Commission 4. «de l analogique au numérique» Pourquoi cette commission?

Transcription

1 Commission 4 «de l analogique au numérique» Pourquoi cette commission? fin du SECAM en

2 L ENQUETE Résultats de l enquête 53 départements GEII, 33 retours, 47 départements inscrits à la commission 4 ANALOGIQUE Cours/TD TP Modulation et démodulation amplitude : Modulation et démodulation fréquence : Codage stéréophonique : 15 1 RDS : 6 SECAM : 6 Temps consacré 29h en moyenne 1 4 Temps consacré 21h en moyenne PLL : Amplification r.f. : Antennes : NUMERIQUE BPSK : 21 QPSK : 23 QAM : 22 Modulateur I/Q : 23 OFDM : 9 Temps consacré 19h en moyenne CPFSK : 8 MFSK et GMFSK : 12 2

3 Résultats de l enquête CODAGE SOURCE MP3 : 6 JPEG : 7 MPEG : 5 CODAGE VOIE Codes en blocs : 8 Reed Solomon : 2 Convolutif : 4 Brassage : 2 Entrelacement : 4 GRANDS SYSTEMES CDROM : 2 GSM : 12 TNT : 8 WiFi : 8 Bluetooth : 5 Zigbee : 6 Rubrique enquête : les attentes Rénovation du module d'en3 et de MC-EN3 tout en tenant compte du module MC-EN4 Comment adapter l'enseignement de l'analogique et l'eln num pour nos étudiants plus "à l'aise" en Informatique Industrielle? Mettre à jour l'enseignement en EN3 et pouvoir préparer un module d'option de communication sans fil MC-EN4. Introduire des notions et un ou 2 TP sur la communication sans fils (ZigBee par exemple). La difficulté pour moi en numérique est le lien qui devient nécessaire entre les réseaux et l'électronique. A Vélizy, nous avons tendance a séparé complètement les deux. J'attends de cette commission des idées de matériels pour des TP en transmissions numériques. Que faut-il enseigner aujourd'hui en GEII (place de l'analogique) Des exemples de TP, de matériel ou logiciel utilisables pour l'enseignement Que faut-il enseigner en TP? Principe général ou Mise en œuvre applicatif? - Quelle est la place de l'analogique en EN3? - Comment introduire les transmissions numériques dans le tronc commun EN3? - Lien entre EN3, MC-EN3, MC-EN4 et le module MC-EN5? - Place des outils de simulation dans les TP? - Évolution du programme d'électronique de premier année dans le PPN. Que faire avec l'analogique? Avoir quelques idées supplémentaires pour illustrer les télécoms numériques (en TP) 3

4 J'espère revenir avec des solutions de TP à faible coût L'évolution du métier d'électronicien oblige à aller plus dans l'analyse des blocs diagramme des E/R des technologies modernes afin de mieux les préparer aux métiers de conception ou d'installateurs d'infrastructures télécom. Néanmoins la compréhension des OCT (VCO) semble une étape "analogique" incontournable pour comprendre le reste des modulations et démodulations (FSK, OFDM, etc.) Comment suivre l'évolution des techniques et leur expliquer les principes de base en gardant le même nombre d'heures? à quel niveau de technicité doit s'arrêter le DUT? Je suis intéressée par cette commission par curiosité personnelle. Je n'ai pas d'enseignement spécifique en la matière. Diminuer les différentes notions abordées et se recentrer sur les principes fondamentaux. Absence de DSP!! Notre attente porte sur les applications en traitement numérique des signaux et pas uniquement en transmission. Quels contenus et volumes horaires pour nos futurs enseignements Matériels utilisés -Simulation : Matlab, Simulink, Labview, Scilab, Episip, Comsis, Ansoft, Vsim, packet tracer - Instruments : analyseur spectre, analyseur réseaux, générateur I/Q Agilent, générateur vectoriel PXI-5670 de National Instruments, banc de modulation-démodulation Syscom, kit de développement Zigbee, maquette Modicom, kit DSP 56000, maquettes «maison» 4

5 LES EVOLUTIONS TECHNIQUES Les techniques évoluent, les enseignements aussi et les enseignants aussi Référence : The radio handbook, 15 ème édition, 1959 Avant il y avait les tubes à vides 5

6 Les techniques évoluent, les enseignements aussi et les enseignants aussi Motorola 1996 Les circuits intégrés h.f. ont remplacé les montages à transistors Les techniques évoluent, les enseignements aussi et les enseignants aussi Que reste t-il à faire? - Découpler - Antenne Les modules remplacent les circuits intégrés 6

7 Mise en œuvre d une transmission de données Produits disponibles sur le marché De quelles connaissances a-t-on besoin? Le programme GEII répond-il aux attentes? Quelles modifications à suggérer? La pratique nous dicte les «théories» à enseigner Objectif : Former des techniciens supérieurs Transmission de données sans codage de source (température, pression, ) cœur de compétence Transmission de données avec codage de source (audio, vidéo) : télécommunication modules complémentaires 7

8 Transmission de données sans codage de source Module cœur de compétence EN3 Transmission utilisant une modulation analogique 8

9 MHz Mots clés : TCXO, PLL, VCO, LPF, SAW filter, PA 9

10 Mots clés : LNA, NF, OIP3, PLL, VCO, Quadrature detector, Ceramic filter, Data slicer, RSSI 10

11 Transmission utilisant une modulation numérique : circuit intégré Transmission utilisant une modulation numérique : circuit intégré 11

12 Transmission utilisant une modulation numérique : circuit intégré oscillateur antenne µp Difficile à mettre en œuvre : boîtier QLP48, adaptation antenne, coût 8 Transmission utilisant une modulation numérique : Ready RF transceiver modules distance entre pin 1 mm, Coût 30 12

13 Transmission utilisant une modulation numérique : Ready RF transceiver modules Radiocraft RC2201 (RC2300) intègre un module Chipcon CC2420 (CC2430) Transmission utilisant une modulation numérique : Ready RF transceiver modules 13

14 Antennes : Peut-on faire l économie d un enseignement de la propagation? Antenne filaire Antenne céramique omnidirectionnelle 14

15 - Oscillateur à quartz, VCO,TCXO, OCXO - Synthèse par PLL et DDS - Modulations et démodulations analogiques - Introduction aux modulations numériques (BPSK) - Notion de propagation : bilan de transmission et antenne - Notion sur le bruit Les «fondamentaux» Suggestion. pour l EN3, introduire la BPSK La modulation BPSK Ξ modulation d amplitude sans porteuse Le modulant de largeur de bande finie est remplacée par un modulant «carré» Conséquence : Encombrement spectral l infini Solution : Limitation de la bande par filtrage en bande de base - Filtre classique interférence entre bits - Filtre Nyquist (numérique) élimine les interférences Observation : PRN, Diagramme de l œil, constellation d états, BER avec source de bruit Solution aux bruits : codage de voie Mod. Compl. Diminuer le débit : codage de source Mod. Compl. Augmenter l efficacité de la modulation : QPSK, QAM, etc.. Mod. Compl. Chemins multiples : OFDM Mod. Compl. 15

16 Ce que permet la BPSK introduire le vocabulaire des transmissions numériques Séquence pseudo aléatoire Densité spectrale d une PRN Diagramme de l oeil + constellation d états Taux d erreur et échantillonnage en réception Maquette «maison» modulation BPSK 16

17 Suggestion RFID en S2 pour sensibiliser aux communications sans fil RFID par induction (champ proche) à 125 khz ou 13,56 MHz Intérêts pédagogiques - circuits R-L-C et circuits couplés, mesure d une mutuelle inductance, - redressement - multiplication de tension (diode + capacité) - régulateurs de tension - un peu de logique - détection crête (diode + résistance + condensateur) - comparateur - - simulation Débat sociétal en culture communication et en anglais. On parle toujours mieux de ce que l on connaît RFID UHF (868 MHz et 2,45 GHZ) en S3 S4, Mod. Compl. Suggestion Un RFID en S2 Le transpondeur est éloigné du lecteur : lampe ROUGE allumée Le transpondeur est au dessus du lecteur : lampe VERTE allumée Signal h.f. du lecteur Signal h.f. du lecteur 17

18 Que faut-il enseigner? Les têtes de chapitres ne suffisent pas à définir les contenus 1- Approche fonctionnelle Le cas de la PLL multiplieur filtre F e VCO F VCO F VCO F e Suffisant pour expliquer la synthèse de fréquence 2- Approche composants PLL Comparateur de phase (multiplieur, Ou exclusif, bascules, charge pump) filtre VCO Amplificateur différentiel Circuits électriques Oscillateur Diode varicap Transistor Non linéarité Amplificateur Piézoélectricité Physique des semiconducteurs 18

19 FORMATION ROHDE & SCHWARZ PROGRAMME Fondamentaux Propagation des ondes électromagnétiques dans l'espace libre Champ électrique E, champ magnétique H Champ proche, champ formé, ondes planes Impédance d onde Propagation dans une ligne de transmission Impédance caractéristique d'une ligne Vitesse de propagation dans différents supports Emetteur, récepteur Densité de puissance reçue en fonction de la distance Antennes - Notions de base Généralités Quelques types d antennes et leur diagramme Polarisation Directivité Mesure et réglage d antennes FORMATION ROHDE & SCHWARZ LA MODULATION NUMERIQUE PROGRAMME Exposé théorique (1 journée - 7h) Introduction : de l analogique au numérique Formatage des données en bande de base - Codes en ligne (NRZ, RZ,..) - Débits symboles, bits Signal passe bande et enveloppe complexe Les procédés de modulation numériques - Modulation ASK, OOK - Modulations PSK : BPSK, 8PSK, QPSK, π/4-qpsk - Modulations FSK - Modulations à offset I/Q O-QPSK - Modulations 16QAM, 64QAM - Modulations différentielles : DPSK, π/4-dqpsk - Modulations à enveloppe constante : MSK, GMSK Mise en forme d impulsion - Phénomène d interférence inter-symboles - Critère de Nyquist - Filtres (cosinus sur élevé, gaussien) - Bandes passantes de filtre (roll-off) Démodulation et détection : modulation cohérente et non cohérente Comparaisons de types de modulation et performances - Efficacité spectrale - Rapport signal à bruit, et relation au taux d erreur binaire - Distance entre les symboles - Ordonnancement naturel et codage de Gray 19

20 FORMATION ROHDE & SCHWARZ Travaux pratiques (1 journée - 7h) Mesure - Représentation des signaux numériques - Représentations géométriques (constellation) - Diagramme de l œil - Aspects temporels et fréquentiels Mesures de performances de modulations - Principes d un équipement de mesure de modulation numérique - Les erreurs de modulation (EVM, décalage DC, phase, gain, quadrature, ) - Origine et analyse des erreurs de modulation FORMATION ROHDE & SCHWARZ EN OPTION : Extension à la modulation OFDM (1 journée - 7h) Exposé théorique Propriétés de canaux de propagation Les différents types de canaux à évanouissement De la modulation mono porteuse vers la modulation FDM Le principe de la modulation OFDM, définitions des termes - Propriétés de l OFDM - Implémentation avec une IFFT - Orthogonalité des porteuses - Intervalle de garde - Fenêtrage - Synchronisation et estimation de canal - Pilotes et préambules - Avantages et inconvénients Travaux pratiques Mesures de performances de modulations - Représentation d un signal OFDM (matrices temps-fréquences) - Principes d un équipement de mesure de modulation numérique OFDM - Les erreurs de modulation OFDM (EVM données/pilotes, erreur de fréquences porteuses, erreur de fréquence d échantillonnage, décalage DC, phase, gain, quadrature, PAPR, mesure sur canal, statistiques ) 20

21 Transmission de données avec codage de source Télécommunication (radio, vidéo, téléphonie sans fils, Module complémentaires MC-EN1, MC-EN2, MC-EN3 et MC-EN4 21

22 ???? Filtres céramiques Modules? RFID par UHF La TNT 22

23 23

24 Modules d électronique EN1 et EN2 24