Bienvenue , sur le Site de mic0741. Evasions... Réflexions... !

TELECOMMUNICATIONS HERTZIENNES: LA MODULATION

5 - Les modulations numériques

Principes de base

Représentation vectorielle

fig13

Un signal modulé simultanément en amplitude est en phase serait difficile à représenter par l'un ou l'autre de diagrammes précédents: la représentation temporelle devient compliquée à interpréter, et la représentation spectrale ne donne aucune indication de phase. Une représentation est possible par un vecteur évoluant dans un système de coordonnées polaires. Ce vecteur est défini par sa longueur, proportionnelle à l'amplitude A du signal et son angle, représentatif de sa phase instantanée ?, par rapport à l'axe des abscisses (Fig 13).

fig14

Par convention les axes sont appelés I (in phase) et Q (quadrature), car le même vecteur peut être obtenu en coordonnées cartésiennes, en faisant la somme de deux vecteurs en quadrature. Le vecteur représentatif de la modulation peut donc être obtenus à partir de deux porteuses synchrones déphasées de 90° et modulées en amplitude (Fig 14). Ainsi en utilisant uniquement des techniques de modulation d'amplitude, tous les types de modulation (hors la modulation de fréquence) peuvent être réalisé.

Modulation à suppression de porteuse

fig16

Cependant, pour couvrir la totalité des 4 quadrants trigonométriques, il est nécessaire de pouvoir inverser la phase des porteuses modulées, ce qu'interdit une modulation d'amplitude simple.

fig15

La modulation d'amplitude à suppression de porteuse réalise cette opération : lorsque se signal de modulation devient négatif, la phase de porteuse est inversée comme illustré Fig 16. Dans ce procédé, quand le signal de modulation est nul, l'amplitude de porteuse est nulle aussi. Si le signal modulé résultant est symétrique, la puissance résultante de la fréquence de porteuse est nulle et il ne subsiste que les bandes latérales. Il s'agit bien d'une modulation à suppression de porteuse (Fig 15)

Quelques exemples de représentation

fig17Pour une modulation simultanée de la phase et de l'amplitude, l'extrémité du vecteur décrit un chemin autour de l'origine des axes, fonction des évolutions de l'amplitude et de la phase du signal modulé, ou des évolutions respectives des amplitudes des deux porteuses en quadrature si cette technique a été utilisée.

Dans le cas d'une modulation d'amplitude (à suppression de porteuse), la phase ne varie pas et donc le chemin est constitué par un segment de droite centré sur l'origine des axes. Comme la phase est arbitraire, on peut le faire coïncider avec l'axe des abscisses (Fig 17a).fig18

Pour une modulation d'amplitude en tout ou rien, deux états sont possibles et donc le diagramme ne comporte que deux points, 0 et M (Fig 17b)

Pour une modulation en phase uniquement, le chemin décrit un cercle dont le rayon est proportionnel à l'amplitude constante du signal, et centré sur l'origine des axes (Fig 18a). On parle de modulation à enveloppe constante.

Dans le cas d'une modulation numérique à deux états de phase (0° et 180°, ou 0 et π rd) - on parle alors de modulation biphase - la représentation comporte deux points M et M' symétriques par rapport à l'origine (Fig 18b)

Modulations complexes dans un plan

Il existe deux grandes familles de modulations dans un plan : celles qui sont à enveloppe constante (modulations de phase ou de fréquences), ou quasi constantes, celles qui superposent une modulation d'amplitude à une modulation de phase. Ici, la représentation des différents états est donnée par des points ou lieu de points du plan I/Q, contrairement à certaines modulations plus complexes dont la représentation nécessite une troisième dimension (OFDM par exemple).

Modulations à enveloppe constante

Les modulations à enveloppe constante sont intéressantes par le fait que le paramètre amplitude n'a pas d'importance, et donc les variations de signal engendrées par les problèmes de propagation sont assez peu gênantes. De plus, les variations temporelles, évolution de la phase ou de la fréquence, sont relativement plus robustes vis-à-vis des parasites que l'amplitude. Leur mise en oeuvre est donc plus aisée au niveau du récepteur. Nous avons vu en effet plus haut que la démodulation d'amplitude à plusieurs états nécessitait la transmission d'une référence d'amplitude pour que les états intermédiaires puissent être distingués.

Les modulations numériques à enveloppe constante les plus courantes sont donc soit de fréquence ou FSK, soit de phase ou PSK, et les plus simples sont à deux états.fig19 En pratique, en modulation de fréquence par des signaux numériques, la FSK à deux états est quasiment la seule utilisée, car multiplier les états (donc les fréquences différentes mises en jeu) relève de technique de modulation de phase, et donc tombe dans cette catégorie. Dans la suite, nous nous intéresserons principalement aux modulations de phase et d'amplitude.

Mais revenons aux modulations, de phase donc, à enveloppe constante. On les dénomme n-PSK où "n" représente le nombre d'états de phase (la 4PSK et aussi appelée QPSK, puisque les états de phases sont en quadrature), n n'excédant pas 16 en général (Fig 19).

Cette représentation vectorielle est appelée aussi "constellation", où chaque point est associé un code binaire : 0 et 1 dans le cas du bi-phase, 2 bits pour le QPSK, 3 pour le 8PSK, etc... C'est la raison pour laquelle le nombre des états de phase est toujours une puissance de 2. Les codes associés à chaque point sur la Fig 19 correspondent à une codification de Gray (2 point successifs ne diffèrent que de 1 bit).

Remarquons, sur ces diagrammes, que les sauts de phase doivent se faire en parcourant le cercle pour que l'enveloppe soit constante, et non pas directement en passant par l'intérieur du cercle, car alors il y aurait variation d'amplitude pendant les transitions de phase. Si la modulation est obtenue en faisant varier la phase d'un oscillateur, l'amplitude restera constante (à condition qu'aucun filtrage ne vienne la perturber). Par contre si la modulation est obtenue par la somme de deux porteuses en quadrature modulées en amplitude, le passage d'un point à un autre sera direct, résultant en une modulation d'amplitude.
Diverses astuces peuvent cependant être utilisées pour limiter cette modulation d'amplitude parasite: ainsi, dans la cas de la "OQPSK" (Offset QPSK), les instants de transition des deux porteuses ne sont plus simultanés, ils sont décalés d'un demi temps d'horloge, ce qui oblige à passer par les états successifs pour aller aux états opposés.

Modulations complexes

Nous avons préalablement mentionné des modulations d'amplitude par des signaux numériques, et avons montré comment multiplier les états intermédiaires (voir le chapitre "Modulation: cas de plusieurs niveaux"). fig20Si on associe les deux types de modulation, on obtient les modulations appelées m-QAM (Quadrature Amplitude Modulation), où "m" indique le nombre d'états, ou de points de la constellation. La Fig 20, illustre bien pourquoi cette représentation est aussi appelée "constellation".

Il est possible d'obtenir ainsi des modulations très complexes comme le montre la modulation 256QAM de la Fig 20, où chaque point correspond à un nombre de 16 bits. Plus ce type de modulation est complexe, plus la qualité du canal de transmission doit être parfaite pour séparer correctement des points adjacents en réception. Les plus complexes sont donc réservées à des transmissions où la qualité du canal peut être maîtrisée, par exemple dans les liaisons point à point. Pour les liaisons destinées à la mobilité, d'autres types de modulation ont été développés, sujet du chapitre suivant.

Suite : partie 6 - Mobilité et débit.

validXHTML valid-css compteur

Copyright 2008 mic0741 - Tous droits reservés - -

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