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TELECOMMUNICATIONS HERTZIENNES: LA MODULATION

Introduction

Préambule

Cette rubrique est consacrée à divers aspects du domaine électronique, et plus particulièrement de celui des télécommunications. Ce sont des documents rédigés progressivement au cours de ma vie professionnelle. Ils n'ont qu'une prétention de vulgarisation plutôt que de haute volée technique. Ce site est l'occasion de les publier et de les faire partager.

Ces textes m'avaient été initialement inspirés par une demande d'un profane concernant la modulation, sans plus de précisions. En essayant d'y répondre, les idées se sont enchaînées avec des ramifications vers différents aspects de la problématique des télécommunications hertziennes. Ainsi les notions qui sont exposées ici se veulent accessibles au plus grand nombre, et donc peuvent paraître simplistes au spécialiste du sujet, voire aux électroniciens en général ; on voudra bien m'en excuser.

Introduction: la chaîne de transmission

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Avant de commencer à répondre à la question posée, il est nécessaire de replacer le sujet dans son contexte. Cette demande concerne une des fonctions de la chaîne de transmission de l'information par voie électronique: celle qui consiste à incorporer à un élément porteur le contenu de l'information à transmettre. Cette fonction s'appelle modulation car elle consiste à moduler une ou plusieurs des caractéristiques d'un signal qui, en l'absence d'information, est complètement inerte.

Avant de donner quelques définitions de base utile à la compréhension du propos, voyons schématiquement de quoi est composée une chaîne de transmission d'informations

La Fig a) illustre la constitution de principe général d'une chaîne de transmission de l'information. Elle comprend les différentes parties suivantes:

Du côté émission:

  • Un codeur:

Sa présence est facultative et dépend du signal à transmettre. Dans le cas de texte, il est nécessaire pour donner un code à chaque caractère. Pour une grandeur analogique (son, image,...), il n'est nécessaire que dans le cas où l'on veut transmettre l'information sous forme numérique.

  • Le modulateur:

Il est l'organe qui va moduler le signal à transmettre pour lui incorporer l'information.

  • L'émetteur:

Il amplifie le signal pour lui donner un niveau suffisant pour compenser les pertes de transmission vers le récepteur.

Le milieu de propagation peut être soit un câble électrique, ou à fibre optique ou une transmission radio (antennes et propagation électromagnétique)

Du côté réception:
  • Le récepteur:

Il amplifie le signal reçu, généralement très faible, pour lui donner un niveau exploitable par le démodulateur.

  • Le démodulateur:

Son rôle consiste à extraire le signal d'information du support de transmission.

  • Un décodeur:

Eventuellement présent, si le signal avait été codé à l'émission.

Quelques définitions: notions de base de l'information

La sémantique, ou sens du message

Définition : la sémantique (du grec semantikos : qui signifie) est la signification elle-même de l'information, c'est-à-dire le sens du message, l'idée, qui peut être véhiculée par n'importe quelle voie ou support. Exemples de contenus :

  • L'histoire relatée par un film télévisé
  • Le sens d'une conversation téléphonique
  • Le contenu d'un fichier informatique
  • ...
Canal de transmission de l'information

L'information n'a d'utilité que si elle est transmise. Pour ce faire, elle doit emprunter un canal de transmission qui permet de la véhiculer: la voix (ensemble de sons successifs), l'écriture (livres, journaux, affiches, monuments, etc...), la lumière (télégraphe Chappe, signaux marins, signaux lumineux morse, etc...), l'électronique (fils et câbles de transmission, voie hertzienne, etc...). Tout canal de transmission comporte un support sur lequel on incorpore, après codage, des symboles représentatifs de l'information par une opération appelée modulation. Le support peut prendre des formes diverses: le livre et ses pages blanches pour l'information écrite, le courant des fils de cuivre pour les communications téléphoniques analogiques, l'air pour les messages sonores perçus par nos oreilles, les ondes électromagnétiques pour la radio (voir ci-après le chapitre "Définition de la porteuse") et les images perçues par nos yeux... L'information est codée sous forme de symboles en fonction du type de support: caractères d'imprimerie pour le papier, combinaisons de fréquences audibles pour la voix, codage analogique ou numérique pour l'électronique. La modulation est l'action qui consiste à incorporer le message codé sur son support.

Types d'informations

Les informations (indépendamment de leur contenu) peuvent prendre des formes diverses selon à qui elles s'adressent et à quoi elles sont destinées. La forme la plus évoluée de l'information est celle qui est perçue par l'homme: parole, musique, images. Le message peut prendre diverses formes: information d'état (niveau d'un réservoir), appel téléphonique, caractères Braille, page web sur Internet, association des précédents (Multimédia), fichiers informatiques. L'information transmise réellement est moins diversifiée, même si elle inclut tous les éléments qui permettront au récepteur de la reconstruire sous une forme accessible à l'homme : c'est soit un message analogique, soit un message numérique. Ces termes seront explicités dans la suite du document.

Débit de l'information

Le débit d'information est le nombre de signaux élémentaires qui sont transmis pendant une durée déterminée. Ce débit dépend du type de message, mais aussi de l'utilisation qu'on en fait et de la qualité nécessaire pour que la sémantique soit respectée : pour transmettre une séquence d'images (un film) pour un téléspectateur qui la verra en temps réel, le débit doit être suffisamment élevé, pour que les images se succèdent à un rythme tel que la persistance rétinienne fasse croire à une continuité de l'action. Par contre, s'il s'agit de transmettre le même film pour le stocker en mémoire et le diffuser ultérieurement, le débit pourra être diminué, et le temps de transmission augmenté proportionnellement. Pour transmettre du son, la qualité nécessaire à une conversation téléphonique, et donc le débit d'information, est beaucoup moindre que ceux nécessaires à transmettre fidèlement une symphonie de musique classique.

Voici quelques ordres de grandeur de débits de base, hors compression, en fonction des applications :

  • Télévision haute définition avant compression : >1Gb/s
  • Conversation téléphonique : environ 3kb/s
  • Fichiers Internet par le réseau commuté (56 kbauds) : environ 50 kb/s
  • Fichiers Internet par ADSL ou câble (512 kb/s à 20 Mb/s)

Compte tenu des besoins énormes de communications, des algorithmes de compression sont utilisés pour minimiser les débits des informations, surtout de celles liées à la perception humaine. Il n'en reste pas moins que les besoins en débit sont constamment croissants : là où il fallait en 2000 quelques segments 2Mb/s pour dialoguer entre stations de base de radio téléphone, en 2006 il faut des multiples de 34 Mb/s, voire 300 à 600 Mb/s pour satisfaire les hauts débits de la 3eme génération (UMTS)

Suite : partie 1 - Le codage de l'information.

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Resolution conseillee:1024x768px - Première mise en ligne 15/01/2007