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TELECOMMUNICATIONS HERTZIENNES: LA MODULATION

2 - Principes de base de la modulation

Types de modulation

Dans les communications hertziennes, le support de l'information mentionné dans l'introduction est en fait un signal à haute fréquence, qui est ainsi appelé "fréquence porteuse" ou plus simplement "porteuse". La modulation du signal consiste à faire varier ses paramètres en fonction du signal de modulation.

Modulations analogiques...

fig5

La modulation est dite "analogique" si le signal modulant est issu d'un codage analogique.

Tout signal électrique analogique pouvant être décomposé en série de Fourier, comme une somme de signaux de fréquences discrètes, les deux grandeurs qui le caractérisent sont sa fréquence et son amplitude. On peut donc raisonner sur un signal de modulation à fréquence discrète (signal sinusoïdal).

La technique la plus accessible consiste à agir sur l'amplitude de la porteuse en fonction du signal de modulation : le niveau de porteuse est, à chaque instant proportionnel au signal modulant, on parle alors de "modulation analogique d'amplitude" (Fig 5).

...et modulation numérique

La modulation est dite "numérique" si elle applique à la porteuse un signal issu d'un codage numérique. Ici les caractéristiques de la porteuse modulée ne vont supporter qu'un nombre limité d'états.

Pour rester sur la modulation d'amplitude, les niveaux possibles de la porteuse modulée seront discrets, et représenteront chacun un nombre binaire.

  • Cas de 2 niveaux :

On convient ici (mais ce pourrait être le contraire) que la présence et l'absence de porteuse correspondent respectivement aux états "1" et "0". Les symboles seront alors constitués de séquences plus ou moins longues de découpage de la porteuse, séparés par exemple par une séquence particulière uniquement destinée à cet usage.

  • Cas de plusieurs niveaux sans retour à zéro (NRZ):

fig6

On peut très bien convenir de moduler la porteuse suivant plusieurs niveaux comme dans l'illustration de la Fig 6: on a ici 8 niveaux possibles, correspondant à un codage sur 3 bits (23). On convient ainsi d'un certain nombre de valeurs d'amplitudes, en donnant une signification différente (un contenu sémantique) à chacune d'elles. En général chaque niveau correspondra à un symbole, mais on peut aussi convenir qu'un symbole soit une succession de 2 niveaux (ou plus).

Le nombre de niveaux résulte d'un compromis entre un nombre élevé pour pouvoir transmettre beaucoup d'informations différentes (un alphabet riche), et la possibilité de les distinguer les uns des autres lors de l'opération de démodulation effectuée par le récepteur. Chaque niveau représentant une valeur numérique, on comprend bien que la confusion entre deux niveaux peut donner des résultats tout à fait inattendus : il s'agit bien d'une modulation numérique.

Une nouvelle notion apparaît alors: la nécessité d'une référence d'amplitude. En effet, le récepteur aura besoin de savoir quelle est l'amplitude maximale du signal qu'il va recevoir avant de pouvoir interpréter la signification des amplitudes intermédiaires. On admettra qu'ensuite cette valeur maximale reste constante pour un récepteur donné. On devra donc envoyer, au préalable (ou, mieux, de temps en temps), au récepteur un signal d'amplitude maximale servant de référence, ce qui lui permettra ensuite d'apprécier les différentes valeurs par comparaison. On verra dans un chapitre suivant quelle stratégie adopter pour compenser les éventuelles variations de cette amplitude maximale en fonction de phénomènes extérieurs (chapitre sur la propagation).

  • Cas de plusieurs niveaux avec retour à zéro (RZ):

fig7

Dans le cas de la Fig 6, modulation NRZ, il est nécessaire de disposer aussi d'une référence de temps pour pouvoir séparer les symboles élémentaires successifs (imaginez une succession de symbole élémentaires identiques!), c'est-à-dire d'une horloge qui définit les instants de lecture de chaque symbole, et cette référence doit être transmise par l'émetteur, puisque c'est à son niveau que le temps est défini, en même temps que le signal d'information.
Une autre manière de moduler le signal consiste à faire suivre chaque symbole d'un retour à zéro, ce qui permet de les séparer. Ce signal contient implicitement une information d'horloge qui pourra être facilement extraite par le récepteur (Fig 7).

La Fig 7 illustre également des possibilités de constitution de symboles: les symboles élémentaires prennent une valeur parmi 8 possibilités, chaque ensemble de 2 symboles élémentaires pourra donc représenter 64 (82) valeurs différentes, chaque ensemble de 3, 512 (83) valeurs différentes et ainsi de suite.

Différentiation entre les procédés analogiques et numériques

Il faut bien comprendre une différence fondamentale entre les deux procédés de modulation: dans le cas de l'analogique, le signal de modulation est extrait du signal transmis pour être exploité directement, alors que dans le cas du numérique, il faut extraire les codes successifs puis réaliser un traitement pour recalculer le signal initial. Le procédé analogique peut ainsi paraître a priori plus fiables car plus simple, mais en fait il est beaucoup plus sensible aux distorsions et parasites de transmission.

Quels paramètres de la porteuse peut-on moduler ?

Comme nous l'avons indiqué plus haut, les exemples précédents ne considèrent qu'un des paramètres de modulation (l'amplitude). Or les besoins d'informations à transmettre étant de plus en plus importants en télécommunications, la combinaison avec l'un des autres paramètres qui caractérisent le signal de porteuse permettra de multiplier le nombre de symboles différents possibles. Ces paramètres sont les suivants:

  • L'amplitude, comme on l'a vu
  • La fréquence instantanée
  • La phase instantanée

Chacun d'eux peut être appréhendé par sa variation en fonction du temps par rapport à une référence établie préalablement, ou par rapport à l'état immédiatement antérieur (mode différentiel). Les principes d'actions sur les autres paramètres seront vus dans les prochains chapitres après avoir précisé les caractéristiques de cette porteuse (chapitre suivant).

Suite : partie 3 - La fréquence porteuse.

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