4.2 La modulation numérique

Cette méthode consiste à émettre un signal sinusoïdal, soit de fréquence f₀ lorsque le bit du signal numérique à transmettre vaut 0, soit de fréquence f₁ dans le cas contraire. Afin que la largeur de la bande de fréquences soit aussi faible que possible, il faut que f₀ et f₁ soient proches l'une de l'autre. Typiquement, l'on retient que (f₁-f₀)/2 doit être de l'ordre de 10% de (f₀+f₁)/2.

D'autre part, afin que le signal de fréquence f₀ ou f₁ soit défini sans ambiguïté (i.e. que ce signal soit émis suffisamment longtemps à cette fréquence pour que le récepteur puisse sans ambiguïté récupérer un signal à cette fréquence), il est nécessaire que la période correspondant à f₀ ou f₁ soit nettement plus petite que la durée d'un état électrique stable du signal numérique initial (cf figure 4.2). Si f_H représente la fréquence du signal numérique initial (ici, f_H=80kHz), on prendra donc $f_0\gg 2\, f_H$, ce qui nous amène à prendre f₀ et f₁ de l'ordre de 1MHz.

Figure 4.2: Modulation en fréquence du signal

 

Figure 4.3: Portrait de phase d'une modulation en fréquence par FSK; Le 1 représente le portrait de phase d'un signal "porte", et le 2 représente le signal binaire après la modulation

 En pratique, pour ne pas saturer les composants mis à notre disposition, et en tenant compte des deux remarques précédentes, cela nous a amené à régler notre montage sur les fréquences f₀ = 810kHz et f₁ = 890kHz. La figure 4.3 nous montre le portrait de phase du signal modulé.

Bien sûr, si l'émetteur module de la sorte le signal qu'il transmet, le récepteur doit pouvoir effectuer l'opération inverse, c'est-à-dire la démodulation. Mais cette opération n'est pas, a priori, évidente! Aussi une astuce permet-elle de s'en sortir très avantageusement: il s'agit d'employer, là encore, une boucle de phase (cf figure 4.4). Le principe de ce montage est de prendre le même circuit pour la démodulation que celui qui a été employé pour la modulation (circuit à base de V.C.O.), puis d'asservir le circuit de démodulation de telle sorte que sa sortie égale celle du circuit de modulation. Dès lors, puisque les circuits sont les mêmes, on peut inférer que si leur sortie sont égales, leur entrée le sont aussi: on retrouve ainsi à l'entrée du circuit récepteur le signal qui était à l'entrée du circuit émetteur, c'est-à-dire le signal numérique, qui se retrouve ainsi démodulé!

Figure 4.4: Schéma de principe du modulateur/démodulateur

 Le montage démodulateur comporte un oscillateur, réglable au moyen d'une inductance variable, donnant la fréquence de référence à partir de laquelle il essaie d'égaler celle du signal qu'il a à démoduler. Ainsi, il faut que cette fréquence de référence soit assez proche de f₀ et f₁, i.e. environ 850kHz. En fait, cette valeur doit être ajustée avec précision, et on la règle, dans la pratique, avec l'aide d'un oscilloscope affichant d'une part le signal numérique avant transmission, et d'autre part le signal recueilli à la sortie du démodulateur. Lorsque la fréquence de référence est correctement réglée, on dit qu'il y a accrochage de la boucle de phase sur le signal transmis.

A ce stade du montage, nous avons rencontré un petit problème qui, bien que n'ayant aucun rapport avec la théorie et les principes de fonctionnement, mérite toutefois quelque attention... En effet, une fois l'oscillateur du démodulateur réglé, nous avons câblé la sortie de ce dernier circuit sur la maquette de conversion numérique/analogique. Les résultats étaient probants pour les signaux analogiques (la voix passait correctement d'un poste téléphonique à l'autre), et pour tous les signaux numériques constitués de mots 8 bits (composés à l'aide des 8 touches de la maquette "émettrice") sauf ceux qui correspondaient à une suite de huit 1. En fait, la maquette, en présence de tels signaux, consommait une puissance importante et, comme tous les boîtiers étaient reliés à la même alimentation, elle "décrochait"... Dès lors, la solution a consisté à soulager le travail de l'alimentation commune à tous les boîtiers en en mettant une autre en parallèle; le résultat ne s'est alors plus fait attendre; la communication était pleinement rétablie!