Les modulations numériques

La modulation numérique consiste transmettre une trame de donnée binaire, en utilisant des signaux modulés.

Vue d’ensemble des modulations numériques

Modulation	Signification	Principe
OOK	On-Off Keying	Modulation d’amplitude (AM) à 0% ou 100%
ASK	Amplitude Shift Keying	Variante d’OOK multi-niveau
FSK	Frequency Shift Keying	Modulation par déplacement de fréquence, multi-niveau possible
MSK	Minimal Shift Keying	Modulation FSK avec écart de fréquence fixé à la moitié du débit binaire
BPSK	Binary Phase Shift Keying	Modulation de phase (0° et 180°)
DPSK	Differential-PSK	Modulation de phase avec information codée dans le déphasage entre deux signaux successifs
QAM	Quadrature Amplitude Modulation	Modulation d’une porteuse par modification de l’amplitude de la porteuse elle-même et d’une onde en quadrature (une onde déphasée de 90° avec la porteuse)

Modulation d’amplitude

Les bits sont codés par une modulation de l’amplitude d’une porteuse.

Modulation par déplacement d’amplitude à 0% ou 100% : OOK (On-Off Keying)

• « 0 » codé par l’amplitude \(A_{0}=0 V\) le signal envoyé est donc 0
• « 1 » codé par l’amplitude \(A_{p}\) le signal envoyé est donc \(A_{p} \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)

Le spectre d’un signal est la représentation en fonction de la fréquence des amplitudes des différentes composantes présentes dans ce signal.

Le spectre d’un signal OOK présente un pic autour de la fréquence de la porteuse :

 

Modulation par déplacement d’amplitude : ASK (Amplitude-Shift Keying)

• « 0 » codé par l’amplitude \(A_{0}\) le signal envoyé est donc \(A_{0} \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)
• « 1 » codé par l’amplitude \(A_{1}\) le signal envoyé est donc \(A_{1} \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)

Le spectre d’un signal ASK présente donc aussi un seul pic autour de la fréquence de la porteuse puisqu’une seule fréquence est utilisée.

 

Modulation par déplacement d’amplitude multi-niveaux : MASK (Multi Amplitude-Shift Keying)

• « 00 » codé par l’amplitude \(A_{00}\) le signal envoyé est donc \(A_{00} \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)
• « 01 » codé par l’amplitude \(A_{01}\) le signal envoyé est donc \(A_{00} \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)
• « 10 » codé par l’amplitude \(A_{10}\) le signal envoyé est donc \(A_{10} \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)
• « 11 » codé par l’amplitude \(A_{11}\) le signal envoyé est donc \(A_{11} \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)

Le spectre d’un signal M-ASK présente donc lui aussi un seul pic autour de la fréquence de la porteuse puisqu’une seule fréquence est utilisée.

 

Modulation de fréquence

 

Modulation par déplacement de fréquence : FSK (Frequency Shift Keying)

• « 0 » codé par la fréquence \(f_0\) le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{0}\cdot t)\)
• « 1 » codé par la fréquence \(f_1\) le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{1}\cdot t)\)

Comme deux fréquences sont utilisées, le spectre d’un signal FSK présente deux pics. Le premier pour la fréquence portant le « 1 » logique, le second pour la fréquence portant le « 0 » logique :

 

Modulation par déplacement de fréquence multi-niveaux : MFSK (Multiple Frequency-Shift Keying)

• « 00 » codé par la fréquence \(f_{00}\) le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{00}\cdot t)\)
• « 01 » codé par la fréquence \(f_{01}\) le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{01}\cdot t)\)
• « 10 » codé par la fréquence \(f_{10}\) le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{10}\cdot t)\)
• « 11 » codé par la fréquence \(f_{11}\) le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{11}\cdot t)\)

Pour le signal 4-FSK, quatre fréquences sont utilisées. le spectre d’un signal 4-FSK présente donc 4 pics :

 

Modulation de phase

Modulation par déplacement de phase : PSK (Phase-Shift Keying)

• « 0 » codé par la porteuse, le signal envoyé est donc \(A \cdot sin(2\pi f_{p}\cdot t)\)
• « 1 » codé par la porteuse déphasé de 180°, le signal envoyé est donc \(A \cdot \sin(2\pi f_{p}\cdot t+\pi)\)

Le problème pour le récepteur est qu’il n’est pas possible de savoir si on a reçu le signal ou celui déphasé de 180°, si on a reçu un « 0 » ou un « 1 », car la phase d’un signal est une données relative.

On peut résoudre le problème en déphasant de ±90° quand le bit est à 0 (changement de phase), et quand le bit est à 1, ne pas opérer de changement de phase. C’est la modulation DPSK (Differential Phase-Shift Keying).

Le spectre est semblable à celui de la modulation ASK car une seule fréquence est utilisée.

 

Modulation d’amplitude en quadrature : QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

Il s’agit du mélange des techniques de modulation ASK et PSK. Chaque combinaison de phase et d’amplitude peut alors coder un symbole binaire (ici 4 bits soit 16 valeurs).