La transmission en bande décalée.
La transmission en bande décalée consiste à traiter l'information pour modifier sa fréquence et déplacer ainsi son spectre à un endroit donné. Cette opération s'appelle une modulation.
En effet, si plusieurs personnes "parlent" en même temps en un même lieu, il est assez difficile d'extraire la parole de l'un de la parole de l'autre. Dans le cas de la radio, un grand nombre d'émetteurs qui "parlent" en même temps, mais heureusement pour nos oreilles, grâce aux modulations, pas aux mêmes fréquences. De plus, la voix ne se transmet pas bien à grande distance (le milieu ayant tendance à très vite l'atténuer).
Les techniques de modulation permettent donc à la fois de trouver la fréquence où le milieu est le plus propice à la transmission, et en même temps à autoriser que plusieurs émetteurs parlent en même temps.
Bien que relativement peu utilisée dans le monde des Réseaux câblés, les modulations ont fait récemment une entrée remarquable, dans le monde des Réseaux, avec l'apparition des technologies sans fil (WIRELESS).
Cette technique de transmission étant assez spécifique au monde des télécommunications, je préfère me contenter d'une rapide présentation sans détails ni fioritures.
Il existe deux familles de modulations analogiques. L'une fait évoluer l'amplitude d'un signal à haute fréquence en fonction d'un autre signal contenant l'information. On parle alors de modulation d'amplitude. L'autre fait varier non plus l'amplitude, mais la phase, ou la fréquence, du signal porteur en fonction du signal informatif. On parle alors de modulation angulaire.
Les modulations d'amplitude sont en général inadaptées aux signaux logiques car elles ne savent pas transmettre convenablement un front (on a vu que l'élément fondamental d'une transmission de signaux numérique est le front du signal de données). De plus, les modulations d'amplitude sont très sensibles aux bruits.
Les modulation angulaires sont quand à elle beaucoup plus complexes à mettre en œuvre, mais elles offrent, par contre, de très nombreux avantages comme une bonne immunité au bruit ou la capacité de transmettre des fronts assez raides. Elles sont donc beaucoup plus utilisées que les modulations d'amplitude pour transmettre des signaux numériques.
Les modulations d'amplitude.
Les modulations d'amplitude sont utilisées essentiellement dans des gammes d'ondes dites telluriques (fréquences qui se propagent par effet de sol sur de très longues distances). Les modulations d'amplitudes reposent sur le principe de la multiplication de 2 signaux. D'un coté, un signal informatif appelé signal modulant (f) et d'un signal "haute fréquence" appelé porteuse (p). En sortie, du modulateur on récupère un signal modulé (s). Expressions mathématiques.
f et p sont dans notre exemple des sinusoïdes :
On constate que s est composé de deux sinusoïdes. Si on s'intéresse au spectre de s. Sachant que :
On trouve alors le spectre de s :
Cela se traduit par une représentation en fréquence :
Si maintenant on considère que le signal informatif n'est plus une sinusoïde mais un signal polychromatique (qui est constitué d'un spectre de plusieurs raies). On peut alors considérer que si la transformée de Fourrier du signal f(t) est F(w), on trouve alors l'expression de S(w).
Ce qui donne le spectre suivant :
Les différentes modulations d'amplitude
Il existe trois grands types de modulation d'amplitude. Modulation d'amplitude avec porteuse.
La modulation d'amplitude avec porteuse permet de transmettre le signal informatif en conservant une image de la porteuse. Le spectre de la modulation d'amplitude avec porteuse est le suivant :
On peut réaliser une modulation d'amplitude avec porteuse en insérant une composante continue dans le signal informatif. On peut donc écrire :
Où m est appelé indice de modulation.
En considérant maintenant la valeur absolue de m, on peut décrire trois types de modulation
· Si |m| = 0, on se trouve dans le cas d'une modulation sans porteuse. · Si |m| < 1, on est dans un cas de sous modulation. · Si |m| > 1, on est dans un cas de sur modulation.
On étudiera dans le chapitre suivant le cas des modulations sans porteuses.
Lorsqu'on réalise une modulation avec porteuse, on utilise exclusivement des indices de modulation m supérieur à 1. Au dessous de 1, le signal informatif passant au dessous de zéro volt, on ne peut plus utiliser une détection d'enveloppe pour la démodulation du signal et seule une détection synchrone permet de démoduler le signal. Or ce type de démodulation est aussi celui employé pour les modulations sans porteuses. Dans ce cas, pourquoi consommer de l'énergie à transmettre une porteuse dont on n'a physiquement pas besoin ?
La représentation temporelle des signaux est alors variable, en fonction de m. Dans le cas d’une sur modulation (indice m supérieur à 1), le signal informatif est toujours supérieur à 0.
Modulation d'amplitude avec porteuse (m>1).
Or si le principal avantage de ce type de modulation réside dans la simplicité de la démodulation par détection d'enveloppe, leur principal défaut réside dans leur très faible rendement de transmission (généralement inférieur à 50%). Dès lors qu'une démodulation cohérente est nécessaire, on préfèrera donc des modulations d'amplitude sans porteuses.
Les modulations d'amplitude sans porteuse.
Les modulations sans porteuse permettent d'économiser la puissance que l'on fournit à la porteuse et qui fait énormément chuter le rendement de transmission.
Dans une modulation d'amplitude sans porteuse, on est confronté à la nécessité de reconstituer une porteuse pour démoduler le signal. Or on a régulièrement (à chaque fois que le signal informatif passe par zéro volt), une inversion de la phase de la porteuse.
On peut facilement distinguer par représentation temporelle la différence entre les modulations avec et sans porteuses.
Modulation d'amplitude sans porteuse.
Le surcoût engendré par la démodulation de ce signal, classe cette modulation dans la même gamme de prix que les modulations angulaires, qui sont, comme on le verra plus loin, beaucoup plus résistantes aux perturbations.
On a donc tendance à ne pas utiliser de modulation d'amplitude sans porteuse, au profit des modulations angulaires. Les modulations d'amplitude à bande réduite.
Les modulations à bande réduite sont des techniques de transmission assez récentes. La plus connue de ces modulations est la modulation BLU (Bande Latérale Unique). Elle a un rendement de modulation de 100% (toute l'énergie est utilisée par le signal d'information). Néanmoins elle est extrêmement complexe à démoduler, ce qui la rend inutilisable dans les Réseaux locaux. Le principe de la modulation BLU consiste à éliminer à la fois la porteuse et la moitié du spectre du signal informatif.
Remarques sur les modulations d'amplitude.
Les modulations d'amplitude sont totalement absentes du monde des Réseaux locaux industriel, les fronts des signaux numériques se prêtant peu à l’utilisation de modulations d’amplitude. Leur usage est en général limité aux transmissions de faible qualité ou à de très longues distances.
De plus, leur trop grande sensibilité aux perturbations extérieures en fait des éléments dangereux. En effet, elles ne protègent pas, voir même, elles sensibilisent un peu plus, les signaux transmis. Le moindre bruit pouvant déformer l'enveloppe du signal modulé.
Dés lors on utilise, plus généralement lorsque l'on souhaite transmettre des données numériques, des modulation angulaires.
Précisons encore que dans le domaine des RLI, l'utilisation de modulations (angulaires ou d'amplitude) est extrêmement rare. Les modulations angulaires.
L'autre méthode pour décaler le spectre du signal informatif est de modifier la phase ou la fréquence instantanée d'un signal porteur en fonction de l'amplitude du signal informatif.
Les modulations angulaires sont très utilisées pour les signaux numériques car elles permettent une bonne transmission des fronts ainsi qu'une bonne immunité aux bruits (l'amplitude du signal transmis ne contenant pas d'information).
Contrairement aux paragraphes précédents sur les modulations d'amplitude où nous avons étudié la transmission de signaux analogiques (donc par extension de signaux numériques), nous allons parler ici d'un domaine beaucoup plus réduit en n'abordant que le principe des modulations angulaires numériques.
Il existe deux types de modulations angulaires, l'une joue sur la phase (PSK), l'autre sur la fréquence (FSK).
La FSK.
La FSK (FREQUENCE SHIFT KEYING) ou modulation par saut de fréquence, associe à chaque niveau logique, une fréquence de la porteuse.
Le principe de la modulation FSK consiste à utiliser deux sources de fréquence (f1 et f2) pour générer un signal qui soit la représentation en fréquence du signal numérique.
On définit l'indice de modulation
d'une FSK par :
On cherche généralement à produire des indices de modulation assez proche de 0,66 (occupation spectrale optimum). Or souvent le canal de transmission utilisé est assez étroit cela revient à dire que f1 et f2 sont imposés et souvent proches l'une de l'autre. On joue donc sur la fréquence supérieure du signal informatif pour obtenir l'indice souhaité.
Précisons qu'il est déconseillé de réduire ou d'augmenter (quand c'est possible) la distance entre f2 et f1 pour des raisons liées à la capacité de discrimination entre ces 2 valeurs (lorsqu'elles sont trop proches) ou pour éviter une trop grande occupation spectrale (lorsqu'elles sont trop écartées).
FSK avec un indice de modulation de 0,6
FSK avec un indice de modulation de 0,66 à phase continue (***).
FSK avec un
indice de modulation de 0,8 emprunté à "Les MODEMS pour les Transmissions de données"
Il faut là encore distinguer deux famille de FSK, d'une part les FSK à phase continue, c'est à dire sans saut de phase lors du passage de f1 à f2 (et inversement), ou les FSK à phase discontinue où des saut de phase peuvent avoir lieu. Comme présenté dans les exemples précédents, les FSK à phase continue ont un bien meilleur spectre (largeur réduite) que leurs équivalentes à phase discontinue. Bien entendu, les FSK à phase continue sont bien plus complexes à réaliser que les FSK à phase discontinue.
La PSK.
La PSK (Phase Shift Keying) est une autre forme de modulation angulaire. Elle agit par saut de phase.
Il existe là encore un grand nombre de PSK utilisant différentes techniques pour traduire le code numérique transmis.
Certaines PSK standard code le '1' logique comme un signal avec une phase de 180° et le '0' comme un signal avec une phase nulle. Il s'agit ici de valeurs de phase absolues.
D'autres PSK (les DPSK pour differential PSK) codent la phase relativement à la valeur précédente. Ainsi les '1' logiques et '0' logiques correspondent à des sauts de phase respectivement de +90° et de -90° par rapport à sa phase précédente du signal.
Il existe aussi des PSK qui codent, en même temps, plusieurs bits. Par exemple avec deux bits, on va établir quatre déphasages en fonction de la valeur des deux bits. Par exemple le "00" correspond à un déphasage nul, le "01" comme un déphasage de 90°, etc.
Attention, plus la PSK va coder un grand nombre de bit à la fois (et ainsi augmenter le débit de la liaison), plus il est difficile de discriminer entre deux phases, donc plus il est compliqué de réaliser le démodulateur. Rappels sur les modulations analogiques.
On va retrouver ci-dessous, après l'horloge, une autre forme de modulation, la PWM. Comme elle n'est pas utilisée dans les Réseaux, je ne ferais aucun commentaire dessus.
emprunté à "Les MODEMS pour les Transmissions de données"
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