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Transmission avec modulation

Dans le document 3 Introduction aux couches de connexion (Page 75-79)

5 Communication numérique

5.3 Transmission avec modulation

Noter que certains protocoles utilisent d’autres formes d’ondes pour moduler les signaux à transmettre. Par exemple CEBus utilise un balayage de fréquences (Chirp) pour transmettre sur courant porteur.

La modulation de signal est utilisée depuis très longtemps en radiophonie (technologies AM et FM). Le principe est simple : le circuit de l’émetteur combine deux signaux : le signal source contenant l’information à transmettre et un signal de forme sinusoïdale qu’il génère à l’interne. Plus précisément, l’émetteur modifie l’amplitude, la fréquence ou la phase du sinus en prenant comme guide le niveau de tension du signal source. On parle alors de modulation du signal source.

La Figure illustre trois façons de moduler ainsi le signal : la modulation en amplitude, ASK (Amplitude Shift Keying), la modulation en fréquence, FSK (Frequency Shift Keying) et la modulation de phase, PSK (Phase Shift Keying). Cette figure illustre la modulation de signaux binaires. On peut dans le même esprit moduler des signaux N-aires en prenant plusieurs valeurs de modulation. Par exemple, on peut coder un signal quaternaire en utilisant quatre phases différentes (0º, 90º, 180º et 270º).

Ce type de modulation permet de coder deux bits du message à la fois. Il se nomme QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).

5.3.1 Combinaison de modulations

Ces trois techniques de modulation peuvent être combinées. Par exemple la technique QAM combine la modulation en amplitude et la modulation de phase pour augmenter le débit de transmission. On peut illustrer ces deux paramètres sur un graphique en deux dimensions avec l’angle étant la phase et la distance au centre étant l’amplitude. Voir la Figure . Avec le mode 8-QAM, chaque élément de transmission transporte 3 bits de données (23 = 8). Avec le mode 16-QAM, chaque élément transporte 4 bits (24 = 16). Noter qu’il existe d’autres modèle de modulation 16-QAM, en particulier une variante qui combine 8 phases et 4 amplitudes, et qui utilise 16 des 32 possibilités pour coder les messages.

Lecture obligatoire :

Lire à ce sujet la section Multilevel modulation methods (pages 66 à 68) de Data Communications, Computer Networks and Open Systems de Fred HALSALL.

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d) Modulation de phase PSK A0

A1 V1

V0

0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1

Changements de valeur de modulation

A0 A1

a) Signal à moduler

F1 F0

Φ0 Φ1

Temps b) Modulation en amplitude ASK

c) Modulation en fréquence FSK

Figure 5-13 : Types de modulation de base

45o

15o

b) 16 éléments de signal : 12 phases et 2 amplitudes a) 8 éléments de signal :

4 phases et 2 amplitudes

Figure 5-14 : Modulation combinée de type 8-QAM et 16-QAM

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Une autre dimension des transmissions avec modulation est le domaine des techniques de spectre étendu (Spread Spectrum). Il s’agit de modes d’encodage basés sur des séquences complexes de signaux. Ces techniques offrent une robustesse particulière aux bruits et autres interférences. On les utilise par exemple pour transmettre sur courant porteur dans les protocoles CEBus et aussi dans les communications radio-numériques.

Lecture suggérée :

Pour en savoir plus sur le sujet, lire la section 6.4.2 de Data

Communications, Computer Networks and Open Systems, Fred HALSALL, Addison-Wesley, 1996.

Une application majeure des techniques de modulation est la transmission de données sur le réseau téléphonique. On utilise pour cela un appareil appelé modem (modulateur / démodulateur) qui transforme le signal produit par l’ordinateur sur sa sortie série (de type NRZ-L bande de base) vers un signal modulé en QAM.

Lectures obligatoires :

Lire la section 3.5 de Télécommunications et transmission de données de Samuel PIERRE et Marc COUTURE, Eyrolles, 1992.

Lire la sous-section Modems de la section 2.5.3 de Réseaux, Andrew TANENBAUM, 4e édition, Pearson Education, 2003.

Lectures suggérées :

Comme complément d’information, lire la section 2.5.1 de Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Fred HALSALL, Addison-Wesley, 1996.

Consulter également la section 4.2 de Systèmes de

Télécommunications, Bases de transmissions, P.-G. FONTOLLIET, Dunod, 1983.

Pour une description des modems téléphoniques, voir la section Modems (pages 21 à 25) de Réseaux locaux, Une introduction à la communication des données et à Internet, Armand ST-PIERRE et William STÉPHANOS, Édition Vermette inc., 1996.

Les systèmes téléphoniques utilisent plusieurs autres types de modulation des signaux : PAM, PDM, PPM et PCM. Le dernier correspond approximativement au processus de numérisation présenté à la section 5.3.4. Les autres modes intéressent plus la téléphonie que la réseautique et ne seront pas traités ici.

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Lecture suggérée :

On trouve une excellente présentation de ces modes au chapitre 3 de Télécommunications et transmission de données de Samuel PIERRE

et Marc COUTURE, Eyrolles, 1992.

5.3.2 Problèmes de modulation

Les signaux modulés sont sensibles aux interférences, mais moins que les signaux en bande de base. Plus on utilise d'éléments de signal, plus le risque de confusion augmente. Par exemple, si l'amplitude d'un signal ASK est perturbée, cela peut provoquer des erreurs de transmission si le destinataire reçoit le mauvais niveau de signal. Les modulations FSK et PSK sont plus robustes que ASK.

Sur un canal de télévision analogique (en modulation d’amplitude) on peut observer l’effet d’un battement avec un signal interférant jusqu’à 60dB plus faible (1 / 1 000 000).

En plus d'être sensible aux fluctuations d'amplitude, la modulation ASK peut souffrir d'un problème de battement. En effet, si les porteuses de deux canaux voisins ne sont pas parfaitement synchrones, on peut avoir des interférences de type battement, tel qu’illustré à la Figure . Ce type d’interférences peut causer des perturbations significatives sur la porteuse d’un signal et sur le signal transmis par la même occasion. La transmission en modulation d’amplitude est particulièrement sensible à ce problème puisque le battement entre directement en conflit avec le signal. Les autres types de modulation sont beaucoup moins sensibles.

La situation est encore plus sensible lorsqu'on utilise des combinaisons de modulation. Si on se réfère au diagramme en constellation de la Figure , on comprend aisément que les perturbations combinées d'amplitude et de phase créent une zone floue (gigue) autour de chaque élément de signal. Lorsque les perturbations du canal sont trop fortes, la zone floue augmente au point où les éléments de signal deviennent ambigus.

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Figure 5-15 : Problème de battement entre les porteuses de deux signaux.

Lectures suggérées :

Comme complément de lecture concernant les techniques de modulation et les divers problèmes reliés, lire :

Le chapitre 8 de Systèmes de Télécommunications, Bases de transmissions, P.-G. FONTOLLIET, Dunod, 1983

La section 10 du chapitre 8 de Telecommunications System Engineering, Roger L. FREEMAN, John Wiley & Sons inc. 1989.

Dans le document 3 Introduction aux couches de connexion (Page 75-79)

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