Comment transporter l'information sur une porteuse ?
Rappel :
Nous avons vu que les informations peuvent être transmise à l'aide de porteuses analogiques en modulant l'une des trois caractéristiques suivantes :
Amplitude
Fréquence
Phase
Méthode : Transposition du signal de base vers la porteuse Haute Fréquence
Pour transposer le signal à transmettre (signal modulant) dans la bande de fréquences du support de transmission, il suffit que le modulateur effectue l'opération "multiplication" entre les deux signaux (de façon analogique ou numérique).
(nous n'entrerons pas ici dans la réalisation technologique du multiplieur)
En effet, souvenons nous de ces vielles formules trigonométriques :
sin A . sin B = 0,5 x [cos (A – B) – cos (A + B) ] (genre)
Ce qu'il faut retenir :
Si A est la fréquence de la porteuse et B la fréquence du signal à transmettre,
en sortie du modulateur, on aura deux signaux sinusoïdaux de fréquences A-B et A+B
Exemple :
Supposons que l'on veuille transmettre un flux d'informations bancaires initialement émis à 848 kHz vers un terminal de paiement sans contact.
La bande de transmission réservée à ce type de communication RFID (ou NFC) est la bande 13,56 MHz.
Les terminaux et dimensions d'antennes sont optimisés pour traiter ces fréquences.
La porteuse devra donc être un signal sinusoïdal de fréquence A = 13,56 MHz, que l'on va générer et entrer dans le modulateur.
Simplifions le problème en considérant dans un premier temps que l'information à émettre (= signal modulant) est un signal sinusoïdal de fréquence B = 848 kHz.
Pour transposer ce signal modulant dans la bande des 13,56 MHz, le modulateur effectue l'opération "multiplication" entre les deux signaux.
rappel : sin A . sin B = 0,5 x [cos (A – B) – cos (A + B) ]
Il ressortira donc du modulateur deux signaux sinusoïdaux de fréquences A-B = 12,712 MHz et A+B = 14,408 MHz
Le signal initial (1) n'étant pas un signal sinusoïdal pur, son spectre s'étend autour de la fréquence 848 MHz (lobe rouge).
Le produit de ce signal par le signal sinusoïdal à 13,56 MHz produit alors les 2 lobes représentatifs (3) du signal modulé transposé autour des fréquences 12,7 MHz et 14,4 MHz.
A noter que pour des raisons d'économie d'énergie et de bande passante, on peut être amené à supprimer ou atténuer par filtrage l'un des lobes ainsi que la porteuse...
Méthode : Comment récupérer l'information initiale à partir du signal haute fréquence ?
Tout simplement, en multipliant à nouveau le signal HF par la porteuse HF.
En effet,
le signal modulé reçu par l'antenne étant composé des lobes A+B, A-B, et de la porteuse A (en bleu ci-dessous),
si on le multiplie par le signal sinusoïdal A (identique à la porteuse),
on obtient les signaux de fréquences somme et différences :
2A+B, 2A-B, 2A, (en vert)
A-A+B = B, (en rouge) <-- le signal qui nous intéresse
A-A-B = -B, A-A = 0 (sans existence physique)
Ces signaux sont représentés dans le spectre ci-dessous.
Il ne reste plus qu'à appliquer un filtre Passe-Bas, qui élimine tous les signaux de fréquences élevées (voir gabarit en rouge),
On récupère alors le signal d'origine de fréquence B, ici : 848 kHz.
Cas des modulations numériques
Les données numériques peuvent être transmise à l'aide de porteuses analogiques en modulant leur amplitude, leur fréquence ou leur phase.
Selon le cas, on parlera de :
Modulation d'Amplitude - ASK
Elle code les données numériques en modulant l'amplitude d'une porteuse entre deux niveaux ou plus, pas de fiabilité sur les longues distances, déformation par des interférences, des atténuations et des amplifications.
Modulation de Fréquence – FSK
Elle code les données numériques en modulant la fréquence d'une porteuse entre deux valeurs ou plus, plus fiables sur les longues distances.
Modulation de Phase - PSK
Elle code les signaux numériques en décalant la phase de la porteuse d'une certaine valeur, très fiables et résistantes aux erreurs, elle contienne des changements d'états qui peuvent être utilisés pour synchroniser les horloges de l'émetteur et du récepteur.
A vous d'identifier chacune d'elles dans l'exercice suivant !