classique comprenant le plus d’alternation 0/1 possible, possèdent des harmoniques de plus en plus proches. La largeur de bande requise pour un signal carré est supérieure à n’importe quelle autre séquence de bit. La largeur de bande d’un signal modulé par un système ASK doit être aussi grande que le premier harmonique du signa carré. Comme le spectre est formé autour de la porteuse, la largeur de bande est doublée et un facteur 2 apparaît dans la formule : B min = 2.fs En pratique, afin d’obtenir une bonne transmission, il est préférable de multiplier cette bande par un facteur de 1,5. B min ~ 2.fs.1.5

B min = largeur de bande

fs = Fréquence de créneau

Les éléments décrits ci-dessous permettent de limiter la largeur de bande du signal modulé. 1. Utilisation d’un filtre Cette méthode consiste à supprimer les bandes indésirables par l’intermédiaire d’un filtre. Avantage structure simple - Désavantage : complexité des filtres passe-bande et chaque canal nécessite la présence d’un filtre de fréquence différente 2. Par Manipulation avant Modulation Les harmoniques du signal carré sont supprimées par un filtre passe-bas. Le signal résultant est alors envoyé en entrée du modulateur. Avantage : la structure du modulateur devient plus complexe et ne peut opérer longtemps en mode commutateur.

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Générer un signal ASK puis le soumettre à un filtre passe-bande. Relever les différents oscillogrammes et les spectres correspondants. Schéma :

Fig. 5.3.7 Conditions d’expérience : Ut f = 2OKHz û = 1V

Uinf f =2 KHz û = niveau TTL

Fig. 5.3.8 Question : Quelle est la vitesse de transmission des données du système décrit? (La bande passante du filtre passe-bande peut être considérée de 10KHz). Réponse :

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5.4. Génération de signaux FSK Un des désavantages de la modulation ASK est que une des deux états ne contient pas de signal, Cet état peut être obtenu par l’interruption de la ligne de transmission. La modulation FSK ( Frequency Shift Keying ) ne présente pas ce désavantage. Pour une modulation FSK à deux étapes (2 FSK) la fréquence de la porteuse change selon des valeurs définies pour les états logiques O ou 1. La moyenne de ces deux fréquences définit une porteuse virtuelle de fréquence. ft =

f 0 + f1 2

ft = fréquence de la porteuse virtuelle

f0 = fréquence pour état 0

f1 = fréquence pour état 1

Similairement à la modulation de fréquence, on définit les variables suivantes:

f
 f0 − f1
 = déviation de fréquence.  = 2 x 2 2.2fs

 = coefficient de modulation fs =fréquence d’étape

Ceci s’accomplit facilement par commutation entre les deux oscillateurs avec la même amplitude. Cette méthode possède le désavantage, que la plupart des démodulateurs ont des problèmes transitoires avec ces signaux. Générer un signal ASK suivant le schéma ci-dessous, dessiner le signal dans le diagramme 5.4

Fig. 5.4.1 Fig. 5.4.2 Conditions d’expérience : Uo

f = 1 KHz

û=1V

U1

f = 2KHz

û=1V

Question : Pour le circuit étudié, quelle est la déviation en fréquence et la fréquence de la porteuse virtuelle? Réponse:

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5.5. Spectre de signaux FSK La plupart des modems opèrent selon le principe de la FSK. Un modem pour 1200 bit/s est défini sous le nom V23. Celui-ci possède une fréquence de 1300 Hz pour l’état binaire 1 et 2100 Hz pour l’état binaire 0. La fréquence de la porteuse virtuelle est de 1700 Hz. Le signal modulé nécessite une plage de fréquence de 900 à 2500 Hz,

De la même façon que pour la modulation ASK, il est possible de supprimer les bandes latérales à l’aide de filtre.

Fig. 5.5.1 Procédure d’expérience Mesurer le spectre du signal de sortie de la fig. 5.4i. Question : Que peut-on dire du spectre de fréquence?

Conditions d’expérience :

1ere mesure: Uo f = 1KHz U1

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û = OV

f = 2KHz û=1V

2e mesure: Uo f = 1KHz

û = 1V

U1 f = 2KHz

û=OV

3e mesure Uo f = 1KHz

û = 1V

U1 f = 2KHz

û = 1V

Fig.5.5.2 5.6. Génération de signaux modulés par saut de phase (PSK = Phase Shîft Keying) Une des autres méthodes de modulation est de varier la phase. La modulation PSK décrite ici est une des nombreuses techniques de modulation de phase. La phase peut adapter deux valeurs. Cette méthode est appelée 2-PSK ou BPSK (Binary Phase Shift Keying). Un des types de modulation est d’avoir la même phase pour l’état 1 et un déphasage de 1800 pour l’état 0. Le modulateur PSK sur le banc de modulation fonctionne selon le schéma suivant:

Fig. 5.6.1 Générer un signal PSK à l’aide du modulateur schématisé ci et faire un relevé chronologique des signaux spécifiés fig. 5.6.3. Schéma de câblage :

Fig. 5.6.2

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Conditions d’expérience UT

f = 2KHz

û=1V

U

f = 250 Hz

niveau TTL

Fig. 5.6.3 Question : Comment peut—on obtenir un modulateur PSK à partir d’un modulateur? Dessiner et assembler le circuit. Réponse:

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5.7. Spectre de signaux PSK

On peut imaginer un signal PSK constitué de deux signaux ASK.

Fig. 5.7.1 Le spectre de signaux PSK est très proche d’un spectre de signaux ASK. Les bandes latérales sont amplifiées alors que la porteuse Comme pour l’ASK et la PSK il est possible de limiter le spectre en fréquence à l’aide de filtre. Cependant, la bande passante doit être telle qu’il soit possible de transmettre la porteuse et ses premières bandes latérales. Mesurer le spectre du signal PSK. Connecter un filtre passe en sortie du modulateur PSK afin de limiter le spectre en fréquence. Mesurer la sortie du modulateur et la sortie du filtre à l’aide d’un oscilloscope. Schéma de câblage

Fig. 5.7.2

Conditions d’expérience UPSK=f (t) UT

f =2OKHz

û=1V

Ujnf

f = 2 KHz

niveau TTL

Fig. 5.7.3

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Fig. 5 .7.4

Fig. 5.7.5

Fig. 5.7.6 76

Questions : 1. Quelle est l’amplitude de la porteuse dans le spectre du signal UPSK? 2. A quelle technique de modulation s’apparente la tension Uout Réponses :

Questions récapitulatives du chapitre 5 1. Dessiner l’allure des signaux ASK, FSK et PSK. Réponse:

Fig. 5.7.7 2. Nommer une des applications des techniques de modulations numériques. Réponse:

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