MODULATION

1. 2. Transmission sur fréquence porteuse :
Le spectre du signal physique est dans une bande de fréquences centrée sur la
fréquence porteuse
- Modulations (en bande transposée)
Modulation
Objectif : Associer à des données (numériques) un signal physique adapté au canal
de transmission.
Deux types de transmission :
1. Transmission en bande de base :
On appelle transmission en bande de base une transmission sans modification préalable
du spectre du signal au niveau de l’émetteur.
- Codage en ligne ou Modulation en Bande de Base

2. Avantages de la TBB :
• Possibilité de multiplexage temporel
• Émetteurs et récepteurs simples
Transmission en bande de base
Inconvénients de la TBB :
• Transmission par câble ou fibre optique --> coût élevé
• Impossibilité de partage direct d’un même canal par plusieurs sources
• Impossibilité de transmission à l’air libre pour signaux BF
Modulation

3. Modulation

4. Définition :
On appelle transmission en bande transposée ou modulation une transmission
avec modification préalable du spectre du signal à transmettre.
La modulation utilise généralement 2 signaux :
• le message analogique ou numérique, appelé signal modulant ou message (BF)
• un signal de porteuse ou d ’échantillonnage (HF)
Modulation
Modulation
numérique
Ecos(2pt)
m(t)
Le message binaire
L’onde porteuse
Le signal modulé s(t)

5. Modulation
Quand il s'agit de transmettre des données numériques sur un canal passe-
bande, il est nécessaire de moduler les données autour d'une porteuse. Il
existe quatre techniques principales de modulation numérique selon que le
message fait varier l'amplitude, la phase ou la fréquence de la porteuse. Ces
techniques sont :
ASK (Amplitude Shift Keying) : modulation d’amplitude
FSK (Frequency Shift Keying) : modulation de fréquence
PSK (Phase Shift Keying) : modulation de phase
QAM (Quadrature Amplitude modulation) : modulation d’amplitude sur
deux porteuses en quadrature.
Dans tous les cas, le principe consiste à utiliser des symboles binaires pour
modifier les caractéristiques d’une ou plusieurs porteuses

6. 6
Le signal modulé s'écrit sous la forme générale
E est l'amplitude du signal ( modulation d'amplitude)
ω0 est la fréquence (modulation de fréquence)
φ la phase (modulation de phase)
L'ensemble de ces paramètres peuvent être utilisés pour réaliser la
modulation
Ils peuvent être combinés
s(t) = Ecos(20t+)
Comme pour les modulation analogiques, le dispositif d’émission associé au système de
communication requiert une onde porteuse sinusoïdale de fréquence fp, destinée au
transport du message binaire.
Sur la figure 1 on définit l’allure du signal modulé correspondant à la transmission de m(t)
constitué de 5 bits 10010, et ce , pour les trois types de modulation de base:
ASK (Amplitude Shift Keying) ou MDA (Modulation par Déplacement d’Amplitude)
FSK (Frequency Shfit Keying) ou MDF (Modulation par Déplacement de Fréquence)
PSK (Phase Shift Keying) ou MDP (Modulation par Déplacement de Phase)
Modulation

8. Cette tension sinusoïdale est entièrement caractérisée par les trois paramètres:
Amplitude E (Volt) , Fréquence f (Hz), Phase φ(radians)
Pour chacun des trois types de modulation, le changement de niveau logique du bit se
caractérise par modification de l’un des trois paramètres E, f ou φ du signal modulé s(t), et
plus précisément par :
- un saut d’amplitude pour une modulation ASK;
- un saut de fréquence pour une modulation FSK;
- un saut de phase pour une modulation PSK.
-Le tableau 1 permet de synthétiser les différentes expressions du signal modulé, en
fonction du niveau logique du bit transmis, et selon le type de modulation considéré.
Type de modulation
Expression analytique de s(t)
Pendant la
transmission d’un 0
Pendant la transmission
d’un 1
ASK E0cos(2fpt+0) E1cos(2fpt+0)
FSK E0cos(2f1t+0) E0cos(2f2t+0)
PSK E0cos(2fpt+0) E0cos(2fpt+)
Modulation

9. Le principe de la modulation angulaire
La fonction d’un modulateur numérique consiste, quel que soit le type de modulations
considéré, à élaborer une tension sinusoïdale de la forme :
s(t) = Ecos(2fpt+)
Or, toute tension sinusoïdale s(t) = Ecos(2fpt+) peut s’exprimer sous la forme:
s(t) = Ecos()cos(2fpt) – Esin()sin(2fpt)
Soit
s(t) = Icos(2fpt) + Qcos(2fpt + /2) avec : I = Ecos() et Q= Esin()
L’expression de Q = f(I)
On constate que
I2 + Q2 = E2
La représentation graphique Q = f(I)
correspond donc à un cercle de rayon E
Modulation

10. Diagramme de constellation

11. Les modulations numériques usuelles
Les trois modulation de base ASK, FSK et PSK que nous venons de traiter sont
fondamentales dans la mesure où elles sont à la base des nombreuses modulations
numériques complexes rencontrées en télécommunications.
Les modulations numériques ASK sont assez peu utilisées, à l’exception d’une forme
particulière appelée OOK (On-Off Keying).
La modulation PSK présente deux états de modulation distincts, matérialisés, au niveau du
diagramme de constellation, par la présence de deux points de constellation distincts. A
chacun de ces deux points correspond la transmission d’un seul bit (0 ou 1). D’où le nom
la modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying) ou PSK à 2 états
La modulation QPSK ou modulation PSK à 4 états présente quatre états de modulation
distincts. Chaque état résulte de la combinaison de deux bits, conformément au
diagramme de constellation (fig2), sur lequel on peut faire les constatations suivantes:
00 correspond +/4, 01 correspond +3/4, 10 correspond -/4 , 11 correspond -3/4.
La fig3. représente l’allure du signal modulé s(t) dans le cas précis où l’on transmis le
message m(t) = 1000011110.
Modulation

12. fig3
fig2

13. La modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) ou modulation d’amplitude
en quadrature de phase est une technique qui emploie une combinaison de
modulation de phase et d’amplitude. Elle est largement employée par les modems
pour leur permettre d’offrir des débits binaires élevés.
Modulation
QAM
Mot Amplitude Phase
000 0.5 0
001 1 0
010 0.5 π/2
011 1 π/2
100 0.5 π
101 1 π
110 0.5 3π/2
111 1 3π/4
Exemple de la QAM-8

14. Modulations numériques M-QAM (Quadratic Amplitude Modulation):
Exemple de la QAM-16

15. Exemple de la QAM-64

16. Avantages de la modulation :
• 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
Modulation
• Homogénéité des équipements (antennes)

17. 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

18. Caractéristiques ASK FSK
Immunité face au bruit Aucune Excellente
Reproduction des signaux
faibles
Bonne Mauvaise
Circuit de production Simple Complexe
Qualité audio : Musique Médiocre Excellente
Rendement énergétique Faible 15% au maximum presque 100%
Facteur d'utilisation de la
bande passante
50% 100% si bien calibré
Modulation

19. Modulation
• Minimisation de l’occupation spectrale (largeur de bande) pour un débit
binaire donné;
• Minimisation de la probabilité d’erreur dans un environnement de
transmission donné (notamment le SNR);
• Maximisation de l’efficacité spectrale (rapport entre le nombre de bits
transmis par seconde et la largeur de bande utilisée) ;
• Complexité des circuits en émission et réception;
• Immunité par rapport aux perturbations (amplificateurs, phénomène
d’évanouissement,…).

20. Identification d’un défaut
Le diagramme de constellation évolue en fonction du signal. Si le signal est perturbé, le
diagramme de constellation est alors déformé.
Suivant la déformation, il est possible d’identifier le type d’interférences qui pollue
l’information
Identifier le type de défaut permet ensuite de déterminer quel élément de la chaine est
concerné.
- Bruit gaussien: atténuation trop élevée(mauvais réglage de l’antenne, dispersion dans les
câbles, amplificateur défectueux).
- Bruit de phase: mauvais réglages des équipements de modulation (oscillateurs locaux).
- Bruit d’amplitude : équipements d’amplification défectueux
Utilité du diagramme de constellation