TP6a Modulations numériques d'impulsions

RESEAUX & TELECOMMUNICATIONS RT2A
TP6a Modulations numériques
d'impulsions
Module TR1
2012-13
1 But de la manipulation
Le but principal de ce TP est de présenter trois types de modulation numérique par impulsion. Chacune des
ces modulations présentent des intérêts et des inconvénients. Le second objectif est de réaliser la mesure du
taux de bit d’erreur sur une chaîne de transmission numérique et de comparer ainsi ces modulations entre
elles.
2 Matériel
1 Oscilloscope numérique FLUKE
Un Fréquencemètre
1 générateur HP 33120A
1 MilliVoltmètre RMS Ferisol (10 MHz)
2 nappes DB9F – DB9F
1 nappe 3 x DB9F
Fonctions enfichables :
∗ 1 Maquette "afficheur" * 1 Maquette "modulateur"
∗ 1 Maquette " microswitch " * 1 Maquette "démodulateur"
∗ 1 Maquette "sommateur" * 1 Maquette " mesure BER "
3 Préparation
- Déterminer la valeur moyenne et la valeur efficace du signal
Application numérique : E = 5V, α= 0,1 et F = 100 kHz.
- Dessiner l’allure du spectre de ce signal
Pour information, c'est un signal périodique de fréquence F = 1/T
le spectre est donc un spectre de raies (F, 2F, 3F, ….) .
αT T
t
Ces raies suivent une enveloppe constituant le spectre du motif soit une porte de largeur αT soit un
sinus cardinal dont le premier lobe a pour largeur 1/αT = F/α
Si 1/α est entier, la raie 1/α est nulle.
- Dessiner les trois chronogrammes
correspondant à la transmission du mot
de 4 bits : 0100 avec les trois type
codages impulsionnels présentés à
savoir : PCM, PWM et PPM sachant
que les codages PWM et PPM sont
caractérisés par la courbe ci-contre :
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E
v(t)

4 Mesures
4.1 Description du modulateur
La carte intitulée « modulateur » permet de générer les trois types de modulations impulsionnelles
étudiées dans le cadre de ce TP.
Le modulateur (Figure 1) génère le signal codé, qui représente l’information contenue par le mot
binaire d’entrée, sur la sortie notée PULSE. Le type codage (PCM, PWM ou PPM) est choisi à l’aide
des quatre micro-interrupteurs :
Deux sorties TTL permettent de synchroniser soit sur le symbole (HSM) soit sur un bit (HBM).
Entrées du signal
numérique sur
4 bits (ou 7 bits)
Interrupteurs de choix du
mode de fonctionnement
PULSE : Sortie du
signal impulsionnel
codé
Figure 1 : photographie de la carte « modulateur » impulsionnel
HSM : Sortie signal de
synchronisation symbole
HBM: Sortie signal de
synchronisation bit
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4.2 Modulation d’impulsion codé PCM (ou MIC)
La première modulation étudiée est la modulation série. Son principe est simplement d’envoyer les bits
du mots binaire les uns après les autres sur la sortie PULSE. Le premier bit émis est le bit de poids fort.
Le choix de la modulation série correspond à la position suivante des interrupteurs de la
carte « Modulateur »
- Alimenter la platine à fonctions enfichables avec les trois tensions continues suivantes : +15 V (borne
rouge); -15 V (borne bleue); 5 V (borne rouge) et le potentiel de référence (la masse : borne noire).
- Insérer sur la platine la carte « Microswitchs » qui permet de fournir un mot de 8 bits à l’aide de
micro interrupteurs
- Insérer à coté, la carte « modulateur », sélectionner la modulation série.
- Relier à l’aide d’une nappe la sortie de la carte « Microswitchs » avec l’entrée de la carte
Modulateur ». Seuls les quatre bits de poids forts ont une influence sur cette modulation.
Cartes « Microswitchs » et « Modulateur »reliées
4.2.1 Chronogramme de la modulation PCM
• Relever à l’aide de l’oscilloscope les allures temporelles des signaux PULSE et HSM lorsque
le mot binaire est égal à 0100 0000(2). Vous synchroniserez l’oscilloscope sur le front
montant du signal HSM .
• Pour le même mot binaire, relever simultanément les allures temporelles du signal PULSE,
synchronisation bit HBM et HSM. Vous synchroniserez l’oscilloscope en externe sur la
synchronisation symbole.
• Mesurer la valeur efficace (RMS) du signal PULSE. Justifier cette valeur par le calcul.
4.2.2 Spectre de la modulation PCM
• Pour le même mot binaire 0100 0000(2), relever le spectre de l’impulsion générée (PULSE)
en pointant l'encombrement spectral avec des marqueurs.
• Mesurer et justifier l'encombrement spectral (1 er lobe).
Quelle est le n° de la raie "nulle" ? Justifier.
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4.2.3 Démodulation PCM
La modulation PCM suivi de la démodulation PCM constitue la chaîne de transmission PCM.
- Insérer à la suite des deux premières cartes, la carte « démodulateur » et la carte « afficheur »
- Sélectionner la démodulation série à l’aide des micro-interrupteur.
- Relier les signaux PULSE et HSM entre les carte « modulateur » et « démodulateur ». De même
relier les sorties numériques de la carte « démodulateur » à l’entrée de la carte « afficheur ».
- Vérifier le bon fonctionnement de chaîne de transmission série : c’est à dire que la combinaison
binaire placée sur les interrupteurs b7b6b5b4 est identique à celle affichée.
4.3 Modulation de la largeur d’impulsion (PWM)
Le principe de la modulation par largeur d’impulsion (PWM) est de transmettre l’information binaire au
travers de la durée du signal à l’état haut T h . Le rapport cyclique T Th / = α varie linéairement avec la valeur
du mot binaire à transmettre.
- Pour que la chaîne de transmission précédente fonctionne suivant un codage PWM il suffit de placer
sur les cartes « modulateur » et « démodulateur » les micro-interrupteurs dans la position suivante
4.3.1 Chronogramme de la modulation PWM
• Relever à l’aide de l’oscilloscope les allures temporelles des signaux PULSE et HSM lorsque
le mot binaire est égal à 0100 0000(2). Vous synchroniserez l’oscilloscope sur le front
montant du signal HSM
• Mesurer la valeur efficace du signal PULSE . Justifier cette valeur par le calcul.
• Pour quelques valeurs de N entre 0 et 15, relever le tableau de mesure puis la courbe α(N)
4.3.2 Spectre de la modulation PWM
• Toujours pour ce mot binaire 0100 0000(2), relever le spectre de l’impulsion générée
(PULSE) en pointant l'encombrement spectral avec des marqueurs.
• Mesurer et justifier l'encombrement spectral (1 er lobe).
Quelle est le n° de la raie "nulle" ? Justifier.
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4.3.3 Démodulation PWM
La modulaton PWM suivi de la modulation PWM constitue la chaîne de transmission PWM.
- Sélectionner la démodulation série à l’aide des micro-interrupteur.
- Vérifier le bon fonctionnement de chaîne de transmission PWM : c’est à dire que la combinaison
binaire placée sur les interrupteurs b7b6b5b4 est identique à celle affichée.
4.4 Modulation de la position de l’impulsion PPM
Le principe de la modulation par position d’impulsion (PPM) est légèrement différent. Il s’agit de retard
une impulsion d’un délai ΔT dont la valeur varie linéairement avec le mot numérique à transmettre.
- Pour que la chaîne de transmission précédente fonctionne avec un codage PPM il faut placer sur les
cartes « modulateur » et « démodulateur » les micro-interrupteurs dans la position suivante
4.4.1 Chronogramme de la modulation PPM
• Comme pour les deux méthodes de codage précédente relever les allures temporelles des
signaux PULSE et HSM lorsque le mot binaire est égal à 0100 0000(2).
• Mesurer la valeur efficace du signal PULSE lorsque l’on transmet le mot 0100 0000(2) .
Justifier cette valeur par le calcul.
• Pour quelques valeurs de N entre 0 et 15, relever le tableau de mesure puis la courbe α(N)
4.4.2 Spectre de la modulation PPM
• Relever le spectre associé
Mesurer et justifier l'encombrement spectral (1 er lobe).
• Modifier l’entrée tel que 1100 0000(2) et relever le nouveau spectre de l’impulsion.
Mesurer et justifier l'encombrement spectral (1 er lobe).
Que constatez-vous ? Justifier.
4.4.3 Démodulation PPM
Le codage PPM suivi du décodage PPM constitue la chaîne de transmission PPM.
- Sélectionner la démodulation série à l’aide des micro-interrupteur.
- Vérifier le bon fonctionnement de chaîne de transmission PPM : c’est à dire que la combinaison
binaire placée sur les interrupteurs b7b6b5b4 est identique à celle affichée.
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4.5 Mesures du taux d’erreur binaire (BER pour Bit Error Rate) – Modulation PWM
Dans cette partie, nous proposons une méthode pour estimer le BER d’une transmission.
La carte « mesure BER » permet de comparer bit à bit deux mots binaires ( le mot émis et le mot reçu)
et de générer autant d’impulsions qu’il y a de bits différents. En comptant le nombre d’impulsions dans
un laps de temps donné, on détermine le nombre de bits erronés par rapport au nombre de bits
transmis.
Ce taux d’erreur dépend du bruit présent dans le canal de transmission.
4.5.1 Source de bruit
Le générateur HP33120A est générateur de bruit. Pour cela activer le bouton NOISE et régler en VPP
la tension crête à crête de bruit à l'aide du bouton rotatif.
Vous pouvez choisir le digit de l'affichage que vous voulez changer avec le bouton rotatif : c'est celui
qui clignote et vous pouvez le sélectionner avec les flèches < ou >.
En utilisant cette méthode régler la tension à 1,000 VPP.
Sélectionner le digit des unités (le 1 doit clignoter).
Avec le bouton rotatif vous pouvez alors rapidement sélectionner : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10 VPP
4.5.2 Ajout du bruit
- Insérer la carte « Sommateur »
- Appliquer le bruit fourni par le générateur sur l'entrée B du sommateur.
- Appliquer le signal PULSE de la carte "Modulateur PWM" sur l'entrée A.
- La sortie S du sommateur est ainsi bruité et appliquée à l'entrée PULSE du démodulateur PWM
• Pour un codage PWM, relever l’allure temporelle du signal codé bruité lorsque le mot à
transmettre est égal à 1000 et lorsque le bruit est réglé à 1 VPP puis 5 VPP
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4.5.3 Puissance du signal PWM
La puissance est le carré de la tension efficace (tension RMS ou Root Mean Square).
Pour mesurer la tension efficace des signaux avec l'oscilloscope Fluke, utiliser le mode (MEASURE /
RMS / CURSOR LIMITS STATIS) : il affiche alors en haut de l'écran les valeurs min, moy et max de
la tension efficace : relever la tension moyenne (attention pour chaque mesure il est conseillé d'arrêter
(OFF) puis de démarrer (ON) la mesure (bug de l'oscilloscope).
Pour mesurer la puissance PS du signal en réception (à l’entrée PULSE du démodulateur), il faut
annuler le bruit en reliant l'entrée B du sommateur à la masse.
• Mesurer la valeur efficace VSEFF du signal non bruité sur l’entrée PULSE du démodulateur
lorsque le mot à transmettre est égal à 1000 et pour le codage PWM.
Calculer en V 2 la puissance du signal PS
4.5.4 Puissance de bruit - Rapport Signal à Bruit – Modulation PWM
Pour mesurer la puissance PB du bruit, il faut annuler le signal en reliant l'entrée A du sommateur à la
masse.
- Pour les 10 niveaux de bruit suivant : 1VPP, 2VPP, 3VPP, 4VPP, 5VPP, 6VPP, 7VPP, 8VPP, 9VPP
et 10VPP
• Mesurer, la valeur efficace VBEFF du bruit sur l’entrée PULSE du démodulateur.
Calculer en V 2 la puissance du bruit Pb en donnant le résultat sous la forme d'un tableau
dans Excel.
• En déduire, pour les 10 niveaux de bruit, le rapport signal à bruit S/N en dB.
4.5.5 Comptage des erreurs – Modulation PWM
- Insérer la carte « mesure BER » .
- Elle compare le signal numérique sur son entrée "MOD" (relié à la sortie de la carte "micro-switch"
et le signal numérique sur son entrée "DEMOD" (relié à la sortie du démodulateur) puis envoie une
impulsion à chaque erreur sur sa sortie BER.
- Son entrée HSD doit être relié à la sortie HSD du démodulateur
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Pour illustrer le fonctionnement, observer le diagramme de l'œil du signal codé bruité à l'aide de
l'oscilloscope Tektronix et observer la sortie BER du compteur d'erreurs à l'aide de l'oscilloscope
FLUKE.
Augmenter la puissance de bruit à partir de VPP=1V, vérifier que lorsque le diagramme de l'œil se
ferme, des impulsions sortent de la sortie BER : ce sont les erreurs qu'il va falloir compter pour
mesurer le taux d'erreurs.
Pour cela il faut :
- Connecter la sortie BER à l’entrée A du compteur HAMEG 8021. Sélectionner la fonction TOT
(comptage du nombre total des impulsions en A). Sélectionner le mode DC .
Régler le niveau de déclenchement du compteur HAMEG 8021 en suivant la procédure suivante :
* Placer-le en position médiane (repère vertical)
* Changer sa position afin qu’il ne compte pas s’il n’y a pas d'erreurs (VPP = 1V par exemple) mais
compte s’il y en a (VPP=10V par exemple).
- Pour compter les erreurs il suffit alors de remettre à zéro le compteur (RESET) puis de lire le
compteur..
4.5.6 Mesure du Taux d'erreurs (BER) – Modulation PWM
On souhaite tracer le BER en fonction du rapport signal à bruit..
Pour cela on se propose de transmettre le même mot binaire 1000 0000(2) binaire, pour le codage PWM
et avec les 10 niveaux de bruit étudiés précédemment.
Grâce à la carte « mesure BER », il suffit de compter le nombre de bits erronés sur un temps donné par
exemple 20 secondes : les boutons HOLD et RESET du compteur HAMEG permettent de figer l’affichage et
de la remettre à 0.
Sur ce laps de temps 20 000 symboles de 4 bits seront transmis (la durée d’un symbole est 1 ms) soit
80 000 bits. Pour obtenir le taux d’erreur binaire il faudra diviser le nombre de bits erronés par les
80 000 bits transmis.
• Pour les 10 niveaux de bruit et sous Excel, compléter le tableau contenant avec :
- Le nombre d'erreurs en 20s
- Le BER
• Insérer le tableau de mesures dans le compte-rendu.
• Tracer la courbe BER(S/N)
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