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1 ENSA ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES D EL JADIDA DEPARTEMENT DE TELECOMMUNICATIONS Cours: T5 Communications numériques Présenté par Prof. Dr. A. Berraissoul Cycle Ingénieur 2012/ Cours: T 5.1 Modulations numériques 1

2 3 Emetteur pour une transmission numérique Codage de source Codage du canal Framing Codage correcteur Interleaving Scrampling Compression de la parole (p.ex) Codec (varicode) Mappage xbit Symbole Etat IQ Modulation p.ex QPSK Mise en forme BF HF Modulation I, Q FI/HF Filtre PB PRC Radio Filtrage Mélange Amplification Emission HF Fig Récepteur pour une transmission numérique Démodulation p. ex. QPSK HF Filtrage, amplification mélange Démodulation HF/FI Bande de base Récupération de l horloge Récupération optimale de l horloge Diagramme en œil Démappage Symbole bit Matched Filter PRC Filtre Optimale Egalisation Décodage du canal Déscarmlping De- Interleaving Détection correction d erreur De- Framing Récupération de fréquence Rotation de IQ Décodage De source Décodage: Voie Varicode (ASCII) Fig. 1.2

3 5 Exemple Station Mobile (GSM) Antenne Démodulation Décodage Commande et algorithme de réglage Filtre Duplex Modulation Codage Traitement analogique de Signal Partie bande transposée Traitement numérique de Signal (DSP) Fig

4 7 Classification des modulations numériques MESSAGE PORTEUSE AM - FM - PM continue (sinusoïdale) ASK analogique (continu) PPM FSK PDM PSK PAM impulsions discret (numérique) PCM - W-CDMA 8 Cours Télécom 5 Source numérique TDM Débit i binaire Db Débit i binaire Dc bit/s bit/s Codage Source analogique Cryptage des données Codage de canal Modulation numérique Débit (symbole) i Dsym(baud) Transmission S Fig. 1.3

5 9 Modulations numériques Modulations complexes Porteuse sinusoïdale ASK FSK CPFSK, MSK, GMSK QPSK, DQPSK, O-QPSK, π/4-qpsk M-PSK QAM CPM PSK 10 Plan 1. Propriétés 1.1. Introduction 1.2. Définitions 1.3. Types 2. Modulations OOK 2.1. Modulation OOK: Définition 3. Modulation ASK 3.1. Définition 3.2. Modulateur ASK 3.3. Démodulateurs ASK 4. Modulation FSK 4.1. Introduction 4.2. Génération d un signal FSK à phase discontinue 4.3. Calcule du Spectre FSK à phase discontinue 4.4. génération du signal FSK (m = 2) Modulation cohérente Modulation non cohérente

6 Modulation FSK m-aire Définition Présentation 4.6. Démodulation FSK Démodulation par détection des passages par zéro (m = 2) Démodulation par détection différentielle Réception cohérente (isochrone) FSK m-air 5. Modulation PSK 5.1. Introduction (cas binaire m = 2) 5.2. Représentation graphique de la modulation BPSK 5.3. Calcul du spectre 5.4. Modulation PSK m-aire 5.5. Génération et démodulation PSK m-aire Principe générale 5.6. Principe de démodulation 5.7. Représentation graphique de la modulation QPSK 5.8. Constellation de la Modulation QPSK 5.9. La modulation O-QPSK Modulation PSK (m = 8) Les modulations DPSK Introduction Modulation DBPSK à deux états (m = 2) Modulation DQPSK à quatre états (m = 4) La modulation π/4-dqpsk Modulation 8-DPSK à huit états (m = 8) Modulation à plusieurs états QAM-16 (autres constellations) Principe de la démodulation Principe de la démodulation cohérente et la démodulation différentielle Démodulation cohérente pour un signal QPSK 6. Modulation non linéaire (FSK) 6.1. Introduction Diagramme de Phase 6.2. Signal CPFSK (Origine FSK à phase continue) 6.3. CPFSK m-aire (CPFSK d origine QPSK) 6.4. Modulation MSK: Minimum Shift Keying(Codage en phase différentielle)

7 Relation entre les coefficients a(i) d un signal MSK et la suite des données d(k)* (Codage MSK) 6.6. Modulation à déplacement minimum MSK Réalisation générale d origine FSK 6.7. GMSK: Gaussien Minimum Shift Keying 6.8. Modulation à Phase continue (stucture générale) (Continuous Phase Modulation CPM) 6.9. Conclusion 7. Probabilité d erreur 7.1. Effet de perturbations 7.2. Modes de transmission en bande de base Généralité Définitions et notions générales Exemples de modulations linéaires en bande de base Constellation d un mode à 4 niveaux Mode unipolaire (mode binaire tout ou rien) Mode binaire antipodale Constellation d une modulation m-aire Distance Euclidienne Probabilité d erreur en transmission binaire Introduction Récepteur ML (Décision de Maximum- Likelihood) Récepteur MAP (Décision de Maximum-A-Posteriori (MAP) Structure de réception A. Le corrélateur B. Filtre adapté (Matched Filter) Calcul de probabilité d erreur* Calcul des cas spéciaux: bipolaire, unipolaire, orthogonal Transmission bipolaire Transmission unipolaire Transmission orthogonale Probabilité d erreur d une transmission m-aire en bande de base 7.4. Probabilité d erreur en transmission en bande transposée (modulations linéaires à fréquence porteuse) Présentation du signal et de bruit en passe bas équivalant Performances des modulations QAM(*) Performances des modulations à saut de phase BPSK, QPSK et 8PSK Performances des modulations MSK et GMSK

8 15 8. Applications 8.1. Les modems téléphoniques 8.2. Les faisceaux hertziens 8.3. Les transmissions par satellite 8.4. Les radiocommunications avec les mobiles 8.5. La radiodiffusion 8.6. Conclusion 9. Bibliographie 16 Cours: T 5.2

9 17 Plan 1. Modulation analogiques à porteuse Impulsionnelle 1.1. Définitions 1.2. Modulation d impulsion en amplitude: PAM Introduction Réalisation du signal Spectre du signal PAM Démodulation du signal PAM Calcul du rapport SNR 1.3. Modulation d impulsion en durée : PDM Réalisation du modulateur 1.4. Modulation d'impulsion en position PPM (Pulse Position Modulation) Réalisation du modulateur Réalisation du démodulateur 1.5. Applications de modulations analogiques d'impulsions 1.6. Conclusion Modulations numériques des signaux analogiques 2.1. Introduction 2.2. Principe et types Principe Types 2.3. Quantification Définition Reconstitution du signal quantifié Distorsion et bruit de quantification Processus de quantification quantification uniforme ( = cte) d un signal échantillonné (avec maintien) 2.4. Quantification uniforme Définition Caractéristique de quantification uniforme Distorsion de quantification (Loi uniforme) Spectre du bruit de quantification Calcul du rapport SNR de quantification (loi uniforme) Rapport SNR de quantification instantané 2.5. Quantification non uniforme Définition et objectif Quantification avec compression- extension Caractéristiques de compression idéale

10 Les lois de compression Caractéristique de compression selon la loi A Compression selon la loi µ Généralités sur le codage 2.6. Modulation par impulsion et codage (MIC: PCM) Introduction Définition Condition à respecter pour la téléphonie La largeur de bande du signal PCM Codage des échantillons quantifiés Convertisseur CAN-CNA types de codeurs Réalisation de la conversion Analogique/Numérique Réalisation de la conversion Numérique/Analogique Choix du code Codage non uniforme Approximation de la loi de compression A par une caractérisation polygonale à 13 segments (Compression numérique) Résumé des paramètres de la modulation PCM pour la téléphonie Application de la modulation PCM à d autres signaux Effets d erreurs de transmission en PCM Modulation différentiel par impulsion et codage (DPCM) Définition Fonction du modulateur et démodulateur 2.8. Modulation delta : M Définition et procédé Réalisation de M Saturation de pente en modulation M Rapport signal- sur- bruit de quantification en modulation delta 2.9. Modulation delta sigma ΣM Définition et Principe Modulations numériques adaptives Comparaison entre PCM, M et DPCM pour la téléphonie Applications des modulations numériques 3. Standards de numérisation du Son (vidéo) 3.1. Introduction 3.2. Son de qualité 3.3. Contraintes de temps réel pour la voix interactive 3.4. Normes de codecs recommandés par le CCITT - ITU-T 3.5. Quelques définitions et standards élémentaires 4. Compression de la parole et de l image (En construction)

11 21 Porteuse impulsionnelle Signal modulant analogique PAM PPM PFM PDM Signal modulant numérique PCM DPCM DM ΣM

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