Obligement - L'Amiga au maximum

Mercredi 16 avril 2014 - 23:55  

Translate

En De Nl Nl
Es Pt It Nl


Rubriques

 · Accueil
 · A Propos
 · Articles
 · Galeries
 · Glossaire
 · Hit Parade
 · Liens
 · Liste jeux Amiga
 · Quizz
 · Téléchargements
 · Trucs et astuces


Articles

 · Actualité (récente)
 · Actualité (archive)
 · Comparatifs
 · Dossiers
 · Entrevues
 · Matériel (tests)
 · Matériel (bidouilles)
 · Points de vue
 · En pratique
 · Programmation
 · Reportages
 · Tests de jeux
 · Tests de logiciels
 · Tests de compilations
 · Articles divers

 · Articles in english
 · Articles in other languages


Twitter

Suivez-nous sur Twitter




Liens

 · Sites de téléchargements
 · Associations
 · Pages Personnelles
 · Moteurs de recherche
 · Pages de liens
 · Constructeurs matériels
 · Matériel
 · Autres sites de matériel
 · Réparateurs
 · Revendeurs
 · Presse et médias
 · Programmation
 · Développeurs logiciels
 · Logiciels
 · Développeurs de jeux
 · Jeux
 · Autres sites de jeux
 · Scène démo
 · Divers
 · Informatique générale


Jeux Amiga

0, A, B, C, D, E, F,
G, H, I, J, K, L, M,
N, O, P, Q, R, S, T,
U, V, W, X, Y, Z


Trucs et astuces

0, A, B, C, D, E, F,
G, H, I, J, K, L, M,
N, O, P, Q, R, S, T,
U, V, W, X, Y, Z


Glossaire

0, A, B, C, D, E, F,
G, H, I, J, K, L, M,
N, O, P, Q, R, S, T,
U, V, W, X, Y, Z


Partenaires

Annuaire Amiga

Amedia Computer

Relec

Hit Parade


Contact

David Brunet

Courriel

 


Dossier : les bases et les modulations de la radio
(Article écrit par Jean-Marie Landa - juin 2006)


Introduction

Dans notre sujet du jour, nous aborderons maintenant, après avoir vu les principaux supports de transmission de l'article précédent, un bref rappel de la transmission en bande de base et des codages et les grands types de modulations, tout ceci sans rentrer dans le détail de la théorie du signal du théorème de Fourier et de ses transformées.

Nous parlerons aussi des notions sur le canal, le multiplexage et ses types, de manière à aborder les nouvelles techniques comme l'exemple de l'ADSL dans le prochain article.

1. Transmission en bande de base

Transmission en bande de base

1.1 Transmission numérique et transmission analogique

Il convient de bien différencier l'information de la transmission. L'information est représentative de faits, de données. Ces données peuvent être d'origine analogique ou numérique représentées par une suite binaire.

Une information analogique peut être numérisée, par exemple la vidéo. Et inversement, des données numériques peuvent être transformées en signaux analogiques. Un signal est dit "numérique" lorsque son amplitude ne prend que des valeurs discrètes par intervalle. Il est dit "analogique" lorsque son amplitude varie de manière continue dans le temps.

Le signal binaire n'est généralement pas transmis directement sur la ligne et différents codages numériques sont utilisés pour différentes raisons : la récupération de l'horloge nécessaire en transmission synchrone est facilitée par des séquences qui présentent des changements d'état fréquents et évitent ainsi les longues suites de 1 ou de 0. Le spectre d'un signal binaire est concentré sur les fréquences basses (BF) qui sont les plus affaiblies sur la ligne. Les perturbations subies par un signal sont proportionnelles à la largeur de sa bande de fréquence.

La transmission est dite en "bande de base" si elle ne subit aucune transposition de fréquence par modulation. Les fréquences initiales du signal émis sont donc préservées. La transmission en bande de base ne peut donc, par essence, être utilisée que sur support cuivre. Les signaux en bande de base sont sujets à une atténuation dont l'importance dépend du support employé et doivent donc être régénérés périodiquement sur une longue distance. Une autre caractéristique de la bande de base est l'impossibilité de différencier plusieurs communications sur un même support.

Par exemple, notre paire de cuivre a une bande passante de 300 Hz à 3400 Hz, donc tous les signaux de fréquence inférieure à 300 Hz ou supérieure à 3400 Hz seront éliminées. L'affaiblissement du signal est tel qu'au-delà de 5 Km il est difficilement exploitable.

1.2 Les codages en bande de base

Voici quelques exemples de codages non détaillés de l'information pour une transmission en bande de base, et l'exemple plus détaillé du codage MTL3 utilisé sur les supports tels que le 10/100 Base TX ou le 100 Base T4, notre 4 paires de cuivre torsadées.
  • Le code tout ou rien : c'est le plus simple, un courant nul -V code le 0 et un courant positif +V indique le 1.
  • Le code RZ : le 0 est codé par un courant nul et le 1 par un courant positif qui est annulé au milieu de l'intervalle de temps prévu pour la transmission d'un bit.
  • Le code NRZ (Non Return Zero) : très proche du code binaire, et pour éviter la difficulté à obtenir un courant nul, on code le 1 par un courant positif et le 0 par un courant négatif.
  • Le code NRZI (Non Return Zero inverse) : on produit une transition du signal pour chaque 1, pas de transition pour les 0. Le débit binaire est le double de la fréquence maximale du signal : on transmet deux bits pour un hertz.
  • Le code AMI (Alternate Mark Inversion) : le code bipolaire, c'est aussi un code tout ou rien dans lequel le 0 est représenté par un courant nul, mais ici le 1 est représenté par un courant alternativement positif ou négatif pour éviter de maintenir des courants continus.
  • Le code Manchester : ici aussi le signal change au milieu de l'intervalle de temps associé à chaque bit. Pour coder un 0 le courant sera négatif sur la première moitié de l'intervalle et positif sur la deuxième moitié, pour coder un 1, c'est l'inverse. Autrement dit, au milieu de l'intervalle il y a une transition de bas en haut pour un 0 et de haut en bas pour un 1. Le codage Manchester présente un inconvénient : il nécessite un débit sur le canal de transmission deux fois plus élevé que le codage binaire. Pour 10 Mbit/s transmis, on a besoin d'une fréquence à 10 MHz. Son utilisation est l'Ethernet sur le support 10 base T, 10 base 2 et 10 base 5, notre paire de cuivre torsadée et les coaxiaux.
  • Le code Miller : on diminue le nombre de transitions en effectuant une transition (de haut en bas ou l'inverse) au milieu de l'intervalle pour coder un 1 et en n'effectuant pas de transition pour un 0 suivi d'un 1. Une transition est effectuée en fin d'intervalle pour un 0 suivi d'un 0.
  • Le code MLT3 : seuls les 1 font changer le signal d'état. Les 0 sont codés en conservant la valeur précédemment transmise. Les 1 sont codés successivement sur trois états : +V, 0 et -V. Exemple pour une suite binaire : 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1.
Codage MLT3
Codage en bande de base MLT3

Le principal avantage du codage MLT3 est de diminuer la fréquence nécessaire pour un débit donné grâce à l'utilisation de 3 états. Pour 100 Mbps de débit, une fréquence maximale du signal de 25 MHz seulement est atteinte. Son utilisation est le Fast Ethernet sur le support 100 Base TX et 100 Base T4, notre 4 paires de cuivre torsadées. L'inconvénient est les longues séquences de 0 qui peuvent entraîner une perte ou un déphasage de l'horloge du récepteur.

1.3 Les modulations

Transmission modulée

Si deux signaux présentent dans un circuit des harmoniques communs ou voisins, il y a brouillage. Certains signaux présentent théoriquement un nombre infini d'harmoniques cette limitation déforme le signal, il y a distorsion. Il est donc utile de connaître les deux représentations du signal :

1. L'amplitude en fonction du temps (visible grâce à un oscilloscope à balayage linéaire).
2. Les amplitudes du fondamental et des harmoniques en fonction de leur fréquences : le spectre du signal (visible grâce à un analyseur de spectre).

Fondamentales et harmoniques

Les signaux à transmettre (par exemple téléphonie, données et télévision) sont à des fréquences souvent impossibles à transmettre directement sous forme radioélectrique. Si on le pouvait, il y aurait un brouillage généralisé entre messages. D'où la nécessité de la modulation qui permet de transmettre le signal sur une fréquence radioélectrique appelée "porteuse" et permettant la transmission à distance et sans brouillage.

Si la porteuse peut être isolée par le récepteur, la modulation d'une fréquence porteuse fait apparaître un spectre dont il faut tenir compte pour la bande passante des circuits et des câbles et pour la protection contre les brouillages. Nous avons vu plus haut que le principal problème de la transmission en bande de base est la dégradation du signal très rapide en fonction de la distance parcourue, elle n'est donc utilisée qu'en réseau local (moins de 5 Km). Il serait en effet trop coûteux de prévoir des répétiteurs pour régénérer régulièrement le signal. C'est pourquoi sur les longues distances on émet un signal sinusoïdal qui, même s'il est affaibli, sera facilement décodable par le récepteur. Ce signal sinusoïdal est obtenu grâce à un modem (modulateur-démodulateur) qui est un équipement électronique capable de prendre en entrée un signal en bande de base pour en faire un signal sinusoïdal (modulation) et l'inverse à savoir restituer un signal carré à partir d'un signal sinusoïdal (démodulation). Autrement dit, il permet de passer de signaux numériques discrets (0 ou 1) à des signaux analogiques continus.

La modulation est donc la variation périodique du signal sinusoïdal porteur par le signal modulant à transmettre ; il est donc possible de faire varier l'amplitude de façon continue ou (discontinue, modulation par impulsion), la fréquence et la phase instantanée.

1.4 Modulation de fréquence ou FSK (Frequency Shift Keying)

Modulation de fréquence

En modulation de fréquence, les niveaux logiques sont représentés par la variation de la fréquence de la porteuse. Par exemple, la modulation FSK est utilisée pour des transmissions à faible débit sur le réseau téléphonique commuté.

1.5 Modulation de phase ou PSK (Phase Shift Keying)

Modulation de phase

La modulation de phase associe à un code binaire une valeur de la phase de la porteuse. La vitesse peut être facilement augmentée en utilisant un code binaire sur 2, 3 bits ou plus sans augmentation de la fréquence de la porteuse.

1.6 Modulation d'amplitude ou ASK (Amplitude Shift Keying)

La modulation d'amplitude s'applique en faisant varier l'amplitude du signal en fonction des bits à coder.

Modulation d'amplitude

Notez que la modulation d'amplitude est la seule utilisable sur fibre optique, car les équipements utilisés actuellement ne sont pas en mesure d'appliquer une autre modulation sur les ondes lumineuses. Dans ce cas, la modulation s'effectue par tout ou rien. Par contre, elle est peu employée sur d'autres supports, car elle provoque une détérioration du rapport signal sur bruit.

2. Spectres usuels

Les spectres sont de plusieurs types :
  • Sinosoïdal continu, sinusoïde pure à fréquence f0 une raie.
  • Impulsion rectangulaire, spectre de raies espacées de 1/T théoriquement infini d'enveloppe de la forme (sin 2pi tf / 2pi tf).
  • Impulsion arrondie, spectre semblable au précédent mais ou l'affaiblissement en fonction de la fréquence est plus fort, il est donc plus favorable à la bande passante. L'exemple de la parole où le spectre peut être limité à l'intervalle 300 à 3000 Hz et l'amplitude des raies sera fonction du locuteur et des sons émis.
parole
La parole vu de l'oscilloscope

parole
La parole vu de l'analyseur de spectre

Dans les exemples donnés ci-dessus on a seulement deux niveaux possibles à chaque fois, donc on a uniquement la possibilité de coder deux valeurs différentes à chaque instant, dans ce cas 1 baud = 1 bit/s. De manière plus sophistiquée, il existe des modems capables de moduler un signal suivant plusieurs niveaux : par exemple 4 fréquences différentes que le modem récepteur saura lui aussi distinguer. Dans ce cas, chaque signal envoyé code 2 bits donc 1 baud = 2 bit/s. Il est même possible de transmettre des signaux mêlant les différentes modulations présentées comme dans le cas de la norme V29 qui module à la fois l'amplitude du signal sur 2 niveaux et la phase sur 8 niveaux (0,45°, ..., 315°). En combinant les deux modulations, on obtient ainsi 16 signaux différents possibles à chaque instant, permettant de transmettre simultanément 4 bits à chaque top d'horloge (1 baud = 4 bit/s).

3. Modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

C'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. C'est une méthode de modulation d'amplitude de deux porteuses en quadrature (4 niveaux d'amplitude). A la base, une astuce d'électronicien, d'utiliser non pas une, mais deux porteuses rigoureusement de même fréquence. Elles sont déphasées de 90° et lorsque l'on additionne deux porteuses de fréquence f0 en quadrature, on obtient une seule porteuse, toujours de fréquence f0, ou l'on reconstitue les deux porteuses initiales à partir de la résultante. L'intérêt de la méthode est que la porteuse résultante n'a pas changée de fréquence, mais comme les deux "sous-porteuses" en quadrature vont être modulées indépendamment l'une de l'autre, on peut transporter deux fois plus d'informations par cellule. Prenons par exemple un signal modulé QAM avec 3 bits transmis par baud. Une telle modulation requiert donc 23 soit 8 combinaisons binaires différentes. Dans notre exemple, nous prendrons 2 amplitudes combinées avec 4 décalages de phase différents. La table de correspondance pourra être du type :

Table de correspondance

Exemple de codage de la suite binaire 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 à partir de la table ci-dessus :

Modulation QAM

Les combinaisons possibles en modulations QAM sont souvent représentées par une constellation de points représentant chacun un groupe de bits.

Constellation QAM

Dans une constellation QAM, l'éloignement du point par rapport à l'origine indique l'amplitude, son angle indique le décalage de phase. Les combinaisons possibles en modulations QAM sont souvent représentées par une constellation de points représentant chacun un groupe de bits, dans notre exemple ci-dessus 3 bits par baud.

3.1 Modulation TCM (Trellis Coded Modulation)

Il existe également une variante de la modulation QAM, la modulation codée en treillis : ce type de modulation est utilisé pour les modems rapides (V32, V34, V90). C'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 élevé.

4. Notion de canal

D'après ce qui précède, une transmission utilisant une modulation donnée occupe une portion continue du spectre radioélectrique centrée sur la fréquence porteuse : la "voie" ou "canal radioélectrique". Sa largeur est importante, elle détermine en effet l'espacement entre fréquences porteuses pour éviter les brouillages et la largeur de la bande passante.

5. Le multiplexage

Le multiplexage consiste à faire transiter sur une seule et même ligne de liaison, dite voie haute vitesse, des communications appartenant à plusieurs paires d'équipements émetteurs et récepteurs. Chaque émetteur (récepteur) est raccordé à un multiplexeur (démultiplexeur) par une liaison dit voie basse vitesse.

Plusieurs techniques sont possibles :

5.1 Le multiplexage fréquentiel FDM (Frequency Division Multiplexing)

Il consiste à affecter à chaque voie basse vitesse une bande passante particulière sur la voie haute vitesse en s'assurant qu'aucune bande passante de voie basse vitesse ne se chevauche. Le multiplexeur prend chaque signal de voie basse vitesse et le remet sur la voie haute vitesse dans la plage de fréquences prévues. Ainsi, plusieurs transmissions peuvent être faites simultanément, chacune sur une bande de fréquences particulières, et à l'arrivée le démultiplexeur est capable de discriminer chaque signal de la voie haute vitesse pour l'aiguiller sur la bonne voie basse vitesse.

5.2 Le multiplexage temporel TDMA (Time Division Multiplexing Access)

Il partage dans le temps l'utilisation de la voie haute vitesse en l'attribuant successivement aux différentes voies basse vitesse même si celles-ci n'ont rien à émettre. Suivant les techniques chaque intervalle de temps attribué à une voie lui permettra de transmettre 1 ou plusieurs bits.

5.3 Le multiplexage statistique ATDM (Asyncronous Time Division Multiplexing)

Il améliore le multiplexage temporel en n'attribuant la voie haute vitesse qu'aux voies basse vitesse qui ont effectivement quelque chose à transmettre. En ne transmettant pas les silences des voies basses, cette technique implantée dans des concentrateurs améliore grandement le débit global des transmissions mais elle fait appel à des protocoles de plus haut niveau et est basée sur des moyennes statistiques des débits de chaque ligne basse vitesse.

5.4 Le Multiplexage WDM/DWDM (Wavelength Division Multiplexing)/(Dense Wavelength Division Multiplexing)

A l'inverse de la technologie TDM qui n'utilise qu'une seule longueur d'onde par fibre optique, la technologie WDM met en oeuvre un multiplexage de longueurs d'onde. L'idée est d'injecter simultanément dans une fibre optique plusieurs trains de signaux numériques sur des longueurs d'onde distinctes. La technologie WDM est dite DWDM lorsque l'espacement utilisé est égal ou inférieur à 0,8 nm ou lorsque plus de 16 canaux sont utilisés. Des tests ont déjà été effectués avec des espacements de 0,4 et 0,2 nm.

Conclusion

En conclusion, j'espère que vous ne vous êtes pas endormis par la technique ; une petite révision "en survol" ne nuit jamais. Cet article de base sur la radio nous servira à mieux comprendre notre prochain article : l'exemple de l'ADSL.


[Retour en haut] / [Retour aux articles]