L es M o d u la tio n s d es L es M o d u la tio n s d es si g n a u x si g n a u x a n a lo g iq u es a n a lo g iq u es
20052005--0606
F ra n ço is e B ri o lle
Centre de Physique Théorique –CNRS, MarseilleIUT R&T –Universitéde la Méditerranée
Euratom
L es s ig n a u x a n a lo g iq u es L es s ig n a u x a n a lo g iq u es
L es s ig n a u x a n a lo g iq u es s o n t a n a lo g u es à u n e g ra n d eu r p h y si q u e : te n si o n , c o u ra n t, p re ss io n , i n te n si té lu m in eu se , …
Ils s o n t c o n tin u s d a n s l e t em p s e t p eu v en t p re n d re u n e in fin it é d e v a le u rs .
L e b u t d e l a m o d u la tio n e st d e t ra n sm et tr e c es s ig n a u x à
g ra n d e d is ta n ce : o n v a d o n c t ra n sf o rm er le s ig n a l p o u r l’a d a p te r a u c a n a l d e t ra n sm is si o n ( a ir , c a b le , … )
L es M o d u la tio n s L es M o d u la tio n s
L e s ig n a l m (t ) q u e l ’o n v eu t t ra n sm et tr e e st g én ér a le m en t b a ss e f ré q u en ce : v o ix , i m a g es , d o n n ée s
O n u til is e u n e p o rt eu se p( t) d e f ré q u en ce é le v ée F
0O n m u lt ip le le s ig n a l m (t ) p a r l a p o rt eu se p (t ) p o u r o b te n ir le s ig n a l m o d u lé s( t)
s( t) es t l a p o rt eu se m o d u lé e e n a m p lit u d e , e n fr éq u en ce o u en p h a se
L es M o d u la tio n s L es M o d u la tio n s
M o d u la tio n li n éa ir e o u m o d u la tio n d ’a m p lit u d e :
Double Bande sans Porteuse (DBsP)
Double Bande avec Porteuse (DBaP)
Bande Latérale Unique (BLU)
M o d u la tio n n o n li n éa ir e :
Modulation de Fréquence (FM)
Modulation de Phase (PM)
L es D L es D é é mo d u la tio n s mo d u la tio n s
L a d ém o d u la tio n p er m et d e r et ro u v er le si g n a l o ri g in a l m (t ) a p a rt ir d u s ig n a l s( t)
D ém o d u la tio n d ’a m p lit u d e
D ém o d u la tio n d ’e n v el o p p e
D ém o d u la tio n s y n ch ro n e
D ém o d u la tio n d e f ré q u en ce
L a M o d u la tio n d L a M o d u la tio n d ’ ’ A m p lit u d e A m p lit u d e
L a m o d u la tio n A M e st u til is ée p o u r l es tr a n sm is si o n s r a d io
O n d es C o u rt es : 11 m à 6 0 m
se p ro p a g e n t t rè s l o in – R a d io F ra n ce In te rn a tio n a l
O n d es M o y en n es : 2 0 0 m 6 0 0 m
ex em p le
O n d es L o n g u es : ~ 1 5 0 0 m
ex em p le : R a d io L u x em b o u rg : 1, 7 k m ,
M o d u la tio n D o u b le B a n d e sa n s P o rt eu se
D B sP
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
D B sP D B sP
co n tie n t l e m es sa g e
la p o rt eu se , d e f ré q u en ce F 0
le s ig n a l m o d u lé co n tie n t l e m es sa g e so n s p ec tr e s er a a u to u r d e F 0 e t – F 0
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
D B sP D B sP
-
FoFo ffmessagesignal modulé signal modulémessageM o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
C a lc u l p o u r u n s ig n a l s in u so ïd a l
es t u n s ig n a l s in u so ïd a l
la p o rt eu se
le s ig n a l m o d u lé
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
B ila n E n er g ét iq u e
L a p u is sa n ce d u s ig n a l m o d u lé es t é g a le à la p u is sa n ce d u m es sa g e t ra n sm is :
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
P ri n ci p e d e m o d u la tio n
MODULATION porteuse message/signal modulé message B−FFTSpectremessage
B−FFT
SpectreSignal modulé porteusesignal modulé message
D M D a P
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
D ém o d u la tio n s y n ch ro n e :
Il su ff it d e m u lt ip lie r l e s ig n a l m o d u lé p a r u n e si n u so ïd e i d en tiq u e à la p o rt eu se ( m êm e fr éq u en ce , m êm e p h a se ) e t d e f ilt re r p a ss e- b a s
S ig n a l d ém o d u lé :
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
L e c a lc u l :
le m es sa g e :
le s ig n a l m o d u lé
si g n a l m o d u lé m u lt ip lié p a r l a p o rt eu se
fil tr é p a ss e- b a s
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
Canal de transmissionAir, cable
DEMODULATION MODULATION porteuse message/signal modulé message/signal démodulé message
démodulation B−FFTSpectremessage
B−FFT
SpectreSignal modulé B−FFTSpectreSignal démodulé butterporteusesignal modulé messagemessage
signal démodulé
M D a P P ro b lè m e d e s y n c h ro n is a tio n D M b a sc u le
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
S i l e s ig n a l d e d ém o d u la tio n n ’e st p a s e n p h a se a v e c l a p o rt eu se … ..
si g n a l m o d u lé m u lt ip lié p a r l a p o rt eu se d ép h a sé e
fil tr é p a ss e- b a s
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
O n p eu t o b te n ir la p o rt eu se à p a rt ir d u si g n a l m o d u lé :
X
2 Diviseur defréquence FiltrePasse-Bande FiltrePasse-BasD D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
Demodulation de la double bande sans porteuse Signal à transmettre
MESSAGE
B−FFT
SpectreSignal démodulé Sine WaveScopeProduct
u2
MathFunction In1Out1
MODULATIONDBsPD
CLK
!CLR Q!Q
D Flip−Flop
1
Constant < 0
CompareTo Zero butter
AnalogFilter Design1ellip
AnalogFilter Design 99 message
message 2
M D a P
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
D D é é m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se m o d u la tio n D o u b le B a n d e s a n s P o rt eu se
M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se
D B a P
M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se : M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se :
D B a P D B a P
es t u n s ig n a l q u i c o n tie n t l e m es sa g e
la p o rt eu se
le s ig n a l m o d u lé
M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se
Indice de modulation
Porteuse messageModulation
Zero−OrderHold1 B−FFTSpectrumScope1 Scope 1u+1
k = 0.5k =2
D B a P
Indice de modulationk = 1
D B a P
Indice de modulationk = 1
D B a P
•Indice de modulationk = 0.5
D B a P
•Indice de modulationk = 2
M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se M o d u la tio n D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se
P u is sa n ce s
Dans le cas oùm(t) est une sinusoïde :
La puissance totale du signal moduléest égale :
avec
DD éé m o d u la tio n s y n ch ro n e m o d u la tio n s y n ch ro n e
MODULATION
DEMODULATION MESSAGE
Zero−OrderHold1 B−FFTSpectrumScope1
Sine Wave2 Sine Wave1 Sine WaveScope
Product1 Product 1Gain u+1Bias
butter
AnalogFilter Design1 butter
AnalogFilter Design message
message
porteuse signal modulé
D D é é m o d u la tio n p a r d m o d u la tio n p a r d é é te ct io n d te ct io n d
’’ en v el o p p e en v el o p p e
DBsP MODULATION MESSAGE
message/signal démodulé
message−signal modulé B−FFT
Spectre Signal modulé B−FFT
SpectreSignal redrésse B−FFTSpectreSignal démodulé u+1 butterbutter message
porteuse signal modulé signal démodulé
Spectre du message
© Françoise Briolle Mars 2006
Spectre du signal modulé
© Françoise Briolle Mars 2006
Signal démodulé
Signal original et signal modulé
Signal en sortie de diode
C o n cl u si o n s
L es M o d u la tio n s d ’A m p lit u d e D o u b le B a n d e a v ec o u sa n s P o rt eu se s o n t t rè s f a ci le s à ré a lis er
L a d ém o d u la tio n d es M o d u la tio n s d ’A m p lit u d e D o u b le B a n d e a v ec P o rt eu se e st tr ès s im p le : d ét ec tio n d ’e n v el o p p e
E lle e st u til is ée p o u r l es tr a n sm is si o n s r a d io
P b : c e s o n t d es m o d u la tio n s q u i d em a n d en t d e l’é n er g ie e t d e l a b a n d e p a ss a n te … .
M o d u la tio n B a n d e L a té ra le Un iq u e
B L U
M o d u la tio n à B a n d e L a té ra le Un iq u e
L e p ri n ci p e :
O n s o u h a it e q u e l e s ig n a l m o d u lé (t ra n sm is ) n e c o n tie n n e q u e l ’in fo rm a tio n c o n te n u e d a n s le m es sa g e.
O n n e v a p a s t ra n sm e tt re la p o rt eu se
O n n e v a tr a n sm et tr e q u ’u n e « b a n d e » d u s ig n a l : la b a n d e h a u te ( U S B ) o u la b a n d e b a ss e ( L S B )
M o d u la tio n à B a n d e L a té ra le Un iq u e
L e p ro b lè m e
Il v a fa llo ir é lim in er la b a n d e h a u te o u la b a n d e b a ss e d u s ig n a l t ra n sm is .
S i o n le fa it lo rs q u e l e s ig n a l e st m o d u lé a u to u r d e F 0 , i l f a u d ra é lim in er d es fi lt re s d ’o rd re tr ès é le v é p o u r é lim in er u n e d es b a n d e … . I rr éa lis a b le
L a s o lu tio n
Il fa u d ra é lim in er la b a n d e b a ss e ( o u h a u te ) e n b a ss e f ré q u en ce
M o d u la tio n à B a n d e L a té ra le Un iq u e
L a m ét h o d e d e W ea v er
L e m es sa g e o cc u p e l a b a n d e
O n tr a n sl a te le s ig n a l ( en q u a d ra tu re ) a u to u r d e
O n fi lt re p a ss e- b a s p a r u n fi lt re
p o u r n e g a rd er q u e la b a n d e h a u te
O n m o d u le ( en q u a d ra tu re ) p o u r t ra n sp o rt e r la b a n d e b a ss e d u s ig n a l a u to u r d e
M o d u la tio n à B a n d e L a té ra le Un iq u e
M ét h o d e d e W ea v e r: fi lt ra g e en q u a d ra tu re
f1cos(f1)
sin(f1 ) Transposition àl’origin FiltrePasse-Bas
FiltrePasse-Bas Filtre passe-bas Spectre du message m(t)
m (t)
cos(f2)sin(f2 )
f2 Transposition àf2
s( t)
M o d u la tio n B a n d e L a té ra le Un iq u e
MESSAGE
MODULATION sin B/2
porteuse pi/2 porteuse
cos B/2
B−FFT
Spectrummodulé
B−FFT
Spectrummessage butterFiltrage1 B/2 butterFiltrage B/29
2
M o d u la tio n B a n d e L a té ra le Un iq u e
M o d u la tio n B a n d e L a té ra le U n iq u e
M o d u la tio n B a n d e L a té ra le U n iq u e
D ém o d u la tio n B L U
D ém o d u la tio n s y n ch ro n e
Pb de synchronisation entre la porteuse et la sinusoïde utilisée pour la démodulation
Possibilitéd’obtenir la porteuse àpartir de signal modulé:
D ém o d u la tio n p a r d ét ec tio n d ’e n v el o p p e
On transmet la porteuse pour pouvoir réaliser une détectiond’enveloppe
X
2 Diviseur defréquence FiltrePasse-Bande FiltrePasse-BasD ém o d u la tio n s y n ch ro n e B L U
MESSAGE
MODULATION DEMODULATION sin1 B/2
sin B/2
porteuse1 pi/2 porteuse1
porteuse pi/2 porteuse
cos1 B/2 cos B/2
Zero−OrderHold2 Zero−OrderHold1
Zero−OrderHold
B−FFT
SpectrumScope2 B−FFTSpectrumScope1
B−FFT
SpectrumScope
Scope Product5 Product4
Product3 Product2
butter
Filtrage1 B/2 butterFiltrage B/2butter
D ém o d u la tio n s y n ch ro n e B L U
C o n cl u si o n s
TVenveloppefaibleimportante
B B L U +
porteuse TVsynchronepetiteimportanteB B L U
Transmis.radio enveloppegrandefaible2 B D B a P
Transmis. radio synchronemoyennefaible2 B D B sP
ApplicationDémodulationSensibilitéau bruit ComplexitéLargeur de Bande du signal transmis Modulation
