Télécommunications numériques Diffusion restreinte aux étudiants de la FPMs 2007-2008 M. LAMQUIN SET : Electromagnétisme et Télécommunications

1. Transmission numérique en bande de base Table des Matières 1. Transmission numérique en bande de base 2. Transmission numérique avec modulation 3. Modulations numériques 4. Multiplexage Télécommunications Numériques SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Bibliographie [1]Digital Modulation Techniques F. XIONG ARTECH HOUSE 2000 ISBN 0-89006-970-0 [2]Digital and Analog Communication Systems (Fourth Edition) L.W. COUCH II MACMILLAN 1993 ISBN 0-02-325281-2 [3] Information Transmission, Modulation and Noise (Fourth Edition) M. SCHWARTZ McGRAW-HILL - Electrical Engineering Series ISBN 0-07-100931-0 [4]Digital Communications (Third Edition) J.G. PROAKIS McGRAW-HILL - Computer Sciences Series 1995 ISBN 0-07-113814-5 [5] Systèmes de Télécommunications P.G. FONTOLLIET Volume XVIII du Traité d'Electricité de l'EPFL ISBN 2-604-00020-2 [6]Digital Communications, Fundamentals and Applications B. SKLAR Prentice Hall International Editions ISBN 0-13-212713-X Télécommunications Numériques SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Liaison de télécommunications Source Emetteur Récepteur Puits Canal s(t) {dj} s'(t) {d'j} uE(t) uR(t) n(t) p(t) Objectif : transmettre de manière la plus fiable possible l'information produite par la source vers le puits. Source continue si elle exprime des nuances d'une infinie subtilité. L'information produite est analogique; discrète si elle produit de l'information à partir d'un nombre fini n de caractères qui, par leurs combinaisons, forment des messages. L'information produite est numérique. Canal de transmission : l'énergie (et donc l'information) est transportée par une onde électromagnétique. On distingue : les lignes (propagation guidée) : paires symétriques, câbles coaxiaux, fibres optiques les transmissions par ondes : radiodiffusion, faisceaux hertziens. Tous les canaux utilisés en télécommunications présentent les défauts suivants : ils atténuent et déforment les signaux; ils introduisent des perturbations; ils sont chers et doivent être utilisés aussi économiquement que possible. Emetteur : transpose l'information sur un signal uE(t) adapté au canal de transmission. Récepteur : extrait, de manière optimale, l'information à partir du signal reçu uR(t). Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Transmission numérique en bande de base (1) {d'j} {dj} uR(t) Décodage de canal Puits Régénérateur Source Codage de canal {dj} {ai} {a'i} Canal p(t) Emetteur Récepteur Objectif : transmission entre la source et le puits d'une information discrète {dj} Codage de canal : a) création d'une suite de symboles {ai} à partir de la suite de bits {dj} hd (t) 1 {dj} = {0;1} T E1 : {ai} = {-1;1} -1  7 5 -3 E2 : {ai} = {7;5;3;1;-1;-3;-5;-7} 1 1 -1 0 7 0 1 0 5 0 1 1 3 1 1 1 1 1 1 0 -1 1 0 0 -3 1 0 1 -5 0 0 1 -7 0 0 0 T : durée d'un bit 2 : nombre de valeurs possibles D : Débit binaire  : durée d'un symbole M : nombre de valeurs possibles (M=2m) R : Rapidité de modulation ou Débit symbolique {dj} {ai} D (bit/s) = 1/T (sec) R (baud) = 1/ (sec) D(bit/s) = R(baud) . N (bit/symbole)  si N  1, D = R . log2 M   = m . T Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Transmission numérique en bande de base (2) {d'j} {dj} uR(t) Décodage de canal Puits Régénérateur Source Codage de canal {dj} {ai} {a'i} Canal p(t) Emetteur Récepteur Codage de canal : b) génération du signal uE(t) à partir de la suite de symboles {ai} Pour transmettre les symboles en ligne, on choisit un signal élémentaire de base uBE(t) et on construit le signal uE(t) en transmettant, dans chaque intervalle , un symbole sous la forme : ai ube(t-i) 1  -1 uE(t) t/ 2 3 4 5 6 7 8 9 {ai} 1  uBE(t) 2 3 4 -1 t/ uBE(t-3) Exemple 1 uE(i) = ai 1  uBE(t) 2 3 4 -1 t/ uBE(t-3) Exemple 2 Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Transmission numérique en bande de base (3) Influence du canal Le signal est - déformé : - perturbé 1  uBE(t) 2 3 4 -1 t/ uBE(t-3) 1  -1 uE(t) t/ 2 3 4 5 6 7 8 9 uR(t) {ai} tp = L/V 1  uBR(t) 2 3 4 -1 t/  interférence entre les symboles uE(i)  ai Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Transmission numérique en bande de base (4) {d'j} {dj} uR(t) Décodage de canal Puits Régénérateur Source Codage de canal {dj} {ai} {a'i} Canal p(t) Emetteur Récepteur A la sortie du canal, régénération de l'information : - égalisation du signal - reconstitution de l'horloge - échantillonnage du signal reçu - choix du symbole le plus probable  risque d'erreurs La qualité de la liaison est mesurée par le taux d'erreurs binaire (BER : Bit Error Rate) 1  -1 uR(t) t/ 2 3 4 5 6 7 8 9 uR(t) Régénérateur Egaliseur Choix {a'i} Filtre RH i  {ai} 1 -1 Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Transmission numérique en bande de base (5) fmax E(f) f -fmax Chaîne de transmission en bande de base fmax = fn (R, ube(t)) RH: Récupération de l'horloge Décodage de canal {d'j} {a'i} Puits {d'j} Source {dj} Codage de canal {dj} {ai} p(t) C A N L uR(t) Choix {a'i} Filtre RH Régénérateur Egaliseur H(f) i fmax f |H(f)| Filtre -fmax E(f) est la densité spectrale de puissance du signal uE(t) La puissance moyenne totale Pt de uE(t) vaut : Chaîne de transmission en bande de base (régénérateurs en cascade) {dj} S CC Canal p(t) R {a'i} DC P {d'j} {ai} Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Transmission numérique avec modulation Décodage de canal {d'j} {a'i} {d'j} {dj} Codage de canal {dj} {ai} p(t) C A N L uR(t) Régénérateur {a'i} H(f) Puits Source Démodulateur Modulateur m(t) m'(t) ASK (Amplitude Shift Keying) PSK (Phase Shift Keying) FSK (Frequency Shift Keying) QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Signal en bande de base E(f) fmax f -fmax Signal à spectre passe-bande |m(f)| Filtre -fc fc H(f) f Pour s'adapter aux contraintes du canal de transmission, on fait appel à une modulation analogique discrète. Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Modulations numériques Les signaux porteurs d’informations sont très souvent de type analogique (amplitude et temps continus). On peut les transmettre, sous forme numérique, moyennant une conversion A/N à l'émission. A la réception, une conversion inverse (N/A) restitue le signal analogique s(t) Décodage de canal {d'j} {a'i} {d'j} {dj} Codage de canal {dj} {ai} p(t) C A N L uR(t) Régénérateur {a'i} Démodulateur Modulateur m(t) m'(t) H(f) Puits Source s'(t) MOD NUM -1 Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications

Multiplexage Objectif : exploiter, au maximum, les capacités des canaux de transmission Principe : regrouper plusieurs affluents de manière à les transmettre simultanément sur un même canal de transmission sans qu'ils se mélangent ni se perturbent mutuellement. A la réception, un démultiplexeur sépare les différents affluents DEMUX affluent 1 affluent 2 affluent n … MUX Canal Exemples : la radiodiffusion, la télédistribution, le réseau téléphonique, le GSM, le réseau Internet, … Introduction SET : Electromagnétisme et Télécommunications