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Dr Mohamed Béchir DADI Page 1 / 12 GCR2@ENIG TP1: Modulations numériques 1. But

Dr Mohamed Béchir DADI Page 1 / 12 GCR2@ENIG TP1: Modulations numériques 1. But de TP Le but du TP est de découvrir l'outil de simulation des modulations numériques "WinIQsim"qui est disponible sur le site http://www2.rohde-schwarz.com. 2. Rappels théoriques 2.1. Paramètres I-Q - L'expression du symbole I est le paramètre en phase avec la porteuse, Q le paramètre en quadrature. - La représentation graphique du symbole dans le plan complexe est la suivante : 2.2. Constellation C'est la représentation graphique de l'ensemble des symboles. Quelques exemples de constellation : Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès Module: Ingénierie de Transmission I Travaux Pratiques Enseignant: Dr Mohamed Béchir DADI Classes: GCR2 A.U : 2021/ 2022 TP 1 / Ingénierie de transmission A.U: 2021-2022 Dr Mohamed Béchir DADI Page 2 / 12 GCR2@ENIG 2.3. Spectre - En bande de base (pour uns signal NRZ): Le spectre est autour de 0. L'encombrement est 1/TB = D - En modulation numérique : C'est la durée du symbole TS ( = 1/R). - R étant la rapidité de modulation. Onrappelle que TS = n TB , n étant le nombre de bits par symbole. Le spectre est transposé autour de la fréquenceporteuse. - L'encombrement est 2. 1/TS = 2 . R 2.4. Valence – Rapidité de modulation - Débit La rapidité de modulation est limitée par la bande passante du canal (RMAX = BP). Pour augmenter le débit on est alors obligé d'augmenter la valence en construisant chaque symbole sur n bits : - Si n = 1 ; Valence V = 21= 2 ; D = n.R = 1R = R ; - Si n = 2 ; Valence V = 22= 4 ; D = n. R = 2R ; … TP 1 / Ingénierie de transmission A.U: 2021-2022 Dr Mohamed Béchir DADI Page 3 / 12 GCR2@ENIG - Si n = 4 ; Valence V = 24= 16 ; D = n .R = 4 R. Remarquons que l'augmentation de la valence nous permet à la fois d'augmenter le débit et à la fois de diminuer l'encombrement spectral : - Si n = 1 ; Valence V = 21= 2 ; R = D / 1 = D ; BP = 2. R = 2.D ; - Si n = 2 ;Valence V = 22= 4 ; R = D / 2 = D ; BP = 2 . R = 2 . D / 2 = D ; …. - Si n = 4 ;Valence V = 24= 16 ; R = D / 4 = D ; BP = 2 . R = 2 . D / 4 = D / 2. 2.5. Diagramme de l'oeil Le premier étage en réception est de démoduler le signal afin de régénérer les paramètres I et Q. Le diagramme de l'oeil de I (puis de Q) vont nous permettre de qualifier la transmission (oeil ouvert c.a.d d'erreurs), de mesurer la rapidité de modulation (TS = temps entre 2 instants de décision), de calculer le ou les comparateurs permettant de régénérer les signaux I et Q (seuils de détection). Par exemple, pour ASK4, le diagramme de l'oeil peut avoir l'allure ci-contre. On voit apparaître les 4 niveaux (puisqu'il y a 4 valeurs de I possibles) et la durée du symbole TS. 2.6 Filtre d'égalisation - Suppression des Interférences Entre Symboles - En bande de base (I ou Q): La première source d'erreurs est l'interférence entre symboles à cause de laquelle un symbole déborde sur le précédant et le suivant ce qui implique la fermeture du diagramme de l'oeil (I ou Q) ce qui donne l’apparition des erreurs. La solution idéale est le filtre de Nyquist (appelé aussi filtre idéal) qui est une porte de largeur FS (= R), dont la réponse temporelle est un sinus cardinal passant par 0 aux instants + TS ou – TS, c'est à dire aux instants ou il y aura lecture du symbole suivant ou du symbole précédant : on annule ainsi son interférence sur ces 2 symboles. TP 1 / Ingénierie de transmission A.U: 2021-2022 Dr Mohamed Béchir DADI Page 4 / 12 GCR2@ENIG Contrainte : Le canal (en bande de base) doit "laisser passer ce filtre ». Sa bande passante BP doit être supérieure à R/2 d’où avec le Théorème de Nyquist : RMAX = 2 BP. - En modulation : Il y a transposition autour de la porteuse : - Réalisation pratique : la méthode du cosinus surélevé. Le filtre de Nyquist (dit filtre idéal) ne peut pas être construit, on le remplace, pratiquement par un filtre dit du cosinus surélevé caractérisé par un coefficient de retombée (roll-off factor). La contrainte devient : -En bande de base : le canal doit "laisser passer ce filtre" Sa bande passante BP doit être supérieure =21 R Théorème de Nyquist : RMAX = 2BP(1+). -En modulation : le canal doit "laisser passer ce filtre" Sa bande passante W doit être supérieure =1 RThéorème de Nyquist : RMAX = W(1+). TP 1 / Ingénierie de transmission A.U: 2021-2022 Dr Mohamed Béchir DADI Page 5 / 12 GCR2@ENIG 3. WinIQsim en bref Le logiciel WinIQsim comporte les différents éléments de la chaîne de transmission en cascade : - Data source : élaboration de la trame numérique à transmettre : des 1, des 0, séquences aléatoire PRBS, une suite définie par l’utilisateur, ou un fichier). - Modulations : choix de la modulation (FSK, PSK, etc…), du codage, du type de filtre, etc.. - IQ impairement : déséquilibrage des signaux I et Q - Phase Noise : effet du bruit des oscillateurs, PLL et mélangeurs - Bandpass Filter: Effet des filtres anti-repliement qui limitent la bande du canal - Amplifier dist : effet des non linéarités des amplificateurs sur l’étalement de spectre et parasitage des canaux adjacent (ACPR) - Power ramping : pour certaines normes la gestion de la puissance suit un schéma très précis. - Multipath et Offset : il est possible de simuler l’interférence entre 6 trajets, chacun défini par son délai, son atténuation, etc… Et prendre en compte une variation parasite de porteuse en fréquence et phase - Noise & cw interf. : cet élément permet de prendre en compte l’effet d’un bruit blanc de niveau donnée, ainsi que qu’une émission parasite à une fréquence particulière. - Rec. Filter, oversampling, smoothing : prise en compte du filtre en réception, d’un suréchantillonnage et lissage éventuels. La forme de la trame et le schéma de modulation peuvent être imposés par la norme choisie dans le menu System : monoporteuse, multiporteuse, 3GPP, IS95, Wlan 802.11, etc… Le choix du paramètre à tracer est fait dans le menu « graphics/settings, et graphics/show- graphics». Il est possible de représenter I(t), Q(t), la constellation, le diagramme de l’oeil, FFT(I), FFT(t), etc… 4. Préparation 4.1. Modulation BPSK - Dessiner sa constellation La vitesse des symboles ou rapidité de modulation est de 1000 bauds . - Quel est le débit D ? - Quel est son encombrement spectral ? 4.2. Modulation QPSK TP 1 / Ingénierie de transmission A.U: 2021-2022 Dr Mohamed Béchir DADI Page 6 / 12 GCR2@ENIG - Dessiner sa constellation ? La vitesse des symboles ou rapidité de modulation est de 1000 bauds . - Quel est le débit D ? - Quel est son encombrement spectral ? 4.3. Modulation MAQ16 - Dessiner sa constellation ? La vitesse des symboles ou rapidité de modulation est de 1000 bauds . - Quel est le débit D ? - Quel est son encombrement spectral ? 5. Manipulation 5.1. Modulation BPSK (ou PSK-2 ou ASK-2) 5.1.1 Théorie - Constellation Remplir le tableau suivant (en fonction de a) 5.1.2 Simulation avec WinIQsim Configurer ainsi l'application : Menu : System! :Vérifier que l’option system est sur Monoporteuses Data Source : Envoyer les 16 bits : Pattern : 0100110000101111 Modulation settings: Modulation type BPSK Coding : None Symbol rates : 1000 Hz Séquence length : 16 symboles Filtre fonction : Sans Window fonction : Hamming Bb Impulse : Dirac Tous les autres blocs sont inactifs Tracer et relever les signaux I(t) et Q(t) TP 1 / Ingénierie de transmission A.U: 2021-2022 Dr Mohamed Béchir DADI Page 7 / 12 GCR2@ENIG L'échelle des abscisses est normalisée. A quoi correspond l'abscisse 1 ? Quel est le premier symbole ? Donner ses valeurs de I et Q Quel est le deuxième symbole ? Donner ses valeurs de I et Q Tracer et relever le signal réel I(t) (et non plus sa valeur en Dirac) en changeant, dans Modulation settings, Bb Impulse : Rect au lieu de Dirac Tracer et relever la constellation Est-ce celle de la BPSK ? 0bserver le diagramme de l'oeil de I . Placer les 2 curseurs sur 2 instants de décisions consécutifs. Pour déplacer le curseur 1 (vert) pointer le "X"en bas dur curseur , le trait vert s'épaissit et vous pouvez le déplacer. Pour déplacer le curseur 2 (rouge) pointer le "O" en bas du curseur, le trait rouge s'épaissit et vous pouvez le déplacer. Ouvrir la fenêtre en affichant la uploads/s3/ tp1-ing-trans-gcr1-2022.pdf