chap5 modulations

MODULATIONS

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Jamila BAKKOURY

Transmission en bande de base

2

BdB : transmission sans modification préalable du spectre du signal au niveau de l’émetteur.

Avantage : Émetteurs et récepteurs simples

Inconvénients : Sensibilité aux parasites (bruits en 1/f) Transmission par câble ou fibre optique : coût élevé Impossibilité de partage direct d’un même canal par plusieurs sources Impossibilité de transmission en espace libre pour signaux BF

Exemple :son

Inconvénients de la BdB :

fminfmax

fréquence 20 Hz

15000 km

20 kHz

15 km

3

Transmission en bande de base

Modulation

On appelle transmission en bande transposée ou modulation une transmission avec modification préalable du spectre du signal à transmettre.La modulation transpose le signal initial en un autre sans en modifier le contenu informatif.

La modulation utilise généralement 2 signaux :

le message analogique ou numérique, appelé signal modulant ou message (BF)

un signal porteur (ou porteuse) ou d ’échantillonnage (HF)4

La modulation peut être : soit une transposition plus ou moins directe du spectre du message vers les HF (modulation d ’amplitude, de fréquence).

soit une modification radicale du signal utilisant des techniques numériques : échantillonnage (modulation par impulsions et codage MIC).

soit une combinaison de ces deux techniques.

5

Modulation

Fréquence

Transposition de fréquence

Modulation

Signal en bande de baseSignal modulé

0 +Fsignal Fporteuse-Fsignal

Démodulation

Fporteuse+FsignalFporteuse-Fsignal

B 2B

spectre

Modulation

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Bande latérale supérieure (Upper side band)

Bande latérale inférieure (lower side

band)

Modulation

Modulation

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Démodulation

Modulation

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Avantages de la modulation :

Rayonnement possible dans une antenne

Adaptation du signal modulé aux caractéristiques fréquentielles du canal de transmission

Moindre sensibilité au bruit et parasites externes

Transmission possible à longue distance (ex: satellites)

Transmissions simultanées : possibilité de multiplexage fréquentiel

9

Modulation

Avantages de la modulation :

Homogénéité des équipements (antennes)

Ex : fmin = 495 MHz

lmax = 60.6 cm lmin = 59.4 cm

fmax = 505 MHz

10

Modulation

Avantages de la modulation :

Transmissions simultanées : possibilité de multiplexage fréquentiel

f

Amplitude

Spectre d’amplitude d’un message en bande de base

11

Modulation

f

f

f

ff1-f1 f2-f2 12

Modulation

Multiplexage :

13

ModulationMultiplexage

14

ModulationMultiplexage

Inconvénients de la modulation :

Bande de fréquences à l’émission plus importante que celle du message

Systèmes plus complexes : risque d’augmentation de la dégradation du signal due aux équipements

15

Modulation

Modulations analogiques (analog modulation)

Modulations par saut (shift keying modulation)

Modulations par Impulsions et Codage - MIC (Pulse Code Modulation - PCM)

16

Modulation

Inconvénients de la modulation :

Bande de fréquences à l’émission plus importante que celle du message

Systèmes plus complexes : risque d’augmentation de la dégradation du signal due aux équipements

17

Modulation

Les différents types de modulations

On distingue 2 types de modulation : Modulation analogique : le signal modulant est continu. Modulation numérique : le signal modulant est un signal

numérique. Le signal modulant modifie une ou plusieurs caractéristiques

physiques de la porteuse : Amplitude Fréquence Phase Durée ( cas du porteur impulsionnel)

Modulation

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Modulations analogiques 19

Modulations par saut

20

Modulations par impulsions

21

Exemples de modulationsClassification des modulations

PORTEUSE

continue(sinusoïdale)

impulsions

22

Classification des modulations

PORTEUSE MESSAGE

continue(sinusoïdale)

impulsions

analogique(continu)

discret(numérique)

23

Exemples de modulations

Classification des modulations

PORTEUSE MESSAGE

continue(sinusoïdale)

impulsions

analogique(continu)

discret(numérique)

AM - FM - PM

24

Exemples de modulations

Classification des modulations

PORTEUSE MESSAGE

continue(sinusoïdale)

impulsions

analogique(continu)

discret(numérique)

ASKFSK

PSK

25

Exemples de modulations

Classification des modulations

PORTEUSE MESSAGE

continue(sinusoïdale)

impulsions

analogique(continu)

discret(numérique)

PAMPWM

PPM

26

Exemples de modulations

Classification des modulations

PORTEUSE MESSAGE

continue(sinusoïdale)

impulsions

analogique(continu)

discret(numérique)PCM

27

Exemples de modulations

Quelques critères de choix d’une modulation :

Type Occupation spectrale Résistance au bruit (probabilité d’erreur pour une communication

numérique) Complexité / coût

Modulation

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1ou0B,tsinBtS p

Amplitude Shift Key (OOK) :

1,sin0 BtBAtS mp Frequency Shift Key :

Phase Shift Key : 1ou0B,BtsinAtS p0

10 1 0 1 1

ASK

FSK

PSK

porteuseporteuse

modulantmodulant

État binaire

Amplitude

Signal modulé

A1A0 A1 A0 A1 A1

Fréquence

Signal modulé

F1F0 F1 F0 F1 F1

Phase

Signal modulé

φ 1φ0 φ 1 φ 0 φ 1 φ 1

Modulation numériques

Page 29

Exemple : modulation BPSK

10 1 0 1 1

porteuse

modulant

BPSK0 0π π π π

Modulation numériques

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La limitation des bandes passantes des canaux entraîne la limitation du débit binaire.

Pour augmenter le débit sans augmenter la bande passante : transmettre des symboles formés de plusieurs bits.

Modulation numériques à base de M symboles complexes formés de N bits, où

Modulations numériques M-aire

NM 2

Modulation numériques

Page 31

Modulateur I/Q

Soit un signal modulé avec une amplitude A et une phase φ

I

QQI

QI

cQcI

c

AA

etAAA

QAIAts

tfAtfAtstfAts

arctan

2sin2cos2cos

22

le signal modulé va « transporter » 2 bits simultanément : chacune des porteuses I et Q est modulée par un bit.

Signal modulé

Amplitude A

Porteuse I

Porteuse Q

Phase φ

AI

AQ

Modulation

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Modulateur I/Q

Modulations numériques QPSK

Oscillateur local0°

90

0°90°

Porteuse

I

QDEMUXSignal binaire

1,1,1,1,1,1

1,1,1

1,1,1

tfC2cos

tfC2cos

Signal QPSK

4122cos2

itfC tfC2sin

tfC2sin

+

_

Page 33

1001 11

Porteuse I

Signal I modulé

Porteuse Q

Symbole

Signal Q modulé

2

+1

-1 +1

-1

+1

+1

Signal I+Q modulé43

47

4

Modulations numériques QPSK

Page 34

déphasage

Modulation Quadrature Phase Shift Key (QPSK ou 4-PSK)

Principe très répandu en télécommunication (GSM, Bluetooth) 2 bits sont transmis par symbole, transmis durant 2 durées binaires : 2×Tb

4 symboles possibles, caractérisés par des décalages de phase différents :

• ‘11’ π/4• ‘01’ 3π/4• ‘00’ 5π/4• ‘10’ 7π/4

I

Q1101

00 10

Modulations numériques QPSK

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De manière générale, une modulation de phase M-aire peut s’écrire :

1;02,2cos MietMitfAts iicPi

Modulation QPSK : M = 4 et 3;02

ietii

Pour n’avoir que 2 niveaux d’amplitude possible, on prend :

3;042

ietii

QIiQiIts

itfAitfAts

itfAitfAts

i

cPcPi

cPcPi

22

22

412sin

412cos

412sin2sin

412cos2cos

4122cos

422cos

Modulations numériques M-aire

Page 36

Exemple : modulation 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

constellation des symboles

Modulations numériques M-aire

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Effet sur le BER (TEB)

Modulations numériques M-aire

Page 38