Manuel simplifié des dispositifs de modulations / démodulations numériques

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Emmanuel Blanchette
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1 Manuel simplifié des dispositifs de modulations / démodulations numériques Sommaire 1.Présentation des systèmes Le DCE d'émission Configuration pour une transmission bande de base Configuration pour une transmission en modulation BPSK Configuration pour une transmission en modulation QAM Le DCE réception, version analogique Configuration pour une réception en démodulation BPSK Configuration pour une réception en démodulation QAM Le DCE réception, version numérique Configuration en démodulation IQ Configuration des cavaliers de la carte micro-contrôleur...8 Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 1/8

2 1. Présentation des systèmes Dans cette partie, on présente les deux systèmes numériques qui vont permettre de construire une transmission numérique. Chacun d'eux est basé sur un microcontrôleur de type STM32F107VCT6 associé à des circuits électroniques analogiques. Les microcontrôleurs sont programmables, et des cavaliers de configurations permettent de nombreuses possibilités de fonctionnements différents Le DCE d'émission GBF (bande de base, optionnel) Bruit blanc DCE +DTE Emission Carte rajout de bruit Canal (bande de base) Câble coaxial I (unipolaire) Générateur des IQ (uc) Q (unipolaire) Modulateur IQ Canal (modulation) Câble coaxial Fig. 1 : Le DCE d'émission, vue fonctionnelle GBF (modulation) Amplitude = 2Vpp Forme = sinus Fréquence = 5kHz à 200kHz Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 2/8

3 Configuration pour une transmission bande de base Ici le modulateur IQ est sous-utilisé, il ne doit produire que la sortie I de 0 à 3V3. Modulateur IQ : Opérer la liaison entre le Modulateur IQ et carte de rajout de bruit (si pas déjà fait) Générateur des IQ (Carte micro-contrôleur) Choisir une sortie uc pour générer I (suggestion I = IO1 = PA4, c'est une voie DAC), cf 2 pour opérer le réglage par cavalier Rajout de bruit (Carte Bruit) Injecter du bruit à l'aide d'un GBF si nécessaire (BNC coin en bas à gauche) Placer le cavalier en position filtre d'ordre 1 (position vers le haut) Ne pas brancher de condensateur (sauf si on veut utiliser le filtre) La sortie canal se fait par la BNC en bas à droite Configuration pour une transmission en modulation BPSK Modulateur IQ : Configurer le cavalier Cos en position Cos_GBF Configurer le cavalier BPSK/QAM en position BPSK Relier un GBF sur l'entrée BNC Cosinus GBF Régler le GBF comme explicité sur la figure 1 Générateur des IQ (Carte micro-contrôleur) Choisir une sortie uc pour générer I (suggestion I = IO1 = PA4, c'est une voie DAC), cf 2 pour opérer le réglage par cavalier Rajout de bruit (Carte Bruit) : non utilisée Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 3/8

4 Configuration pour une transmission en modulation QAM Modulateur IQ : Opérer la configuration BPSK (ci-avant), mais placer le cavalier BPSK/QAM en position QAM Configurer le cavalier Sin en position Déphaseur (obtention du sinus à partir du cosinus déphasé). Régler le déphaseur à 90 pour la fréquence porteuse souhaitée : Insérer un 1 condensateur à l'emplacement prévu (C deph. ) tel que f 0 = C. Ensuite, procéder à un réglage fin grâce au potentiomètre Aj Deph. Générateur des IQ (Carte micro-contrôleur) Choisir une sortie uc pour générer I ( I = IO1 = PA4, c'est une voie DAC), et une autre pour Q ( Q = IO2 = PA5, seconde voie DAC) Rajout de bruit (Carte Bruit) : non utilisée Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 4/8

5 1.2. Le DCE réception, version analogique Cette version de démodulateur est utilisée uniquement à des fins d'observations et de compréhension des principaux signaux. DCE réception analogique Lien USB vers PC (Hyper terminal) pour la visualisation des messages Canal (modulation) Câble coaxial Démodulateur IQ analogique I (unipolaire) Q (unipolaire) Traitement IQ (uc) Porteuse Fig. 2 : Le DCE de réception analogique, vue fonctionnelle Ce qu'on peut faire avec ce dispositif : Opérer une démodulation BPSK (en trichant puisqu'on doit repiquer la porteuse utilisée à l'émission car aucun système de synchronisation de porteuse n'est mis en place). On peut exploiter le signal I revenu en bande de base et l'amener au PC (DTE) via un boîtier de conversion série/usb. On peut observer tous les signaux intéressants. Opérer une démodulation QAM, toujours en repiquant la porteuse. L'intérêt est d'observer simplement les signaux I et Q, y compris et surtout lorsqu'il n'y a pas synchronisation des porteuses. Enfin, on pourrait utiliser la carte micro-contrôleur pour récupérer I et Q, puis les traiter afin de recomposer le message. Celui-ci serait alors disponible sur la sortie Trame Num de la carte de démodulation IQ. Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 5/8

6 Configuration pour une réception en démodulation BPSK Démodulateur IQ analogique : Connecter la porteuse sur l'entrée Cos de la carte Pour une détection synchrone, repiquer le signal de porteuse en cosinus (émetteur) Pour une détection non synchrone, utiliser un GBF indépendant, avec les mêmes paramètres que ceux ayant permis l'émission Exploiter le signal I en le reliant au boîtier USB, lequel sera connecté à un PC Configuration pour une réception en démodulation QAM Démodulateur IQ analogique : Connecter la porteuse sur l'entrée Cos de la carte Pour une détection synchrone, repiquer le signal de porteuse en cosinus (émetteur) Pour une détection non synchrone, utiliser un GBF indépendant, avec les mêmes paramètres que ceux ayant permis l'émission Régler le déphaseur à 90 pour la fréquence porteuse souhaitée : Insérer un 1 condensateur à l'emplacement prévu (C deph. ) tel que f 0 = C. Ensuite, procéder à un réglage fin grâce au potentiomètre Aj Deph. Visualiser les signaux I et Q 1.3. Le DCE réception, version numérique Canal (modulation) Câble coaxial DCE réception numérique Routage de signaux Traitement IQ (uc) Lien USB vers PC (Hyper terminal) pour la visualisation des messages Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 6/8

7 Le bloc Routage de signaux n'a aucun rôle particulier, sauf celui d'établir des liaisons entre des câbles coaxiaux et la carte micro-contrôleur. La carte électronique utilisée en TP réalisant cette fonction s'appelle Récepteur IQ numérique...finalement un nom pas très heureux, vu la simplicité de son rôle. Ainsi, c'est le micro-contrôleur qui fait tout le travail, y compris la démodulation IQ! Comme nous le verrons par la suite, on ne fera plus la distinction entre démodulateur BPSK et QAM. Du point de vue du récepteur, même si les algorithmes changent, la première étape est toujours de récupérer I et Q, même en BPSK. On se focalisera donc sur une configuration unique qu'on appellera configuration démodulation IQ Configuration en démodulation IQ Carte micro-contrôleur : IO1 = Signal modulé = PA3 (puisqu'il faut un ADC) IO3 = Sortie de la trame (vers DTE) = PB6 (quelconque ou Usart_tx) Voie de sortie prise Jack Droite = visualisation de p' = PA4 (DAC1) Voie de sortie prise Jack Droite = visualisation de q' = PA5 (DAC2) Les signaux DAC sont bien utiles pour visualiser les signaux internes (p', q') qui correspondent à (I,Q) à quelques détails près... NB: Les prises jack sont reliées au micro-contrôleur via des filtres qu'on peut placer ou pas grâce à des cavaliers. Dans ces TP, les configurer comme suit : Cavalier Droit Out : sans filtre Cavalier Gauche Out : sans filtre Ôter les cavalier des IO2 et IO4 pour éviter tout conflit. Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 7/8

8 2. Configuration des cavaliers de la carte micro-contrôleur Spécifications des I/O : NB: la même carte sera utilisée en émission et en réception. Les broches IO doivent être lues comme suit : IOx, x= 1,2,3,4 (modulation / démodulation) Exemple, IO3 sert de porteuse en cosinus pour la modulation et sert de trame de sortie en démodulation : IO3 (Porteuse cosinus / Trame Out) Broche carte Connecteur carte Broche STM32 Position jumper 1 2 Droit In Jack In PA0 (ADC_IN0) PA2 (ADC_IN2 / USART2_tx) Gauche In PA1 (ADC_IN1) PA3 (ADC_IN3 / USART2_rx) Droit Out Jack Out PA4 (DAC1/ADC_IN4) Gauche Out PA5 (DAC2/ADC_IN5) Position jumper IO1 (I / Direct In) Nappe 10 fils PA4 (DAC1/ADC_IN4) PB10(USART3_tx, TIM2_ch3 remap) PB8 (TIM4_ch3) PA3 (ADC_IN3/usartT 2Rx) IO2 (Q / IF In) PA5 (DAC2/ADC_IN5) PD5 (USART2_tx remap) PB9 (TIM4_ch4) PC1(ADC_IN11) IO3 (Porteuse Cosinus / Trame Out) PB0(TIM3_ch3) PA4 (DAC1/ADC_IN4) PE9 (TIM1_ch1) (remap) PB6(TIM4_ch1, usart1_tx r) IO4 (Porteuse Sinus / Divers) PB1 (TIM3_ch4) PA5 (DAC2/ADC_IN5) PE11 (TIM1_ch2) (remap) PB7(TIM4_ch2) Les 4 IO peuvent être analogiques ou numériques, entrée ou sortie. Ôter les cavalier des IO non utilisées pour éviter tout conflit. Manuel_Simplifie_Maquette_TP_MoDem_Num.odt 8/8

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