Techniques de transmission. Modulations. Transmission longue distance. Modulateur. Les supports

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1 Transmission longue distance Techniques de transmission Modulations L information que l on veut émettre, sous forme électrique, donne un signal dont l énergie est située vers les basses fréquences. Signal Voix humaine, musique acoustique Vidéo pour une télévision Données binaires codées en NRZ avec Débit D Bande Passante de qques Hz jusqu à 6 KHz Hz à 4,5 MHz de Hz à D Hz Les supports Les supports de transmission se comportent comme des filtres à bande passante limitée pas forcément centrée sur Hz. Support Réseau Téléphonique Câble Coaxial Faisceaux Hertziens et satellites Fibre optique Bande Passante 3 Hz - 34 Hz Hz - MHz 3 GHz - 3 GHz THz - THz Modulateur Permet d adapter la bande passante du signal à la bande passante du support. L information qui va être modulée peut se présenter sous deux formes : Signal analogique ; émissions radios en Modulation de fréquence, signaux vidéo en télévision.. Signal numérique ; Transmission de donnée sur RTC, sur Câble. Fax.... Les principes que nous allons voir sont généraux et s appliquent à tous types de signaux. 3 4 Modem On associe dans le même système un Modulateur et un Démodulateur pour former un Modem. Différents types de modem, adaptés au support. Modem RTC Modem Cable Modem ADSL... 5 Principe générale On utilise un signal sinusoïdal haute fréquence que l on appelle une porteuse. P(t) = A p sin ( w p t + ϕ) signal de données Modulateur 6

2 Trois types de modulation Modulation de fréquence : La fréquence de la porteuse suit les variations d amplitude du signal de données. Modulation d amplitude : L amplitude de la porteuse suit les variations d amplitude du signal de données. Modulation de phase : La phase de la porteuse suit les variations d amplitude du signal de données. Modulation d amplitude Amplitude Modulation ( A.M ) ou Amplitude Shift Keying (A.S.K.) si le signal à moduler est numérique. Plusieurs variantes de cette modulation : BLU : Bande latérale unique BLR : Bande latérale résiduelle 7 8 Utilisation de la MA En transmission radiophonique dans la bande AM ( à 5 Khz). Peu utilisée en transmission de données sur support cuivre. Principe de base de la transmissions sur fibre optique où l onde porteuse est alors une onde électromagnétique de longueur d onde,4 à,8 µm. MA Sans transmission de la porteuse signal de données X Multiplieur m(t) = K. A p.. Cos (w p t) K 9 Analyse spectrale S(f) Illustration La multiplication temporelle d un signal par un signal sinusoïdal de fréquence fp, se traduit au niveau fréquentiel par une translation du spectre de d une quantité fp. -Fmax Fmax P(f) P(t) X m(t) Muliplie modulé ur K M(f) Fp-Fmax Fp Fp+Fmax -Fp Fp La bande passante du signal modulé = x BP du signal de données

3 Démodulation MA avec transmission de la porteuse Multiplieur X K.A cos (w p t+ϕ) = K.A (+cos( w p t +ϕ))/ = K.A / + K.A cos( w p t +ϕ) signal de donnée X Muliplieur +! Il P(t) faut porteuse disposer au niveau du récepteur de la porteuse P(t)! Filtre passe bas de fréquence de coupure = fp KA / K m(t) = A p.( + K. ). Cos (w p t) 3 4 Analyse spectrale Exemple M(f) signal binaire a bits/s code en NRZ modulant une porteuse a Hz.5.5 Fp-Fmax Fp Fp+Fmax -.5 On obtient le spectre de translaté d une quantité Fp plus la raie de la porteuse en Fp La bande passante signal modulé = x BP du signal de données Spectre Exemple. 5 S signal sinusoïdal à HZ modulant une porteuse à Hz F re q u e n c e (H z) On a translaté de Hz le spectre NRZ initial

4 Analyse spectrale en équation Spectre m(t) = A p.( + K. ). cos (w p t) avec = A cos (w s t ) m(t) = A p.( + K. A cos (w s t )). cos (w p t) m(t) = A p cos(w p t) + KAA p cos (w s t )cos (w p t) et donc m(t) = A p cos(w p t) +,5.KAA p cos ((w s +w p )t) +,5.KAA p cos ((w s -w p )t) 9 KAAp / M(f) Fp-Fs Fp Fp+Fs On retrouve le signal sinusoïdal de fréquence Fs, translaté d une quantité Fp plus la raie correspondant à l énergie de la porteuse. B.L.U. Modulation de Fréquence Modulation d amplitude avec porteuse Filtre passe bas de fréquence de coupure = fp Signal module en BLU Notations : La modulation de fréquence MF. Frequency modulation FM Modulation d amplitude à bande latérale unique. Utilisé en transmission analogique pour multiplexer plusieurs communications sur câble coaxial ou sur ondes hertziennes. Economise la bande passante du support. Frequency Shift Keying FSK MF sur liaison filaire Sur le RTC : avec des modems répondant aux avis V(débit de 3 b/s) et V3 (débit de b/s et 6 b/s). Multiplex de lignes téléphoniques analogique sur câble coaxial (ex groupe primaire d abonnée ). MF en transmission hertzienne Vers des mobiles : Système Radiocom,Système GSM,Système DCS 8, Bluetooth (,4 Ghz ) En radiodiffusion : la bande FM s étend de 88 à 6 Mhz permettant l émission d une quarantaine de chaînes de radio. Vers les satellites : Multiplex de chaînes de TV et de transmission de données dans la bande des 4-7 GHz et - GHz

5 Synthèse sonore en FM Utiliser les caractéristiques spectrales de la modulation de fréquence pour obtenir des sons riches en Harmoniques. La porteuse et la moduleuse se situent entre 5 Hz et khz (la gamme de fréquences audibles). Synthétiseur Yamaha DX7 :six oscillateurs numériques que l on combine à loisir en faisant varier, amplitudes, fréquences et taux de modulation. Avantages de la MF en transmission Bonne insensibilité aux perturbations en milieu hertzien qui influent surtout sur la phase du signal ( trajets multiples) et l amplitude ( atténuation due à l atmosphère ) 5 6 Principe Si est l information à transmettre, le signal modulé s écrit : avec : m(t) = Ap cos( π f(t) t) f(t) = f si = f(t) = f si = Taux de modulation Le signal binaire ayant un débit D, on définit le taux de modulation : τ = f f D 7 8 Modulateur avec saut de phase. Modulateur sans saut de phase. Générateur à F Générateur à F m(t) C est un générateur de fréquence que l on peut contrôler en tension ( VCO). Le signal de donnée fait varier la fréquence de F à F, il y a donc continuité de phase. Les deux générateurs sont indépendant il n y a aucune relation de phase entre les deux porteuses Générateur à fréquence variable m(t) 9 3 5

6 Illustration Analyse spectrale Débit 4 Bits/s Porteuse à 4 HZ Porteuse à 8 HZ Time (second) 3 n peut considérer que le signal modulé m(t) est composé de deux sinusoïdes tronquées qui se succèdent de manière totalement aléatoire. Le spectre du signal modulé sera donc compris dans la somme de deux sinus cardinaux respectivement centrés sur f et sur f, de largeur D. 3 Spectre du signal en MF La bande passante = [ f - D ; f + D ] Soit une largeur de (f - f+d) = D*(+τ). dsp signal FSK 4 bits/s, porteuse à 4 et 8 H z Spectre réel S Porteuse à 4 HZ Porteuse à 8 HZ Répartition de l énergie autour des deux porteuses en fonction de la nature binaire du signal ( ou ).5.5 Bande passante HZ Frequence (Hz) 34 Compromis en MF La bande passante du signal modulé fait intervenir le taux de modulation et le débit. Le compromis recherché pour obtenir une bande passante minimale, serait de rapprocher le plus possible f et f, ce qui revient à diminuer le taux de modulation. f et f doivent rester suffisamment distinctes pour que la démodulation se fasse sans problème. Un bon compromis est de choisir τ =,