CONTRIBUTION A L’ETUDE DES MODULATIONS ANGULAIRES
GENERALITES SUR LES SYSTEMES DE TELECOMMUNICATIONS
Un système de télécommunications a pour fonction de permettre à différents utilisateurs d’échanger des informations sous forme de messages analogiques ou numériques, qui circulent sur des canaux de transmission. Les sources d’information les plus communément rencontrées dans le monde des télécommunications sont la parole, la musique, les images ou la vidéo et les données d’ordinateur. Cependant, le message se présente le plus souvent sous une forme physique inadaptée à sa transmission à grande distance. Il importe donc, avant toute chose, de transformer ces grandeurs en signal électrique susceptible de se propager. Cela constitue l’enjeu principal de la modulation. Ce chapitre décrit des notions essentielles sur la transmission et les signaux impliqués dans la technique. Dans ce sens, nous allons présenter les systèmes de télécommunication, offrir une vue générale sur la modulation et terminer avec la représentation mathématique des signaux réels.
La communication
La communication est, au sens large, un transfert d’information d’une source vers un destinataire, à travers un milieu appelé «canal» (voir figure 1.01). Les conditions à respecter sont les suivantes: • source et destinataire doivent déployer les mêmes représentations symboliques de l’information à transmettre, par exemple sur le code utilisé, • le canal devrait être parfaitement transparent, c’est-à-dire ne jouer qu’un rôle neutre de convoyeur, sans interférer sur l’information transmise, • le canal doit être adapté au type de source et de destinataire en jeu, • de même, l’information à transmettre doit être mise sous une forme compatible avec le canal.La transmission d’information nécessite la prise en compte des caractéristiques du canal de transmission : sa bande passante, la puissance maximale admissible et le bruit qu’il génère. Il est 3 donc, nécessaire, pour transmettre un signal, de l’adapter au canal de transmission. C’est le but de la modulation.
Généralitéssur la modulation
objectifs et définitions
La « modulation de porteuse » qu’elle soit analogique ou numérique, consiste à faire varier un paramètre d’une onde sinusoïdale appelée onde porteuse en fonction du signal qui constitue l’information à transmettre appelé signal modulant. La grandeur qui peut être modulée est l’amplitude, la phase, la fréquence et éventuellement la polarisation. L’opération de modulation a donc pour effet de transformer un signal en bande de base (le message) en un signal haute fréquence (le signal modulé). Définition 1.02 La « démodulation » est l’opération inverse de la modulation, c’est la reconstitution du signal modulant à partir du signal modulé. L’addition éventuelle de bruits, d’interférences et de distorsion, limite la fidélité de la reconstruction. La figure 1.02 décrit la modulation et la démodulation. Les principaux objectifs de la modulation sont donc: • l’adaptation aux conditions particulières d’un milieu de transmission. Grâce à une modulation adéquate, il est notamment possible d’utiliser un canal très perturbé et garantir malgré tout une bonne qualité de transmission. Pour une transmission par ondes, il faut transposer le signal initial dans un domaine de fréquence où les conditions de propagation (portée, largeur de bande utile) sont adaptées au problème à résoudre, 4 • le multiplexage, c’est-à-dire utilisation simultanée du même milieu de transmission par plusieurs communications. Le signal résultant est appelé « signal multiplex ».
Domaines d’application
La modulation est principalement utilisée en télécommunication dans les systèmes de : télégraphie, téléphonie, radiophonie, télévision, transmission de données, télémesures et télécommandes. Elle est également employée pour améliorer la résolution des systèmes de détection : radar, sonar, télédétection. L’instrumentation électronique et la métrologie lui font également appel pour réaliser des transpositions de fréquence facilitant le traitement du signal. Maintenant, voyons le choix du type de modulation à déployer pour assurer la transmission de signaux.
Choix du type de modulation
Le choix s’effectue suivant les caractéristiques de modulation : • la bande de fréquence occupée par le signal modulé ; cette bande doit être aussi petite que possible, afin de pouvoir loger le maximum d’émetteur dans une bande de fréquence donnée ; • le rendement en énergie ; ce qui revient à transmettre avec une puissance raisonnable et une antenne de dimension réduite des messages sur de longues distances ; • la complexité des circuits au niveau de la réception afin de réduire le coût des milliers de récepteurs, par contre on peut tolérer une plus grande complexité à l’émission ; • l’insensibilité aux perturbations extérieures, ce qui revient à chercher le meilleur rapport du signal utile récupéré par rapport aux bruits.
Modes de transmission de signaux
La transmission des signaux électriques représentant l’information se fait en deux méthodes : • la transmission en bande de base, méthode correspondant à l’émission directe du signal de transmission, • la transmission par modulation d’une porteuse, méthode permettant d’adapter le signal au canal de transmission. Nous pouvons aussi distinguer : • les transmissions analogiques, pour lesquelles le signal à transmettre est analogique, 5 • les transmission numériques, pour lesquelles le signal à transmettre est numérique (souvent binaire). Nous pouvons tout de suite différencier ces deux types de transmission vis-à-vis de leurs performances. En effet, les perturbations dues au canal, bruits et bande passante limitée, dégradent irréversiblement le signal analogique, ce qui n’est pas le cas pour les signaux numériques.
Transmission en bande de base
La transmission est dite « en bande de base » si les signaux sont transmis tels qu’ils sortent de la source, c’est-à-dire, dans leur bande de fréquence originale. C’est un procédé simple qui consiste à transmettre le signal sous sa forme initiale, éventuellement après une transformation linéaire (amplification, filtrage). La transmission en bande de base est très largement utilisée pour la transmission de signaux numériques sur de courtes distances, c’est le cas par exemple des réseaux locaux ou des liaisons point à point. La bande de base a une grande largeur relative et peut même contenir des composantes continues qui diminuent le rendement électrique, selon les codes en lignes employés. De plus, sur câble, les basses fréquences risquent des distorsions. Tout ceci explique l’intérêt des modulations. Principe des codes en lignes : Il consiste à associer, à chaque élément binaire αk du message numérique, un signal ( ) i S t de durée Tb choisi parmi un ensemble de deux signaux, en fonction de la valeur de l’élément binaire αk : ( ) 0 i S t = [0, [; 0,1 b ∀t ∉ T i = Les codages en bande de base (voir figure 1.03) vont essentiellement avoir pour rôle de diminuer la largeur de bande du signal binaire, de transposer celle-ci vers des fréquences plus élevées et de faciliter la récupération de l’horloge nécessaire en transmission synchrone.
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