Principes de communication - Guide rapide

Le mot communication provient du mot latin «commūnicāre», qui signifie «partager». La communication est l'étape de base de l'échange d'informations.

Par exemple, un bébé dans un berceau communique en criant qu'il a besoin de sa mère. Une vache moose bruyamment lorsqu'elle est en danger. Une personne communique à l'aide d'une langue. La communication est le pont à partager.

Communication peut être défini comme le processus d'échange d'informations par des moyens tels que des mots, des actions, des signes, etc., entre deux ou plusieurs individus.

Besoin de communication

Pour tout être vivant, tout en coexistant, il se produit la nécessité d'échanger certaines informations. Chaque fois qu'un besoin d'échange d'informations se fait sentir, des moyens de communication devraient exister. Alors que les moyens de communication peuvent être des gestes, des signes, des symboles ou une langue, le besoin de communication est inévitable.

Le langage et les gestes jouent un rôle important dans la communication humaine, tandis que les sons et les actions sont importants pour la communication animale. Cependant, lorsqu'un message doit être transmis, une communication doit être établie.

Parties du système de communication

Tout système assurant la communication comprend les trois parties importantes et de base, comme illustré dans la figure suivante.

• le Senderest la personne qui envoie un message. Il peut s'agir d'une station émettrice d'où le signal est transmis.

• le Channel est le moyen par lequel les signaux de message voyagent pour atteindre la destination.

• le Receiverest la personne qui reçoit le message. Il peut s'agir d'une station de réception où le signal émis est reçu.

Qu'est-ce qu'un signal?

La transmission d'une information par certains moyens tels que des gestes, des sons, des actions, etc., peut être qualifiée de signaling. Par conséquent, un signal peut être unsource of energy which transmits some information. Ce signal aide à établir la communication entre un émetteur et un récepteur.

Une impulsion électrique ou une onde électromagnétique qui parcourt une distance pour transmettre un message peut être qualifiée de signal dans les systèmes de communication.

En fonction de leurs caractéristiques, les signaux sont principalement classés en deux types: analogiques et numériques. Les signaux analogiques et numériques sont en outre classés, comme illustré dans la figure suivante.

Signal analogique

Un signal continu variant dans le temps, qui représente une quantité variant dans le temps, peut être appelé Analog Signal. Ce signal continue de varier dans le temps, selon les valeurs instantanées de la grandeur qui le représente.

Exemple

Considérons, un robinet qui remplit un réservoir de 100 litres de capacité en une heure (6 h à 7 h). La portion de remplissage du réservoir varie selon le temps variable. Ce qui signifie qu'après 15 minutes (6h15), le quart du réservoir se remplit, alors qu'à 6h45, les 3/4 du réservoir sont remplis.

Si vous essayez de tracer les différentes portions d'eau dans le réservoir, en fonction du temps variable, cela ressemblerait à la figure suivante.

Comme la résultante montrée dans cette image varie (augmente) en fonction du temps, cette time varying quantitypeut être compris comme une quantité analogique. Le signal qui représente cette condition avec une ligne inclinée sur la figure, est unAnalog Signal. La communication basée sur des signaux analogiques et des valeurs analogiques est appeléeAnalog Communication.

Signal numérique

Un signal qui est de nature discrète ou qui est de forme non continue peut être appelé Digital signal. Ce signal a des valeurs individuelles, désignées séparément, qui ne sont pas basées sur les valeurs précédentes, comme si elles étaient dérivées à cet instant particulier.

Exemple

Prenons une classe de 20 élèves. Si leur présence dans une semaine est tracée, cela ressemblerait à la figure suivante.

Dans cette figure, les valeurs sont indiquées séparément. Par exemple, la fréquentation de la classe le mercredi est de 20 alors que le samedi est de 15. Ces valeurs peuvent être considérées individuellement et séparément ou discrètement, elles sont donc appelées commediscrete values.

Les chiffres binaires qui n'ont que des 1 et des 0 sont généralement appelés digital values. Par conséquent, les signaux qui représentent 1 et 0 sont également appelésdigital signals. La communication basée sur des signaux numériques et des valeurs numériques est appeléeDigital Communication.

Signal périodique

Tout signal analogique ou numérique, qui répète son modèle sur une période de temps, est appelé comme un Periodic Signal. Ce signal a son modèle continué à plusieurs reprises et est facile à supposer ou à calculer.

Exemple

Si l'on considère une machine dans une industrie, le processus qui se déroule l'un après l'autre est une procédure continue et répétée. Par exemple, l'approvisionnement et le classement de la matière première, le traitement du matériau par lots, l'emballage d'un chargement de produits les uns après les autres, etc., suivent une certaine procédure à plusieurs reprises.

Un tel processus, qu'il soit considéré comme analogique ou numérique, peut être représenté graphiquement comme suit.

Signal apériodique

Tout signal analogique ou numérique, qui ne répète pas son modèle sur une période de temps, est appelé comme Aperiodic Signal. Ce signal a sa configuration continue mais la configuration n'est pas répétée et n'est pas si facile à supposer ou à calculer.

Exemple

La routine quotidienne d'une personne, si elle est considérée, consiste en de nombreux types d'œuvres qui prennent des intervalles de temps différents pour différentes œuvres. L'intervalle de temps ou le travail ne se répète pas continuellement. Par exemple, une personne ne se brossera pas les dents en continu du matin au soir, cela aussi avec la même période.

Un tel processus, qu'il soit considéré comme analogique ou numérique, peut être représenté graphiquement comme suit.

En général, les signaux qui sont utilisés dans les systèmes de communication sont de nature analogique, qui sont transmis en analogique ou convertis en numérique puis transmis, en fonction des besoins.

Mais pour qu'un signal soit transmis à distance, sans l'effet d'interférences externes ou d'ajout de bruit et sans s'évanouir, il doit subir un processus appelé Modulation, qui est discuté dans le chapitre suivant.

Un signal peut être quelque chose comme une onde sonore qui sort lorsque vous criez. Ce cri ne peut être entendu que jusqu'à une certaine distance. Mais pour que la même onde se déplace sur une longue distance, vous aurez besoin d'une technique qui ajoute de la force à ce signal, sans perturber les paramètres du signal d'origine.

Qu'est-ce que la modulation du signal?

Un signal porteur de message doit être transmis sur une distance et pour qu'il établisse une communication fiable, il doit prendre l'aide d'un signal haute fréquence qui ne doit pas affecter les caractéristiques d'origine du signal de message.

Les caractéristiques du signal de message, si elles sont modifiées, le message qu'il contient sont également modifiées. Par conséquent, il est indispensable de prendre soin du signal du message. Un signal haute fréquence peut parcourir une plus longue distance sans être affecté par des perturbations externes. Nous prenons l'aide d'un tel signal haute fréquence qui s'appelle uncarrier signalpour transmettre notre signal de message. Un tel processus est simplement appelé Modulation.

Modulation est le processus de modification des paramètres du signal porteur, en fonction des valeurs instantanées du signal modulant.

Besoin de modulation

Les signaux en bande de base sont incompatibles pour la transmission directe. Pour qu'un tel signal puisse parcourir de plus longues distances, sa force doit être augmentée en modulant avec une onde porteuse haute fréquence, ce qui n'affecte pas les paramètres du signal de modulation.

Avantages de la modulation

L'antenne utilisée pour la transmission devait être très grande si la modulation n'était pas introduite. La portée de la communication est limitée car l'onde ne peut pas voyager à distance sans se déformer.

Voici quelques-uns des avantages de la mise en œuvre de la modulation dans les systèmes de communication.

• La taille de l'antenne est réduite.
• Aucun mélange de signal ne se produit.
• La portée de communication augmente.
• Le multiplexage des signaux se produit.
• Les ajustements de la bande passante sont autorisés.
• La qualité de la réception s'améliore.

Signaux dans le processus de modulation

Voici les trois types de signaux dans le processus de modulation.

Message ou signal modulant

Le signal qui contient un message à transmettre est appelé comme un message signal. Il s'agit d'un signal en bande de base, qui doit subir le processus de modulation pour être transmis. Par conséquent, il est également appelé comme lemodulating signal.

Signal porteur

Le signal haute fréquence qui a une certaine phase, fréquence et amplitude mais ne contient aucune information, est appelé un carrier signal. C'est un signal vide. Il est juste utilisé pour transporter le signal vers le récepteur après modulation.

Signal modulé

Le signal résultant après le processus de modulation, est appelé comme le modulated signal. Ce signal est une combinaison du signal modulant et du signal porteur.

Types de modulation

Il existe de nombreux types de modulations. En fonction des techniques de modulation utilisées, elles sont classées comme indiqué dans la figure suivante.

Les types de modulations sont globalement classés en modulation d'onde continue et modulation d'impulsions.

Modulation à onde continue

Dans la modulation à onde continue, une onde sinusoïdale haute fréquence est utilisée comme onde porteuse. Ceci est ensuite divisé en modulation d'amplitude et d'angle.

• Si l'amplitude de l'onde porteuse haute fréquence varie en fonction de l'amplitude instantanée du signal de modulation, alors une telle technique est appelée Amplitude Modulation.

• Si l'angle de l'onde porteuse est modifié, conformément à la valeur instantanée du signal de modulation, alors une telle technique est appelée Angle Modulation.

  La modulation d'angle est en outre divisée en modulation de fréquence et de phase.

  • Si la fréquence de l'onde porteuse est modifiée, conformément à la valeur instantanée du signal de modulation, alors une telle technique est appelée Frequency Modulation.

  • Si la phase de l'onde porteuse haute fréquence varie en fonction de la valeur instantanée du signal de modulation, alors une telle technique est appelée Phase Modulation.

Modulation d'impulsions

En modulation d'impulsions, une séquence périodique d'impulsions rectangulaires est utilisée comme onde porteuse. Ceci est ensuite divisé en modulation analogique et numérique.

Dans analog modulation technique, si l'amplitude, la durée ou la position d'une impulsion varie en fonction des valeurs instantanées du signal de modulation en bande de base, alors une telle technique est appelée Pulse Amplitude Modulation (PAM) ou Pulse Duration/Width Modulation (PDM/PWM), ou Pulse Position Modulation (PPM).

Dans digital modulation, la technique de modulation utilisée est Pulse Code Modulation (PCM)où le signal analogique est converti en forme numérique de 1 et de 0. Comme le résultat est un train d'impulsions codé, cela s'appelle PCM. Ceci est développé plus loin commeDelta Modulation (DM), qui sera discuté dans les chapitres suivants. Par conséquent, le PCM est une technique dans laquelle les signaux analogiques sont convertis en une forme numérique.

Dans tout système de communication, lors de la transmission du signal, ou lors de la réception du signal, un signal indésirable est introduit dans la communication, ce qui le rend désagréable pour le récepteur, remettant en cause la qualité de la communication. Une telle perturbation est appeléeNoise.

Qu'est-ce que le bruit?

Le bruit est un unwanted signalqui interfère avec le signal de message d'origine et corrompt les paramètres du signal de message. Cette altération du processus de communication entraîne une altération du message. Il est le plus susceptible d'être entré au niveau du canal ou du récepteur.

Le signal de bruit peut être compris en regardant l'exemple suivant.

Par conséquent, il est entendu que le bruit est un signal qui n'a pas de motif et pas de fréquence ou d'amplitude constante. C'est assez aléatoire et imprévisible. Des mesures sont généralement prises pour le réduire, même s'il ne peut pas être complètement éliminé.

Les exemples les plus courants de bruit sont -

• Hiss son dans les récepteurs radio

• Buzz son au milieu des conversations téléphoniques

• Flicker dans les récepteurs de télévision, etc.

Effets du bruit

Le bruit est une fonctionnalité peu pratique qui affecte les performances du système. Voici les effets du bruit.

Le bruit limite la plage de fonctionnement des systèmes

Le bruit place indirectement une limite sur le signal le plus faible pouvant être amplifié par un amplificateur. L'oscillateur dans le circuit mélangeur peut limiter sa fréquence à cause du bruit. Le fonctionnement d'un système dépend du fonctionnement de ses circuits. Le bruit limite le plus petit signal qu'un récepteur est capable de traiter.

Le bruit affecte la sensibilité des récepteurs

La sensibilité est la quantité minimale de signal d'entrée nécessaire pour obtenir la qualité de sortie spécifiée. Le bruit affecte la sensibilité d'un système récepteur, ce qui finit par affecter la sortie.

Types de bruit

La classification du bruit se fait en fonction du type de source, de l'effet qu'elle montre ou de la relation qu'elle entretient avec le récepteur, etc.

Le bruit est produit de deux manières principales. L'un est à travers certainsexternal source tandis que l'autre est créé par un internal source, dans la section récepteur.

Source externe

Ce bruit est produit par les sources externes qui peuvent se produire dans le support ou le canal de communication, généralement. Ce bruit ne peut pas être complètement éliminé. Le meilleur moyen est d'éviter que le bruit n'affecte le signal.

Exemples

Les exemples les plus courants de ce type de bruit sont:

• Bruit atmosphérique (dû à des irrégularités dans l'atmosphère).

• Bruit extraterrestre, tel que le bruit solaire et le bruit cosmique.

• Bruit industriel.

Source interne

Ce bruit est produit par les composants du récepteur lorsqu'ils fonctionnent. Les composants des circuits, en raison du fonctionnement continu, peuvent produire peu de types de bruit. Ce bruit est quantifiable. Une conception appropriée du récepteur peut réduire l'effet de ce bruit interne.

Exemples

Les exemples les plus courants de ce type de bruit sont:

• Bruit d'agitation thermique (bruit Johnson ou bruit électrique).

• Bruit de tir (dû au mouvement aléatoire des électrons et des trous).

• Bruit de temps de transit (pendant la transition).

• Le bruit divers est un autre type de bruit qui comprend le scintillement, l'effet de résistance et le bruit généré par le mélangeur, etc.

Rapport signal sur bruit

Signal-to-Noise Ratio (SNR) est le ratio of the signal power to the noise power. Plus la valeur du SNR est élevée, meilleure sera la qualité de la sortie reçue.

Le rapport signal / bruit à différents points peut être calculé en utilisant les formules suivantes -

$$ Input \: SNR = (SNR) _I = \ frac {Average \: power \: of \: modulating \: signal} {Average \: power \: of \: noise \: at \: input} $$

$$ Output \: SNR = (SNR) _O = \ frac {Average \: power \: of \: demodulated \: signal} {Average \: power \: of \: noise \: at \: output} $$

Symbole de mérite

Le rapport de output SNR to the input SNR peut être qualifié de Figure of merit (F). Il est désigné parF. Il décrit les performances d'un appareil.

$$ F = \ frac {(SNR) _O} {(SNR) _I} $$

La figure du mérite d'un séquestre est -

$$ F = \ frac {(SNR) _O} {(SNR) _C} $$

Il en est ainsi car pour un récepteur, le canal est l'entrée.

Pour analyser un signal, il doit être représenté. Cette représentation dans les systèmes de communication est de deux types -

• Représentation du domaine de fréquence, et
• Représentation du domaine temporel.

Considérez deux signaux avec des fréquences de 1 kHz et 2 kHz. Les deux sont représentés dans le domaine temporel et fréquentiel comme le montre la figure suivante.

L'analyse du domaine temporel donne le comportement du signal sur une certaine période. Dans le domaine fréquentiel, le signal est analysé comme une fonction mathématique par rapport à la fréquence.

Une représentation du domaine fréquentiel est nécessaire là où le traitement du signal tel que le filtrage, l'amplification et le mixage est effectué.

Par exemple, si un signal tel que le suivant est considéré, il est entendu que du bruit y est présent.

La fréquence du signal d'origine peut être de 1 kHz, mais le bruit d'une certaine fréquence, qui corrompt ce signal est inconnu. Cependant, lorsque le même signal est représenté dans le domaine fréquentiel, à l'aide d'un analyseur de spectre, il est tracé comme le montre la figure suivante.

Ici, nous pouvons observer quelques harmoniques, qui représentent le bruit introduit dans le signal d'origine. Par conséquent, la représentation du signal aide à analyser les signaux.

L'analyse du domaine fréquentiel aide à créer les modèles d'ondes souhaités. Par exemple, les modèles de bits binaires dans un ordinateur, les modèles de Lissajous dans un CRO, etc. L'analyse du domaine temporel aide à comprendre ces modèles de bits.

Parmi les types de techniques de modulation, la classification principale est la modulation à ondes continues et la modulation d'impulsions. Les techniques de modulation d'onde continue sont ensuite divisées enAmplitude Modulation et Angle Modulation.

Une onde continue se poursuit en continu sans aucun intervalle et c'est le signal de message en bande de base, qui contient les informations. Cette onde doit être modulée.

Selon la définition standard, "L'amplitude du signal porteur varie en fonction de l'amplitude instantanée du signal modulant." Ce qui signifie que l'amplitude du signal porteur qui ne contient aucune information varie en fonction de l'amplitude du signal, à chaque instant, qui contient des informations. Ceci peut être bien expliqué par les chiffres suivants.

L'onde de modulation qui est représentée en premier est le signal de message. La suivante est l'onde porteuse, qui est juste un signal haute fréquence et ne contient aucune information. Alors que le dernier est l'onde modulée résultante.

On peut observer que les pics positifs et négatifs de l'onde porteuse, sont interconnectés avec une ligne imaginaire. Cette ligne permet de recréer la forme exacte du signal modulant. Cette ligne imaginaire sur l'onde porteuse est appelée commeEnvelope. C'est le même que le signal du message.

Expression mathématique

Voici l'expression mathématique de ces ondes.

Représentation temporelle des ondes

Soit le signal modulant -

$$ m (t) = A_mcos (2 \ pi f_mt) $$

Soit le signal porteur -

$$ c (t) = A_ccos (2 \ pi f_ct) $$

Où A_m = amplitude maximale du signal modulant

A_c = amplitude maximale du signal porteur

La forme standard d'une onde modulée en amplitude est définie comme -

$$ S (t) = A_c [1 + K_am (t)] cos (2 \ pi f_ct) $$

$$ S (t) = A_c [1+ \ mu cos (2 \ pi f_mt)] cos (2 \ pi f_ct) $$

$$ Où, \ mu = K_aA_m $$

Indice de modulation

Une onde porteuse, après avoir été modulée, si le niveau modulé est calculé, alors une telle tentative est appelée Modulation Index ou Modulation Depth. Il indique le niveau de modulation qu'une onde porteuse subit.

Les valeurs maximale et minimale de l'enveloppe de l'onde modulée sont représentées respectivement par A _max et A _min .

Essayons de développer une équation pour l'indice de modulation.

$$ A_ {max} = A_c (1+ \ mu) $$

Puisque, à A _max, la valeur de cos θ est 1

$$ A_ {min} = A_c (1- \ mu) $$

Puisque, à A _min, la valeur de cos θ est -1

$$ \ frac {A_ {max}} {A_ {min}} = \ frac {1+ \ mu} {1- \ mu} $$

$$ A_ {max} - \ mu A_ {max} = A_ {min} + \ mu A_ {min} $$

$$ - \ mu (A_ {max} + A_ {min}) = A_ {min} -A_ {max} $$

$$ \ mu = \ frac {A_ {max} -A_ {min}} {A_ {max} + A_ {min}} $$

Par conséquent, l'équation de l'indice de modulation est obtenue. µdésigne l'indice de modulation ou la profondeur de modulation. Ceci est souvent indiqué en pourcentage appeléPercentage Modulation. Il s'agit de l'étendue de la modulation exprimée en pourcentage, et désignée parm.

Pour une modulation parfaite, la valeur de l'indice de modulation doit être de 1, ce qui signifie que la profondeur de modulation doit être de 100%.

Par exemple, si cette valeur est inférieure à 1, c'est-à-dire que l'indice de modulation est de 0,5, la sortie modulée ressemblerait à la figure suivante. Il est appelé sous-modulation. Une telle vague est appelée comme ununder-modulated wave.

Si la valeur de l'indice de modulation est supérieure à 1, c'est-à-dire 1,5 ou plus, alors l'onde sera un over-modulated wave. Cela ressemblerait à la figure suivante.

À mesure que la valeur de l'indice de modulation augmente, la porteuse subit une inversion de phase de 180 °, ce qui provoque des bandes latérales supplémentaires et, par conséquent, l'onde est déformée. Une telle onde surmodulée provoque des interférences qui ne peuvent être éliminées.

Bande passante de modulation d'amplitude

La bande passante est la différence entre les fréquences les plus basses et les plus élevées du signal.

Pour une onde modulée en amplitude, la bande passante est donnée par

$$ BW = f_ {USB} -f_ {LSB} $$

$$ (f_c + f_m) - (f_c-f_m) $$

$$ = 2f_m = 2W $$

Où W est la bande passante du message

Nous avons donc appris que la bande passante requise pour l'onde modulée en amplitude est le double de la fréquence du signal modulant.

Dans le processus de modulation d'amplitude ou de modulation de phase, l'onde modulée se compose de l'onde porteuse et de deux bandes latérales. Le signal modulé a l'information dans toute la bande sauf à la fréquence porteuse.

Bande latérale

UNE Sidebandest une bande de fréquences, contenant la puissance, qui sont les fréquences inférieures et supérieures de la fréquence porteuse. Les deux bandes latérales contiennent les mêmes informations. La représentation de l'onde modulée en amplitude dans le domaine fréquentiel est illustrée dans la figure suivante.

Les deux bandes latérales de l'image contiennent les mêmes informations. La transmission d'un tel signal qui contient une porteuse avec deux bandes latérales peut être qualifiée deDouble Sideband Full Carrier système, ou simplement DSB-FC. Il est tracé comme indiqué dans la figure suivante.

Cependant, une telle transmission est inefficace. Les deux tiers de l'énergie sont gaspillés dans le transporteur, qui ne contient aucune information.

Si cette porteuse est supprimée et que l'énergie économisée est distribuée aux deux bandes latérales, un tel processus est appelé Double Sideband Suppressed Carrier système, ou simplement DSBSC. Il est tracé comme indiqué dans la figure suivante.

Maintenant, nous avons une idée que, comme les deux bandes latérales transportent deux fois la même information, pourquoi ne pouvons-nous pas supprimer une bande latérale. Oui, c'est possible.

Le processus de suppression de l'une des bandes latérales, ainsi que de la porteuse et de transmission d'une seule bande latérale est appelé Single Sideband Suppressed Carrier système, ou simplement SSB-SC ou SSB. Il est tracé comme indiqué dans la figure suivante.

Ce système SSB-SC ou SSB, qui transmet une seule bande latérale a une puissance élevée, car la puissance allouée à la fois à la porteuse et à l'autre bande latérale est utilisée pour transmettre ce Single Sideband (SSB).

Par conséquent, la modulation effectuée à l'aide de cette technique SSB est appelée SSB Modulation.

Modulation de bande latérale - Avantages

Les avantages de la modulation SSB sont:

• La bande passante ou l'espace spectral occupé est inférieur aux signaux AM et DSB.

• La transmission d'un plus grand nombre de signaux est autorisée.

• La puissance est économisée.

• Un signal de haute puissance peut être transmis.

• Moins de bruit est présent.

• L'évanouissement du signal est moins susceptible de se produire.

Modulation de bande latérale - Inconvénients

Les inconvénients de la modulation SSB sont:

• La génération et la détection du signal SSB est un processus complexe.

• La qualité du signal est affectée à moins que l'émetteur et le récepteur SSB n'aient une excellente stabilité de fréquence.

Modulation de bande latérale - Applications

Les applications de la modulation SSB sont -

• Pour les exigences d'économie d'énergie et les exigences de faible bande passante.

• Dans les communications mobiles terrestres, aériennes et maritimes.

• Dans les communications point à point.

• Dans les communications radio.

• Dans la télévision, la télémétrie et les communications radar.

• Dans les communications militaires, telles que la radio amateur, etc.

En cas de modulation SSB, lorsqu'une bande latérale passe à travers les filtres, le filtre passe-bande peut ne pas fonctionner parfaitement en pratique. En conséquence, certaines informations peuvent être perdues.

Ainsi pour éviter cette perte, une technique est choisie, qui est un compromis entre DSB-SC et SSB, appelé comme Vestigial Sideband (VSB)technique. Le mot vestige qui signifie «une partie» dont le nom est dérivé.

Bande latérale vestigiale

Les deux bandes latérales ne sont pas nécessaires pour la transmission, car il s'agit d'un déchet. Mais une seule bande si elle est transmise, entraîne une perte d'informations. Par conséquent, cette technique a évolué.

Vestigial Sideband Modulation ou VSB Modulation est le processus où une partie du signal appelée comme vestigeest modulé, avec une bande latérale. Un signal VSB peut être tracé comme indiqué dans la figure suivante.

Avec la bande latérale supérieure, une partie de la bande latérale inférieure est également transmise dans cette technique. Une bande de garde de très faible largeur est posée de part et d'autre du VSB afin d'éviter les interférences. La modulation VSB est principalement utilisée dans les transmissions de télévision.

Bande passante de transmission

La bande passante de transmission de l'onde modulée VSB est représentée par -

$$ B = (f_ {m} + f_ {v}) Hz $$

Où,

f_m = Bande passante des messages

f_v = Largeur de la bande latérale résiduelle

Modulation VSB - Avantages

Voici les avantages de VSB -

• Très efficace.

• Réduction de la bande passante.

• La conception du filtre est facile car une grande précision n'est pas nécessaire.

• La transmission de composants basse fréquence est possible, sans difficulté.

• Possède de bonnes caractéristiques de phase.

Modulation VSB - Inconvénients

Voici les inconvénients de VSB -

• La bande passante par rapport à SSB est supérieure.

• La démodulation est complexe.

Modulation VSB - Application

L'application la plus courante et la plus standard de VSB est la transmission de television signals. En outre, c'est la technique la plus pratique et la plus efficace lorsque l'utilisation de la bande passante est prise en compte.

L'autre type de modulation dans la modulation à onde continue est la Angle Modulation. La modulation d'angle est le processus dans lequel la fréquence ou la phase de la porteuse varie en fonction du signal de message. Ceci est divisé en modulation de fréquence et de phase.

• La modulation de fréquence est le processus de variation linéaire de la fréquence du signal porteur avec le signal du message.

• La modulation de phase est le processus consistant à faire varier la phase du signal porteur de manière linéaire avec le signal de message.

Parlons maintenant de ces sujets plus en détail.

Modulation de fréquence

En modulation d'amplitude, l'amplitude de la porteuse varie. Mais en modulation de fréquence (FM), la fréquence du signal porteur varie en fonction de l'amplitude instantanée du signal modulant.

L'amplitude et la phase du signal de la porteuse restent constantes tandis que la fréquence de la porteuse change. Ceci peut être mieux compris en observant les figures suivantes.

La fréquence de l'onde modulée reste constante comme fréquence de l'onde porteuse lorsque le signal de message est à zéro. La fréquence augmente lorsque le signal de message atteint son amplitude maximale.

Ce qui signifie qu'avec l'augmentation d'amplitude du signal de modulation ou de message, la fréquence porteuse augmente. De même, avec la diminution de l'amplitude du signal modulant, la fréquence diminue également.

Représentation mathématique

Que la fréquence porteuse soit f_c

La fréquence à l'amplitude maximale du signal de message = f_c + Δf

La fréquence à l'amplitude minimale du signal de message = f_c - Δf

La différence entre la fréquence modulée FM et la fréquence normale est appelée Frequency Deviation et est désigné par Δf.

L'écart de la fréquence du signal porteur de haut en bas ou de bas en haut peut être appelé Carrier Swing.

Porteuse Swing = 2 × écart de fréquence

= 2 × Δf

Équation pour FM WAVE

L'équation de l'onde FM est -

$$ s (t) = A_ccos [W_ct + 2 \ pi k_fm (t)] $$

Où,

A_c = l'amplitude de la porteuse

w_c = fréquence angulaire du porteur = 2πf_c

m(t) = signal de message

FM peut être divisé en Narrowband FM et Wideband FM.

FM à bande étroite

Les caractéristiques de la bande étroite FM sont les suivantes -

• Cette modulation de fréquence a une faible bande passante.

• L'indice de modulation est petit.

• Son spectre se compose de porteuse, USB et LSB.

• Ceci est utilisé dans les communications mobiles telles que la police sans fil, les ambulances, les taxis, etc.

FM large bande

Les caractéristiques de Wideband FM sont les suivantes -

• Cette modulation de fréquence a une bande passante infinie.

• L'indice de modulation est grand, c'est-à-dire supérieur à 1.

• Son spectre se compose d'un porteur et d'un nombre infini de bandes latérales, qui sont situées autour de lui.

• Ceci est utilisé dans les applications de diffusion de divertissement telles que la radio FM, la télévision, etc.

Modulation de phase

En modulation de fréquence, la fréquence de la porteuse varie. Mais enPhase Modulation (PM), la phase du signal porteur varie en fonction de l'amplitude instantanée du signal modulant.

L'amplitude et la fréquence du signal porteur restent constantes alors que la phase de la porteuse change. Ceci peut être mieux compris en observant les figures suivantes.

La phase de l'onde modulée a des points infinis où le déphasage d'une onde peut avoir lieu. L'amplitude instantanée du signal modulant change la phase de la porteuse. Lorsque l'amplitude est positive, la phase change dans un sens et si l'amplitude est négative, la phase change dans le sens opposé.

Relation entre PM et FM

Le changement de phase, change la fréquence de l'onde modulée. La fréquence de l'onde change également la phase de l'onde. Bien qu'ils soient liés, leur relation n'est pas linéaire. La modulation de phase est une méthode indirecte de production de FM. La quantité de décalage de fréquence, produite par un modulateur de phase augmente avec la fréquence de modulation. Un égaliseur audio est utilisé pour compenser cela.

Équation pour PM Wave

L'équation de l'onde PM est -

$$ s (t) = A_ccos [W_ct + k_pm (t)] $$

Où,

A_c = l'amplitude de la porteuse

w_c = fréquence angulaire du porteur = 2πf_c

m(t) = signal de message

La modulation de phase est utilisée dans les systèmes de communication mobiles, tandis que la modulation de fréquence est principalement utilisée pour la diffusion FM.

Multiplexing est le processus de combinaison de plusieurs signaux en un seul signal, sur un support partagé.

• Le processus est appelé comme analog multiplexing si ces signaux sont de nature analogique.

• Si les signaux numériques sont multiplexés, il est appelé digital multiplexing.

Le multiplexage a d'abord été développé dans la téléphonie. Un certain nombre de signaux ont été combinés pour être envoyés via un seul câble. Le processus de multiplexage divise un canal de communication en plusieurs nombres de canaux logiques, attribuant chacun à un signal de message différent ou à un flux de données à transférer. L'appareil qui effectue le multiplexage peut être appeléMUX.

Le processus inverse, c'est-à-dire l'extraction du nombre de canaux à partir d'un seul, qui est effectué au niveau du récepteur est appelé comme demultiplexing. L'appareil qui effectue le démultiplexage est appeléDEMUX.

Les figures suivantes illustrent le concept de MUX et DEMUX. Leur utilisation principale est dans le domaine des communications.

Types de multiplexeurs

Il existe principalement deux types de multiplexeurs, à savoir analogique et numérique. Ils sont ensuite divisés en FDM, WDM et TDM. La figure suivante donne une idée détaillée de cette classification.

Il existe de nombreux types de techniques de multiplexage. De tous, nous avons les principaux types avec classification générale, mentionnés dans la figure ci-dessus. Examinons-les individuellement.

Multiplexage analogique

Les techniques de multiplexage analogique impliquent des signaux de nature analogique. Les signaux analogiques sont multiplexés en fonction de leur fréquence (FDM) ou de leur longueur d'onde (WDM).

Multiplexage par division de fréquence

En multiplexage analogique, la technique la plus utilisée est Frequency Division Multiplexing (FDM). Cette technique utilise différentes fréquences pour combiner des flux de données, pour les envoyer sur un support de communication, en un seul signal.

Example - Un émetteur de télévision traditionnel, qui envoie un certain nombre de chaînes via un seul câble, utilise FDM.

Multiplexage par division de longueur d'onde

Le multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) est une technique analogique, dans laquelle de nombreux flux de données de différentes longueurs d'onde sont transmis dans le spectre lumineux. Si la longueur d'onde augmente, la fréquence du signal diminue. Un prisme qui peut transformer différentes longueurs d'onde en une seule ligne, peut être utilisé en sortie de MUX et en entrée de DEMUX.

Example - Les communications par fibre optique utilisent la technique WDM, pour fusionner différentes longueurs d'onde en une seule lumière pour la communication.

Multiplexage numérique

Le terme numérique représente les bits d'information discrets. Par conséquent, les données disponibles se présentent sous la forme de trames ou de paquets, qui sont discrets.

Multiplexage par répartition dans le temps (TDM)

Dans TDM, le délai est divisé en créneaux. Cette technique permet de transmettre un signal sur un seul canal de communication, en allouant un créneau pour chaque message.

De tous les types de TDM, les principaux sont TDM synchrone et asynchrone.

TDM synchrone

En TDM synchrone, l'entrée est connectée à une trame. S'il y a un nombre «n» de connexions, alors la trame est divisée en «n» intervalles de temps. Un emplacement est alloué pour chaque ligne d'entrée.

Dans cette technique, la fréquence d'échantillonnage est commune à tous les signaux et donc la même entrée d'horloge est donnée. Le MUX attribue lesame slot à chaque appareil à tout moment.

TDM asynchrone

Dans le TDM asynchrone, la fréquence d'échantillonnage est différente pour chacun des signaux et une horloge commune n'est pas nécessaire. Si le périphérique alloué, pour un intervalle de temps, ne transmet rien et reste inactif, alors cet emplacement estallotted to another périphérique, contrairement à synchrone.

Ce type de TDM est utilisé dans les réseaux en mode de transfert asynchrone.

Démultiplexeur

Les démultiplexeurs sont utilisés pour connecter une seule source à plusieurs destinations. Ce processus est l'inverse du multiplexage. Comme mentionné précédemment, il est principalement utilisé au niveau des récepteurs. DEMUX a de nombreuses applications. Il est utilisé dans les récepteurs des systèmes de communication. Il est utilisé en unité arithmétique et logique dans les ordinateurs pour alimenter et transmettre la communication, etc.

Les démultiplexeurs sont utilisés comme convertisseurs série-parallèle. Les données série sont fournies en entrée à DEMUX à intervalle régulier et un compteur y est attaché pour contrôler la sortie du démultiplexeur.

Les multiplexeurs et les démultiplexeurs jouent un rôle important dans les systèmes de communication, à la fois au niveau des sections émetteur et récepteur.

Le multiplexage par répartition en fréquence est utilisé dans les récepteurs de radio et de télévision. La principale utilisation de la FM est pour les communications radio. Jetons un œil à la structure de l'émetteur FM et du récepteur FM avec leurs schémas fonctionnels et leur fonctionnement.

Transmetteur FM

L'émetteur FM est l'unité entière qui prend le signal audio comme entrée et délivre des ondes modulées FM à l'antenne en tant que sortie à transmettre. L'émetteur FM se compose de 6 étages principaux. Ils sont illustrés dans la figure suivante.

Le fonctionnement de l'émetteur FM peut être expliqué comme suit.

• Le signal audio de la sortie du microphone est transmis au préamplificateur qui augmente le niveau du signal de modulation.

• Ce signal est ensuite transmis au filtre passe-haut, qui agit comme un réseau de préaccentuation pour filtrer le bruit et améliorer le rapport signal sur bruit.

• Ce signal est ensuite transmis au circuit modulateur FM.

• Le circuit oscillateur génère une porteuse haute fréquence, qui est donnée au modulateur avec le signal de modulation.

• Plusieurs étages de multiplicateur de fréquence sont utilisés pour augmenter la fréquence de fonctionnement. Même dans ce cas, la puissance du signal n'est pas suffisante pour transmettre. Par conséquent, un amplificateur de puissance RF est utilisé à la fin pour augmenter la puissance du signal modulé. Cette sortie modulée FM est finalement transmise à l'antenne pour être transmise.

Exigences d'un séquestre

Un récepteur radio est utilisé pour recevoir les signaux de la bande AM et de la bande FM. La détection deAM se fait par la méthode appelée Envelope Detection et la détection de FM se fait par la méthode appelée Frequency Discrimination.

Un tel récepteur radio a les exigences suivantes.

• Cela devrait être rentable.

• Il doit recevoir les signaux AM et FM.

• Le récepteur doit pouvoir régler et amplifier la station souhaitée.

• Il devrait avoir la capacité de rejeter les stations indésirables.

• La démodulation doit être effectuée sur tous les signaux de la station, quelle que soit la fréquence porteuse.

Pour que ces exigences soient remplies, le circuit du tuner et le circuit du mélangeur doivent être très efficaces. La procédure de mélange RF est un phénomène intéressant.

Mélange RF

L'unité de mélange RF développe un Intermediate Frequency (IF) vers lequel tout signal reçu est converti, de manière à traiter le signal efficacement.

RF Mixer est une étape importante dans le récepteur. Deux signaux de fréquences différentes sont pris où un niveau de signal affecte le niveau de l'autre signal, pour produire la sortie mixte résultante. Les signaux d'entrée et la sortie de mélangeur résultante sont illustrés dans les figures suivantes.

Lorsque deux signaux entrent dans le mélangeur RF,

• La première fréquence du signal = F₁

• La deuxième fréquence du signal = F₂

Ensuite, les fréquences de signal résultantes = (F₁ + F₂) et (F₁ - F₂)

Un mélangeur de deux signaux de fréquences différentes est produit en sortie.

Si cela est observé dans le domaine fréquentiel, le modèle ressemble à la figure suivante.

Le symbole d'un mélangeur RF ressemble à la figure suivante.

Les deux signaux sont mélangés pour produire un signal résultant, où l'effet d'un signal affecte l'autre signal et tous deux produisent un motif différent comme vu précédemment.

Récepteur FM

Le récepteur FM est l'unité entière qui prend le signal modulé comme entrée et produit le signal audio original comme sortie. Les radioamateurs sont les premiers récepteurs radio. Cependant, ils présentent des inconvénients tels qu'une sensibilité et une sélectivité médiocres.

Selectivity est la sélection d'un signal particulier tout en rejetant les autres. Sensitivity est la capacité de détecter un signal RF et de le démoduler, tout en étant au niveau de puissance le plus bas.

Pour surmonter ces inconvénients, super heterodynerécepteur a été inventé. Ce récepteur FM se compose de 5 étages principaux. Ils sont comme indiqué dans la figure suivante.

Section tuner RF

Le signal modulé reçu par l'antenne est d'abord transmis au tuner circuità travers un transformateur. Le circuit du syntoniseur n'est rien d'autre qu'un circuit LC, également appeléresonant ou tank circuit. Il sélectionne la fréquence souhaitée par le récepteur radio. Il règle également l'oscillateur local et le filtre RF en même temps.

Mélangeur RF

Le signal de la sortie du tuner est transmis au RF-IF converter, qui agit comme un mélangeur. Il dispose d'un oscillateur local, qui produit une fréquence constante. Le processus de mixage est effectué ici, avec le signal reçu comme une entrée et la fréquence de l'oscillateur local comme l'autre entrée. La sortie résultante est un mélange de deux fréquences [(f ₁ + f ₂ ), (f ₁ - f ₂ )] produites par le mélangeur, qui est appelé comme leIntermediate Frequency (IF).

La production de FI aide à la démodulation de tout signal de station ayant une fréquence porteuse quelconque. Par conséquent, tous les signaux sont traduits en une fréquence porteuse fixe pour une sélectivité adéquate.

Filtre IF

Le filtre de fréquence intermédiaire est un filtre passe-bande, qui passe la fréquence souhaitée. Il élimine tous les composants indésirables de fréquence plus élevée présents ainsi que le bruit. Le filtre IF aide à améliorer laSignal to Noise Ratio (SNR).

Démodulateur

Le signal modulé reçu est maintenant démodulé avec le même processus utilisé côté émetteur. La discrimination de fréquence est généralement utilisée pour la détection FM.

Amplificateur audio

Il s'agit de l'étage d'amplification de puissance utilisé pour amplifier le signal audio détecté. Le signal traité est renforcé pour être efficace. Ce signal est transmis au haut-parleur pour obtenir le signal sonore d'origine.

Ce récepteur super hétérodyne est bien utilisé en raison de ses avantages tels qu'un meilleur SNR, sensibilité et sélectivité.

Bruit en FM

La présence de bruit est également un problème en FM. Chaque fois qu'un signal d'interférence puissant avec une fréquence plus proche du signal souhaité arrive, le récepteur verrouille ce signal d'interférence. Un tel phénomène s'appelle leCapture effect.

Pour augmenter le SNR à des fréquences de modulation plus élevées, un circuit passe-haut appelé preemphasis, est utilisé au niveau de l'émetteur. Un autre circuit appeléde-emphasis, le processus inverse de préaccentuation est utilisé au niveau du récepteur, qui est un circuit passe-bas. Les circuits de préaccentuation et de désaccentuation sont largement utilisés dans les émetteurs et récepteurs FM pour augmenter efficacement le SNR de sortie.

Jusqu'à présent, nous avons discuté de la modulation en onde continue. Il est maintenant temps pour les signaux discrets. lePulse modulationtechniques, traite des signaux discrets. Voyons comment convertir un signal continu en un signal discret. Le processus appelé Sampling nous aide avec cela.

Échantillonnage

Le processus de conversion de signaux temporels continus en signaux temporels discrets équivalents peut être appelé Sampling. Un certain instant de données est continuellement échantillonné dans le processus d'échantillonnage.

La figure suivante indique un signal continu x(t) et un signal échantillonné x_s(t). Quandx(t) est multiplié par un train d'impulsions périodique, le signal échantillonné x_s(t) Est obtenu.

UNE sampling signal est un train périodique d'impulsions, ayant unit amplitude, échantillonné à intervalles de temps égaux T_s, qui est appelé comme le Sampling time. Ces données sont transmises aux instants de tempsT_s et le signal de porteuse est transmis au temps restant.

Taux d'échantillonnage

Pour discrétiser les signaux, l'écart entre les échantillons doit être corrigé. Cet écart peut être qualifié desampling period T_s.

$$ Échantillonnage \: Frequency = \ frac {1} {T_s} = f_s $$

Où,

T_s = le temps d'échantillonnage

f_s = la fréquence d'échantillonnage ou le taux d'échantillonnage

Théorème d'échantillonnage

Tout en considérant le taux d'échantillonnage, un point important concernant la valeur du taux doit être considéré. lerate of sampling doit être tel que les données du signal de message ne soient ni perdues ni surchargées.

le sampling theorem déclare qu '«un signal peut être reproduit exactement s'il est échantillonné au taux f_s qui est supérieure ou égale à deux fois la fréquence maximale W. »

Pour le dire plus simplement, pour une reproduction efficace du signal original, la fréquence d'échantillonnage doit être deux fois la fréquence la plus élevée.

Ce qui signifie,

$$ f_s \ geq 2W $$

Où,

f_s = la fréquence d'échantillonnage

W est la fréquence la plus élevée

Ce taux d'échantillonnage est appelé Nyquist rate.

Le théorème d'échantillonnage, également appelé Nyquist theorem, fournit la théorie d'une fréquence d'échantillonnage suffisante en termes de bande passante pour la classe de fonctions à bande limitée.

Pour le signal à temps continu x(t), le signal à bande limitée dans le domaine fréquentiel, peut être représenté comme illustré dans la figure suivante.

Si le signal est échantillonné au-dessus du taux de Nyquist, le signal d'origine peut être récupéré. La figure suivante explique un signal, s'il est échantillonné à un débit supérieur à 2w dans le domaine fréquentiel.

Si le même signal est échantillonné à une fréquence inférieure à 2 W, le signal échantillonné ressemblera à la figure suivante.

Nous pouvons observer à partir du schéma ci-dessus que le chevauchement d'informations est effectué, ce qui conduit à un mélange et à une perte d'informations. Ce phénomène indésirable de chevauchement est appeléAliasing.

Le crénelage peut être appelé "le phénomène d'une composante haute fréquence dans le spectre d'un signal, prenant l'identité d'une composante basse fréquence dans le spectre de sa version échantillonnée."

Par conséquent, l'échantillonnage du signal est choisi pour être à la fréquence de Nyquist, comme cela a été indiqué dans le théorème d'échantillonnage. Si la fréquence d'échantillonnage est égale à deux fois la fréquence la plus élevée (2W).

Cela signifie,

$$ f_s = 2W $$

Où,

f_s = la fréquence d'échantillonnage

W est la fréquence la plus élevée

Le résultat sera comme indiqué dans la figure ci-dessus. Les informations sont remplacées sans aucune perte. C'est donc un bon taux d'échantillonnage.

Après la modulation d'onde continue, la division suivante est la modulation d'impulsions. La modulation d'impulsions est divisée en modulation analogique et numérique. Les techniques de modulation analogique sont principalement classées en modulation d'amplitude d'impulsion, modulation de durée d'impulsion / modulation de largeur d'impulsion et modulation de position d'impulsion.

Modulation d'amplitude d'impulsion

Pulse Amplitude Modulation (PAM) est un schéma de modulation analogique dans lequel l'amplitude de la porteuse d'impulsion varie proportionnellement à l'amplitude instantanée du signal de message.

Le signal modulé en amplitude d'impulsion suivra l'amplitude du signal d'origine, car le signal trace le trajet de l'onde entière. En PAM naturel, un signal échantillonné à la fréquence de Nyquist est reconstruit, en le faisant passer à travers unLow Pass Frequency (LPF) avec une fréquence de coupure exacte

Les figures suivantes expliquent la modulation d'amplitude d'impulsion.

Bien que le signal PAM passe par un LPF, il ne peut pas récupérer le signal sans distorsion. Par conséquent, pour éviter ce bruit, un échantillonnage à sommet plat est effectué comme le montre la figure suivante.

Flat-top samplingest le processus dans lequel le signal échantillonné peut être représenté en impulsions pour lesquelles l'amplitude du signal ne peut pas être modifiée par rapport au signal analogique, à échantillonner. Les sommets d'amplitude restent plats. Ce processus simplifie la conception du circuit.

Modulation de largeur d'impulsion

Pulse Width Modulation (PWM) ou Pulse Duration Modulation (PDM) ou Pulse Time Modulation (PTM) est un schéma de modulation analogique dans lequel la durée ou la largeur ou le temps de la porteuse d'impulsion varie proportionnellement à l'amplitude instantanée du signal de message.

La largeur de l'impulsion varie dans cette méthode, mais l'amplitude du signal reste constante. Des limiteurs d'amplitude sont utilisés pour rendre constante l'amplitude du signal. Ces circuits coupent l'amplitude, à un niveau souhaité et donc le bruit est limité.

Les figures suivantes expliquent les types de modulations de largeur d'impulsion.

Il existe trois variantes de PWM. Ils sont -

• Le front montant de l'impulsion étant constant, le front descendant varie en fonction du signal de message.

• Le front descendant de l'impulsion étant constant, le front montant varie en fonction du signal de message.

• Le centre de l'impulsion étant constant, le front montant et le front descendant varient en fonction du signal de message.

Ces trois types sont illustrés dans la figure ci-dessus, avec des créneaux horaires.

Modulation de position d'impulsion

Pulse Position Modulation (PPM) est un schéma de modulation analogique dans lequel l'amplitude et la largeur des impulsions sont maintenues constantes, tandis que la position de chaque impulsion, en référence à la position d'une impulsion de référence, varie en fonction de la valeur échantillonnée instantanée du signal de message.

L'émetteur doit envoyer des impulsions de synchronisation (ou simplement des impulsions de synchronisation) pour maintenir l'émetteur et le récepteur en synchronisme. Ces impulsions de synchronisation aident à maintenir la position des impulsions. Les figures suivantes expliquent la modulation de position d'impulsion.

La modulation de position d'impulsion est effectuée conformément au signal modulé en largeur d'impulsion. Chaque queue du signal modulé en largeur d'impulsion devient le point de départ des impulsions dans le signal PPM. Par conséquent, la position de ces impulsions est proportionnelle à la largeur des impulsions PWM.

Avantage

Comme l'amplitude et la largeur sont constantes, la puissance manipulée est également constante.

Désavantage

La synchronisation entre l'émetteur et le récepteur est un must.

Comparaison entre PAM, PWM et PPM

La comparaison entre les processus de modulation ci-dessus est présentée dans un seul tableau.

PAM	PWM	PPM
L'amplitude est variée	La largeur est variée	La position est variée
La bande passante dépend de la largeur de l'impulsion	La bande passante dépend du temps de montée de l'impulsion	La bande passante dépend du temps de montée de l'impulsion
La puissance instantanée de l'émetteur varie avec l'amplitude des impulsions	La puissance instantanée de l'émetteur varie avec l'amplitude et la largeur des impulsions	La puissance instantanée de l'émetteur reste constante avec la largeur des impulsions
La complexité du système est élevée	La complexité du système est faible	La complexité du système est faible
Les interférences sonores sont élevées	Les interférences sonores sont faibles	Les interférences sonores sont faibles
C'est similaire à la modulation d'amplitude	C'est similaire à la modulation de fréquence	C'est similaire à la modulation de phase

Jusqu'à présent, nous avons utilisé différentes techniques de modulation. Celui qui reste estdigital modulation, qui relève de la classification de la modulation d'impulsions. La modulation numérique a la modulation par code d'impulsion (PCM) comme classification principale. Il est ensuite traité en modulation delta et ADM.

Modulation de code d'impulsion

Un signal est modulé par code d'impulsion pour convertir ses informations analogiques en une séquence binaire, c'est-à-dire 1s et 0s. La sortie d'unPulse Code Modulation (PCM)ressemblera à une séquence binaire. La figure suivante montre un exemple de sortie PCM par rapport aux valeurs instantanées d'une onde sinusoïdale donnée.

Au lieu d'un train d'impulsions, PCM produit une série de nombres ou de chiffres, et par conséquent, ce processus est appelé numérique. Chacun de ces chiffres, bien qu'en code binaire, représente l'amplitude approximative de l'échantillon de signal à cet instant.

Dans la modulation par code d'impulsion, le signal de message est représenté par une séquence d'impulsions codées. Ce signal de message est obtenu en représentant le signal sous forme discrète à la fois en temps et en amplitude.

Éléments de base du PCM

La section émetteur d'un circuit modulateur à code d'impulsion se compose de Sampling, Quantizing et Encoding, qui sont effectuées dans le analog-to-digital convertersection. Le filtre passe-bas avant l'échantillonnage empêche l'aliasing du signal de message.

Les opérations de base dans la section récepteur sont regeneration of impaired signals, decoding, et reconstructiondu train d'impulsions quantifié. La figure suivante est le schéma de principe du PCM qui représente les éléments de base des sections émetteur et récepteur.

Filtre passe-bas (LPF)

Ce filtre élimine les composantes haute fréquence présentes dans le signal analogique d'entrée qui sont supérieures à la fréquence la plus élevée du signal de message, pour éviter le crénelage du signal de message.

Échantillonneur

C'est le circuit qui utilise la technique qui permet de collecter les données d'échantillon à des valeurs instantanées du signal de message, afin de reconstruire le signal d'origine. La fréquence d'échantillonnage doit être supérieure à deux fois la composante de fréquence la plus élevéeW du signal de message, conformément au théorème d'échantillonnage.

Quantificateur

La quantification est un processus de réduction des bits excessifs et de confinement des données. La sortie échantillonnée lorsqu'elle est fournie au quantificateur, réduit les bits redondants et compresse la valeur.

Encodeur

La numérisation du signal analogique est effectuée par le codeur. Il désigne chaque niveau quantifié par un code binaire. L'échantillonnage effectué ici est le processus d'échantillonnage et de conservation. Ces trois sections agiront comme un convertisseur analogique-numérique. Le codage minimise la bande passante utilisée.

Répéteur régénératif

La sortie du canal a un circuit répéteur régénératif pour compenser la perte de signal et reconstruire le signal. Cela augmente également la force du signal.

Décodeur

Le circuit décodeur décode la forme d'onde codée par impulsions pour reproduire le signal d'origine. Ce circuit agit comme ledemodulator.

Filtre de reconstruction

Une fois la conversion numérique-analogique effectuée par le circuit régénératif et le décodeur, un filtre passe-bas est utilisé, appelé filtre de reconstruction pour récupérer le signal d'origine.

Par conséquent, le circuit du modulateur de code d'impulsion numérise le signal analogique donné, le code et l'échantillonne. Il transmet ensuite sous une forme analogique. L'ensemble de ce processus est répété dans un motif inverse pour obtenir le signal d'origine.

Il existe peu de techniques de modulation qui sont suivies pour construire un signal PCM. Ces techniques commesampling, quantization, et companding aider à créer un signal PCM efficace, qui peut reproduire exactement le signal d'origine.

Quantification

La numérisation des signaux analogiques implique l'arrondissement des valeurs qui sont approximativement égales aux valeurs analogiques. La méthode d'échantillonnage choisit quelques points sur le signal analogique, puis ces points sont joints pour arrondir la valeur à une valeur presque stabilisée. Un tel processus est appelé commeQuantization.

La quantification d'un signal analogique se fait en discrétisant le signal avec un certain nombre de niveaux de quantification. La quantification représente les valeurs échantillonnées de l'amplitude par un ensemble fini de niveaux, ce qui signifie la conversion d'uncontinuous-amplitude sample dans une discrete-time signal.

La figure suivante montre comment un signal analogique est quantifié. La ligne bleue représente le signal analogique tandis que la rouge représente le signal quantifié.

L'échantillonnage et la quantification entraînent la perte d'informations. La qualité de la sortie d'un quantificateur dépend du nombre de niveaux de quantification utilisés. Les amplitudes discrètes de la sortie quantifiée sont appelées commerepresentation levels ou reconstruction levels. L'espacement entre deux niveaux de représentation adjacents est appelé unquantum ou step-size.

Companding dans PCM

Le mot Companding est une combinaison de Comen appuyant sur et Expanding, ce qui signifie qu'il fait les deux. Il s'agit d'une technique non linéaire utilisée dans le PCM qui compresse les données au niveau de l'émetteur et étend les mêmes données au récepteur. Les effets du bruit et de la diaphonie sont réduits en utilisant cette technique.

Il existe deux types de techniques de compression.

Technique de compression A-law

• Une quantification uniforme est obtenue à A = 1, où la courbe caractéristique est linéaire et il n'y a pas de compression.

• A-law a mi-hauteur à l'origine. Par conséquent, il contient une valeur non nulle.

• La compression A-law est utilisée pour les systèmes téléphoniques PCM.

• La loi A est utilisée dans de nombreuses régions du monde.

Technique de compression µ-law

• Une quantification uniforme est obtenue à µ = 0, où la courbe caractéristique est linéaire et il n'y a pas de compression.

• µ-law a la mi-bande de roulement à l'origine. Par conséquent, il contient une valeur nulle.

• La compression de la loi µ est utilisée pour les signaux vocaux et musicaux.

• La loi µ est utilisée en Amérique du Nord et au Japon.

PCM différentiel

Les échantillons qui sont fortement corrélés, lorsqu'ils sont codés par la technique PCM, laissent derrière eux des informations redondantes. Pour traiter ces informations redondantes et obtenir une meilleure sortie, il est judicieux de prendre des valeurs échantillonnées prédites, supposées à partir de ses sorties précédentes et de les résumer avec les valeurs quantifiées.

Un tel processus est nommé Differential PCM technique.

La fréquence d'échantillonnage d'un signal doit être supérieure à la fréquence de Nyquist, pour obtenir un meilleur échantillonnage. Si cet intervalle d'échantillonnage dans un PCM différentiel (DPCM) est considérablement réduit, la différence d'amplitude échantillon à échantillon est très faible, comme si la différence était1-bit quantization, alors la taille de pas est très petite c'est-à-dire, Δ (delta).

Qu'est-ce que la modulation delta?

Le type de modulation, où la fréquence d'échantillonnage est beaucoup plus élevée et dans laquelle le pas après quantification est de plus petite valeur Δ, une telle modulation est appelée delta modulation.

Caractéristiques de la modulation delta

• Une entrée suréchantillonnée est utilisée pour utiliser pleinement une corrélation de signal.

• La conception de la quantification est simple.

• La séquence d'entrée est beaucoup plus élevée que le taux de Nyquist.

• La qualité est modérée.

• La conception du modulateur et du démodulateur est simple.

• L'approximation en escalier de la forme d'onde de sortie.

• La taille du pas est très petite, c'est-à-dire Δ (delta).

• Le débit binaire peut être décidé par l'utilisateur.

• Cela nécessite une mise en œuvre plus simple.

La modulation delta est une forme simplifiée de technique DPCM, également considérée comme un schéma DPCM 1 bit. Lorsque l'intervalle d'échantillonnage est réduit, la corrélation du signal sera plus élevée.

Modulateur Delta

le Delta Modulatorcomprend un quantificateur 1 bit et un circuit de retard ainsi que deux circuits sommateurs. Voici le schéma de principe d'un modulateur delta.

Une forme d'onde approchée en cage d'escalier sera la sortie du modulateur delta avec la taille de pas comme delta (Δ). La qualité de sortie de la forme d'onde est moyenne.

Démodulateur Delta

Le démodulateur delta comprend un filtre passe-bas, un sommateur et un circuit de retard. Le circuit de prédiction est ici éliminé et par conséquent aucune entrée supposée n'est donnée au démodulateur.

Voici le schéma de principe du démodulateur delta.

Le filtre passe-bas est utilisé pour de nombreuses raisons, mais la principale est l'élimination du bruit pour les signaux hors bande. L'erreur de taille de pas qui peut survenir au niveau de l'émetteur est appeléegranular noise, qui est éliminé ici. S'il n'y a pas de bruit, la sortie du modulateur est égale à l'entrée du démodulateur.

Avantages de DM sur DPCM

• Quantificateur 1 bit
• Conception très simple du modulateur et du démodulateur

Cependant, il existe des noise in DM et voici les types de bruit.

• Pente sur la distorsion de charge (lorsque Δ est petit)
• Bruit granulaire (lorsque Δ est grand)

Modulation Delta adaptative

En modulation numérique, nous rencontrons certains problèmes pour déterminer la taille de pas, qui influence la qualité de l'onde de sortie.

La plus grande taille de pas est nécessaire dans la pente raide du signal de modulation et une plus petite taille de pas est nécessaire lorsque le message a une petite pente. En conséquence, les moindres détails sont manqués. Par conséquent, il serait préférable que nous puissions contrôler l'ajustement de la taille de pas, en fonction de nos besoins afin d'obtenir l'échantillonnage de la manière souhaitée. C'est le concept deAdaptive Delta Modulation (ADM).

La modulation numérique offre une plus grande capacité d'information, une haute sécurité des données, une disponibilité plus rapide du système avec une communication de grande qualité. Par conséquent, les techniques de modulation numérique ont une plus grande demande, pour leur capacité à transporter de plus grandes quantités de données que les techniques analogiques.

Il existe de nombreux types de techniques de modulation numérique et nous pouvons même utiliser une combinaison de ces techniques. Dans ce chapitre, nous discuterons des techniques de modulation numérique les plus importantes.

Incrustation par décalage d'amplitude

L'amplitude de la sortie résultante dépend des données d'entrée, qu'il s'agisse d'un niveau zéro ou d'une variation positive et négative, en fonction de la fréquence porteuse.

Amplitude Shift Keying (ASK) est un type de modulation d'amplitude qui représente les données binaires sous la forme de variations de l'amplitude d'un signal.

Voici le diagramme de la forme d'onde modulée ASK avec son entrée.

Tout signal modulé a une porteuse haute fréquence. Le signal binaire lorsque ASK est modulé, donne une valeur nulle pour l'entrée LOW et donne la sortie porteuse pour l'entrée HIGH.

Modulation par déplacement de fréquence

La fréquence du signal de sortie sera soit élevée, soit basse, selon les données d'entrée appliquées.

Frequency Shift Keying (FSK)est la technique de modulation numérique dans laquelle la fréquence du signal porteur varie en fonction des changements numériques discrets. FSK est un schéma de modulation de fréquence.

Voici le diagramme de la forme d'onde modulée FSK avec son entrée.

La sortie d'une onde modulée FSK a une fréquence élevée pour une entrée binaire HIGH et une fréquence basse pour une entrée binaire LOW. Les 1 et 0 binaires sont appelésMark et Space frequencies.

Clé de changement de phase

La phase du signal de sortie est décalée en fonction de l'entrée. Celles-ci sont principalement de deux types, à savoir BPSK et QPSK, selon le nombre de déphasages. L'autre est DPSK qui change la phase en fonction de la valeur précédente.

Phase Shift Keying (PSK)est la technique de modulation numérique dans laquelle la phase du signal de porteuse est modifiée en faisant varier les entrées sinus et cosinus à un instant particulier. La technique PSK est largement utilisée pour les réseaux locaux sans fil, les opérations biométriques et sans contact, ainsi que les communications RFID et Bluetooth.

PSK est de deux types, en fonction des phases, le signal est décalé. Ils sont -

Clé à décalage de phase binaire (BPSK)

Ceci est également appelé comme 2-phase PSK (ou) Phase Reversal Keying. Dans cette technique, la porteuse sinusoïdale prend deux inversions de phase telles que 0 ° et 180 °.

BPSK est fondamentalement un schéma de modulation DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier), le message étant l'information numérique.

Voici l'image de l'onde de sortie modulée BPSK avec son entrée.

Clé à décalage de phase en quadrature (QPSK)

Il s'agit de la technique de modulation par décalage de phase, dans laquelle la porteuse d'onde sinusoïdale prend quatre inversions de phase telles que 0 °, 90 °, 180 ° et 270 °.

Si ce type de techniques est encore étendu, PSK peut également être fait par huit ou seize valeurs, selon les besoins. La figure suivante représente la forme d'onde QPSK pour deux bits d'entrée, qui montre le résultat modulé pour différentes instances d'entrées binaires.

QPSK est une variante de BPSK, et c'est aussi un schéma de modulation DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier), qui envoie deux bits d'informations numériques à la fois, appelé comme bigits.

Au lieu de convertir des bits numériques en une série de flux numériques, il les convertit en paires de bits. Cela réduit le débit binaire des données de moitié, ce qui laisse de l'espace pour les autres utilisateurs.

Clé à décalage de phase différentielle (DPSK)

En DPSK (modulation par décalage de phase différentielle), la phase du signal modulé est décalée par rapport à l'élément de signal précédent. Aucun signal de référence n'est pris en compte ici. La phase du signal suit l'état haut ou bas de l'élément précédent. Cette technique DPSK ne nécessite pas d'oscillateur de référence.

La figure suivante représente la forme d'onde du modèle de DPSK.

On voit sur la figure ci-dessus que, si le bit de données est BAS, c'est-à-dire 0, alors la phase du signal n'est pas inversée, mais se poursuit telle qu'elle était. Si les données sont HIGH, c'est-à-dire 1, alors la phase du signal est inversée, comme avec NRZI, inversée sur 1 (une forme de codage différentiel).

Si nous observons la forme d'onde ci-dessus, nous pouvons dire que l'état HIGH représente un M dans le signal modulant et l'état LOW représente un W dans le signal modulant.

Le mot binaire représente deux bits. M représente simplement un chiffre qui correspond au nombre de conditions, niveaux ou combinaisons possibles pour un nombre donné de variables binaires.

C'est le type de technique de modulation numérique utilisé pour la transmission de données dans laquelle au lieu d'un bit, deux ou more bits are transmitted at a time. Comme un seul signal est utilisé pour une transmission à bits multiples, la bande passante du canal est réduite.

Équation M-aire

Si un signal numérique est donné sous quatre conditions, telles que les niveaux de tension, les fréquences, les phases et l'amplitude, alors M = 4.

Le nombre de bits nécessaires pour produire un nombre donné de conditions est exprimé mathématiquement par

$$ N = \ log_ {2} M $$

Où,

N est le nombre de bits nécessaires.

M est le nombre de conditions, niveaux ou combinaisons possibles avec N morceaux.

L'équation ci-dessus peut être réorganisée comme -

$$ 2 ^ {N} = M $$

Par exemple, avec deux bits, 2² = 4 les conditions sont possibles.

Types de techniques M-aire

En général, (M-ary) les techniques de modulation à plusieurs niveaux sont utilisées dans les communications numériques en tant qu'entrées numériques avec plus de deux niveaux de modulation autorisés sur l'entrée de l'émetteur. Par conséquent, ces techniques sont efficaces en bande passante.

Il existe de nombreuses techniques de modulation M-aire différentes. Certaines de ces techniques modulent un paramètre du signal porteur, tel que l'amplitude, la phase et la fréquence.

DEMANDEZ M-ary

C'est appelé M-ary Amplitude Shift Keying (M-ASK) ou M-ary Pulse Amplitude Modulation (PAM).

L'amplitude du signal porteur prend M différents niveaux.

Représentation de M-ary ASK

$$ S_m (t) = A_mcos (2 \ pi f_ct) \: \: \: \: \: \: A_m \ epsilon {(2m-1-M) \ Delta, m = 1,2 .... M } \: \: \: et \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_s $$

Cette méthode est également utilisée dans PAM. Sa mise en œuvre est simple. Cependant, M-ary ASK est sensible au bruit et à la distorsion.

M-ary FSK

Ceci est appelé comme M-ary Frequency Shift Keying.

La fréquence du signal porteur prend M différents niveaux.

Représentation de M-ary FSK

$$ S_ {i} (t) = \ sqrt {\ frac {2E_ {s}} {T_ {S}}} \ cos \ lgroup \ frac {\ Pi} {T_ {s}} (n_ {c} + i) t \ rgroup \: \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_ {s} \: \: \: et \: \: \: i = 1,2 ..... M $$

où $ f_ {c} = \ frac {n_ {c}} {2T_ {s}} $ pour un entier fixe n.

Ce n'est pas sensible au bruit autant que ASK. Le transmisMnombre de signaux sont égaux en énergie et en durée. Les signaux sont séparés par $ \ frac {1} {2T_s} $Hz rendre les signaux orthogonaux les uns aux autres.

Depuis Mles signaux sont orthogonaux, il n'y a pas d'encombrement dans l'espace du signal. L'efficacité de la bande passante d'un M-ary FSK diminue et l'efficacité énergétique augmente avec l'augmentation de M.

M-aire PSK

C'est ce qu'on appelle le changement de phase M-aire.

le phase du signal porteur, prend M différents niveaux.

Représentation de M-ary PSK

$$ S_ {i} (t) = \ sqrt {\ frac {2E} {T}} \ cos (w_ {0} t + \ emptyset_ {i} t) \: \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_ {s} \: \: \: et \: \: \: i = 1,2 ..... M $$

$$ \ emptyset_ {i} t = \ frac {2 \ Pi i} {M} \: \: \: où \: \: i = 1,2,3 ... \: ... M $$

Ici, l'enveloppe est constante avec plus de possibilités de phase. Cette méthode a été utilisée pendant les premiers jours de la communication spatiale. Il a de meilleures performances que ASK et FSK. Erreur d'estimation de phase minimale au niveau du récepteur.

L'efficacité de la bande passante du M-ary PSK diminue et l'efficacité énergétique augmente avec l'augmentation de M. Jusqu'à présent, nous avons discuté de différentes techniques de modulation. La sortie de toutes ces techniques est une séquence binaire, représentée par 1 et 0. Ces informations binaires ou numériques ont de nombreux types et formes, qui sont discutés plus loin.

L'information est la source d'un système de communication, qu'il soit analogique ou numérique. Information theory est une approche mathématique de l'étude du codage de l'information ainsi que de la quantification, du stockage et de la communication de l'information.

Conditions de survenue des événements

Si l'on considère un événement, il y a trois conditions d'occurrence.

• Si l'événement ne s'est pas produit, il y a une condition de uncertainty.

• Si l'événement vient de se produire, il y a une condition de surprise.

• Si l'événement s'est produit, il y a un certain temps, il y a une condition pour avoir information.

Par conséquent, ces trois événements se produisent à des moments différents. La différence de ces conditions, nous aide à avoir une connaissance sur les probabilités d'occurrence des événements.

Entropie

Lorsque nous observons les possibilités d'occurrence d'un événement, qu'il soit surprenant ou incertain, cela signifie que nous essayons d'avoir une idée sur le contenu moyen de l'information de la source de l'événement.

Entropy peut être défini comme une mesure du contenu d'information moyen par symbole source. Claude Shannon, le «père de la théorie de l'information», en a donné une formule comme

$$ H = - \ sum_ {i} p_i \ log_ {b} p_i $$

Où $ p_i $ est la probabilité d'occurrence du nombre de caractères ià partir d'un flux de caractères donné et b est la base de l'algorithme utilisé. Par conséquent, cela est également appelé commeShannon’s Entropy.

La quantité d'incertitude restante sur l'entrée de canal après avoir observé la sortie de canal, est appelée Conditional Entropy. Il est noté $ H (x \ arrowvert y) $

Source discrète sans mémoire

Une source à partir de laquelle les données sont émises à intervalles successifs, qui est indépendante des valeurs précédentes, peut être appelée discrete memoryless source.

Cette source est discrète car elle n'est pas considérée pour un intervalle de temps continu, mais à des intervalles de temps discrets. Cette source est sans mémoire car elle est fraîche à chaque instant, sans tenir compte des valeurs précédentes.

Codage source

Selon la définition, «Étant donné une source d'entropie discrète sans mémoire $ H (\ delta) $, la longueur moyenne du mot de code $ \ bar {L} $ pour tout encodage source est limitée par $ \ bar {L} \ geq H (\ delta) $ ”.

En termes plus simples, le mot de code (par exemple: le code Morse pour le mot QUEUE est -.- ..-. ..-.) Est toujours supérieur ou égal au code source (QUEUE dans l'exemple). Ce qui signifie que les symboles du mot de code sont supérieurs ou égaux aux alphabets du code source.

Codage des canaux

Le codage de canal dans un système de communication, introduit une redondance avec une commande, de manière à améliorer la fiabilité du système. Le codage source réduit la redondance pour améliorer l'efficacité du système.

Le codage de canal se compose de deux parties d'action.

• Mapping séquence de données entrantes dans une séquence d'entrée de canal.

• Inverse mapping la séquence de sortie du canal en une séquence de données de sortie.

L'objectif final est que l'effet global du bruit de canal soit minimisé.

La cartographie est effectuée par l'émetteur, à l'aide d'un encodeur, tandis que la cartographie inverse est réalisée au niveau du récepteur par un décodeur.

Une classe collective de techniques de signalisation est employée avant de transmettre un signal pour fournir une communication sécurisée, connue sous le nom de Spread Spectrum Modulation. Le principal avantage de la technique de communication à spectre étalé est d'éviter les «interférences», qu'elles soient intentionnelles ou non.

Les signaux modulés avec ces techniques sont difficiles à interférer et ne peuvent pas être bloqués. Un intrus sans accès officiel n'est jamais autorisé à les casser. Par conséquent, ces techniques sont utilisées à des fins militaires. Ces signaux à spectre étalé émettent à faible densité de puissance et ont une large diffusion de signaux.

Séquence de pseudo-bruit

Une séquence codée de 1 et de 0 avec certaines propriétés d'auto-corrélation, appelée PseudoNoise coding sequenceest utilisé dans les techniques à spectre étalé. Il s'agit d'une séquence de longueur maximale, qui est un type de code cyclique.

Signal à bande étroite

Les signaux à bande étroite ont la force du signal concentrée comme indiqué dans le spectre de fréquences de la figure suivante.

Voici les caractéristiques des signaux à bande étroite -

• La bande de signaux occupe une gamme étroite de fréquences.
• La densité de puissance est élevée.
• La diffusion d'énergie est faible et concentrée.

Bien que les fonctionnalités soient bonnes, ces signaux sont sujets aux interférences.

Répandre les signaux du spectre

Les signaux à spectre étalé ont la force du signal distribuée comme indiqué dans la figure de spectre de fréquences suivante.

Voici les caractéristiques des signaux à spectre étalé -

• La bande de signaux occupe une large gamme de fréquences.
• La densité de puissance est très faible.
• L'énergie est répandue.

Grâce à ces caractéristiques, les signaux à spectre étalé sont très résistants aux interférences ou au brouillage. Étant donné que plusieurs utilisateurs peuvent partager la même bande passante à spectre étalé sans interférer les uns avec les autres, ils peuvent être appelés commemultiple access techniques.

Les techniques d'accès multiple à spectre étalé utilisent des signaux qui ont une largeur de bande de transmission dont l'amplitude est supérieure à la largeur de bande RF minimale requise.

Les signaux à spectre étalé peuvent être classés en deux catégories -

• Spectre étalé à sauts de fréquence (FHSS)
• Spectre d'étalement de séquence directe (DSSS)

Spectre étalé à sauts de fréquence

Il s'agit d'une technique de saut de fréquence, où les utilisateurs sont amenés à changer les fréquences d'utilisation, de l'une à l'autre dans un intervalle de temps spécifié, d'où son nom frequency hopping.

Par exemple, une fréquence a été attribuée à l'expéditeur 1 pendant une période donnée. Maintenant, après un certain temps, l'émetteur 1 saute sur l'autre fréquence et l'émetteur 2 utilise la première fréquence, qui était auparavant utilisée par l'expéditeur1. Ceci est appelé commefrequency reuse.

Les fréquences des données sont sautées de l'une à l'autre afin d'assurer une transmission sécurisée. Le temps passé sur chaque saut de fréquence est appeléDwell time.

Spectre d'étalement de séquence directe

Chaque fois qu'un utilisateur souhaite envoyer des données en utilisant cette technique DSSS, chaque bit des données utilisateur est multiplié par un code secret, appelé code à puce. Cechipping coden'est rien d'autre que le code d'étalement qui est multiplié par le message d'origine et transmis. Le destinataire utilise le même code pour récupérer le message d'origine.

Ce DSSS est également appelé Code Division Multiple Access (CDMA).

Comparaison entre FHSS et DSSS / CDMA

Les deux techniques à spectre étalé sont populaires pour leurs caractéristiques. Pour avoir une compréhension claire, jetons un coup d'œil à leurs comparaisons.

FHSS	DSSS / CDMA
Plusieurs fréquences sont utilisées	Une seule fréquence est utilisée
Difficile de trouver la fréquence de l'utilisateur à tout instant	La fréquence utilisateur, une fois attribuée, est toujours la même
La réutilisation des fréquences est autorisée	La réutilisation des fréquences n'est pas autorisée
L'expéditeur n'a pas besoin d'attendre	L'expéditeur doit attendre si le spectre est occupé
La puissance du signal est élevée	La puissance du signal est faible
Il est plus fort et pénètre à travers les obstacles	Il est plus faible que FHSS
Il n'est jamais affecté par les interférences	Il peut être affecté par des interférences
C'est moins cher	Il est cher
C'est la technique la plus utilisée	Cette technique n'est pas fréquemment utilisée

Avantages de Spread Spectrum

Voici les avantages de Spread Spectrum.

• Élimination de la diaphonie
• Meilleure sortie avec intégrité des données
• Effet réduit de l'évanouissement par trajets multiples
• Meilleure sécurité
• Réduction du bruit
• Coexistence avec d'autres systèmes
• Distances opérationnelles plus longues
• Difficile à détecter
• Difficile à démoduler / décoder
• Plus difficile de brouiller les signaux

Bien que les techniques à spectre étalé aient été initialement conçues pour des usages militaires, elles sont maintenant largement utilisées à des fins commerciales.

Les techniques de communication numérique discutées jusqu'à présent ont conduit à l'avancement de l'étude des communications optiques et par satellite. Jetons un coup d'œil à eux.

La fibre optique

Une fibre optique peut être comprise comme un guide d'ondes diélectrique, qui fonctionne à des fréquences optiques. L'appareil ou un tube, s'il est plié ou s'il est terminé pour rayonner de l'énergie, est appelé unwaveguide, en général. L'image suivante représente un tas de câbles à fibres optiques.

L'énergie électromagnétique la traverse sous forme de lumière. La propagation de la lumière, le long d'un guide d'ondes peut être décrite en termes d'un ensemble d'ondes électromagnétiques guidées, appelé commemodes du guide d'ondes.

Principe de fonctionnement

Un paramètre optique fondamental sur lequel on devrait avoir une idée, tout en étudiant la fibre optique est Refractive index. Par définition, «Le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à celle de la matière est l’indice de réfractionndu matériel. » Il est représenté par -

$$ n = \ frac {c} {v} $$

Où,

c= la vitesse de la lumière dans l'espace libre = 3 × 10 ⁸ m / s

v = la vitesse de la lumière dans un matériau diélectrique ou non conducteur

Généralement, pour un rayon lumineux voyageur, reflectiona lieu lorsque n ₂ <n ₁ . La courbure du rayon lumineux à l'interface est le résultat de la différence de vitesse de la lumière dans deux matériaux qui ont des indices de réfraction différents. La relation entre ces angles à l'interface peut être appeléeSnell’s law. Il est représenté par -

$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$

Où,

$ \ phi _1 $ est l'angle d'incidence

$ \ phi _2 $ est l'angle réfracté

n ₁ et n ₂ sont les indices de réfraction de deux matériaux

Pour un matériau optiquement dense, si la réflexion a lieu dans le même matériau, un tel phénomène est appelé internal reflection. L'angle d'incidence et l'angle réfracté sont indiqués dans la figure suivante.

Si l'angle d'incidence $ \ phi _1 $ est beaucoup plus grand, alors l'angle réfracté $ \ phi _2 $ en un point devient Π / 2. Une réfraction supplémentaire n'est pas possible au-delà de ce point. Par conséquent, un tel point est appelé commeCritical angle $\phi _c$. Lorsque l'angle incident $ \ phi _1 $ est supérieur à l'angle critique, la condition pourtotal internal reflection est satisfait.

La figure suivante montre clairement ces termes.

Un rayon lumineux, s'il est passé dans un verre, dans de telles conditions, est totalement réfléchi dans le verre sans qu'aucune lumière ne s'échappe de la surface du verre.

Parties d'une fibre

La fibre optique la plus couramment utilisée est single solid di-electric cylinder de rayon aet indice de réfraction n ₁ . La figure suivante explique les parties d'une fibre optique.

Ce cylindre est connu sous le nom de Corede la fibre. Un matériau diélectrique solide entoure le noyau, qui est appelé commeCladding. La gaine a un indice de réfraction n ₂ qui est inférieur à n ₁ .

Le bardage aide à -

• Réduire les pertes de diffusion.
• Ajoute de la résistance mécanique à la fibre.
• Protège le noyau de l'absorption des contaminants de surface indésirables.

Types de fibres optiques

Selon la composition du matériau du noyau, il existe deux types de fibres couramment utilisées. Ils sont -

• Step-index fiber - L'indice de réfraction du coeur est uniforme d'un bout à l'autre et subit un changement brusque (ou étape) à la limite de la gaine.

• Graded-index fiber - L'indice de réfraction du coeur est amené à varier en fonction de la distance radiale au centre de la fibre.

Ces deux éléments sont ensuite divisés en -

• Single-mode fiber - Ceux-ci sont excités au laser.

• Multi-mode fiber - Ceux-ci sont excités par la LED.

Communications par fibre optique

Le système de communication de la fibre optique est bien compris en étudiant les parties et les sections de celui-ci. Les principaux éléments d'un système de communication par fibre optique sont illustrés dans la figure suivante.

Les composants de base sont l'émetteur de signaux lumineux, la fibre optique et le récepteur de photo-détection. Les éléments supplémentaires tels que les épisseurs et connecteurs de fibre et de câble, les régénérateurs, les séparateurs de faisceau et les amplificateurs optiques sont utilisés pour améliorer les performances du système de communication.

Avantages fonctionnels

Les avantages fonctionnels des fibres optiques sont -

• La bande passante de transmission des câbles à fibres optiques est supérieure à celle des câbles métalliques.

• La quantité de transmission de données est plus élevée dans les câbles à fibre optique.

• La perte de puissance est très faible et donc utile dans les transmissions longue distance.

• Les câbles à fibre optique offrent une sécurité élevée et ne peuvent pas être exploités.

• Les câbles à fibre optique sont le moyen le plus sûr pour la transmission de données.

• Les câbles à fibres optiques sont insensibles aux interférences électromagnétiques.

• Ceux-ci ne sont pas affectés par le bruit électrique.

Avantages physiques

Les avantages physiques des câbles à fibres optiques sont:

• La capacité de ces câbles est bien supérieure à celle des câbles en cuivre.

• Bien que la capacité soit plus élevée, la taille du câble n'augmente pas comme elle le fait dans un système de câblage en fil de cuivre.

• L'espace occupé par ces câbles est bien moindre.

• Le poids de ces câbles FOC est beaucoup plus léger que celui des câbles en cuivre.

• Étant donné que ces câbles sont diélectriques, aucun risque d'étincelle n'est présent.

• Ces câbles sont plus résistants à la corrosion que les câbles en cuivre, car ils se plient facilement et sont flexibles.

• La matière première pour la fabrication des câbles à fibres optiques est le verre, qui est moins cher que le cuivre.

• Les câbles à fibre optique durent plus longtemps que les câbles en cuivre.

Désavantages

Bien que la fibre optique offre de nombreux avantages, elle présente les inconvénients suivants -

• Bien que les câbles à fibres optiques durent plus longtemps, le coût d'installation est élevé.

• Le nombre de répéteurs doit être augmenté avec la distance.

• Ils sont fragiles s'ils ne sont pas enfermés dans une gaine en plastique. Par conséquent, plus de protection est nécessaire que ceux en cuivre.

Applications de la fibre optique

Les fibres optiques ont de nombreuses applications. Certains d'entre eux sont les suivants -

• Utilisé dans les systèmes téléphoniques

• Utilisé dans les réseaux câblés sous-marins

• Utilisé dans la liaison de données pour les réseaux informatiques, les systèmes CATV

• Utilisé dans les caméras de surveillance CCTV

• Utilisé pour connecter les pompiers, la police et d'autres services d'urgence.

• Utilisé dans les hôpitaux, les écoles et les systèmes de gestion du trafic.

• Ils ont de nombreuses utilisations industrielles et sont également utilisés dans les constructions lourdes.

UNE satellite est un corps qui se déplace autour d'un autre corps dans un chemin mathématiquement prévisible appelé un Orbit. Un satellite de communication n'est rien d'autre qu'une station de répétition micro-ondes dans l'espace qui est utile dans les télécommunications, la radio et la télévision avec des applications Internet.

UNE repeaterest un circuit qui augmente la force du signal qu'il reçoit et le retransmet. Mais ici, ce répéteur fonctionne comme untransponder, qui change la bande de fréquence du signal émis par rapport à celui reçu.

La fréquence à laquelle le signal est envoyé dans l'espace est appelée Uplink frequency, tandis que la fréquence à laquelle il est envoyé par le transpondeur est Downlink frequency.

La figure suivante illustre clairement ce concept.

Voyons maintenant les avantages, les inconvénients et les applications des communications par satellite.

Communication par satellite - Avantages

Les communications par satellite présentent de nombreux avantages tels que:

• Flexibility

• Facilité d'installation de nouveaux circuits

• Les distances sont facilement couvertes et le coût n'a pas d'importance

• Possibilités de diffusion

• Chaque coin de la terre est couvert

• L'utilisateur peut contrôler le réseau

Communication par satellite - Inconvénients

La communication par satellite présente les inconvénients suivants -

• Les coûts initiaux tels que les coûts de segment et de lancement sont trop élevés.

• Congestion des fréquences

• Interférence et propagation

Communication par satellite - Applications

La communication par satellite trouve ses applications dans les domaines suivants -

• Dans la radiodiffusion.

• Dans la radiodiffusion télévisuelle telle que DTH.

• Dans les applications Internet telles que la fourniture d'une connexion Internet pour le transfert de données, les applications GPS, la navigation sur Internet, etc.

• Pour les communications vocales.

• Pour le secteur de la recherche et développement, dans de nombreux domaines.

• Dans les applications et les navigations militaires.

L'orientation du satellite sur son orbite dépend des trois lois appelées lois de Kepler.

Lois de Kepler

Johannes Kepler (1571-1630) le scientifique astronomique, a donné 3 lois révolutionnaires, concernant le mouvement des satellites. Le chemin suivi par un satellite autour de son primaire (la terre) est unellipse. Ellipse a deux foyers -F1 et F2, la terre étant l'un d'entre eux.

Si la distance entre le centre de l'objet et un point de sa trajectoire elliptique est prise en compte, alors le point le plus éloigné d'une ellipse du centre est appelé apogee et le point le plus court d'une ellipse à partir du centre est appelé perigee.

^1ère loi de Kepler

1 de Kepler ^st loi stipule que « tous les tourne planète autour du soleil sur une orbite elliptique, avec le soleil comme un de ses foyers. » En tant que tel, un satellite se déplace sur une trajectoire elliptique avec la terre comme l'un de ses foyers.

Le demi-grand axe de l'ellipse est noté 'a'et le demi-petit axe est noté b. Par conséquent, l'excentricité e de ce système peut s'écrire -

$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$

• Eccentricity (e) - C'est le paramètre qui définit la différence de forme de l'ellipse plutôt que celle d'un cercle.

• Semi-major axis (a) - C'est le plus long diamètre dessiné joignant les deux foyers le long du centre, qui touche les deux apogées (points les plus éloignés d'une ellipse du centre).

• Semi-minor axis (b) - C'est le diamètre le plus court tracé par le centre qui touche les deux périgés (points les plus courts d'une ellipse à partir du centre).

Ceux-ci sont bien décrits dans la figure suivante.

Pour une trajectoire elliptique, il est toujours souhaitable que l'excentricité soit comprise entre 0 et 1, soit 0 <e <1 car si e devient zéro, le chemin ne sera plus de forme elliptique mais sera converti en un chemin circulaire.

2 ^e loi de Kepler

La ^deuxième loi de Kepler stipule que, «À intervalles de temps égaux, la zone couverte par le satellite est égale par rapport au centre de la Terre.»

Il peut être compris en regardant la figure suivante.

Supposons que le satellite couvre p1 et p2 distances, dans le même intervalle de temps, puis les zones B1 et B2 couverts respectivement dans les deux cas, sont égaux.

3 Kepler ^troisième loi

La ^troisième loi de Kepler stipule que «le carré du temps périodique de l'orbite est proportionnel au cube de la distance moyenne entre les deux corps».

Cela peut être écrit mathématiquement comme

$$ T ^ {2} \: \ alpha \: \: a ^ {3} $$

Ce qui implique

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$

Où $ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $ est la constante de proportionnalité (selon la mécanique newtonienne)

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$

Où μ = la constante gravitationnelle géocentrique de la Terre, soit Μ = 3,986005 × 10 ¹⁴ m ³ / sec ²

$$ 1 = \ gauche (\ frac {2 \ pi} {T} \ droite) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$

$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$

Où n = le mouvement moyen du satellite en radians par seconde

Le fonctionnement orbital des satellites est calculé à l'aide des lois de Kepler.

Parallèlement à cela, il y a une chose importante à noter. Un satellite, lorsqu'il tourne autour de la terre, subit une force de traction de la terre qui est la force gravitationnelle. En outre, il subit une certaine force de traction du soleil et de la lune. Par conséquent, deux forces agissent dessus. Ils sont -

• Centripetal force - La force qui tend à attirer un objet se déplaçant dans un chemin de trajectoire, vers lui-même est appelée comme centripetal force.

• Centrifugal force - La force qui tend à pousser un objet se déplaçant sur un chemin de trajectoire, loin de sa position est appelée comme centrifugal force.

Un satellite doit donc équilibrer ces deux forces pour se maintenir sur son orbite.

Orbites terrestres

Un satellite, lorsqu'il est lancé dans l'espace, doit être placé sur une certaine orbite pour fournir une voie particulière à sa révolution, afin de maintenir l'accessibilité et de servir son objectif qu'il soit scientifique, militaire ou commercial. De telles orbites qui sont assignées aux satellites, par rapport à la terre sont appelées commeEarth Orbits. Les satellites sur ces orbites sont la TerreOrbit Satellites.

Les types importants d'orbites terrestres sont -

• Orbite terrestre géo-synchrone

• Orbite terrestre moyenne

• Orbite terrestre basse

Satellites géosynchrones en orbite terrestre

UNE Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)satellite est celui qui est placé à une altitude de 22 300 miles au-dessus de la Terre. Cette orbite est synchronisée avec unside real day(c'est-à-dire 23 heures 56 minutes). Cette orbite peuthave inclination and eccentricity. Ce n'est peut-être pas circulaire. Cette orbite peut être inclinée aux pôles de la terre. Mais il semble stationnaire lorsqu'il est observé depuis la Terre.

La même orbite géo-synchrone, si elle est circulaire et dans le plan de l'équateur, elle est appelée comme geo-stationary orbit. Ces satellites sont placés à 35 900 km (comme géosynchrone) au-dessus de l'équateur terrestre et ils continuent de tourner par rapport à la direction de la Terre (d'ouest en est). Ces satellites sont considérés comme stationnaires par rapport à la Terre et donc leur nom l'indique.

Les satellites géostationnaires en orbite terrestre sont utilisés pour les prévisions météorologiques, la télévision par satellite, la radio par satellite et d'autres types de communications mondiales.

La figure suivante montre la différence entre les orbites géo-synchrones et géo-stationnaires. L'axe de rotation indique le mouvement de la Terre.

Note- Chaque orbite géo-stationnaire est une orbite géo-synchrone. Mais chaque orbite géo-synchrone n'est PAS une orbite géo-stationnaire.

Satellites en orbite terrestre moyenne

Medium Earth Orbit (MEO)les réseaux satellitaires seront en orbite à des distances d'environ 8 000 miles de la surface de la terre. Les signaux transmis par un satellite MEO parcourent une distance plus courte. Cela se traduit par une puissance de signal améliorée à l'extrémité de réception. Cela montre que des terminaux de réception plus petits et plus légers peuvent être utilisés à l'extrémité de réception.

Comme le signal parcourt une distance plus courte vers et depuis le satellite, le délai de transmission est moindre. Transmission delay peut être défini comme le temps nécessaire à un signal pour remonter vers un satellite et redescendre vers une station de réception.

Pour les communications en temps réel, plus le délai de transmission est court, meilleur sera le système de communication. Par exemple, si un satellite GEO a besoin de 0,25 seconde pour un aller-retour, alors le satellite MEO a besoin de moins de 0,1 seconde pour effectuer le même voyage. Les MEO fonctionnent dans la gamme de fréquences de 2 GHz et plus.

Satellites en orbite terrestre basse

Les satellites en orbite terrestre basse (LEO) sont principalement classés en trois catégories, à savoir les petits LEO, les gros LEO et les méga-LEO. Les LEO orbiteront à une distance de 500 à 1000 miles au-dessus de la surface de la Terre.

Cette distance relativement courte réduit le délai de transmission à seulement 0,05 seconde. Cela réduit encore le besoin d'équipement de réception sensible et encombrant. Les petits LEO fonctionneront dans la gamme 800 MHz (0,8 GHz). Les gros LEO fonctionneront dans la plage de 2 GHz ou plus, et les méga-LEO dans la plage de 20 à 30 GHz.

Les fréquences plus élevées associées à Mega-LEOs se traduit par une plus grande capacité de transport d'informations et des rendements à la capacité d'un schéma de transmission vidéo en temps réel à faible retard.

La figure suivante illustre les chemins de LEO, MEO et GEO.