Modulation numérique : simulation

Objectif : comparer grâce à un logiciel de simulation les différents modes de transmission numérique avec modulation

Génération des séquences binaires

Pour générer des séquences de bits à émettre, on utilise un générateur aléatoire de bits :

On garde ses paramètres par défaut, et notamment la période d’émission : 1 bit pas seconde.

Construire le modèle suivant, et comparer les trames obtenues lors de plusieurs simulations (10 secondes suffisent).

 

Modulation d’amplitude

Insérer un bloc permettant de générer le signal de la porteuse, c’est à dire un signal sinusoïdal : choisir la même fréquence de celle du signal logique, mais une période d’échantillonnage 100 fois plus petite.
Réaliser la modulation d’amplitude en utilisant un bloc de multiplication :
Terminer le modèle en faisant en sorte d’afficher, sur deux graphiques (du même scope) le signal d’origine et le signal modulé.
Sauvegarder le modèle (ask.slx) et lancer la simulation.

 

Modifier le modèle pour obtenir une modulation sans perte de porteuse. Le sauvegarder (ask2.slx) et lancer la simulation.

 

Ajouter un analyseur de spectre afin de visualiser la largeur de la bande de fréquence nécessaire pour transmettre ce signal.

 

Réaliser une page à imprimer comportant les différents éléments de cette étude : modèle, graphiques, …

 

Modulation de fréquence

Pour moduler le signal en fréquence, on profite du fait qu’il s’agisse d’un signal numérique (uniquement deux valeurs possibles, 0 ou 1).

Ainsi, on peu coder les 1 en multipliant ce signal par une porteuse de fréquence f1 et les 0 en multipliant l’inverse du signal binaire par une porteuse de fréquence f0. La somme de ses deux signaux donnera le signal modulé en fréquence.

Réaliser le modèle tel que décrit, le sauvegarder (fsk.slx) et le tester en lançant une simulation.

 

Démodulation FSK

Ouvrir le modèle demod_fsk, et y copier/coller les blocs du modèle de modulation réalisé précédemment.
Configurer le bloc « Démodulateur FSK » pour le rendre compatible avec les fréquences de modulation choisies.

 

Ligne de transmission idéale

Lancer la simulation sur une durée de 2 secondes et vérifier le bon fonctionnement de la transmission.

 

Ligne de transmission réelle

Le signal modulé est ici transmis sur un canal de transmission « idéal ». En réalité plusieurs phénomènes peuvent perturber le signal émit, comme par exemple :

  • ajout de bruits
  • atténuation
  • echo
Modifier l’intérieur du bloc « Canal de transmission … » en ajoutant du bruit au signal (le renommer ensuite « Canal de transmission réel ») :

 

Afin de mesurer la qualité de la réception, il faut envoyer un nombre important de bits, et vérifier qu’ils sont réceptionnés sans erreur.

Pour faciliter cette tâche, ajouter un calculateur de taux d’erreur :

Étant donné que la démodulation entraine un décalage d’une période, il faut également décaler artificiellement le signal original pour pouvoir le comparer à celui reçu. On utilise pour cela un bloc « Delay » :

Afin de visualiser les résultats, on active le port de sortie du bloc « Error Rate Calculation », et on y connecte un bloc « Display » :

Le bloc « Error Rate Calculation » retourne trois valeurs :

  • Le taux d’erreur sur la séquence binaire
  • Le nombre d’erreurs détectées dans la séquence
  • Le nombre de bits analysés

 

Lancer plusieurs simulations, sur une durée de 1000 secondes, en augmentant progressivement (en multipliant le coefficient « Noise power » par 10 à chaque essai) la proportion du bruit créé par la ligne de transmission, jusqu’à ce que le taux d’erreur ne soit plus nul.

 

Observer alors l’allure du signal modulé, afficher son spectre. Expliquer pourquoi la transmission numérique possède un avantage sur la modulation analogique.
 
Réaliser une page à imprimer comportant les différents éléments de cette étude : modèle, graphiques, …
 
 

Modulation PSK

Créer un nouveau modèle, sur la base de ask.slx, et le nommer psk.slx.
 
Pour faire une inversion de phase (déphase de \(\pi\)), on utilise un bloc « Unipolar to Bipolar Converter » :
 
 
Ce bloc, avec un paramètre « M-ary number » égal à 2, modifie le signal analogique 0 à 1 en signal -1 à 1.
Ainsi un bit de valeur 0 sera codé par un signal opposé (équivalent à déphasé de \(\pi\)) à celui d’un bit de valeur 1.
 
Réaliser ce modèle et vérifier son bon fonctionnement.
 
 

Modulations multi niveau

M-FSK

Ouvrir le fichier moddemod4fsk et y ajouter des scopes afin de visualiser :

  • la séquence de symboles de 2bits ;
  • le signal modulé en 4-FSK ;
  • la séquence de symboles démodulée.

 

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