Fondamentaux RF

Méthodes de modulation

Pour transmettre de la donnée, le signal doit être manipulé pour que la station réceptrice puisse distinguer les zéros et les uns. Cette méthode de manipulation du signal est appelée « Keying Method ». C’est la méthode qui change un signal en signal porteur. Il existe trois types de techniques de modulation qui vont nous intéresser : « Amplitude-shift Keying » (ASK), « Frequency-shift Keying » (FSK) et « Phase-shift Keying » (PSK). Les techniques de modulation utilisent deux techniques différentes pour représenter les données :

  • « Current State », la valeur actuelle du signal est utilisée pour distinguer les zéros des uns. Ces techniques désignent une valeur actuelle comme étant le zéro et une autre comme étant le un. Par analogie, on peut observer l’état actuel d’une porte. En observant son état une fois par minute pour voir si la porte est ouverte ou fermée. Si la porte est ouverte cela représente un « 0 » et si la porte est fermée cela représente un « 1 ».
  • « State Transition », le changement de signal est utilisé pour distinguer les zéros des uns. Ces techniques peuvent représenter le zéro par un changement de phase à un instant donné et le un par aucun changement de phase à un moment spécifique. En prenant encore l’exemple d’une porte et en observant son état une fois par minute, si la porte est en mouvement (en train de s’ouvrir ou de se fermer) cela représente un « 0 ». Si la porte est immobile (ouverte ou fermée) cela représente un « 1 ».

Les radios AM/FM utilisent les techniques « Amplitude Modulation » et « Freequency Modulation » pour transmettre les stations radios que nous écoutons en voiture ou à la maison.

Amplitude-shift Keying

ASK varie l’amplitude ou hauteur du signal pour représenter la donnée binaire. ASK est une technique « Current State », dans laquelle un niveau d’amplitude peut représenter le bit « 0 » et un autre niveau d’amplitude peut représenter le « 1 ». La plus large amplitude est interprétée comme un « 1 » binaire et la plus petite amplitude est interprétée comme un « 0 » binaire.

Code ASCII du K majuscule en ASK

Code ASCII du K majuscule en ASK

La façon dont la station réceptrice réalise cette tâche commence en divisant le signal reçu en périodes de temps appelées « Symbol Periods ». La station échantillonne ou observe l’onde pendant une période pour déterminer son amplitude. En fonction de cette dernière, la station peut déterminer la valeur binaire. Le signal radio peut être imprévisible et sujet aux interférences. Les interférences peuvent affecter l’amplitude du signal et fausser l’interprétation de la station réceptrice. ASK doit être utilisé avec des précautions.

Frequency-shift Keying

FSK varie la fréquence du signal pour représenter la donnée binaire. FSK est une technique « Current State », où une fréquence peut représenter le bit « 0 » et une autre fréquence peut représenter le bit « 1 ». Quand la station réceptrice échantillonne le signal pendant la « Symbol Period », elle détermine la fréquence de l’onde et en fonction de sa valeur, la station peut déterminer la valeur binaire.

Code ASCII du K majuscule en FSK

Code ASCII du K majuscule en FSK

Dans l’exemple précédant, la fréquence plus rapide est interprétée comme un « 1 » binaire et la fréquence plus lente est interprétée comme un « 0 » binaire. FSK est utilisé dans des technologies sans fil 802.11 anciennes. Avec la demande de communications plus rapide, les techniques FSK nécessiteraient des technologies plus chères en les rendant moins pratiques.

Phase-shift Keying

PSK fait varier la phase du signal pour représenter la donnée binaire. PSK peut être une technique « State Transition », où le changement de phase peut représenter un bit « 0 » et le manque de changement de phase peut représenter un bit « 1 », ou vice versa. PSK peut aussi être une technique « Current State » où la valeur de la phase peut représenter un bit « 0 » ou « 1 ». Quand la station réceptrice échantillonne le signal durant la « Symbol Period », elle détermine la phase de l’onde et le statut du bit.

Dans l’exemple ci-dessous, un changement de phase au début de la « Symbol Period » est interprété comme un « 1 » binaire et le manque de changement de phase en début de période est interprété comme un « 0 » binaire.

Code ASCII du K majuscule en PSK

Code ASCII du K majuscule en PSK

PSK est très utilisée pour les transmissions radio comme défini dans le standard 802.11-2012. Typiquement, la station réceptrice échantillonne le signal pendant la « Symbol Period », compare la phase actuelle avec la phase précédente et détermine la différence. Ce degré de différence ou différentiel est utilisé pour déterminer la valeur du bit. Des versions plus avancées de PSK peuvent encoder plus de bit par symbole. Plutôt que d’utiliser deux phases pour représenter les valeurs binaires, vous pouvez utiliser quatre phases. Chacune des quatre phases est capable de représenter deux valeurs binaires (00, 01, 10 ou 11) au lieu d’une seule (0 ou 1), réduisant d’autant le temps de transmission. Quand plus de deux phases sont utilisées, on parle de « Multiple Phase-shift Keying » (MPSK). Dans la représentation incomplette du code ASCII du K majuscule en MPSK ci-dessous, quatre changements possibles de phase peuvent être observés, avec chaque changement pouvant être interprété comme des données de deux bits au lieu d’un seul.

Exemple MPSK

Exemple MPSK