tp telecom 1

Telecommunicationmodulation numrique

Travaux Pratiques (MatLab & Simulink)EOAA Salon de Provence

Franoise BRIOLLE

cdition 2013

Table des matires

1 Modulation/dmodulation en bande de base 61.1 Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2 Modulation des signaux numriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Codage en ligne Ralisation du modle "codage en ligne"

1.3 Dmodulation : cas dun canal de transmission bruit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Mthode du corrlateur Ralisation de la dmodulation en bande de base

2 Modulation/dmodulation sur frquence porteuse 152.1 Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2 Etude dune transmission travers un canal bande inVnie :

modulation/dmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.3 Transmission de symboles de n bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.4 Reprsentation complexe du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3 Chane de communication 203.1 Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.2 Emission/rception QAM-M (ou PSK-M) sur frquence porteuse . . . . . . . . . . . . . 213.3 Emission/rception QAM-64 (ou PSK-64) en bande de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

IntroductionLobjectif de ces TPs est de simuler de faon raliste, et dvaluer les performances dune

chane de communication numrique de type WiMax.WiMax est lacronyme de Worldwide Interoperability for Microwave Access, qui dsigne unstandard de communication sans fil, surtout utilis comme mode de transmission et daccs Internet haut dbit, portant sur une zone gographique tendue.

IUT R&T 1ire anne

La transmission des signaux numriques Chane de transmission

! La chane de transmission numrique

metteur Filtre dmission

Milieu de transmission

rcepteur

bruit

+ 100011 100011

Canal de transmission

Signal analogique

Signal analogique

Squence binaire

Squence binaire

Figure 1 Chane de communication numrique

La simulation de la chane de communication sera complte, et comprendra : TP 1 la simulation dune squence binaire : tirage alatoire de 1 et 0, le codage de symboles 1 et 0 : transformation des symboles en un signal, lectrique, pasexemple. Cette opration, qui est effectue au niveau de lmetteur, sappelle codageen ligne ou codage en bande de base (NRZ, RZ, Manchester, etc..).

le dcodage de ce signal, permet de dcider si le signal reu est un 1 ou un 0. Lesperformances du dcodeur seront mesures en fonction du bruit li la transmission(bruit de canal). Cette opration est ralise au niveau du rcepteur.

TP 2Pour sadapter la bande passante du signal on utilise des techniques appeles modula-tion sur frquence porteuse. On tudiera particulirement la modulation QAM-2 quisera gnralise aux modulation QAM-4. La dmodulation (dcodage) de ces signaux seratudie ainsi que linfluence de la largeur de bande du canal et du bruit sur la rception.

TP 3Une chane de transmission WiMAX (modulation QAM-64, dbit 54 Mbits/s, frquenceporteuse 5 GHz) sera ralise. Ses performances, en fonction de la largeur de bande ducanal et du bruit de transmission, seront values.

Nous utiliserons Simulink pour simuler ces transmissions numriques.

4 Table des matires

Quest-ce quest Simulink ?Simulink est une plate-forme de simulation qui utilise le noyau MatLab.Ses principales caractristiques et utilisations sont : un environnement complet pour la modlisation, la simulation et limplantation de sys-tmes dynamiques intgrs,

la conception et le test de systmes linaires ou non linaires, temps discrets, tempscontinu hybride ou multi cadence,

le dveloppement dapplications pour le contrle, les DSP, les communications et lessystmes,

une architecture ouverte qui permet lintgration de modles provenant dautres environ-nements.

Figure 2 Simulink dans lenvironement MatLab

Lenvironnement graphique, constitu de blocs, permet de raliser facilement des plateformesde simulation. Ce logiciel est largement utilis dans lindustrie, en particulier dans les secteursautomobile, aronautique et de communication numrique.

ConVguration de Simulink

Lancer MatLab et taper sous la fentre de commande Simulink : SimulinkVous pouvez aussi utiliser licone Simulink qui est dans la barre de menu MatLab.

Pour crer un nouveau modle, aller dans File puis New puisModel. Penser enregistrer chaquenouveau modle dans votre rpertoire de travail.Vous allez assembler des blocs : la recherchedun nouveau bloc se fait en utilisant la fonction recherche de bloc (find block) dans la fentreSimulink Library Browser.

cF. Briolle

badrStrikeout

5Nous voulons simuler une chane de communication numrique. Nous devons donc configurerle modle pour travailler sur des squences numriques.

Figure 3 Configuration dun modle Simulink

Pour tout le droulement de ces TP et pour tous les modles que vous allez crer, Simulinkdoit tre configur de la faon suivante (voir figure 3) :Aller dans Simulation puis Configuration Parameters de chaque nouveau modle et rgler : Solver puis le champ type : Fixed-step Solver puis le champ solver : Discrete Solver puis le champ Tasking mode for periodic sample times : Single Tasking Optimization puis Signal ans parameters : cocher Inline Parameters Diagnostic/Sample time puis le champ single task rate transition : NoneSimulink est maintenant configur pour travailler sur des signaux numriques et simuler une

chane de communication.

cF. Briolle

TP 1

Modulation/dmodulation enbande de base

1.1 Avant-propos

Une squence binaire compose dune suite de symboles "0" et "1" (0 1 1 0 1 .... 1 0 0)qui na pas de signification physique. Pour transmettre linformation quelle reprsente, ilfaut reprsenter les "0" et "1" par un signal physique s0(t) et s1(t), appel forme dondedu codage : on appelle cette opration codage en ligne. Le signal reprsentant la squence binaire peut tre lectrique, optique, lectromagntiqueselon la nature du canal de communication utilis pour la transmission (cble coaxial, fibreoptique, canal hertzien, ...). Il peut tre modul (ou non) par une frquence porteuse afinde sadapter la bande passante du canal de transmission. Il sera donc filtr par le canal,attnu et gnralement du bruit perturbera la transmission. Le signal est alors reu par un rcepteur et dmodul pour reconstituer la squence binairemise. La dmodulation numrique consiste prendre une dcision concernant lesymbole reprsent par le signal au temps t0 pendant la dure Ts : est-ce un "0" ou un "1"qui a t mis ?Le problme est tout fait diffrent de celui de la transmission des signaux analogiques.Lors de la transmission de signaux analogiques, on cherche avoir le meilleur rapport S/B la rception pour reconstituer le signal analogique mis. Dans le cas de la transmissionde signaux numriques, il faut reconstituer la squence binaire mise et donc prendre labonne dcision : est-ce un "1" ou un "0" ? La performance de la chane de communicationnumrique se mesure en taux derreurs binaires (nb derreurs / nb de bits transmis).

1.2 Modulation des signaux numriques 7

1.2 Modulation des signaux numriques

1.2.1 Codage en ligne

Les symboles "0" et "1" sont reprsents par un signal physique, qui peut tre une tension,un courant, .... dont lunit est le V, le mV, A, mA, ...On tudiera les codages NRZ, RZ et Manchester pour reprsenter la squence binaire.

Le signal transmis par un canal de communication est filtr (bande passante limite) etattnu. Pour assurer une bonne transmission, on utilise des rpteurs qui amplifient le signalmais qui ont de mauvaises performances en basses frquences.

Un code est dautant plus intressant que sa largeur de bande est faible. Lorsquon utilise desrpteurs, le code ne doit pas avoir de composante continue (nergie frquence nulle). Danscertain cas, linformation de la cadence dmission des symboles est prsente dans le code ; cetteinformation peut tre intressante pour une bonne synchronisation en rception.

Nous tudierons quelques codes en ligne et leur intrt pour la transmission des signaux. Lafigure ci-dessous rappelle les diffrents codes que lon peut utiliser pour reprsenter les symboles0 et 1.

Figure 1.1 Les diffrents codes utiliss pour reprsenter les symboles

cF. Briolle

8 TP 1 Modulation/dmodulation en bande de base

1.2.2 Ralisation du modle "codage en ligne"

Zero-OrderHold

Unipolar toBipolar

Converter

Unipolar toBipolar

Converter

SpectrumScope

B-FFT

Scope

Repeat2x

Repeat2x

NXOR double

Bernoulli BinaryGenerator

BernoulliBinary

squence binaire

RZ

Manchester

NRZ

Figure 1.2 Les diffrents codage en Bande de Base : modle Simulink

Le codage NRZLe codage NRZ transforme : le symbole 0 en un signal de -1V pendant la dure Ts dmission du symbole, le symbole 1 en un signal de +1V pendant Ts.

Exercice 1 Codage NRZ

Raliser le modle Simulink NRZ : 1ire ligne de la figure 1.2. Squence binaire de symboles :

Cette squence de 1 et 0 est gnre par un gnrateur de squences alatoires.Le bloc Bernouilli Binary Generator que lon trouve dans le Communication SystemToolbox/Comm Sources/Random Data Sources permet de gnrer alatoirement des 1 etdes 0 qui apparaissent tous les Ts secondes. Pour cela, fixer :? Probability of zeros = 0.5 (autant de zros que de un)? seed = 25. Le seed initialise la squence alatoire.? sample time = 1. Les 1 et les 0 apparatront toutes les Ts = 1 seconde. Le signal NRZ :

On utilise le blocUnipolar to Bipolar Convector du Communication System Toolbox/UtilityBlocs. Ce bloc prend M valeurs de mme polarit (positive ou ngative) et les transformeen M/2 valeurs de polarit positive et M/2 valeurs de polarit ngative.M est bien videment paire : il reprsente le nombre de symboles utiliss pour reprsenterla squence binaire. Si les symboles sont constitu dun bit, M = 2 ; si les symboles sontconstitus de n bits, M = 2n. Lorsquon a deux symboles, "0" et "1", M = 2. Ce blocpermet donc de gnrer un signal analogique de dure Ts = 1s qui vaut +1V, si le symboledentre vaut 1, ou -1V, si le symbole dentre vaut 0.

cF. Briolle


Il faudra donc fixer dans ce bloc : M-ary number = 2, Polarity : positive, Output data type : Inherit via internal rule. Visualisation des signaux :

La squence de symboles et le signal NRZ seront observs en fonction du tempsavec un scope (rgler le stop time = 10 pour observer 10 symboles). Le spectre du signal NRZ sera observ en fonction de la frquence avec un ana-

lyseur de spectre :? on utilise un chantillonneur bloqueur Zero-Order Hold dont la priode dchan-tillonnage Te est fixe de faon observer les signaux entre 0Hz et +5Hz. Il fautdonc que la frquence dchantillonnage Fe = 10Hz et donc, la priode dchan-tillonage, Te = 0.1s.

? lanalyseur de spectre, Scope FFT, sera configur avec (voir figure 1.3) : Scope Properties :

- Spectrum units : Watts/Hertz- Spectrum type : one-side ([0 ... Fs/2])- Buffer input coch- Buffer size : 128*4- Buffer overlap : 64- Window : Hann- Treat Mx1 and unoriented sample based signals as : M channels- Window sampling : periodic- Number of spectral averages : 200

Axis Properties :- dcocher la case Inherit sample time from input- Sample time of original time series : identique Te- Frequency display offset (Hz) : 0- Frequency display limits : Auto- Y-axis label : Magnitude-squared, dB

Pour observer la reprsentation spectrale, il faut que le signal soit suffisamment long : fixer lestoptime gal inf et arrter la simulation quand la reprsentation nvolue plus.

, ,

Figure 1.3 Rglage de lanalyseur de spectre

Observation des signaux :

cF. Briolle


1. Reprsenter le codage NRZ de la squence binaire en fonction du temps (entre 0 et 10s).2. Reprsenter le spectre du signal. Faire varier le temps Ts (1s, 2s, 4s) et tracer les reprsen-

tations spectrales. Quelles remarques faites vous sur cette reprsentation spectrale. Dansquelle type de liaison sera utilis le codage NRZ?

cF. Briolle


Le codage RZLe codage RZ transforme : le symbole 0 en un signal de 0V pendant une dure T le symbole 1 en un signal qui prsentera une transition descendante Ts/2 : il vaut +1V

pendant Ts/2 puis 0V pendant Ts/2.

Exercice 2 Codage RZ

Raliser le modle Simulink RZ : 2me ligne de la figure 1.2. Complter le modle prcdent et utiliser le bloc Bernouilli Binary Generator Placer une horloge "Gnrateur de Pulse". On trouve le Bloc Pulse Generator dans la

librairie Simulink/Sources. Configurer ce gnrateur de faon avoir un signal de priodeTs/2 (Ts tant la cadence denvoi des symboles, fixe dans le bloc Bernouilli BinaryGenerator. Si Ts = 1, fixer la frquence dchantillonage de ce bloc 0.5 s, dont lamplitudevarie entre 0 et 1 pulse type : sample time (on travaille avec des signaux chantillonns) time : use simulation time amplitude : 1 priode (number of samples) : 2 pulse width : 1 phase delay : 0 sample time : 0.5 Multiplier la squence alatoire par ce Gnrateur de Pulses. Le Gnrateur de Bernouilli

produit 1 chantillon toutes les secondes et le Gnrateur de Pulses en produit 2. Insrerle bloc Repeat que lon trouve dans la librairie DSP System Toolbox/Signal Operationspour que les signaux aient la mme cadence. Utiliser le bloc Product pour multiplier le signal en sortie des blocs Repeat et pulse Ge-nerator.

Observation des signaux Rajouter une entre au scope pour observer la squence binaire, le codage NRZ et le

codage RZ Utiliser le multiplexeur Mux que lon trouve dans la librairie Simulink/Signal Routing

pour comparer les signaux sur le scope FFT (fig 1.2).Pour distinguer les deux courbes, vous pouvez attribuer des couleurs chaque courbe.

1. Reprsenter en fonction du temps (10s) la squence binaire et le signal en sortie dumultiplieur, qui est le codage RZ de la squence binaire.

2. Observer ce signal en fonction de la frquence (stoptime = inf ). Observations ? Faire varierTs (1s, 2s, 4s) et vrifier la formule de Bennett. Attention, lorsque Ts change, noubliezpas de changer la priode du Pulse Generator qui vaut Ts/2.

3. Quel est lintrt du codage RZ par rapport au codage NRZ? Son dsavantage ?

cF. Briolle


Le code ManchesterLe code Manchester transforme le symbole 0 en un signal de dure Ts qui prsente une transition descendante Ts/2 : ilvaut +1V pendant Ts/2 puis -1V pendant Ts/2.

le symbole 1 en un signal de dure Ts qui prsente une transition montante Ts/2 : ilvaut -1V pendant Ts/2 puis +1V pendant Ts/2.

Exercice 3 Code Manchester

Raliser le modle Simulink Manchester : 3ime ligne de la figure 1.2.Pour cela, tlcharger et configurer le schma Simulinck Manchester. .

Observation des signaux Rajouter une entre au scope pour observer la squence binaire, le codage NRZ, le codage

RZ et le codage Manchester. Utiliser un scope FFT pour observer la reprsentation spectrale du signal obtenu par

codage NRZ, codage RZ et codage Manchester. Lancer la simulation

fixer le stoptime gal 12 et observer les reprsentations temporelles fixer le stoptime inf pour observer les reprsentations frquentielles.

1. Rappeler la table de vrit du NXOR (OU exclusif). A laide dun chronogramme, expli-quer le codage Manchester.

2. Reprsenter les signaux observs en temps et en frquence.3. Quel est lavantage du code Manchester ? pourquoi ce type de code est adapt pour la

transmission longue distance (Ethernet, etc.) ?

cF. Briolle

1.3 Dmodulation : cas dun canal de transmission bruit 13

1.3 Dmodulation : cas dun canal de transmission bruit

Nous considrons dans cette simulation que le canal de transmission a une bande passanteinfinie et que la seule perturbation que subit le signal est lajout de bruit. Nous allons tudierlinfluence de ce bruit sur la rception du signal en mesurant un taux derreur. Pour cela onutilisera une squence binaire reprsente par un signal cod Manchester auquel on additionneun bruit blanc gaussien pour simuler le signal reu.

1.3.1 Mthode du corrlateur

On suppose connu le codage utilis lmission pour transmettre la squence binaire (codageRZ, NRZ, Manchester, ...), et donc les formes donde s1(t) et s0(t) reprsentant les symboles "1"ou "0". Le dbit binaire est connu (ou estim la rception) ce qui permet destimer la duredmission Ts de chaque symbole.La mthode du corrlateur sutilise gnralement pour des codages tels que s1(t) = s0(t).Pour reconstituer la squence de symboles mise, on multiple le signal reu r(t) par la formedonde s1(t) et on intgre pendant la dure Ts dmission du symbole : A =

t0+Tst0

r(t)s1(t)dt.Le signe de lintgrale est estim par un comparateur seuil zro (organe de dcision) : sil estpositif (A>0), on dcidera que le symbole reu est un "1" ; sil est ngatif (A


1.3.2 Ralisation de la dmodulation en bande de base

Tlcharger le modle figure15. Le bloc Manchester utilis pour lmission est celui quevous avez dj ralis. Ce bloc est configur pour mettre des signaux avec un dbit binaire de1bit/s en code Manchester. Vous pouvez double-cliquer sur ce bloc pour voir comment il estconstitu.

Zero-OrderHold

Scope1

Scope

PulseGenerator1

Product

Manchester

In1 Out1

Integrateand Dump

Integrateand Dump

Integer Delay1

Z-1Error Rate

Calculation

Error Rate Calculation

Tx

Rx

Display

Data Type Conversion

double

CompareTo Zero

>= 0


BernoulliBinary

Band-LimitedWhite Noise

Add

Figure 1.5 Dmodulation dun signal cod Manchester bruit

Configurer la partie dmodulation du modle afin dobtenir les caractristiques suivantes : Canal bruit

La puissance du bruit dans le canal est fixe 102. Le bruit est ralis par le bloc BandLimited White Noise. Dmodulation

Pour raliser la dmodulation, utiliser un corrlateur : Le gnrateur dimpulsions doit tre identique celui utilis pour lmission. Lintgrateur (bloc Integrate and Dump) permet de sommer les chantillons du signalpendant le temps symbole Ts = 1s. Cocher la case Output intermediate value pourvisualiser lintgration pendant la dure du symbole.

Exercice 4 Dmodulation : canal bruit

1. Visualisation des signaux reusVisualiser la squence binaire transmise et la squence reue (stop time = 12 ). Dterminerla valeur du retard entre la squence mise et la squence reue.Utiliser les formats Port/Signals Displays pour visualiser les caractristiques des signauxdu modle . Le Sample time color permet de visualiser les diffrentes frquences dchan-tillonnage des signaux. Le Port Data Types permet de connatre le format des signaux.Le bloc Data Type Conversion permet de convertir les donnes sortant du comparateuren un format compatible avec les autres blocs utiliss dans le modle.

2. Mesure du taux derreurPour analyser de longues squences (10 000 points) et calculer un taux derreur, on utiliseun compteur derreur, le bloc Error Rate Calculator quil vous faudra configurer.Faire la simulation avec stop time = 1e4. Vrifier quil ny a pas derreur en rception carle bruit est trs faible.Mesurer le taux derreur pour une puissance du bruit de 1e-3, 1e-2, 1e-1 et 1. Commenter.

cF. Briolle

TP 2

Modulation/dmodulation surfrquence porteuse

2.1 Avant-propos

Au cours du TP prcdent, nous avons vu comment mettre et recevoir une squence binairecompose de symboles dun bit "0" et "1".Pour amliorer le dbit binaire de la transmission on a intrt considrer des symboles com-poss de plusieurs bits (augmentation de lefficacit spectrale).De plus, pour sadapter aux caractristiques du canal, linformation sera porte par la frquenceFp, la frquence porteuse.Par exemple, la squence binaire 1011100111110001, peut tre vue comme une squence de 16symboles de longueur 1 bit, ou comme une squence de 8 symboles de longueur 2 bits valantrespectivement s1 "00", s2 "01", s3 "10", s1 "11" : pendant le mme temps dmissiondu symbole Ts, on transmet alors 2 bit ; le dbit binaire est 2 fois plus grand. Le prix payersera la complexit du systme pour raliser la modulation/dmodulation, donc une augmenta-tion du taux derreur binaire.La modulation dune squence binaire compose de symboles de longueur n peut tre ralisepar une modulation ASK (Amplitude Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying), QAM (Qua-drature Amplitude Modulation) ou FSK (Frequency Shift Keying) qui nest pas aborde dansle cours. Elle est caractrise par la longueur des symboles : pour des symboles de longueur nbits, il y a M = 2n symboles diffrents. La modulation est appele ASK-M, PSK-M, QAM-Mou FSK-M.Par exemple, pour des symboles de longueur 2 bits, ce sera une modulation QAM-4 , car il ya 22 = 4 symboles diffrents. Lorsquon utilisera des symboles de longueur 6 bits, ce sera unemodulation QAM-64.La modulation QAM-64 (6 bits par symbole) est largement utilise dans les modems, et dansdautres formes de communications numriques haut dbit. On utilise en France une modula-tion QAM-64 pour lmission de la TNT. La modulation QAM-256 est frquemment utilisepour la tlvision numrique par cble et dans les modems.

16 TP 2 Modulation/dmodulation sur frquence porteuse

2.2 Etude dune transmission travers un canal bandeinVnie : modulation/dmodulation

On suppose que le canal de transmission est bruit, de bande passante infinie.

Exercice 1 Modulation de type ASK-2 sur frquence porteuse

On sintresse dans un premier temps la modulation dun train binaire (M = 2) avec uncodage en ligne Manchester.

Tlcharger le modle figure21.Le bloc Manchester ralise une modulation de type Manchester (voir TP1). Double cliquer

sur ce bloc pour voir les lments qui le composent.Configurer le modle sachant que :? le dbit binaire est de 1bit/s.? la probabilit dapparition des zros est de 0,5 (autant de zros que de 1).? la frquence porteuse de la modulation est de 5Hz.

Observer les signaux, en fonction du temps et de la frquence. Commenter.

Zero-OrderHold2

SpectrumScope1

B-FFT

Sine WaveDSP

Scope

ProductManchester

In1 Out1


BernoulliBinary

Figure 2.1 Modulation ASK-2 sur frquence porteuse.

Exercice 2 Dmodulation ASK-2 sur frquence porteuse

Tlcharger et configurer le modle figure22.Sur ce modle, le bloc modulation reprsente le modle ralis prcdemment.La dmodulation consiste multiplier le signal modul par la mme porteuse en phase et filtrer passe-bas (le filtre est dj configur). Lintgration du signal pendant le temps symboleTs, associe un comparateur, permet de prendre une dcision sur la valeur du symbole mis(0 ou 1).

cF. Briolle

2.3 Transmission de symboles de n bits 17

SpectrumScope1

B-FFT

Sine Wave1DSP

Scope4Scope2Scope1Scope

Repeat50x

Product2Product1

Modulation

In1Out1

Out2

Integrateand Dump

Integrateand Dump

Integer Delay4

Z-100

Integer Delay3

Z-64

Filtre rcepteur

FDATool


Tx Rx

Display

Data Type Conversion

double

CompareTo Zero

>= 0


BernoulliBinary


Add

Figure 2.2 Modulation/dmodulation ASK-2 sur frquence porteuse.

1. Observer et commenter les reprsentations temporelle et frquentielle des signaux.2. Quel est le rle du bloc Integrate Delay plac aprs le filtre ?3. Dphaser loscillateur du dmodulateur entre 0 et pi2 . Observer le signal en sortie de lint-

grateur ? Dduire un rsultat mathmatique important sur lorthogonalit des fonctionssinusodales.

2.3 Transmission de symboles de n bits

Exercice 3 Modulation/dmodulation en quadrature : QAM-4

Supposons que lon dispose de deux trains binaires diffrents. En exploitant la proprit dor-thogonalit des fonctions sinusodales, il est possible de dmoduler 2 trains binaires diffrents.Les symboles seront alors composs de 2 bits.

Tlcharger le modle figure25.Configurer le modle. Choisir 2 valeurs de seed diffrents pour les 2 gnrateurs. Le bloc

Bit to Integer permet de convertir 2 bits en un entier (compris entre 0 et 4). Penser dphaserde pi2 lun des 2 oscillateurs du modulateur pour gnrer des cosinusodes ou des sinusodes (lefaire galement pour la partie dmodulation).

1. Expliquer pourquoi il faut 2 seed diffrents dans les gnrateurs de Bernoulli.2. Ecrire lquation du signal en sortie du modulateur.3. Ecrire lquation du signal en sortie du dmodulateur.4. Mesurer la valeur du bruit pour laquelle on commence avoir des erreurs.5. Changer le signe de la deuxime entre de ladditionneur du modulateur et observer

lvolution du taux derreur.

cF. Briolle

18 TP 2 Modulation/dmodulation sur frquence porteuse

dcodage Manchester quadrature

In1 Out1

dcodage Manchester phase

In1 Out1

Zero-OrderHold2

SpectrumScope B-FFT

SinDSP

Scope4

Product3Product2

Product1Product

Manchester1

In1 Out1

Manchester

In1 Out1


Tx Rx

Display

CosinusDSP Cos

DSP

Bit to IntegerConverter1

Bit to IntegerConverter



Bernoulli BinaryGenerator1

BernoulliBinary


BernoulliBinary


Add1

Add

-SinusDSP

I

cos

Q

sin

Icos

-QsinIcos-QsinIcos-Qsin

Figure 2.3 Modulation/dmodulation de phase en quadrature de 2 trains binaires.

2.4 Reprsentation complexe du signal

Exercice 4 Modulation de phase en quadrature

On dfinit lenveloppe complexe dun signal par (t) = I(t) + jQ(t), o I(t) dsigne lacomposante en phase et Q(t) celle en quadrature.

Tlcharger le modle figure26 qui ralise la modulation/dmodulation QAM-4 en utilisantune reprsentation complexe du signal.

dcodage Manchester quadrature

In1 Out1

dcodage Manchester phase

In1 Out1

Zero-OrderHold2

SpectrumScope B-FFT

Sine Wave3

DSP

Sine Wave2

DSP Scope4

Real-Imag toComplex1

Re

Im

Real-Imag toComplex

ReIm

Product4 Product1

Manchester1

In1 Out1

Manchester

In1 Out1

Explonentiellecomplexe

DSP Error Rate

Calculation

Tx Rx

Display

0.1296322

2485

Complex toReal-Imag1

Re(u)

Complex toReal-Imag

ReIm

Bit to IntegerConverter1




Bernoulli BinaryGenerator1

BernoulliBinary


BernoulliBinary


Add1

II

QQ

Figure 2.4 Comparaison dune modulation/dmodulation de phase par reprsentations relet complexe du signal.

cF. Briolle

2.4 Reprsentation complexe du signal 19

1. Comparer le taux derreur mesur sur ce modle avec celui mesur sur le figure25 ( pourles mmes rglages).

2. Conclure sur lintrt dune reprsentation complexe pour la simulation dune modulationde type QAM.

cF. Briolle

TP 3

Chane de communication3.1 Avant-propos

Lobjectif de ce TP est dtudier limpact des principales perturbations rencontres lorsdune transmission Wi-Fi relle (canal bande limite, bruit, ...) en terme de taux derreur enrception.

IEEE 802.11 est un ensemble de normes concernant les rseaux sans fil dictes sous lgidedu comit de standardisation IEEE 802. Ces normes constituent un tout cohrent servantde base de travail aux constructeurs dveloppant des quipements et les services chargs delimplmentation des infrastructures rseaux liaison filaire et sans fil.

Table 3.1 802.11x

Protocole Date Frquence Taux transfert Taux transfert Porte Porte(Typ) (Max) (Intrieur) (Extrieur)

Legacy 1997 2.4-2.5 GHz 1 Mbit/s 2 Mbit/s ? ?802.11a 1999 5.15-5.35 25 Mbit/s 54 Mbit/s 25 m 75 m

5.47-5.7255.725-5.875 GHz

802.11b 1999 2.4-2.5 GHz 6.5 Mbit/s 11 Mbit/s 35 m 100 m802.11g 2003 2.4-2.5 GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s 25 m 75 m802.11n 2009 2.4 GHz ou 5 GHz 200 Mbit/s 54 Mbit/s 50 m 125 m802.11y 2008 3.7 GHz 23 Mbit/s 54 Mbit/s 50 m 5000 m

3.2 Emission/rception QAM-M (ou PSK-M) sur frquence porteuse 21

3.2 Emission/rception QAM-M (ou PSK-M) sur frquenceporteuse

Exercice 1 Emission sur frquence porteuse

Tlcharger le modle figure31 qui permet de simuler une transmission respectant la normeWi-Fi IEEE 802.11 avec un dbit de 54Mbits/s sur frquence porteuse de F0 = 5.109 Hz.

SpectrumScope

B-FFT

Sine Wave1

DSP

Scope1

ScopeRectangular QAMModulatorBaseband

Rectangular64-QAM

Random IntegerGenerator

RandomInteger

Product1

Discrete-TimeScatter Plot

Scope


Re(u)

Complex toReal-Imag

ReIm

Figure 3.1 Modulation QAM-64 sur frquence porteuse.

1. Sachant que la bande passante du canal B = 20MHz (B 2TS

= 2n TB ), quelle est la

longueur optimale des symboles (nombre de bits) ?2. Quelle doit tre la frquence dchantillonnage de la porteuse ?3. Configurer le modle permettant de simuler une transmission Wi-Fi.4. Que pensez-vous du temps de calcul pour la simulation de cette transmission ?

Exercice 2 Rception sur frquence porteuse

Tlcharger le modle figure32 qui est dj configur.1. Faire varier le rapport signal/bruit dans le canal de transmission (bloc AWGN Chanel)

et observer les constellations et le taux derreur binaire. Commentaires.2. Quelle est la valeur minimale entire du rapport S/B pour laquelle il ny a pas derreur

de transmission ?3. Recommencer la simulation en utilisant une modulation PSK-n (blocs General QAM en

modulation et dmodulation). Commentaires.

cF. Briolle

22 TP 3 Chane de communication

SpectrumScope1

B-FFT

SpectrumScope

B-FFT Sine Wave3

DSP

Sine Wave2

DSPSine Wave1

DSP

Rectangular QAMModulatorBaseband2

Rectangular64-QAM

Rectangular QAMDemodulatorBaseband2

Rectangular64-QAM

Real-Imag toComplex

Re

Im


RandomInteger

Product3Product1

Integrateand Dump2

Integrateand Dump

Integer Delay

Z-d

General QAMModulatorBaseband2

GeneralQAM

General QAMDemodulatorBaseband2

GeneralQAM

Gain

-K-

Filtre rcepteur

FDATool

Error RateCalculation


Tx

Rx

Display


Scope1


Scope


Re(u)

AWGNChannel1

AWGN

Figure 3.2 Transmission Wi-Fi IEEE 802.11 sur frquence porteuse

3.3 Emission/rception QAM-64 (ou PSK-64) en bande debase

Exercice 3 Modulation sur frquence porteuse

Tlcharger le modle figure33 qui est une simulation dune transmission Wi-Fi IEEE802.11 en bande de base.

Faire varier les paramtres du modle et mesurer les taux derreur. Conclusions. -

Rectangular QAMModulatorBaseband2

Rectangular64-QAM

Rectangular QAMDemodulatorBaseband2

Rectangular64-QAM


RandomInteger

General QAMModulatorBaseband2

GeneralQAM

General QAMDemodulatorBaseband2

GeneralQAM

Error RateCalculation


Tx

Rx

Display


Scope1


Scope

AWGNChannel1

AWGN

Figure 3.3 Transmission Wi-Fi IEEE 802.11 en bande de base

cF. Briolle

tp telecom 1

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