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MODULATIONS
Page 1
Jamila BAKKOURY
Transmission en bande de base
2
BdB : transmission sans modification préalable du spectre du
signal au niveau de l’émetteur.
Avantage :
 Émetteurs et récepteurs simples
Inconvénients :
 Sensibilité aux parasites (bruits en 1/f)
 Transmission par câble ou fibre optique : coût élevé
 Impossibilité de partage direct d’un même canal par
plusieurs sources
 Impossibilité de transmission en espace libre pour signaux BF
Exemple :
son
λ
Inconvénients de la BdB :
fmin
fmax
fréquence 20 Hz
15000 km
20 kHz
15 km
3
Transmission en bande de base
Modulation
On appelle transmission en bande transposée ou modulation
une transmission avec modification préalable du spectre du
signal à transmettre.
La modulation transpose le signal initial en un autre sans en
modifier le contenu informatif.
La modulation utilise généralement 2 signaux :
 le message analogique ou numérique, appelé signal modulant
ou message (BF)
 un signal porteur (ou porteuse) ou d ’échantillonnage (HF)
4
La modulation peut être :
 soit une transposition plus ou moins directe du spectre
du message vers les HF (modulation d ’amplitude, de fréquence).
 soit une modification radicale du signal utilisant des
techniques numériques : échantillonnage (modulation par
impulsions et codage MIC).
 soit une combinaison de ces deux techniques.
5
Modulation
Fréquence
Transposition de fréquence
Modulation
Signal en bande de base
Signal modulé
0 +Fsignal Fporteuse-Fsignal
Démodulation
Fporteuse+FsignalFporteuse-Fsignal
B 2B
spectre
Modulation
Page 6
Bande latérale supérieure
(Upper side band)
Bande latérale
inférieure (lower side
band)
Modulation
Modulation
Page 7
Démodulation
Modulation
Page 8
Avantages de la modulation :
 Rayonnement possible dans une antenne
 Adaptation du signal modulé aux caractéristiques
fréquentielles du canal de transmission
 Moindre sensibilité au bruit et parasites externes
 Transmission possible à longue distance (ex: satellites)
 Transmissions simultanées : possibilité de multiplexage
fréquentiel
9
Modulation
Avantages de la modulation :
 Homogénéité des équipements (antennes)
 Ex :
fmin = 495 MHz
lmax = 60.6 cm lmin = 59.4 cm
fmax = 505 MHz
10
Modulation
Avantages de la modulation :
 Transmissions simultanées : possibilité de multiplexage
fréquentiel
f
Amplitude
Spectre d’amplitude d’un message en bande de base
11
Modulation
f
f
f
ff1-f1 f2-f2
12
Modulation
Multiplexage :
13
Modulation
Multiplexage
14
Modulation
Multiplexage
Inconvénients de la modulation :
 Bande de fréquences à l’émission plus importante
que celle du message
 Systèmes plus complexes : risque d’augmentation de
la dégradation du signal due aux équipements
15
Modulation
 Modulations analogiques (analog modulation)
 Modulations par saut (shift keying modulation)
 Modulations par Impulsions et Codage - MIC
(Pulse Code Modulation - PCM)
16
Modulation
Inconvénients de la modulation :
 Bande de fréquences à l’émission plus importante
que celle du message
 Systèmes plus complexes : risque d’augmentation de
la dégradation du signal due aux équipements
17
Modulation
Les différents types de modulations
 On distingue 2 types de modulation :
 Modulation analogique : le signal modulant est continu.
 Modulation numérique : le signal modulant est un signal
numérique.
 Le signal modulant modifie une ou plusieurs caractéristiques
physiques de la porteuse :
 Amplitude
 Fréquence
 Phase
 Durée ( cas du porteur impulsionnel)
Modulation
Page 18
Modulations analogiques 19
Modulations par saut
20
Modulations par impulsions
21
Exemples de modulations
Classification des modulations
PORTEUSE
continue
(sinusoïdale)
impulsions
22
Classification des modulations
PORTEUSE MESSAGE
continue
(sinusoïdale)
impulsions
analogique
(continu)
discret
(numérique)
23
Exemples de modulations
Classification des modulations
PORTEUSE MESSAGE
continue
(sinusoïdale)
impulsions
analogique
(continu)
discret
(numérique)
AM - FM - PM
24
Exemples de modulations
Classification des modulations
PORTEUSE MESSAGE
continue
(sinusoïdale)
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analogique
(continu)
discret
(numérique)
ASK
FSK
PSK
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Exemples de modulations
Classification des modulations
PORTEUSE MESSAGE
continue
(sinusoïdale)
impulsions
analogique
(continu)
discret
(numérique)
PAM
PWM
PPM
26
Exemples de modulations
Classification des modulations
PORTEUSE MESSAGE
continue
(sinusoïdale)
impulsions
analogique
(continu)
discret
(numérique)PCM
27
Exemples de modulations
Quelques critères de choix d’une modulation :
 Type
 Occupation spectrale
 Résistance au bruit (probabilité d’erreur pour une communication
numérique)
 Complexité / coût
Modulation
Page 28
( ) ( ) 1ou0B,tsinBtS p =×= ω
Amplitude Shift Key (OOK) :
( ) ( )( ) 1,sin0 ±=×+×= BtBAtS mp ωω
Frequency Shift Key :
Phase Shift Key :
( ) ( ) 1ou0B,BtsinAtS p0 =×+×= πω
10 1 0 1 1
ASK
FSK
PSK
porteuseporteuse
modulantmodulant
État binaire
Amplitude
Signal
modulé
A1A0 A1 A0 A1 A1
Fréquence
Signal
modulé
F1F0 F1 F0 F1 F1
Phase
Signal
modulé
φ 1φ0 φ 1 φ 0 φ 1 φ 1
Modulation numériques
Page 29
Exemple : modulation BPSK
10 1 0 1 1
porteuse
modulant
BPSK
0 0π π π π
Modulation numériques
Page 30
 La limitation des bandes passantes des canaux entraîne la limitation du débit
binaire.
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symboles formés de plusieurs bits.
 Modulation numériques à base de M symboles complexes formés de
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Modulations numériques M-aire
N
M 2=
Modulation numériques
Page 31
Modulateur I/Q
Soit un signal modulé avec une amplitude A et une phase φ
( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )






=+=
+=
+=
+=
I
Q
QI
QI
cQcI
c
A
A
etAAA
QAIAts
tfAtfAts
tfAts
arctan
2sin2cos
2cos
22
ϕ
ππ
ϕπ
le signal modulé va « transporter » 2 bits simultanément :
chacune des porteuses I et Q est modulée par un bit.
Signal modulé
Amplitude A
Porteuse I
Porteuse Q
Phase φ
AI
AQ
Modulation
Page 32
Modulateur I/Q
Modulations numériques QPSK
Oscillateur local
0°
90
0°
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Porteuse
I
Q
DEMUX
Signal binaire
[ ]1,1,1,1,1,1 +−−++−
[ ]1,1,1 −+−
[ ]1,1,1 +−+
( )tfC
π2cos
( )tfC
π2cos±
Signal QPSK
( )





 +
+×
4
12
2cos2
π
π i
tfC
( )tfC
π2sin
( )tfC
π2sin±
+
_
Page 33
1001 11
Porteuse I
Signal I modulé
Porteuse Q
Symbole
Signal Q modulé
+1
-1 +1
-1
+1
+1
Signal I+Q modulé
Modulations numériques QPSK
Page 34
déphasage
Modulation Quadrature Phase Shift Key (QPSK ou 4-PSK)
 Principe très répandu en télécommunication (GSM, Bluetooth)
 2 bits sont transmis par symbole, transmis durant 2 durées binaires : 2×Tb
 4 symboles possibles, caractérisés par des décalages de phase différents :
• ‘11’  π/4
• ‘01’  3π/4
• ‘00’  5π/4
• ‘10’  7π/4
I
Q
1101
00 10
Modulations numériques QPSK
Page 35
De manière générale, une modulation de phase M-aire peut s’écrire :
( ) ( ) [ ]1;0
2
,2cos −∈=+= Miet
M
i
tfAts iicPi
π
θθπ
 Modulation QPSK : M = 4 et [ ]3;0
2
∈
×
= iet
i
i
π
θ
 Pour n’avoir que 2 niveaux d’amplitude possible, on prend :
[ ]3;0
42
∈+
×
= iet
i
i
ππ
θ
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) QI
i
Q
i
Its
i
tfA
i
tfAts
i
tfA
i
tfAts
i
cPcPi
cPcPi
2
2
2
2
4
12
sin
4
12
cos
4
12
sin2sin
4
12
cos2cos
4
12
2cos
42
2cos
±−±=




 +
−




 +
=





 +
−




 +
=





 +
+=





++=
ππ
π
π
π
π
π
π
ππ
π
Modulations numériques M-aire
Page 36
Exemple :
modulation 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
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Modulations numériques M-aire
Page 37
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chap5 modulations

  • 2. Transmission en bande de base 2 BdB : transmission sans modification préalable du spectre du signal au niveau de l’émetteur. Avantage :  Émetteurs et récepteurs simples Inconvénients :  Sensibilité aux parasites (bruits en 1/f)  Transmission par câble ou fibre optique : coût élevé  Impossibilité de partage direct d’un même canal par plusieurs sources  Impossibilité de transmission en espace libre pour signaux BF
  • 3. Exemple : son λ Inconvénients de la BdB : fmin fmax fréquence 20 Hz 15000 km 20 kHz 15 km 3 Transmission en bande de base
  • 4. Modulation On appelle transmission en bande transposée ou modulation une transmission avec modification préalable du spectre du signal à transmettre. La modulation transpose le signal initial en un autre sans en modifier le contenu informatif. La modulation utilise généralement 2 signaux :  le message analogique ou numérique, appelé signal modulant ou message (BF)  un signal porteur (ou porteuse) ou d ’échantillonnage (HF) 4
  • 5. La modulation peut être :  soit une transposition plus ou moins directe du spectre du message vers les HF (modulation d ’amplitude, de fréquence).  soit une modification radicale du signal utilisant des techniques numériques : échantillonnage (modulation par impulsions et codage MIC).  soit une combinaison de ces deux techniques. 5 Modulation
  • 6. Fréquence Transposition de fréquence Modulation Signal en bande de base Signal modulé 0 +Fsignal Fporteuse-Fsignal Démodulation Fporteuse+FsignalFporteuse-Fsignal B 2B spectre Modulation Page 6
  • 7. Bande latérale supérieure (Upper side band) Bande latérale inférieure (lower side band) Modulation Modulation Page 7
  • 9. Avantages de la modulation :  Rayonnement possible dans une antenne  Adaptation du signal modulé aux caractéristiques fréquentielles du canal de transmission  Moindre sensibilité au bruit et parasites externes  Transmission possible à longue distance (ex: satellites)  Transmissions simultanées : possibilité de multiplexage fréquentiel 9 Modulation
  • 10. Avantages de la modulation :  Homogénéité des équipements (antennes)  Ex : fmin = 495 MHz lmax = 60.6 cm lmin = 59.4 cm fmax = 505 MHz 10 Modulation
  • 11. Avantages de la modulation :  Transmissions simultanées : possibilité de multiplexage fréquentiel f Amplitude Spectre d’amplitude d’un message en bande de base 11 Modulation
  • 15. Inconvénients de la modulation :  Bande de fréquences à l’émission plus importante que celle du message  Systèmes plus complexes : risque d’augmentation de la dégradation du signal due aux équipements 15 Modulation
  • 16.  Modulations analogiques (analog modulation)  Modulations par saut (shift keying modulation)  Modulations par Impulsions et Codage - MIC (Pulse Code Modulation - PCM) 16 Modulation
  • 17. Inconvénients de la modulation :  Bande de fréquences à l’émission plus importante que celle du message  Systèmes plus complexes : risque d’augmentation de la dégradation du signal due aux équipements 17 Modulation
  • 18. Les différents types de modulations  On distingue 2 types de modulation :  Modulation analogique : le signal modulant est continu.  Modulation numérique : le signal modulant est un signal numérique.  Le signal modulant modifie une ou plusieurs caractéristiques physiques de la porteuse :  Amplitude  Fréquence  Phase  Durée ( cas du porteur impulsionnel) Modulation Page 18
  • 22. Exemples de modulations Classification des modulations PORTEUSE continue (sinusoïdale) impulsions 22
  • 23. Classification des modulations PORTEUSE MESSAGE continue (sinusoïdale) impulsions analogique (continu) discret (numérique) 23 Exemples de modulations
  • 24. Classification des modulations PORTEUSE MESSAGE continue (sinusoïdale) impulsions analogique (continu) discret (numérique) AM - FM - PM 24 Exemples de modulations
  • 25. Classification des modulations PORTEUSE MESSAGE continue (sinusoïdale) impulsions analogique (continu) discret (numérique) ASK FSK PSK 25 Exemples de modulations
  • 26. Classification des modulations PORTEUSE MESSAGE continue (sinusoïdale) impulsions analogique (continu) discret (numérique) PAM PWM PPM 26 Exemples de modulations
  • 27. Classification des modulations PORTEUSE MESSAGE continue (sinusoïdale) impulsions analogique (continu) discret (numérique)PCM 27 Exemples de modulations
  • 28. Quelques critères de choix d’une modulation :  Type  Occupation spectrale  Résistance au bruit (probabilité d’erreur pour une communication numérique)  Complexité / coût Modulation Page 28
  • 29. ( ) ( ) 1ou0B,tsinBtS p =×= ω Amplitude Shift Key (OOK) : ( ) ( )( ) 1,sin0 ±=×+×= BtBAtS mp ωω Frequency Shift Key : Phase Shift Key : ( ) ( ) 1ou0B,BtsinAtS p0 =×+×= πω 10 1 0 1 1 ASK FSK PSK porteuseporteuse modulantmodulant État binaire Amplitude Signal modulé A1A0 A1 A0 A1 A1 Fréquence Signal modulé F1F0 F1 F0 F1 F1 Phase Signal modulé φ 1φ0 φ 1 φ 0 φ 1 φ 1 Modulation numériques Page 29
  • 30. Exemple : modulation BPSK 10 1 0 1 1 porteuse modulant BPSK 0 0π π π π Modulation numériques Page 30
  • 31.  La limitation des bandes passantes des canaux entraîne la limitation du débit binaire.  Pour augmenter le débit sans augmenter la bande passante : transmettre des symboles formés de plusieurs bits.  Modulation numériques à base de M symboles complexes formés de  N bits, où Modulations numériques M-aire N M 2= Modulation numériques Page 31
  • 32. Modulateur I/Q Soit un signal modulé avec une amplitude A et une phase φ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )       =+= += += += I Q QI QI cQcI c A A etAAA QAIAts tfAtfAts tfAts arctan 2sin2cos 2cos 22 ϕ ππ ϕπ le signal modulé va « transporter » 2 bits simultanément : chacune des porteuses I et Q est modulée par un bit. Signal modulé Amplitude A Porteuse I Porteuse Q Phase φ AI AQ Modulation Page 32
  • 33. Modulateur I/Q Modulations numériques QPSK Oscillateur local 0° 90 0° 90° Porteuse I Q DEMUX Signal binaire [ ]1,1,1,1,1,1 +−−++− [ ]1,1,1 −+− [ ]1,1,1 +−+ ( )tfC π2cos ( )tfC π2cos± Signal QPSK ( )       + +× 4 12 2cos2 π π i tfC ( )tfC π2sin ( )tfC π2sin± + _ Page 33
  • 34. 1001 11 Porteuse I Signal I modulé Porteuse Q Symbole Signal Q modulé +1 -1 +1 -1 +1 +1 Signal I+Q modulé Modulations numériques QPSK Page 34 déphasage
  • 35. Modulation Quadrature Phase Shift Key (QPSK ou 4-PSK)  Principe très répandu en télécommunication (GSM, Bluetooth)  2 bits sont transmis par symbole, transmis durant 2 durées binaires : 2×Tb  4 symboles possibles, caractérisés par des décalages de phase différents : • ‘11’  π/4 • ‘01’  3π/4 • ‘00’  5π/4 • ‘10’  7π/4 I Q 1101 00 10 Modulations numériques QPSK Page 35
  • 36. De manière générale, une modulation de phase M-aire peut s’écrire : ( ) ( ) [ ]1;0 2 ,2cos −∈=+= Miet M i tfAts iicPi π θθπ  Modulation QPSK : M = 4 et [ ]3;0 2 ∈ × = iet i i π θ  Pour n’avoir que 2 niveaux d’amplitude possible, on prend : [ ]3;0 42 ∈+ × = iet i i ππ θ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) QI i Q i Its i tfA i tfAts i tfA i tfAts i cPcPi cPcPi 2 2 2 2 4 12 sin 4 12 cos 4 12 sin2sin 4 12 cos2cos 4 12 2cos 42 2cos ±−±=      + −      + =       + −      + =       + +=      ++= ππ π π π π π π ππ π Modulations numériques M-aire Page 36
  • 37. Exemple : modulation 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) constellation des symboles Modulations numériques M-aire Page 37
  • 38. Effet sur le BER (TEB) Modulations numériques M-aire Page 38