Concepts Fondamentaux de la Modulation et des Systèmes RF

Définitions et Types de Modulation

Qu'est-ce que la modulation ?

La modulation est un processus dans lequel la fonction du temps qui décrit le signal d'information est multipliée par un autre signal, plus souvent appelé porteuse.

Types de Modulation

• Modulation d'Amplitude (AM)
  • DSB-SC (Double Bande Latérale - Porteuse Supprimée)
  • SSB (Bande Latérale Unique)
  • VSB (Bande Latérale Résiduelle)
• Modulation Angulaire
  • Modulation de Fréquence (FM)
    • NBFM (FM à bande étroite)
    • VBFM (FM à large bande)
  • Modulation de Phase (PM)
    • À bande étroite
    • Large

Paramètres Clés des Systèmes de Communication

Sélectivité

Mesure la capacité du récepteur à accepter une certaine bande de fréquence et à en rejeter d'autres.

Sensibilité

Le niveau minimum de signal RF qui peut être détecté à l'entrée du récepteur et produire un signal d'information utile démodulé.

Gamme Dynamique

La différence en dB entre le signal d'entrée minimum et le signal d'entrée maximum sans provoquer de distorsion.

Fidélité

Une mesure de la capacité d'un système de communication à produire, à la sortie du récepteur, une réplique exacte du signal de message original sans déformation.

Facteur de Bruit (Noise Figure)

Ce paramètre mesure la performance d'un système de communication en présence de bruit. Le Facteur de Bruit global indique la quantité de bruit que le système ajoute.

Facteur de Rejet

Est le ratio de la bande passante à -60 dB et de la bande passante à -3 dB.

Qu'est-ce que la DSB-SC ?

Double Bande Latérale avec Porteuse Supprimée (DSB-SC) est une technique qui décale le spectre de fréquence du signal $f(t)$ à transmettre, en multipliant $f(t)$ par un signal sinusoïdal dont la fréquence correspond à la translation requise.

Détection Synchrone

Le signal d'entrée du récepteur est d'abord multiplié par une onde sinusoïdale qui est générée localement, puis passe à travers un filtre passe-bas, avec une bande passante identique ou légèrement supérieure à celle du message ($W_{os}$). Si l'oscillateur local (LO) est précisément synchronisé avec la porteuse, à la fois en phase et en fréquence, on parle de détection synchrone.

Types de Systèmes de Transmission

• Système Simplex : Un émetteur transmet et l'autre reçoit l'information. L'information circule dans un seul sens (Exemple : la radiodiffusion).
• Système Semi-Duplex : L'information est transmise et reçue, mais pas simultanément (Exemple : le talkie-walkie).
• Système Duplex : Les systèmes transmettent et reçoivent des informations simultanément (Exemple : la téléphonie).

Pourquoi la modulation AM est-elle linéaire ?

La modulation AM est linéaire car elle implique un processus de multiplication entre un signal d'information et un signal de porteuse. L'amplitude de la porteuse varie linéairement de manière à changer en fonction des variations du niveau du signal de modulation.

Génération d'un Signal à Bande Latérale Unique (SSB)

La modulation SSB consiste à supprimer la porteuse et l'une des bandes latérales, transmettant ainsi une seule bande latérale contenant toutes les informations. Une fois le signal SSB capturé au niveau du récepteur, la porteuse est réintroduite pour démoduler le signal et le transformer à nouveau en signal d'information.

Méthodes de Génération SSB

1. Méthode du Filtre : Elle consiste à éliminer l'une des bandes latérales d'un signal DSB-SC en utilisant un filtre passe-bande approprié.
2. Méthode du Déphasage : Dans ce cas, les signaux à bande latérale unique sont générés par une méthode indirecte de déviation des spectres en phase.

Comment générer un signal FM ?

Méthodes de Génération FM

1. FM Indirecte : Intègre d'abord le signal de modulation $f(t)$, puis module la phase de la porteuse pour produire un signal à bande étroite. Par la suite, une multiplication de fréquence est utilisée pour augmenter l'indice de modulation. Cette méthode est basée sur la capacité à générer des signaux AM.
2. FM Directe : Dans cette méthode, la fréquence porteuse est variée directement en fonction de l'entrée du signal de modulation.

Différences Fondamentales entre PM et FM

• En FM, l'information se traduit par la variation de la fréquence $W_c(t)$.
• En PM, l'information se traduit par la variation de la phase.

De plus, l'indice de modulation PM est directement proportionnel à l'amplitude du signal de modulation et indépendant de la fréquence. L'indice de modulation FM est directement proportionnel à l'amplitude du signal modulant et inversement proportionnel à la fréquence.

Différences entre SSB et Bande Latérale Résiduelle (VSB)

Dans un système à bande latérale unique (SSB), on élimine complètement l'une des bandes d'un DSB-SC à l'aide d'un filtre passe-bande. Dans un système à bande latérale résiduelle (VSB), plutôt que d'éliminer complètement une bande latérale, on permet une réduction progressive (une bande latérale est partiellement conservée).

Effet de l'Indice de Modulation sur la Puissance d'Émission

L'augmentation du taux (indice) de modulation n'a pas d'effet sur la puissance d'émission d'un signal modulé en angle (FM ou PM), car la puissance de transmission dépend uniquement de l'amplitude de la porteuse.

Effet de la Porteuse sur la Bande Passante d'un Signal FM

L'augmentation du signal de porteuse n'affecte pas la bande passante d'un signal FM, car la bande passante dépend de l'indice de modulation et de la fréquence de modulation, et non de la porteuse.

Différences entre FM à Bande Étroite et à Large Bande

En FM à bande étroite, beaucoup moins d'informations sont transmises qu'en FM à large bande.

Un signal FM à bande étroite occupe la bande passante $B_w = 2W_m$, tandis qu'un signal FM à large bande porte $B_w = 2 imes n imes W_m$ (où $n$ est lié à l'indice de modulation).

Avantages de la Réinsertion de la Porteuse en AM

L'avantage de la technique de réinsertion de la porteuse dans la récupération d'un signal modulé en amplitude est la possibilité d'utiliser un détecteur d'enveloppe dans le récepteur afin de déterminer la fonction $f(t)$.