Home

labos_GEL3006_2012 (1.67 MB, 2012-09-18)

Contents

1. g n rateur de filtres de mesure encodeur PCM interrupteur fonctions du bruit de signal Aas Zante ddd YRS f 300Hz X A 1V f 300 Hz 2 f 8 kHz Sortie sync TTL donn es n bits d codeur PCM filtre passe bas filtres de mesure 2 du bruit 3 E A s D KON CNA ee a ae oN 600 Q f 3 4 kHz f 300 Hz Ne FIGURE 7 7 Montage pour la mesure du bruit de quantification 1 Tout d abord r aliser le montage de la figure en conservant les ajustements de la manipulation pr c dente 2 Sur le d codeur PCM ajuster le input code a offset Ceci a pour effet de d sactiver toute d compression pouvant s appliquer au signal pour le d codage voir lors de l tude du PCM 3 Mettre tous les boutons du commutateur de signaux O out 4 Bien v rifier que la tension au T no 1 est de 707 mVeff 1 Vcc 5 Mesurer la tension de sortie du filtre passe bas T num ro 2 De cette tension on peut d duire la puissance Paudio telle que d montr e par l expression 7 9 6 Mesurer la tension de sortie du filtre coupe bande T num ro 3 On peut cette fois d duire la puissance Peoupe bande A Partir de cette tension 7 3 EXP RIMENTATION 59 7 Calculer le rapport signal bruit de quantification partir des mesures pr c dentes et de l expression 7 13 8 Reprendre les tapes 4 6 pour des chantillons cod s sur 7 6 5 4 3 et 2 bits resp
2. l FIGURE 5 8 Sch ma d un d tecteur en quadrature Une bonne alternative au discriminateur pour des signaux MF a bande large est le d tecteur en quadrature Ce dernier se sert de la r ponse en phase d un circuit r sonnant pour donner le signal d modul sa sortie En se r f rant a la figure 5 8 on voit que le courant qui traverse la fois l induc tance L et le circuit r sonnant est le m me Pour l analyse posons ce courant i t Ip cos wt 5 6 36 CHAPITRE 5 R CEPTION D UN SIGNAL MF La tension aux bornes de l inductance L est Vr t p lowLsin wt 5 7 La tension V t aux bornes du circuit r sonant s exprime comme suit Vp t Zpilt 5 8 o l imp dance du circuit r sonnant Zp t Zo 140 5 9 donc V t Lo Zp cos wt 0 5 10 La figure 5 9 d montre bien la relation qui existe entre les tensions V Vp et le courant i t p _ i gt Re FIGURE 5 9 Repr sentation des tensions Vz et Vp dans le plan complexe Le multiplicateur et le filtre passe bas servent a convertir la diff rence de phase entre les tensions Vz t et V t en une tension proportionnelle cet cart de phase La sortie du multiplicateur donne Vi t Vp t IowL sin wt L01Z cos wt 9 sin 0 sin 2wt 0 2 BwL Zl IfwL Zp BwL Z 0 Pl sing sin 2wt 0 5 11 Le r sultat de la multiplication donne une composante basse fr
3. au moins 20 dB Il faudra enfin s initier l utilisation du voltm tre TRUE RMS LAB VOLT 9404 lequel devient un wattm tre si limp dance dans laquelle s effectue la mesure est de 50 Q Il faut galement se familiariser avec l utilisation de Poscillo scope num rique Tektronix TDS1012 1 Analyse spectrale d une sinuso de G n rer une sinusoide de 90 kHz et d amplitude 0 5 Va tension cr te cr te dans 50 Q Observer et tracer le spectre de la sinuso de donn par l analyseur de spectre avec pour imp dance d entr e 500 Calculer le taux de distorsion harmonique du g n rateur d ondes sinusoidales en utilisant l expression VA AF 42 THD Aj x 100 1 6 o A est l amplitude de la fondamentale et A l amplitude de la n harmonique Justifier le nombre d harmoniques prises en compte dans le calcul de la distor sion et commenter la qualit du g n rateur 2 Analyse spectrale d une rampe Observer et imprimer le spectre d une onde en dent de scie rampe d amplitude de 0 2 V et de fr quence 10 kHz Comparer le spectre observ avec le spectre th orique calcul dans les exercices pr paratoires 3 Analyse spectrale d une onde triangulaire Observer et imprimer le spectre d une onde triangulaire d amplitude 0 2 Vec et de fr quence 90 kHz Comparer le spectre observ avec le spectre th orique obtenu dans les exercices pr paratoires 4 V rification du th or me de Parseval En a
4. modul due au bruit d amplitude il faut soumettre Tentr e du d modulateur un signal MF d amplitude constante Le limiteur est le dispositif concu pour ce traite ment du signal En pratique sa r alisation est bas e autour d un amplificateur qu on sature a partir d un certain seuil et qui pour toute amplitude d entr e sup rieure a 31 32 CHAPITRE 5 R CEPTION D UN SIGNAL MF ce seuil donne une amplitude de sortie constante Par la suite le signal cr t est filtr pour liminer les harmoniques g n r s par la saturation Les figures 5 2 et 5 3 d montrent bien le fonctionnement du limiteur a plage d op ration de l amplificateur entr e Ti sortie Amplificateur satur c FIGURE 5 2 Fonctionnement du limiteur a Sch ma bloc d un limiteur b Signal l entr e du limiteur c Signal apr s cr tage d Signal filtr a la sortie du limiteur seuil entr e FIGURE 5 3 Courbe tension de sortie vs tension d entr e d un limiteur 5 1 2 La d modulation MF Parmi les divers types de d modulateurs MF on retrouve le discriminateur le d tecteur en quadrature et la boucle verrouillage de phase Le r cepteur MF MP Lab Volt utilise le discriminateur pour les signaux MF bande troite le d tecteur 5 1 TH ORIE 33 en quadrature pour les signaux MF bande large et la boucle verrouillage de phase pour la d modulation des signaux EMCS
5. A Y Jn 8 cos 2r fe nfm t 4 4 n 00 o A est l amplitude de la porteuse de fr quence fe fm est la fr quence du signal modulant n est un nombre entier et les coefficients J 1 sont obtenus partir de la table de Bessel Par observation de l expression 4 4 on voit que la modulation de fr quence g n re des raies spectrales r parties de part et d autre de la porteuse f des fr quences telles que fn fetnfm 4 5 On voit aussi que l amplitude de chacune de ces raies est Les propri t s des tables de Bessel sont 1 Les coefficients J sont r els 2 Jh B J_n 8 pour n pair 3 Jh B J_n 8 pour n impair 4 Sur AW AN AN AN AN A ANA AN f3f f 2f ff f fttn F6 LA fo t FIGURE 4 1 Repr sentation spectrale d un signal MF Proc dure pour d terminer l indice de modulation En pratique on ne consid re que les raies spectrales dont la valeur absolue du coefficient J est sup rieure 0 01 ce qui quivaut 0 0001 40 dB en termes de rapport de puissances 4 1 TH ORIE 27 Il faut tout d abord compter le nombre de raies significatives contenues dans le signal MF et partir de ce compte rep rer dans la table de Bessel la plage des valeurs 5 possibles pour ce nombre de raies spectrales Par la suite on trouve la valeur exacte de en v rifiant lamplitude relative de chacune des raies dans la table de Bessel 4 1 2 G n ration d un signal MF
6. Dut RNA so be due Mes Grd te ons CB are R pan bus den a 301 Appareillage TEQU S lt o c DOERR ORE wera seteb BR SRS Save Fonc onnement du r cepteur sb bu cresents d 3 3 3 Fr quence d op ration du r cepteur 4 4 4 pu as mes pe 3 3 4 Fonctionnement du m langeur 3 3 5 R ponse en fr quence de l tage RF cc 4 mom ooo e 3 3 6 R ponse en fr quence de l tage IF 2 654 bee eee we 3 3 7 Taux de rejet de la fr quence image ee ese rr es 10 11 11 12 14 14 14 14 15 15 TABLE DES MATI RES Modulation de fr quence 25 dL AA II ar a N da ae anada Na a 25 4 1 1 Occupation spectrale o due ave se a a AR 25 Les tables de fonctions de Bessel 26 Proc dure pour d terminer l indice de modulation 26 4 1 2 G n ration d un signal MF st r ophonique 27 4 2 Exercices pr paratoires o o a ce ue aa eu deu 28 45 Exp rimentation a a ie 29 4 3 1 Apparclllage requis os o sec none eR die end de dia a 29 4 3 2 Ajustement initial fet bod be desde d sa s de 29 4 3 3 G n ration d un signal MF 4 ec 4 44 aOR wes Nu 29 4 3 4 G n ration d un signal MF st r ophonique 30 4 3 5 Sp cifications d un signal MF commercial 30 R ception d un signal MF 31 Dil Th orie Ricas AAA AAA ad 31 5 1 1 Fonctionnement du limiteur ies dos done ban 31 5 12 Lad mod lati
7. O RS E O FIGURE 5 4 Circuit r sonnant parall le Limp dance d un circuit r sonnant parall le montr la figure 5 4 se calcule a partir de l expression R Zf ohms 5 1 1 50 et R 5 2 On peut d duire qu la fr quence de r sonance f fo limp dance de ce circuit est r elle et correspond la r sistance R Zy f fo R ohms 5 3 Lorsque la fr quence est largement inf rieure a la fr quence de r sonance f lt fo on a R R jQ 8 Q Jo ce qui donne une imp dance inductive En contre partie lorsque la fr quence est largement sup rieure la fr quence de r sonance f gt fo R Rfo 1 STE TE J GF Zol f lt fo f ohms 5 4 ohms 5 5 donnant une imp dance capacitive La figure 5 5 d montre bien ce comportement et nous permet de constater que la phase de l imp dance du circuit r sonnant varie peu pr s lin airement pour une grande plage de fr quences centr e la fr quence de r sonance fo Ce dispositif utilise la r ponse en fr quence d un circuit r sonnant pour convertir le signal MF en un signal MA et par la suite effectue la d modulation MA l aide d un 34 CHAPITRE 5 R CEPTION D UN SIGNAL MF VA ohms R partie imaginaire NS O degr s Wd 90 o partie r elle OO FIGURE 5 5 Imp dance d un circuit r sonnant RLC parall le d tecteur d e
8. chantillon n XXh X chantillon n 1 M XXh chantillon n 2 signal EOC h t D lai de conversion FIGURE 8 9 Localisation du d lai de conversion du CAN 8 2 EXP RIMENTATION 71 8 2 3 Trac des courbes de compression La prochaine manipulation met en vidence les concepts relatifs la compression et la d compression des signaux PCM Il sera question dans ce cas de relever la courbe de compression pour les 2 principales lois utilis es soit la loi en et la loi en Il sera aussi question de v rifier les performances du syst me de communication lorsqu il y a compression ou non Note Pour l ensemble encodeur d codeur Lab Volt la compression A correspond la valeur standard A 87 6 et la compression 2 correspond la valeur y 255 Pour commencer r aliser le montage de la figure 8 10 EOC EOC t S A t 5 Conversion S Conversion r Sq s t c CAN Compression parall le s rie m s rie parall le D compression CNA 8 e WN 600 Q h t N7 horloge f FIGURE 8 10 Montage pour l observation de la compression d compression Mettre le gain de sortie du d codeur PCM en mode calibr Ajuster l horloge h t la fr quence 40 kHz Appliquer une dent de scie de 100 Hz et de 1 Vac l entr e du CAN Ajuster le mode de compression A pour l en
9. de l chantillonnage puis discuter de la possibilit de r cup rer le message original la sortie du d codeur 7 3 4 Effet du nombre de bits sur le bruit de quantification Cette manipulation a pour but la visualisation de l effet du nombre de niveaux de quantification sur le signal de sortie du CNA En fait on peut comparer la variation du SNQR pour diff rents nombres de bits de quantification et ainsi avoir une mesure quantitative de la qualit du signal la sortie du CNA La mesure de la puissance du signal seulement est pratiquement irr alisable et la mesure de la puissance du bruit de quantification seulement est aussi difficile r aliser En proc dant par d autres astuces il est possible l aide de quelques mesures et de simples calculs de d duire les puissances du signal et du bruit et ainsi obtenir le S NQR En se r f rant la figure 7 1 on d duit que le signal s t la sortie audio est la sommation du signal et du bruit de quantification Pour fin d analyse nommons cette puissance Paudio alors Paudio signal Ng Pres 7 9 Puisque la fr quence du signal audio est connue celle du bruit ne l est pas il est possible d liminer en grande partie le signal audio pr sent la sortie audio du CNA et ce en utilisant un filtre coupe bande la sortie du filtre coupe bande on aurait alors Peoupe bande Ng Li Pres 7 10 o Pres est la puissance r siduelle du signal audio la
10. 3f e S ft Of 0 f 2f 3f f FIGURE 7 2 Recouvrement de spectre a Spectre du signal s t b Spectre de l impul sion d chantillonnage fs gt 2fmaz Spectre du signal chantillonn d Spectre de l impulsion d chantillonnage fs lt 2fmaz e Spectre du signal chantillonn avec recouvrement de spectre 7 2 EXERCICES PR PARATOIRES S f f 0 a h t lt t gt 0 7 T 2T 2 FIGURE 7 3 Signal et train d impulsions pour l exercice no 2 54 CHAPITRE 7 ECHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION 7 3 Exp rimentation 7 3 1 Appareillage requis Ce laboratoire n cessite l quipement Lab Volt d di l apprentissage des com munications num riques En fait en plus des instruments de mesure habituels les instruments suivants seront n cessaires TABLE 7 1 Appareillage n cessaire Identification Num ro Lab Volt Encodeur PCM 9444 D codeur PCM 9445 G n rateur d horloge 9421 Filtre audio passe bas 9426 G n rateur audio synchrone 9427 Interrupteur de signal 9428 Filtres pour la mesure du bruit 9429 Note Ce laboratoire utilise l ensemble encodeur d codeur PCM pour l tude de l chan tillonnage sans toutefois aborder l encodage PCM C est pourquoi il faudra relier la sortie test bus de lencodeur PCM l entr e qqparallel input output gt du d codeur PCM De plus il faut d sactiver la d compression au
11. 8 1 TH ORIE 63 respectivement Ces deux normes dictent l amplitude de sortie que doit donner l tage de compression pour une amplitude d entr e donn e et permettent une reconstitu tion conforme lorsque la m me loi est utilis e au d codage appliqu e l inverse pour favoriser les signaux de grande amplitude et vice versa La figure 8 2 d montre bien cette relation sortie courbe de compression sortie compress e sans compression sortie non compress e entr e Ventr e FIGURE 8 2 Fonction de transfert d un circuit compresseur L expression suivante nonce la fonction de transfert correspondant loi en A 1 1n Fu And 8 1 o v est la tension d entr e du compresseur V est la tension maximale d entr e du compresseur et correspond au degr de compression d sir La valeur standard du degr de compression est 87 6 La figure 8 3 d montre la fonction de transfert du compresseur utilisant la loi pour diff rentes valeurs de compression Pour ce qui est de la compression selon la loi y l expression suivante dicte la fonction de transfert du compresseur Vin 1 p4 5 F v B V In 1 Encore une fois la figure 8 4 montre quelques courbes de compression utilisant la loi yy et en particulier celle pour la compression standard soit pour u 255 8 2 64 Tension de sortie F v volts CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM 1 T T T T I Ge A A
12. 8 2 EXP RIMENTATION 69 8 2 Exp rimentation 8 2 1 Appareillage requis Encore une fois ce laboratoire n cessite l quipement Lab Volt d di l appren tissage des communications num riques Plus sp cifiquement les instruments sui vants seront n cessaires TABLE 8 1 Appareillage n cessaire Description Num ro Lab Volt G n rateur de bruit 9406 Encodeur PCM 9444 D codeur PCM 9445 G n rateur d horloge 9421 Analyseur logique 9424 Source de tension DC 9425 Filtres pour la mesure du bruit 9429 8 2 2 Observation d un signal PCM Cette manipulation permet d observer un signal PCM et de visualiser son inter action avec le signal d horloge et le signal indiquant la fin de la conversion EOC du signal analogique en son quivalent num rique EOC m gt d clenchement de l oscilloscope Spcm t Conversion parall le s rie Analyseur logique Horloge f ia FIGURE 8 8 Montage pour l observation d un signal PCM 1 R aliser le montage de la figure pr c dente et ajuster la fr quence de l horloge a 6 25 kHz Mettre l analyseur logique pour qu il d clenche l interne et l ajuster 70 a F O N CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM en mode affichage des donn es de l entr e Relier la sortie EOC du CAN len tr e d clenchement externe de l oscilloscope Ajuster l oscilloscope pour qu il se synchronise sur le signal E
13. est 0 le niveau maximal du signal de sortie circuit ouvert est 10 V c a c SORTIE Sortie des signaux des g n rateurs A et B Son imp dance est de 50 Q INTERRUPTEUR D ALIMENTATION Lorsqu il est enfonc position ce bouton vient brancher les r gulateurs locaux du module au bus d alimentation du syst me Cependant m me si le bouton est dans la position O l alimentation des autres modules n est pas coup e 5 MARCHE T moin lumineux vert s allumant d s que le module est sous tension 82 ANNEXE B APPAREILS DE LABORATOIRE Bibliographie Anr04 BCELO7 Cho10 Cou07 HayO1 Lab86a Lab86b Lab87a Lab87b Lab87c Lab87d LDO9 SBS96 Str90 Anritsu Morgan Hill USA Spectrum Master MS2711D User s Guide 2003 2004 N Benvenuto R Corvaja T Erseghe and N Laurenti Communication Systems Fundamentals and Design Methods John Wiley and Sons 2007 J Y Chouinard GEL 3006 Syst mes de communications Universit La val Qu bec septembre 2010 Notes de cours L W Couch Digital and Analog Communications Prentice Hall 2007 7 dition S Haykin Communication Systems John Wiley and Sons 2001 4 di tion Lab Volt Lt e Qu bec Digital Communications Volume 1 Pulse Modulation and Sampling 1986 1 dition Lab Volt Lt e Qu bec T l communications analogiques Volume 2 MA DBL BLU 1986 2 dition Lab Volt Lt e Qu bec Digi
14. 4 harmoniques non nulles suivantes 1 Calculer et dessiner le spectre de tension pour les signaux suivants on suppose ici la p riodicit 2 Pour les signaux de l exercice pr c dent dessiner le spectre de densit de puis sance 3 V rifier les r sultats pr c dents pour les signaux a b et c l aide du th o r me de Parseval en comparant les puissances obtenues dans le domaine des fr quences vs la puissance calcul e dans le domaine temporel Suggestion utiliser les s ries de Fourier pour trouver la puissance totale dans le domaine fr quentiel 4 R flexion sur la d finition du dBm a Dans une imp dance de charge de 50 2 quel niveau de tension correspond 20 dBm b En donnant la r ponse en dBm que vaut O dBm 0 dBm c Limp dance de sortie du g n rateur de signaux et Pimp dance d entr e de lanalyseur de spectre sont toutes deux de 50 Q la puissance d une raie spectrale telle que lue sur l cran de l analyseur de spectre est 20 dBm Quelle serait la nouvelle mesure si l imp dance d entr e de l analyseur de spectre devenait 1 MO et ce tout en conservant une imp dance de sortie du g n rateur de signaux 50 Q CHAPITRE 1 ANALYSE SPECTRALE 0 T 2 T 0 T 2 T FIGURE 1 2 Formes d ondes de l exercice 1 5 Pour un train d impulsions de p riode T ayant des impulsions de dur e 7 tel qu illustr la figure 1 2e donner l expression de la
15. 9 44 38 32 9 20 8 05 11 24 16 98 24 55 33 59 5 20 19 15 9 29 33 26 9 72 7 99 10 86 16 33 23 68 32 51 5 30 22 41 9 22 25 23 10 32 7 97 10 50 15 72 22 84 31 46 5 40 27 70 9 23 21 24 11 02 7 98 10 17 15 13 22 03 30 44 5 50 43 29 9 33 18 61 11 83 8 03 9 87 14 57 21 25 29 46 5 60 31 38 9 52 16 69 12 77 8 12 9 60 14 04 20 50 28 50 5 70 24 45 9 79 15 21 13 88 8 26 9 36 13 54 19 77 27 57 5 80 20 75 10 14 14 02 15 20 8 43 9 15 13 06 19 07 26 67 5 90 18 27 10 60 13 07 16 80 8 66 8 97 12 61 18 40 25 80 6 00 16 44 11 16 12 29 18 80 8 93 8 82 12 19 17 75 24 95 6 10 15 03 11 84 11 66 21 45 9 26 8 71 11 79 17 13 24 13 6 20 13 90 12 66 11 15 25 31 9 65 8 62 11 42 16 53 23 34 6 30 13 00 13 64 10 76 32 38 10 10 8 56 11 07 15 96 22 57 6 40 12 28 14 82 10 46 44 57 10 62 8 54 10 75 15 41 21 83 6 50 11 70 16 26 10 25 29 03 11 22 8 55 10 46 14 89 21 11 6 60 11 24 18 06 10 12 23 87 11 91 8 60 10 19 14 39 20 41 6 70 10 90 20 41 10 07 20 74 12 72 8 68 9 95 13 91 19 74 6 80 10 66 23 71 10 11 18 53 13 65 8 80 9 74 13 46 19 09 6 90 10 51 29 14 10 22 16 85 14 74 8 97 9 55 13 04 18 46 7 00 10 46 46 59 10 42 15 52 16 04 9 17 9 39 12 63 17 86 7 10 10 49 31 99 10 69 14 44 17 61 9 42 9 26 12 25 17 28 7 20 10 60 25 30 11 06 13 56 19 57 9 72 9 15 11 89 16 7
16. IF du r cepteur MF et limiter le bruit la bande des fr quences comprises entre 10 2 et 11 2 MHz 9 Tout en mesurant la tension de sortie IF OUTPUT du r cepteur ajuster la sortie du g n rateur de bruit pour avoir une tension efficace de 1 mV la sortie FI du r cepteur Cette tension est le bruit d entr e du d modulateur MF B t 10 Relier le g n rateur et le r cepteur et enlever le signal modulant du g n rateur MF 11 Mesurer la tension efficace la sortie audio G D du r cepteur il s agit du bruit la sortie du d modulateur MF B t Note Ici il est important de laisser la porteuse non modul e l entr e du r cepteur pour s assurer de mesurer le bruit la sortie du d modulateur dans des conditions comparables la r alit 12 Calculer les rapports B et S B et calculer le gain obtenu S B dB S B dB 13 Reprendre les tapes 7 a 12 pour des rapports S B de 6 8 10 12 16 et 20 dB 14 Repr senter sur un graphique la relation S B vs S B pour les mesures pr c dentes et discuter des r sultats 6 2 3 L effet de seuil d un d modulateur MF Brancher le signal modulant tel qu ajust pr c demment l entr e AUX INPUT gt du g n rateur MF et relier la sortie de ce dernier l entr e MF bande large du r cepteur Relier la sortie AUDIO G D du d codeur st r o l amplificateur audio et ajuster le volume pour entendre le sig
17. TABLE DES MATI RES iii 12 EK 4 3044 2 4 Sele ee ace Woe eae ae ea a 51 Las HR A icon aug nom dure RRA Os 54 TL Appareillage requis so s o va a cose eA DR ee OR RR 54 7 3 2 Effet de la largeur des impulsions de l horloge 54 7 3 3 Effet du repliement spectral coso cios le amp amp 55 7 3 4 Effet du nombre de bits sur le bruit de quantification 56 Mesure du signal r siduel la sortie du filtre coupe bande 57 Mesure du bruit de quantification pour une entr e pleine charge 58 7 3 5 Bruit de quantification vs amplitude du signal d entr e 59 8 La modulation PCM 61 8 1 Th orie su Loi HES DRE md 0 9 0 6 amp SR d EE SE S 61 8 1 1 Conversion parall le s rie 4 docs done a Be we 61 8 1 2 Conversion s rie parall le o o cs bee ee ee ee 62 8 1 3 La quantification non lin aire 4 46 fk we due on EU nu 62 Lae Lediagramme e se al eed ae ee ee es ee a 66 DS ADMET a Lis ae me ee ee ar ws SP th Se ex 69 8 2 1 Appareillage requis lt lt lt casom EN A a OK SED 69 8 2 2 Observation d un signal PCM 5 4 4 4 we ee 69 8 2 3 Trac des courbes de compression 2 5 44 be ewe ee eH ERS 71 8 2 4 Effet de la quantification non uniforme sur la reconstitution des SRAWE a A MR Be Ae ae See RA eos na we A 71 8 2 5 valuation de la performance d un canal de transmission 72 Pour un canal nn OS 72 Pour un canal de largeur de bande limit e et
18. d codeur en s lectionnant le mode offset Inscrire sur chacun des spectres trac s la fr quence du signal et la fr quence d chantillonnage 7 3 2 Effet de la largeur des impulsions de l horloge En th orie on suppose que l horloge est un train d impulsions de largeur prati quement nulle En pratique ce type d horloge est difficile r aliser et on doit tenir compte de l effet de la largeur des impulsions sur le signal quantifi Cette d forma tion du signal est la distorsion d ouverture aperture distortion Les manipulations suivantes servent visualiser Teffet de la largeur des impulsions sur le spectre du signal chantillonn En se r f rant la figure 7 4 faire les manipulations suivantes 1 G n rer le signal s t en combinant les 2 g n rateurs de fonctions l aide du filtre passe bas dans le module des filtres de mesure du bruit 2 Ajuster une premi re sinusoide 15 kHz et l autre 18 kHz et faire en sorte que l amplitude de chacune d elles soit de 300 mVeff l entr e audio de l encodeur PCM dans 600 0 3 Ajuster la fr quence de l horloge h t 40 kHz Imprimer le spectre de h t 7 3 EXP RIMENTATION 55 g n rateur filtre passe bas de fonctions 9429 00 encodeur PCM d codeur PCM mo Sq t 600 Q g n rateur d horloge 40 in A nit AT FIGURE 7 4 Montage pour la mesure de l effet de la largeur des impulsions de l hor l
19. de filtrage de mixage et autres est consid rer lorsqu on parle des caract ristiques globales du r cepteur mais ce laboratoire s attarde uniquement la d modulation Le rapport signal bruit d un r cepteur MA d pend principalement de l indice de 43 44 CHAPITRE 6 LE BRUIT DANS LES SYSTEMES MF modulation et l expression suivante en fait la d monstration Ru ES Du point de vue analytique on peut trouver dans les r f rences que la d modu lation MF apporte une am lioration du rapport signal a bruit par rapport a ce m me rapport Tentr e du d modulateur MF et cette am lioration varie en fonction de l indice de modulation 5 L expression suivante d montre la relation qui existe entre le rapport signal bruit l entr e d un d modulateur MF et le rapport signal bruit qu on retrouve sa sortie pour un signal modulant sinusoidal S 2 i 2 35 3 o 6 2 Ge i Ni No ma Ici la comparaison est faite partir d un signal MA ayant un indice de modulation de 100 et un signal modulant sinuso dal Il est noter que cette expression se rapproche des r sultats exp rimentaux pour des valeurs de rapport signal bruit au del d un certain seuil aw 6 1 6 1 2 L effet de seuil d un d modulateur MF Tel que discut pr c demment on peut constater une am lioration du rapport signal bruit d un d modulateur MF au del d un certain seuil S N 10 dB En dessous
20. de ce seuil le rapport signal bruit de sortie se d t riore grandement faisant en sorte que la relation 6 2 ne soit plus valide Du point de vue de l auditeur ce ph nom ne fait en sorte que le signal audio n est plus intelligible et rend toute communication inop rante 6 1 TH ORIE 45 60 T T T T T T 50 4 40 a 1 30 RE A2 T 4 20L ay B 1 1 2 2 4 3 5 7 9 Rapport signal bruit en sortie dB _10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Rapport porteuse bruit en entre dB FIGURE 6 2 SNR de sortie du d modulateur MF vs le SNR son entr e La courbe en trait pointill est approximation de l quation 6 2 tandis que celle en trait continu est la valeur exacte obtenue de p 152 eq 3 8 25a 46 CHAPITRE 6 LE BRUIT DANS LES SYST MES MF 6 2 Exp rimentation 6 2 1 Appareillage requis Pour la prochaine exp rimentation les instruments et appareils suivants seront n cessaires TABLE 6 1 Appareillage n cessaire Description R f rence G n rateur MF Lab Volt 9413 R cepteur MF MP Lab Volt 9415 G n rateur de fonctions double Lab Volt 9402 Voltm tre True RMS Lab Volt 9404 G n rateur de bruit Lab Volt 9406 Oscilloscope TDS 1012 gt E TK gt d modulateur FM TX o A No gt limiteur xo gt O AUDIO gt A L R amplificateur Fl filtre Fl amplificateur Fl filtre audio DA Entr e Fl Sorti
21. dispositifs n cessaires la r ception 3 1 Th orie 3 1 1 Description d un d tecteur synchrone gt d modulateur p X L filtre RF amplificateur RF filtre FI amplificateur FI oscillateur local FIGURE 3 1 Sch ma d un r cepteur superh t rodyne Comme on le voit sur la figure pr c dente le signal RF est d abord appliqu un filtre passe bande dont la fr quence centrale est ajust e la fr quence du signal d sir Ce filtre a pour effet d liminer en tout ou en partie les signaux ind sirables qui parviennent l antenne Par la suite l amplitude du signal filtr est rehauss e par un amplificateur faible bruit Le signal sortant de l amplificateur est transpos a la fr quence interm diaire par le biais du m langeur et de l oscillateur La fr quence de Toscillateur est ajust e pour faire en sorte que la somme ou la diff rence des 17 18 CHAPITRE 3 R CEPTION D UN SIGNAL MA fr quences des signaux l entr e du m langeur se retrouve dans la bande passante de l tage de fr quence interm diaire Autrement dit la fr quence de l oscillateur local se calcule comme suit for fe ffi 3 1 La sortie du m langeur passe par la suite dans un filtre passe bande centr a la fr quence interm diaire liminant ainsi toutes les fr quences ind sirables se retrou vant a la sortie du m langeur Parmi ces fr quences
22. es en faisant les manipulations alg briques sui vantes G D G D 2G 4 7 G D G D 2D 4 8 Le signal G D est modul en amplitude DBL PS par une porteuse de fr quence 38 kHz Un signal pilote est aussi g n r partir de cette porteuse en divisant la fr quence de cette derni re en deux Ce signal servira de r f rence plus tard lors de la d modulation du signal G D et agit en m me temps comme t moin indiquant s il s agit bien d un signal MF st r o ou non Finalement l encodage direct multiplex permet la transmission de signaux du type EMCS exploitation multiplex e des communications secondaires SCA en an glais Ce canal suppl mentaire sert a transmettre des signaux comme de la musique de centres d achats et d ascenseurs En fait le signal audio EMCS est modul en fr quence par une porteuse a 67 kHz Le signal direct multiplex est la sommation des signaux d crits pr c demment soit les signaux G D G D le pilote et le signal EMCS Le signal obtenu de la sommation est par la suite modul en fr quence et transmis comme on le fait habituellement pour un signal MF r gulier 4 2 Exercices pr paratoires 1 En vous r f rant l quation 4 1 et pour A 10 V B 0 5 V ky 10 kHz V fm 1 kHz et fe 1 MHz a D duire l expression analytique du signal MF si m t B cos 27 fmt b Calculer l indice de modulation c valuer l aide de la m thode de Carson la la
23. et 32 bits Par exemple pour le cas des disques compacts audio le codage est fait sur 16 bits ce qui offre une possibilit de 216 65536 niveaux distincts Le bruit de quantification correspond l erreur qui est faite lorsqu on encode un signal analogique sur un certain nombre de bits Ce bruit est inversement propor tionnel au nombre de bits utilis s La r solution de l chantillonnage soit le plus petit cart de tension distinguable d pend du nombre de niveaux de quantification et de la plage des tensions admis sibles entr e du CAN Vo 1 Pour une quantification linaire la r solution q est d duite partir de l expression suivante Ve q gt volts 7 2 ou n est le nombre de bits utilis s pour coder chaque chantillon En se r f rant au livre de Couch on voit que le bruit de quantification normalis pour un CAN lin aire se calcule ainsi a Ng 15 watts 7 3 Le rapport signal bruit de quantification se calcule comme suit SN R puissance du signal _ Psignal 7 4 puissance du bruit de quantification Ng 7 2 EXERCICES PR PARATOIRES 51 Le rapport signal bruit de quantification est g n ralement calcul pour une sinu so de pleine charge couvrant la plage des tensions d entr e du CAN soit d amplitude Ve 27 Vsignal T Ca gt volts 7 5 Finalement partir des quations 7 3 et 7 5 on trouve Pai na SNgR dB 1010810 Sex 1 8 6n 7
24. l il Est ce que le bruit tel que g n r au cours de cette manipulation compromet l int grit du signal re u au d codeur PCM 74 CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM TABLE 8 2 Param tres d tudes Largeur de bande du canal Puissance du bruit D viation de fr quence a 160 kHz b 80 kHz c 20 kHz d 80 kHz 100 mv e 80 kHz non nulle f 80 kHz 100 mV 5 non nulle 5 Quel est l effet de la gigue de phase sur les diagrammes de l il obtenus En quoi peut elle contribuer une erreur lors de la d tection me O OS Table des fonctions de Bessel Note les valeurs sont en dB i e 20 log a Jo x Ji x Ja x J3 x Ja x Js x dl J7 x Jg x 0 00 0 00 0 05 0 01 32 04 0 10 0 02 26 03 58 07 0 15 0 05 22 52 51 03 0 20 0 09 20 04 46 05 0 25 0 14 18 13 42 19 0 30 0 20 16 58 39 04 0 35 0 27 15 27 36 39 0 40 0 35 14 15 34 10 57 59 0 45 0 45 13 18 32 08 54 54 0 50 0 55 12 31 30 28 51 82 0 55 0 67 11 54 28 67 49 37 0 60 0 80 10 85 27 20 47 13 0 65 0 94 10 23 25 85 45 08 0 70 1 10 9 66 24 61 43 19 0 75 1 27 9 14 23 47 41 43 0 80 1 45 8 66 22 40 39 79 59 72 0 85 1 65 8 23 21 41 38 25 57 65 0 90 1 86 7 83 20 48 36 81 55 70 0 95 2 08 7 47 19 61 35 45 53 86 1 00 2 32 7 13 18 79 34 17 52 12 1 05 2 58 6 82 18 02 32 96 50 47 1 1
25. l communications ni celle des bienfaits que celles ci ont pu apporter nos soci t s Il s agit seulement de faire tat ici de la contribution du D partement de g nie lectrique et de g nie in formatique la r alisation de tous les appareils utilis s dans le cadre de ces s ances vi TABLE DES MATI RES de laboratoire et de bien d autres encore que vous n aurez pas pour la plupart l oc casion d utiliser En effet la compagnie Lab Volt l entreprise manufacturi re de tout le mat riel utilis dans le cadre de ce laboratoire est une entreprise dont la principale usine est situ e Qu bec Jusqu au d but des ann es 80 on y fabriquait exclusivement du mat riel didactique pour l apprentissage de l lectrotechnique compter de 1983 deux professeurs du d partement MM Gilles Y Delisle et Michel Lecours avec deux anciens dipl m s du d partement MM John Ahern et Marcel Pelletier ont entre pris de concevoir du mat riel sp cifique pour l enseignement des syst mes de com munications Des modules rudimentaires ont t fabriqu s localement puis mis l preuve pendant quelques sessions Parall lement des protocoles d exp riences ont t crits puis raffin s Ce travail s est poursuivi pendant quelques ann es dans le cadre d une entente parrain e par le gouvernement du Canada Le r sultat ce jour est extraordinaire quelque 75 mod les diff rents ont t mis au point tous fabriqu s e
26. la plupart des canaux de communications ne permettent pas la transmis sion simultan e de tous les bits d un signal la conversion du format parall le un format s rie s impose Cette conversion est facilement r alisable l aide de logique 61 62 CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM combinatoire mais dans le cadre de ce laboratoire il ne sera pas question des d tails relatifs cet l ment du syst me Du point de vue fonctionnel l chantillon num rique parall le est saisi par l tage convertisseur sur un front montant du signal EOC et restitu bit par bit sur le port de sortie de ce module Bien s r le signal sous for mat s rie est d un d bit binaire n fois plus lev que celui qu on retrouve sous format parallele n tant la largeur du bus parallele 8 1 2 Conversion s rie parall le Cette conversion est l op ration duale de la conversion parall le s rie Elle s ef fectue la r ception pour remettre les donn es sous la forme parall le telles qu elles ont t g n r es par le CAN Encore une fois il va de soi que le d bit binaire a la sortie du convertisseur s rie parall le est n fois moindre que celui de l entr e s rie de ce module Pour ce laboratoire la synchronisation du r cepteur se fait directement l aide du signal EOC du CAN En pratique le canal impose un d lai consid rable et diverses astuces doivent tre utilis es pour la r cup ration de l horloge au r cepteur et ainsi r g n
27. on retrouve entre autres une multitude de produits de la multiplication du signal RF par Toscillateur local Le si gnal sortant du filtre FI est par la suite amplifi pour finalement tre appliqu au d tecteur d enveloppe et reconstituer le signal modulant Le contr le automatique de gain sert maintenir l amplitude de la sortie d modul e un niveau constant peu importe la puissance du signal RF qu on retrouve l entr e du r cepteur 3 1 2 La fr quence image la sortie du m langeur on retrouve des composantes des fr quences corres pondant la somme et la diff rence des fr quences d entr e et de Poscillateur local Pour une m me fr quence interm diaire il est possible de d moduler 2 signaux Ces signaux sont situ s fr for et frr for La fr quence image est la composante fr quentielle situ e a 2fp du signal d sir 2fr pour de l injection par le haut et 2fr pour l injection par le bas Un signal situ la fr quence image peut cau ser une interf rence consid rable voire fatale au signal d sir Heureusement un bon filtrage l entr e du r cepteur permet un meilleur rejet de la fr quence image Voici une illustration de la conversion en fr quence pour une injection par le haut for gt fl 3 1 TH ORIE 19 signal MA N f 0 f f oscillateur local i f 0 f f LE e filtre Fl signal translat i forf for
28. position des z ros de l enve loppe du spectre en fonction de la fr quence fondamentale du train d impulsions et du rapport 6 Pour le spectre suivant calculer le rapport signal bruit en dB 7 Sachant que le signal d entr e d un amplificateur RF est le signal S f du pro bl me pr c dent et que son signal de sortie S f a le spectre suivant trouver le gain de l amplificateur et son facteur de bruit 1 2 EXERCICES PR PARATOIRES 1 Hz Si f dBm Hz 60 dBm 174 ABM lt lt 1 1 MHz FIGURE 1 3 Spectre de puissance de l exercice 6 So f dBm Hz 40 dBm 144 dBm signal bruit 1 MHz FIGURE 1 4 Spectre de puissance de l exercice 7 6 CHAPITRE 1 ANALYSE SPECTRALE 1 3 Exp rimentation Pour obtenir les formes d ondes n cessaires au laboratoire on utilisera le g n ra teur de fonctions 9402 de LAB VOLT La reproduction en annexe permet de comparer la fa ade de l appareil que vous avez devant vous avec un dessin o sont donn es par renvois num rot s les fonctions de chaque entr e sortie bouton poussoir et autre Pour observer le spectre des signaux g n r s il vous faudra l analyseur de spectre Anritsu MS2711D Afin de ne pas surcharger l entr e de Tanalyseur de spectre assurez vous de mettre Vatt nuateur en mode MANUEL et d ajuster Tatt nuation
29. premiers termes de la s rie d cri vant V b En supposant une forme quelconque et facile reproduire pour le signal modulant m t tracer le spectre d amplitude de V t indiquer clairement les fr quences utiles c Dire de quel type doit tre le filtre employ pour ne conserver que le signal MA d D terminer la ou les fr quences de coupure de ce filtre 4 Efficacit d une modulation d amplitude On d finit l efficacit 7 comme tant le rapport de la puissance du signal modulant sur la puissance du signal mo dul n Pbandes lat rales x 100 2 10 Protale D montrer partir de l quation pr c dente que lefficacit y en fonction de l indice de modulation ma se calcule comme suit m aw n m43 y Pals 2 11 14 CHAPITRE 2 MODULATION D AMPLITUDE 2 3 Exp rimentation 2 3 1 Appareillage requis Pour produire des signaux MA il faut le g n rateur de fonctions LAB VOLT 9402 et le g n rateur AM DSB SSB LAB VOLT 9410 Pour ce qui est du g n rateur MA assurez vous que le niveau de la porteuse est en position de surmodulation li n aire bouton CARRIER LEVEL enfonc Pour obtenir un signal modul en DBL PS tourner le bouton ajustant le niveau de la porteuse jusqu a son minimum Pour pro duire un signal MA avec porteuse il suffit de placer ce bouton dans une position autre que la position minimale Vous pouvez r gler l indice de modulation du g n rateur A
30. quence corres pondant au signal audio et une autre de pulsation 2w En pratique cette derni re 5 1 TH ORIE 37 composante soit le deuxi me terme de l quation 5 11 est limin e par le filtre passe bas et la sortie devient t _ ow pl V no 5 12 Le facteur de qualit du circuit r sonnant est calcul pour faire en sorte que limp dance du circuit varie tr s peu sur toute la largeur de bande du signal modul De plus parce qu il y a le limiteur l entr e du d tecteur en quadrature Jp est constant La variation de w tant n gligeable w gt Aw il suit que IjwL Zp er 5 e 5 13 La variation de phase est elle aussi minimale donc sin 0 0 5 14 En appliquant les expressions 5 13 et 5 14 l expression 5 12 on obtient la sor tie V cte 0 5 15 Comme la variation de la phase vs la fr quence est pratiquement lin aire sur la largeur de bande du signal modul on peut poser 0 mAw 5 16 et m est la pente de la droite phase vs fr quence dans cette section Finalement la sortie est V cte A 5 17 donc directement proportionnelle la d viation en fr quence du signal modul La boucle verrouillage de phase La boucle verrouillage de phase PLL phase locked loop est un syst me asservi qui a pour r f rence la phase d un signal soumis son entr e et qui pour maintenir l erreur de phase son minimum doit contr ler la tension de commande d un VC
31. quence fo est la bonne valeur et que le r cepteur est bien syntonis la fr quence porteuse Ensuite ajuster l amplitude du g n rateur MA pour obtenir un signal de O dBm la fr quence IF 6 Imprimer le spectre rep rer les produits de 1 et 2 ordre calcul s pr c dem ment et discuter de leur amplitude respective 3 3 5 R ponse en fr quence de l tage RF 1 D sactiver le contr le automatique de gain du r cepteur G n rer une porteuse non modul e la fr quence fe 1 MHz de 100 mV dans 50 Q Tinjecter l entr e RF du r cepteur et relier le voltm tre TRUE RMS gt la sortie RF OUTPUT du r cepteur 2 Syntoniser le r cepteur la fr quence porteuse f 1 MHz en utilisant la fr quence IF d termin e dans les tapes pr c dentes 3 Brancher la sortie RF du r cepteur l entr e de l analyseur de spectre Observer et mesurer la puissance de la composante la fr quence porteuse Cette valeur est la r ponse du filtre RF la fr quence porteuse 4 Faire varier l g rement la fr quence de la porteuse et mesurer la puissance de la porteuse Tracer le graphique att nuation dB vs la fr quence Hz en mesurant la tension de sortie pour diff rentes fr quences du signal d entr e RF R p ter cette tape pour une plage de fr quence suffisamment grande afin de d terminer la largeur de bande du filtre RF 3 dB 10 dB et a 20 dB Mesurer la largeur de bande W 8 de l ta
32. rer le signal EOC pour le CNA car ce dernier n est g n ralement pas transmis f nf nf f bruit Conversion A Bla TX srie a ds San parall le 0O parall le s rie CNA A at s 0 n n Canal h t horloge f FIGURE 8 1 Sch ma d un encodeur d codeur PCM 8 1 3 La quantification non lin aire Comme il a t d montr au laboratoire pr c dent le rapport signal bruit de quantification est moindre lorsque les signaux quantifier sont de faibles ampli tudes De plus ces derniers signaux sont plus vuln rables une erreur de trans mission Par exemple une erreur de 1 bit est pire dans le cas d un signal faible que pour un fort signal Une des solutions propos es pour uniformiser le rapport signal bruit de quantification sur toute la plage des tensions d entr e du CAN est d utiliser la compression lencodeur PCM et la d compression au d codeur PCM Ainsi avec un tage suppl mentaire lencodeur PCM il est possible d augmenter l amplitude des faibles signaux tout en diminuant celle des signaux de plus forte amplitude Au r cepteur il suffit d effectuer le traitement inverse soit de diminuer l amplitude des faibles signaux et d augmenter l amplitude des signaux forts Pour effectuer la compression et la d compression il existe deux principaux stan dards qui sont la loi en A et la loi en y utilis s en Europe et en Am rique du Nord
33. sortie du limiteur pour plusieurs valeurs de tension d en tr e et tracer la courbe tension de sortie vs tension d entr e en prenant soin de mentionner le seuil partir duquel la tension de sortie demeure constante peu importe la tension d entr e 5 3 3 Mesure de la courbe en S du discriminateur Tel que discut pr c demment la tension de sortie du discriminateur varie selon l cart de fr quence Af s parant la fr quence du signal l entr e et celle pour la quelle est con u le d modulateur Pour obtenir la courbe en S de ce discriminateur il suffit d injecter une porteuse non modul e l entr e du r cepteur bande troite 5 3 EXPERIMENTATION 41 et mesurer la tension la sortie du d tecteur d enveloppe pour diff rents carts de fr quence Voici nonc des manipulations n cessaires Pour commencer ajuster le g n rateur RF la fr quence 10 7 MHz et r gler son amplitude de sortie a environ 140 mVeff dans 50 Q utiliser un g n rateur synth tis si possible Brancher la sortie du g n rateur RF au fr quencem tre et l entr e du r cep teur MF bande troite Pour Af compris entre O Hz et 20 kHz et ce pour un nombre de points raison nable mesurer la tension de sortie du d tecteur d enveloppe soit le point de test TP2 l int rieur du r cepteur MF Regrouper les r sultats sous forme de tableau et tracer la courbe tension de sortie vs Af Discuter des r sultats et dir
34. st r ophonique Pour transmettre les 2 voies d un signal st r ophonique gauche et droite en MF certaines manipulations des signaux d entr e s imposent Parmi les contraintes de cet encodage on doit faire en sorte que les r cepteurs monophoniques fonctionnent avec ce signal MF Il faut donner une indication m me le signal transmis savoir si le signal est st r o ou non et faire parvenir toute l information n cessaire la r cup ration du signal encod G D droite O gauche 4 Sl vers modulateur MF pilote freq 2 38 kHz audio modulateur signal EMCS EMCS EMCS FIGURE 4 2 Sch ma bloc d un g n rateur MF direct multiplex pilote f kHz FIGURE 4 3 Spectre en bande de base d un signal MF direct multiplex Comme on le voit sur la figure 4 3 le signal G D est dans la premi re partie du spectre en bande de base soit entre 50 Hz et 15 kHz comme c est le cas pour une modulation MF r guli re Puisqu on fait la somme des 2 signaux en entr e toute l in formation audio s y retrouve et on a donc le signal n cessaire au bon fonctionnement des r cepteurs monophoniques sans pertes d information 28 CHAPITRE 4 MODULATION DE FR QUENCE Comme on ne peut extraire s par ment les deux canaux du signal G D Tin formation n cessaire cette d composition est transmise par le signal G D Au d codeur les 2 voies sont r cup r
35. 0 2 86 6 54 17 29 31 80 48 90 1 15 3 15 6 28 16 60 30 71 47 41 1 20 3 46 6 05 15 95 29 66 45 98 1 25 3 80 5 84 15 34 28 67 44 62 1 30 4 15 5 65 14 75 27 72 43 31 75 76 ANNEXE A TABLE DES FONCTIONS DE BESSEL z Jo x A Jo x da x Jal J5 x Je x F Jslz 1 35 4 53 5 47 14 19 26 81 42 06 59 32 1 40 4 93 5 32 13 67 25 93 40 85 57 79 1 45 5 36 5 19 13 16 25 10 39 70 56 32 1 50 5 82 5 07 12 69 24 30 38 59 54 90 1 55 6 31 4 97 12 23 23 53 37 51 53 53 1 60 6 83 4 88 11 80 22 79 36 48 52 21 1 65 7 40 4 82 11 39 22 08 35 48 50 93 1 70 8 00 4 76 11 00 21 40 34 52 49 70 1 75 8 66 4 73 10 63 20 74 33 59 48 50 1 80 9 37 4 71 10 28 20 10 32 69 47 34 1 85 10 15 4 70 9 95 19 49 31 82 46 22 1 90 11 00 4 71 9 63 18 91 30 98 45 13 1 95 11 94 4 74 9 33 18 34 30 16 44 08 59 66 2 00 13 00 4 78 9 05 17 79 29 37 43 05 58 40 2 10 15 57 4 91 8 53 16 76 27 86 41 08 55 99 2 20 19 14 5 10 8 07 15 79 26 44 39 22 53 70 2 30 25 11 5 35 7 66 14 90 25 10 37 46 51 52 2 40 52 01 5 68 7 31 14 06 23 83 35 79 49 46 2 50 26 31 6 07 7 01 13 29 22 64 34 20 47 48 2 60 20 28 6 54 6 76 12 57 21 51 32 69 45 60 59 95 2 70 16 93 7 10 6 57 11 90 20 45 31 25 43 81 57 81 2 80 14 65 7 75 6 42 11 29 19 44 29 88 42 09 55 75 2 90 12 98 8 51 6 32 10 72 18
36. 2 7 30 10 81 21 66 11 52 12 84 22 15 10 07 9 08 11 56 16 18 7 40 11 10 19 20 12 08 12 25 25 85 10 48 9 03 11 25 15 66 7 50 11 49 17 38 12 76 11 77 32 46 10 95 9 02 10 96 15 17 7 60 11 99 15 96 13 57 11 39 50 10 11 49 9 03 10 70 14 70 7 70 12 59 14 83 14 54 11 10 30 54 12 12 9 08 10 46 14 24 7 80 13 33 13 92 15 71 10 89 25 08 12 83 9 16 10 24 13 81 7 90 14 23 13 18 17 15 10 77 21 83 13 66 9 28 10 05 13 40 8 00 15 31 12 59 18 94 10 72 19 55 14 62 9 43 9 88 13 02 8 10 16 62 12 12 21 27 10 74 17 81 15 74 9 63 9 74 12 65 8 20 18 26 11 77 24 54 10 84 16 44 17 08 9 86 9 62 12 30 8 30 20 35 11 51 29 90 11 02 15 33 18 71 10 14 9 53 11 98 8 40 23 20 11 35 46 59 11 28 14 41 20 75 10 47 9 47 11 68 8 50 27 55 11 27 33 02 11 61 13 65 23 46 10 85 9 43 11 39 8 60 36 70 11 28 26 23 12 04 13 02 27 46 11 29 9 42 11 13 8 70 38 05 11 38 22 55 12 56 12 51 35 09 11 80 9 45 10 89 8 80 28 13 11 57 20 07 13 19 12 09 43 11 12 37 9 50 10 68 8 90 23 71 11 84 18 22 13 95 11 76 30 10 13 04 9 58 10 48 9 00 20 88 12 21 16 78 14 85 11 52 25 19 13 79 9 70 10 31 78 ANNEXE A TABLE DES FONCTIONS DE BESSEL z Jo x A Jo x Jae Ka J5 x Je x F s 9 10 18 84 12 67 15 63 15 93 11 35 22 14 14 67 9 85 10 16 9 20 17 28 13 25 14 70 17 24 11 26 19 95 15 6
37. 49 28 57 40 44 53 77 3 00 11 70 9 39 6 27 10 20 17 59 27 32 38 87 51 88 3 10 10 69 10 43 6 26 9 72 16 74 26 14 37 36 50 06 3 20 9 89 11 66 6 31 9 29 15 93 25 00 35 91 48 30 3 30 9 26 13 13 6 41 8 90 15 18 23 91 34 51 46 62 59 98 3 40 8 77 14 93 6 56 8 56 14 46 22 88 33 18 44 99 58 07 3 50 8 40 17 24 6 77 8 25 13 79 21 89 31 89 43 42 56 23 3 60 8 14 20 40 7 04 7 99 13 16 20 95 30 66 41 91 54 45 3 70 7 98 25 38 7 36 7 76 12 57 20 04 29 47 40 45 52 73 3 80 7 90 37 84 7 76 7 58 12 02 19 18 28 33 39 05 51 07 3 90 7 92 31 29 8 23 7 43 11 50 18 36 27 24 37 69 49 46 4 00 8 02 23 60 8 77 7 33 11 02 17 58 26 18 36 38 47 90 4 10 8 21 19 72 9 41 7 26 10 58 16 84 25 17 35 11 46 39 4 20 8 48 17 16 10 16 7 24 10 17 16 13 24 19 33 88 44 92 4 30 8 85 15 29 11 02 7 26 9 80 15 46 23 25 32 70 43 50 4 40 9 31 13 86 12 04 7 33 9 46 14 82 22 35 31 56 42 13 4 50 9 88 12 73 13 24 7 44 9 16 14 21 21 49 30 45 40 79 4 60 10 57 11 82 14 68 7 60 8 89 13 64 20 65 29 38 39 50 4 70 11 39 11 09 16 45 7 80 8 65 13 10 19 86 28 35 38 25 4 80 12 38 10 50 18 71 8 06 8 45 12 59 19 09 27 35 37 03 77 T Jo z A J da x Ka J5 x Je x F s 4 90 13 57 10 04 21 80 8 38 8 28 12 11 18 36 26 39 35 85 5 00 15 01 9 69 26 64 8 76 8 15 11 66 17 65 25 45 34 70 5 10 16 81
38. 6 Q 7 2 Exercices pr paratoires 1 On veut discr tiser le signal s t 10sin 27 10 volts 7 7 a Quelle doit tre la fr quence d chantillonnage minimale pour respecter le th or me de Nyquist b Quelle doit tre la plage minimale des tensions admissibles Vo aw du conver tisseur analogique num rique c Pour une quantification sur 8 bits et partir de la tension Voay trouv e q P pr c demment calculer le rapport signal bruit de quantification d Quel est le d bit binaire n cessaire pour transmettre le signal s t chan tillonn la fr quence de Nyquist et ce avec des chantillons cod s sur 8 bits 2 Soit le signal s t dont le spectre est repr sent ci dessous Ce signal est chan tillonn par le train d impulsions h t repr sentant un train d impulsions non id al c est dire avec des impulsions de largeur non nulle Sachant que la fr quence d chantillonnage respecte le th or me de Nyquist d montrer l effet de la largeur des impulsions d chantillonnage sur le spectre du signal chantillonn 3 partir des expressions 7 3 et 7 5 d montrer la d marche suivre pour obtenir l expression pour une sinuso de pleine charge SNoR dB 1 8 6n 7 8 52 CHAPITRE 7 CHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION id S f Alas 0 TS i H f Lk 2 f 0 f 2f c S 2 f Al max 0 he f 2 f f o H f 34 2f f 0 f 2f
39. 8 10 04 10 04 9 30 16 05 13 96 13 95 18 86 11 23 18 28 16 88 10 26 9 94 9 40 15 05 14 82 13 33 20 92 11 28 16 94 18 31 10 53 9 86 9 50 14 25 15 85 12 85 23 70 11 40 15 85 20 06 10 85 9 81 9 60 13 60 17 11 12 47 27 89 11 59 14 94 22 30 11 21 9 78 9 70 13 08 18 66 12 19 36 33 11 86 14 19 25 36 11 63 9 78 9 80 12 68 20 65 12 00 40 26 12 21 13 56 30 15 12 11 9 81 9 90 12 38 23 30 11 90 29 29 12 64 13 04 41 71 12 66 9 87 10 00 12 18 27 24 11 88 24 67 13 17 12 61 36 80 13 28 9 96 te D o y Appareils de laboratoire B 1 Etalonnage et utilisation du wattm tre Lab Volt 9404 Faire le z ro en enfoncant d abord le bouton REGLAGE DU ZERO ou ZERO AD JUST et ensuite tourner le potentiom tre jusqu ce que l affichage indique z ro Ensuite appliquer le signal qu on d sire mesurer l entr e tout en prenant soin de bien adapter les imp dances Faire le r glage de l chelle en s assurant que la DEL CHANGEZ D CHELLE ou CHANGE SCALE est teinte L affichage est la tension efficace du signal l entr e ou bien sa puissance en dBm le tout d pendant de la position du bouton mode VOLTM TRE WATTM TRE RF R GLAGE DU Z RO 79 80 ANNEXE B APPAREILS DE LABORATOIRE B 2 Mode d emploi du g n rateur de fonctions double Lab Volt 9402 MODE D EMPLOI Q CONNECTEURS 9 BROCHES Permettent de constituer un b
40. A a RL te A 1000 A 87 6 A 10 A 1 I Sadia thay 0 4 0 2 12 l l l i i l 1 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 Tension d entr e v volts FIGURE 8 3 Courbes de compression selon la loi en A 8 1 TH ORIE 0 8 0 6 0 4 0 2 0 2 Tension de sortie F v volts o 0 4 0 6 0 8 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 Tension d entr e v volts 0 4 0 6 0 8 FIGURE 8 4 Courbes de compression selon la loi en ju 65 66 CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM 8 1 4 Le diagramme de l il Du point de vue exp rimental l observation d un signal num rique l cran d un oscilloscope donne des renseignements tr s utiles en ce qui concerne les caract ris tiques du circuit qui le g n re et permet galement une observation des perturbations apport es par le canal de transmission s il y a lieu En se r f rant la figure 8 5 on voit que la persistance de l cran d un oscilloscope permet de superposer une mul titude de transitions du signal observer et le trac r sultant forme un il lorsqu il s agit d un signal binaire p riode d un bit bruit d amplitude erreur de phase de l
41. GEL 3006 Syst mes de communications Manuel de laboratoire Solf dBm HZ amplitude V amplitude V temps s Laboratoire de radiocommunications et de traitement de signal LRTS D partement de g nie lectrique et de g nie informatique Facult des sciences et de g nie Universit Laval Septembre 2012 ii Table des mati res Analyse spectrale 11 Theorie sa eso ii sas ete deds ets eds GRAS OER RRE RSS 1 2 Exercices preparatoires a en non din a kou Re Hw oe we la Experimentation ona de ne he nn RE KR Modulation d amplitude Dl AO s o a tea RA Aa a ad io di 2 1 1 Mesure de l indice de modulation 64 46 be us ne ve M thode des amplitudes cee 0 4 due nu 4 M thode du trap ze cs ac e RROD ER RR A us 2 2 Exercices p parat i es ced hw d un RD ERR eR HER HER HES A y 242 4 a A ang a ee ee 2 3 1 Apparcillage TEQUES o secc we ee eae eR EERE BREWERS a Formes ONS Le d duit ee e de 2 3 3 Analyse spectrale de la modulation d amplitude 2 3 4 Qualit de la d modulation pour m gt 100 2 3 5 Efficacit de la modulation 2 4 Les cae ae ee a R ception d un signal MA SL THEOTIE su rr He eo ee hE EWES d ve ETHOS 3 1 1 Description d un d tecteur synchrone 312 La FRERES image oe cae seoce a A RR RR a 3 2 EXETCICES pr parat ireS ss so soe oce AAA
42. M DSB SSB en ajus tant simultan ment le niveau du signal modulant la sortie du g n rateur de fonc tions et celui de la porteuse Ajoutons que la sortie MA du g n rateur AM DSB SSB peut varier en amplitude par l ajustement de l amplificateur RF bouton RF GAIN et que pour les signaux MA et DBL la fr quence de la porteuse se r gle avec le bouton RF TUNING 2 3 2 Formes d ondes G n rer un signal MA avec une porteuse de fr quence 1 MHz modul e par une sinusoide de fr quence 50 kHz Pour les indices m 0 5 m 1 et m 2 tracez et commentez les figures obtenues Comparez les m thodes d estimation amplitude et trap ze de l indice de modulation telles que d crites dans l nonc th orique du laboratoire 2 3 3 Analyse spectrale de la modulation d amplitude Observer et tracer les spectres d une porteuse a 1 MHz modul e dans les condi tions suivantes Note Pour le signaux MA dont le modulant est carr prendre en note la puis sance des raies jusqu 350 kHz de la porteuse TABLE 2 1 Conditions d tude de la modulation d amplitude Modulation Modulant Indice de Type Fr quence modulation a MA sinusoide 50 kHz 50 b MA sinusoide 50 kHz 100 c MA sinusoide 50 kHz 200 d MA onde carr e 50 kHz 50 e MA onde carr e 50 kHz 100 f BLD PS sinusoide 50 kHz 2 3 EXP RIMENTATION 15 Pour les spectres et mesures obtenus d duire l indice de modu
43. O Puisque cette boucle est con ue pour faire en sorte que la sortie du VCO suive la fr quence d entr e la tension de commande du VCO est proportionnelle la d viation de fr quence du signal modul donc au signal modulant 38 CHAPITRE 5 R CEPTION D UN SIGNAL MF TX 2 signal MF a D TT gt signal audio VCO FIGURE 5 10 Sch ma bloc d une boucle verrouillage de phase 5 1 3 La r ception st r ophonique La r ception des signaux st r o MF commerciaux n cessite le d codage st r o phonique Tel qu illustr la figure 5 11 le d codeur r cup re les signaux G D et G D du signal d modul puis fait l extraction des canaux G et D tel que discut au laboratoire pr c dent Le signal G D est directement obtenu apr s filtrage puisqu il se retrouve l origine du spectre Pour sa part le signal G D doit tre translat en fr quence avant d tre filtr Pour cette translation on se sert d une porteuse a 38 kHz obtenue en doublant la fr quence du pilote Afin d extraire le pilote du signal direct multiplex la boucle verrouillage de phase s impose et r g n re une sinuso de correspondant celle qui a t transmise Lorsque la PLL est barr e sur le pilote re u un t moin lumineux est allum indiquant la pr sence d un signal MF st r o E D G D HON sig
44. OC et afficher les signaux spcm t et h t simultan ment Mettre l encodeur PCM en mode direct sans compression Ajuster la tension de la source continue pour avoir s t OV A quoi l affichage de lanalyseur logique correspond il Observer et tracer les signaux spcm t et h t l aide de l oscilloscope Identifier les bits respectifs de l chantillon et indiquer quelle valeur d chan tillon est cod e sous forme s rie Ajuster la source de tension pour avoir la sortie de lencodeur PCM les chantillons cod s de valeurs 81h 18h 00h AEh 34h et FFh respectivement 7 Pour chacune des valeurs obtenues noter la tension de la source DC tracer le signal PCM obtenu et identifier les bits de chaque chantillon partir des mots cod s obtenus pr c demment et de la tension DC correspon dante d duire la r solution de V chantillonnage et dire quelle est la plage des tensions admissibles du CAN Observer Toscilloscope l horloge et le signal de fin de conversion EOC Ajuster Voscilloscope pour qu il d clenche partir du signal EOC Mesurer le d lai de conversion du CAN c est dire le temps encouru entre le front montant de l horloge d chantillonnage et le front montant du signal EOC voir figure 8 9 D apr s la mesure du temps de conversion obtenue pr c demment d duire la fr quence d chantillonnage maximale qu on peut atteindre avec ce CAN donn es 7 0 XXh x
45. ans 50 Q mesurer la puissance du signal MA en dBm l aide du voltm tre Injecter cette fois un signal MA de fr quence correspondant la fr quence image l entr e du r cepteur MA laisser le r cepteur syntonis 650 kHz Varier l g rement la fr quence du g n rateur pour avoir la composante FI maximale et ajuster l amplitude du g n rateur pour que cette composante soit de 10 dBm Toujours en laissant le g n rateur MA termin dans 50 Q mesurer la puis sance du signal MA en dBm l aide du voltm tre Le rapport des puissances n cessaires l entr e pour qu la sortie du m langeur on ait l image de m me puissance que la fr quence d sir e est le rejet de la fr quence image Rejet dB 10 log10 aus Pimageld Bm Pa sir e dBm 3 2 d sir e Discuter des facteurs qui influencent le rejet de la fr quence image et sugg rer des moyens pour am liorer cette caract ristique fondamentale du r cepteur 24 CHAPITRE 3 R CEPTION D UN SIGNAL MA Modulation de fr quence La modulation de fr quence MF consiste modifier la fr quence instantan e d une porteuse en fonction d un signal modulant la r ception le signal modulant est r cup r en tenant compte de la fr quence instantan e de la porteuse et non de son amplitude comme c est le cas pour la modulation d amplitude 4 1 Th orie L expression analytique de la modulation de fr quence est la suivan
46. bruit 73 A Table des fonctions de Bessel 75 B Appareils de laboratoire 79 B 1 talonnage et utilisation du wattm tre Lab Volt 9404 79 B 2 Mode d emploi du g n rateur de fonctions double Lab Volt 9402 80 iv TABLE DES MATI RES Introduction Pour r ussir une exp rience on doit penser ce que l on voit et non voir ce que l on pense D finition des objectifs Objectif g n ral illustrer par la pratique les principales fonctions rencontr es dans tout syst me de communication quel qu en soit le type Objectif particulier d velopper des habilet s dans la manipulation des diverses fonctions retrouv es dans tout syst me de communication Plus pr cis ment il s agit d apprendre le maniement des principaux instruments de mesures utilis s dans le domaine des t l communications Parmi ceux ci on re trouve le voltm tre TRUE RMS ou le wattm tre le voltm tre DC le fr quencem tre l analyseur de spectre l analyseur logique et Toscilloscope L tudiant devra aussi apprendre caract riser les l ments essentiels des sys t mes de communications analogiques et num riques et les interconnecter entre eux pour mettre en pratique les notions th oriques vues en classe Un mot d histoire Vous trouverez sans doute curieux de retrouver dans un manuel de laboratoire un th me comme celui ci Il ne s agit pas de faire l histoire des t
47. codeur PCM et mettre le d codeur en mode sign sans compression Appliquer les entr es s t et s t aux entr es respectives X et Y de l oscilloscope et ajuster ce dernier en mode XY Mettre les entr es de Toscilloscope la masse ajuster le point r sultant au centre de Toscilloscope et remettre les entr es en mode DC La courbe de compression selon la loi A devrait tre affich e faire les ajuste ments de l oscilloscope pour visualiser au mieux cette courbe et tracer le r sultat ainsi obtenu Reprendre les tapes pr c dentes pour la compression selon la loi u2 Est ce que les courbes obtenues ressemblent ce qu on doit s attendre en th o rie 8 2 4 Effet de la quantification non uniforme sur la reconstitution des d c signaux Cette partie du laboratoire permet de visualiser l effet de la compression et de la ompression sur le signal reconstitu s t 72 CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM 1 Tout en gardant le montage de la manipulation pr c dente changer le signal s t pour une tension sinuso dale de 300 Hz 2 Mettre le mode de compression de l encodeur et du d codeur PCM A1 3 Visualiser les signaux s t et s t loscilloscope en mode normal 4 Disposer les 2 signaux pour mettre en vidence le signal source et le signal reconstitu 5 Ajuster l amplitude du signal s t pour que le signal quantifi soit la limite de V cr tage 6 Imprimer les signaux ainsi obten
48. doit tre 10 de la d viation maximale permise 5 partir des mesures faites pr c demment calculer la d viation g n r e par le pilote et dire si elle est conforme 6 Pour terminer activer tous les signaux multiplex et mesurer la largeur de bande occup e par le signal modul et dire si elle exc de l espacement de fr quence pr vu 200 kHz pour chacun des canaux de la bande MF commerciale R ception d un signal MF Ce laboratoire traite de l aspect r ception d un signal modul en fr quence Pour mieux conna tre les tapes n cessaires la r ception d un tel signal l tudiant aura comprendre et caract riser les diff rents blocs d un r cepteur MF conventionnel 5 1 Th orie Comme on le voit sur le sch ma de la figure 5 1 le r cepteur MF est constitu de plusieurs l ments qu on retrouve m me le r cepteur MA Les tages distinguant le r cepteur MF du r cepteur MA sont le limiteur le d modulateur et le d codeur st r o lorsqu il est pr sent si ox re d modulateur gt NN gt limiteur gt MF gt gt filtre RF amplificateur RF filtre FI amplificateur FI amplificateur audio NS oscillateur local 22 FIGURE 5 1 Sch ma bloc d un r cepteur MF superh t rodyne 5 1 1 Fonctionnement du limiteur Comme il sera discut ult rieurement pour viter toute alt ration du signal d
49. e Fl oscillateur local auxiliaire filtre RE FIGURE 6 3 Sch ma bloc du r cepteur MF Lab Volt 9415 6 2 2 Mesure du rapport signal bruit d un r cepteur MF 1 En premier lieu ajuster le gain du g n rateur MF a environ 50 du maximum 2 Mettre un signal modulant sinusoidal de 5 kHz l entr e Aux Input gt du g n rateur MF et d sactiver tous les autres signaux de l encodeur st r o 3 A Taide de l analyseur de spectre ajuster la d viation du signal MF pour avoir un indice de modulation de 2 4 4 Relier le g n rateur MF l entr e MF bande large du r cepteur MF et effectuer la syntonisation de ce dernier pour que l affichage Tuning tourne au vert Note Tout au long des prochaines manipulations s assurer que la LED verte Tuning soit allum e lorsque 1 on applique une porteuse MF au r cepteur si la syntonisation n est pas bonne certaines mesures seront erron es 6 2 EXP RIMENTATION 47 5 Mesurer la tension efficace qu on retrouve la sortie FI du r cepteur il s agit de la tension du signal l entr e du d tecteur 5 t 6 Mesurer la tension efficace retrouv e la sortie audio G D du d codeur st r o Cette tension est le signal audio r cup r la sortie du d tecteur S t 7 D brancher le c ble reliant le g n rateur MF au r cepteur MF 8 Brancher le g n rateur de bruit 9406 l entr e AUX
50. e du r cepteur est incomplet voici le sch ma du r cepteur MF a bande troite L emplacement des points de test sera utile pour les prochaines manipulations Entr e de TPS TPS TP4 TP3 TP2 MF bande Dm n n troite 4 TX 1 filtre RF e o rs F if qe 2 discriminateur d tecteur sortie 10 7 MHz gt limiteur gt me limiteur gt Actistal d enveloppe ig audio Entr e TK 2 filtre RF MF bande O Dm o 10 7 MHz troite 5 TX 1 filtre RF f 10 7 MHz FIGURE 5 14 Sch ma fonctionnel du d modulateur MF bande troite 5 3 2 Caract risation de l tage limiteur L tage limiteur du r cepteur MF bande troite Lab Volt est constitu de 2 li miteurs et d un filtre passe bande mis en cascade Cette superposition de limiteurs permet l am lioration de la plage dynamique de l tage limiteur Cette manipulation a pour but de v rifier le seuil d op ration du limiteur et aussi d obtenir la courbe tension de sortie vs la tension d entr e pour cet tage Pour commencer injecter une porteuse de fr quence 10 7 MHz l entr e NBFM du r cepteur MF MP Brancher une sonde d oscilloscope l entr e du premier limiteur TP8 et l autre sonde la sortie du second limiteur TP3 Pour avoir acc s aux points de test du r cepteur demander au charg de laboratoire d ouvrir le couvercle du r cepteur Mesurer la tension de
51. e pour quelle plage de valeurs Af la courbe est a peu pr s lin aire 5 3 4 Mesure de la courbe en S du d tecteur en quadrature Cette partie du laboratoire caract rise le d modulateur du r cepteur bande large en mesurant la sortie audio pour diff rentes valeurs de d viation de fr quence Cette mesure donne une appr ciation de la lin arit du d modulateur Amplitude V FIGURE 5 15 Relev de l amplitude pour la courbe en S Pour commencer relier le g n rateur de fonctions signal modulant l entr e auxiliaire du g n rateur MF direct multiplex et d sactiver tous les autres si gnaux multiplex Ajuster la d viation MF et l amplitude de sortie du g n rateur MF direct multi plex au maximum et relier cette sortie l entr e RF du r cepteur MF bande large Mettre le commutateur d affichage de la d viation du r cepteur MF MP en mode bande large et accorder le r cepteur la fr quence du g n rateur MF direct multiplex 42 CHAPITRE 5 R CEPTION D UN SIGNAL MF Ajuster la fr quence du g n rateur de fonctions 1 kHz et mettre la sortie en mode sinusoidal il s agira de varier l amplitude de ce g n rateur pour obtenir la d viation de fr quence d sir e Pour des d viations de fr quence allant de 10 kHz 120 kHz et plus pour voir en incr ments de 10 kHz mesurer l amplitude N et N du signal de la sortie BASEBAND OUTPUT du r cepteur MF a bande large N est
52. ectivement Note pour 7 bits il suffit de supprimer le bit le moins significatif soit le bit 1 du commutateur Pour 6 bits il suffit de supprimer les 2 bits les moins significatifs etc 9 Grouper les r sultats dans un tableau et tracer les courbes th oriques et exp rimentales du SNQR en fonction du nombre de bits de quantification 10 Comparer et discuter des r sultats 7 3 5 Bruit de quantification vs amplitude du signal d entr e La prochaine tape consiste en la d monstration de l effet de l amplitude du signal d entr e sur le SNQR la sortie Reprendre les tapes 4 5 et 6 de la manipulation pr c dente pour une entr e sinusoidale de 707 mVeff 354 mVeff 177 mVeff 88 mVeff et 44 mVeff tension au T num ro 1 et ce pour une quantification sur 7 6 et 5 bits respectivement Pour l entr e de 707 mVeff les mesures ont t prises la manipulation pr c dente Grouper les donn es sous forme de tableau et tracer la courbe SNgR vs tension d entr e normalis e en dB Note la tension d entr e normalis e en dB est AC oe a 7 14 Vpleine charge et Vpleine charge st 707 mVeff L amplitude du signal d entr e influence t elle le SN R Et si oui quelles sont vos recommandations 60 CHAPITRE 7 CHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION La modulation PCM La modulation par impulsions cod es Pulse Code Modulation est la transmission num rique d chantillons obtenus par le proc d d chantillonna
53. er le signal spcm t ce qu on voit l cran de Toscilloscope correspond au diagramme de l il pour une situation id ale Pour un canal de largeur de bande limit e et bruit s t O m EOC Lab Volt 9429 00 EOC PE CAN Conversion parall le s rie 600 Q h t mod in Bruit oe TTL gt fr quence 8 fonctions A FIGURE 8 12 Montage pour l observation du diagramme de l il avec bruit Pour simuler un canal limit en fr quence on utilise le filtre passe bas de l en semble de filtres pour la mesure du bruit Lab Volt 9429 Le bruit provient du g n rateur de bruit Lab Volt 9406 Ce bruit doit tre limit en fr quence entre 2 Hz et 20 kHz La d viation en fr quence de l horloge permet de simuler la gigue de phase jitter introduite par l instabilit de l horloge lencodeur R aliser le montage de la figure pr c dente et pour les valeurs du tableau suivant tracer le diagramme de l il obtenu 1 partir des trac s obtenus discuter de l effet de la largeur de bande du canal 2 sur le diagramme de l il En th orie quelle est la largeur de bande minimale requise pour transmettre le signal PCM de cette manipulation Est ce que les pr dictions th oriques correspondent ce qu on peut observer exp rmentalement Quel est l effet du bruit du canal sur le diagramme de
54. ge RF Commenter sur la largeur de bande de cet tage et indiquer quelle est la largeur de bande audio maximale du signal MA qu on peut y faire passer 3 3 6 R ponse en fr quence de l tage IF Injecter un signal de fr quence FI non modul de 50mV l entr e du filtre FI et relier le voltm tre la sortie IF OUTPUT du r cepteur Cette entr e est nomm e AUX IF INPUT sur la fa ade du r cepteur Tracer le graphique att nuation dB vs fr quence Hz en mesurant la tension de sortie pour diff rentes fr quences du signal d entr e IF Mesurer les largeurs de bande W3ag Wioag et W2oag de cet tage 1 L att nuation en dB est r f renc e la puissance maximale lue en dBm 2 Assurez vous que l amplitude de la porteuse est toujours fix e 100 mV 7 car l amplitude de la porteuse varie selon la fr quence Pour ce faire brancher simultan ment la sortie du g n rateur AM l entr e RF du r cepteur AM du voltm tre et du fr quencem tre V rifiez aussi r guli rement le z ro de r f rence du voltm tre 3 3 EXP RIMENTATION 23 3 3 7 Taux de rejet de la fr quence image 1 Brancher le g n rateur MA l entr e RF 50 2 du r cepteur MA et syntoniser les 2 appareils 650 kHz Brancher l analyseur de spectre imp dance d entr e de 50 Q a la sortie IF OUTPUT du r cepteur et ajuster l amplitude du g n rateur pour avoir la composante FI 10 dBm En laissant le g n rateur MA termin d
55. ge et de quantifica tion tel qu tudi au laboratoire pr c dent La transmission num rique des signaux procure dans la plupart des applications une meilleure immunit au bruit et par le fait m me assure une communication plus fiable De plus une fois encod s PCM les signaux peuvent tre facilement trait s num riquement pour faire du multiplexage de la compression et autres Le pr sent laboratoire aborde les notions suivantes de la modulation PCM La conversion parall le s rie et s rie parall le La compression et la d compression Le diagramme de l il 8 1 Th orie Apr s l tape d chantillonnage et quantification on obtient le signal d entr e discr tis sous forme d un bus parall le de 8 bits dans le cas des modules num riques Lab Volt En fait toutes les p riodes d chantillonnage le CAN convertis seur analogique num rique value la tension correspondant au signal d entr e s t l instant pr cis o doit se faire l chantillonnage soit sur un front montant de l horloge d chantillonnage h t pour encodeur PCM Lab Volt Apr s un d lai de conversion la valeur num rique de l chantillon se retrouve sur le port de sortie du CAN et le signal EOC End Of Conversion est activ pour indiquer que l chantillon qui se retrouve sur le bus de donn es est maintenant valide Pour encodeur PCM Lab Volt le signal EOC est actif haut 8 1 1 Conversion parall le s rie Comme
56. horloge jitter instant d chantillonnage optimal FIGURE 8 5 Diagramme de l il et son interpr tation La marge de bruit donne une indication de l amplitude du bruit tol rable et au dela de laquelle une erreur serait introduite au r cepteur lors de l chantillon nage L erreur de phase d montre la stabilit de l horloge servant g n rer le signal observ Linstant optimal auquel devrait tre chantillonn le signal au r cepteur de vrait tre au milieu de l ouverture form e par l il L chantillonnage d autres instants rend le circuit r cepteur plus sensible l erreur de phase de l horloge jitter L ouverture de l il en amplitude donne une id e de l interf rence inter symbole qui affecte le signal en temps normal cette ouverture devrait tre de 1 V pour des signaux binaires de O et 1 V respectivement La pente des transitions donne une appr ciation de la vuln rabilit du r cepteur l erreur de phase Plus le module de la pente est faible plus lentes sont les transitions et par cons quent la p riode d ambiguit est prolong e 8 1 TH ORIE amplitude V temps s FIGURE 8 6 Diagramme de l il pour un canal limit en fr quence seulement 67 68 CHAPITRE 8 LA MODULATION PCM amplitude V FIGURE 8 7 _ an TE A Diagramme de l il pour un canal limit en fr quence et en pr sence de bruit
57. ie ou des impulsions COMMANDE DU COEFFICIENT D UTILISATION Ces boutons permettent de faire varier la dur e de l impulsion de 10 90 du cycle S LECTEURS DE GAMME DE FR QUENCE interrupteurs verrouillage permettant de choisir la gamme de fr quence pouvant tre couverte l aide des boutons de r glage de fr quence O Les 4 plages disponibles sont 10 100 Hz 100 Hz 1 kHz 1 kHz 10 kHz et 10 kHz 100 kHz O ENTR E MF Prise BNC permettant d acheminer le signal modulant au modulateur de fr quence du g n rateur A R GLAGE DE LA DEVIATION Permet de faire varier de fa on lin aire le pourcentage de d viation caus e par le signal achemin l entr e O Pour un signal de 10 V c c l entr e du modulateur de fr quence le taux de modulation peut varier de 0 environ 50 de la fr quence de la porteuse 9 SORTIES SYNC TTL Le signal de synchronisation disponible cette sortie est un signal compatible TTL Le front de ce signal est synchronis avec le passage z ro dans le sens croissant des signaux sinuso dal carr triangulaire ou en dents de scie du m me g n ra teur Le milieu de chaque premi re alternance positive de ce signal de synchronisation cor respond au milieu de l impulsion du g n rateur ATTENUATEUR interrupteur verrouillage permettant de s lectionner l att nuation du signal de sortie des g n rateurs A et B de 0 20 ou 40 dB Lorsque l att nuation
58. ieurement 2 Brancher le voltm tre a la sortie du filtre passe bande connecteur en T num ro 1 et ajuster l amplitude de sortie du g n rateur de fonctions pour avoir 0 707 Veff valeur mesur e la sortie du filtre passe bande cette amplitude corres pond une pleine charge l entr e soit la tension maximale admissible pour le CAN 3 Brancher la sortie monitor output du filtre passe bas au fr quencem tre et ajus ter la fr quence de coupure du filtre 3 4 kHz La sortie monitor output donne un signal de fr quence correspondant a la fr quence de coupure du filtre 4 Placer la sortie du filtre passe bas en mode calibr et ajuster l ordre du filtre a 4 5 Calibrer et brancher le voltm tre la sortie du filtre coupe bande T no 2 R gler l chelle du voltm tre a 10 mV 6 Ajuster finement la fr quence du g n rateur de fonctions pour avoir une ten sion minimale la sortie du filtre coupe bande Cette tension correspond aux composantes du signal audio qui n ont pu tre supprim es par le filtre coupe bande Noter cette tension Ves elle sera utilis e plus tard Assurez vous que la tension au T no 1 est toujours de 707 mVeff 58 CHAPITRE 7 ECHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION Mesure du bruit de quantification pour une entr e pleine charge Cette manipulation a pour but de d montrer l effet du nombre de bits de quanti fication sur le SNQR la sortie du syst me
59. ignal MF Ajuster le g n rateur de fonctions pour avoir un signal modulant de fr quence 15 kHz Il s agira de varier l amplitude de ce g n rateur pour avoir les diff rentes valeurs B d sir es l aide des tables de fonctions de Bessel fournies la fin de ce recueil de laboratoires pour 1 2et 3 1 G n rer le signal MF correspondant 2 Imprimer le spectre du signal modul 3 Noter l amplitude cr te du signal modulant 4 D duire la constante de proportionnalit k du modulateur Toujours avec le signal modulant de fr quence 15 kHz 5 G n rer un signal MF ayant une d viation maximale de 75 kHz correspondant un indice de modulation MF de Gyr 5 6 Imprimer le spectre obtenu 7 D terminer la largeur de bande occup e par le signal modul en ne consid rant pas les raies de puissance d au moins 40 dB inf rieure a la porteuse non modul e 8 Comparer la largeur de bande mesur e avec celle obtenue par la r gle de Carson et discuter des r sultats 30 CHAPITRE 4 MODULATION DE FR QUENCE 4 3 4 G n ration d un signal MF st r ophonique Dans cette partie du laboratoire il sera question de la modulation de fr quence st r o soit la g n ration d un signal MF direct multiplex Par souci de simplicit le signal gauche sera une sinusoide de 15 kHz d amplitude 0 5 Vec et le signal de droite sera une sinusoide de 10 kHz de 0 5 Vac Comme il n y a que 2 g n rateurs dispo nible
60. l entr e du syst me s t signal reconstitu la sortie du syst me h t horloge qui d clenche l chantillonnage et la quantification Note pour all ger les sch mas l tage chantillonneur bloqueur sera partir de ce point sous entendu m me le CAN 49 50 CHAPITRE 7 CHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION Le th or me de Nyquist Le th or me de Nyquist d finit la relation qui doit exister entre la fr quence d chantillonnage f et la fr quence maximale fra du signal qu on peut chantillon ner sans qu il y ait recouvrement de spectre Ce th or me se r sume l expression fs gt 2fmax 7 1 7 1 2 Le recouvrement de spectre Dans T ventualit o le th or me de Nyquist ne serait pas respect on serait confront au ph nom ne de recouvrement de spectre aliasing Dans ce cas le spectre du signal chantillonn ne correspondrait plus une reproduction du spectre du signal tous les multiples de la fr quence d chantillonnage La figure 7 2 d montre bien ce ph nom ne la zone ombrag e en e est l endroit o il y a recouvre ment de spectre 7 1 3 Le bruit de quantificiation Pour discr tiser un signal il faut un nombre fini de bits la capacit des canaux de communications limit e en est une des principales causes Les convertisseurs analogique num rique offrent diverses pr cisions d encodage et on peut voir fr quemment des nombres cod s sur 8 16 24
61. la tension correspondant l cart de fr quence positif et N est la tension correspondant l cart de fr quence n gatif Tracer la courbe N vs la d viation de fr quence kHz Discuter de la lin arit de la courbe en S pour la r ception de signaux MF a bande large du type commercial o la d viation maximale est de 75 kHz Le bruit dans les syst mes MF Tel que discut dans la litt rature et aussi dans le cadre du pr sent cours l im munit au bruit d un r cepteur MF est un avantage ind niable Par la simple coute d un signal reproduit par un r cepteur MF dans un environnement bruit il est tr s facile de constater la robustesse au bruit d un tel r cepteur versus celle par exemple d un r cepteur MA La prochaine exp rimentation permet de quantifier cette contribution du d mo dulateur MF l am lioration du rapport signal bruit La notion d effet de seuil est aussi introduite Finalement l effet de la d viation en fr quence sur le rapport signal bruit en sortie est abord 6 1 Th orie 6 1 1 Caract risation d un d modulateur MF s 7 B B R d modulateur ne 4 Signal MF TSI limiteur gt MF tN a filtre audio Bruit FIGURE 6 1 La d modulation d un signal MF La distinction entre un r cepteur MF et un r cepteur MA est principalement au niveau de la d modulation Bien s r la contribution des tages d amplification
62. lation partir des puissances contenues dans la porteuse et dans les bandes lat rales l exception du signal BLD PS Globalement comparer les formes g n rales des spectres trac s et commenter les diff rences observ es entre les signaux modul s 2 3 4 Qualit de la d modulation pour m gt 100 Lorsque l indice de modulation est sup rieur 100 commenter la qualit de la r ception qu on peut attendre d un d tecteur d enveloppe Qu en est il de la qualit de la r ception pour un d tecteur synchrone ou coh rent 2 3 5 Efficacit de la modulation G n rer un signal MA ayant une porteuse de fr quence 1 MHz et un signal mo dulant sinusoidal de 50 kHz Tout en gardant l amplitude de la porteuse constante varier l amplitude du signal modulant afin d obtenir les indices ma 0 et ma 1 Dans chacun de cas mesurer la tension efficace du signal modul et interpr ter les r sultats en discutant de l efficacit de la modulation Quelle est l efficacit ma 1 obtenue en fonction de vos mesures 16 CHAPITRE 2 MODULATION D AMPLITUDE R ception d un signal MA Comme dans tout syst me de t l communications diverses op rations s imposent pour r cup rer l information transmise et c est ce qui constitue la r ception Parmi ces tapes on retrouve le filtrage lamplification la conversion en fr quence et la d modulation Le pr sent laboratoire a pour but l analyse et l exp rimentation des principaux
63. lt fait l injection par le haut for gt fe IA 3 3 3 Fr quence d op ration du r cepteur V rifier exp rimentalement la plage de fr quence des signaux MA appliqu s a l entr e qu il est possible de recevoir avec ce r cepteur D crire la m thode utilis e 3 3 4 Fonctionnement du m langeur 1 Brancher l analyseur de spectre a la sortie MIXER OUTPUT du r cepteur MA s lectionner une imp dance d entr e de l analyseur de spectre de 50 Q et mettre son chelle verticale en dB l aide du fr quencem tre ajuster l oscillateur local du r cepteur MA la fr quence 1455 kHz 2 partir de la fr quence interm diaire trouv e pr c demment d duire la fr quence fe qu il faut injecter pour que le signal translat se retrouve la fr quence interm diaire 3 Calculer la fr quence des produits de 1 et de 2 ordre qu on devrait retrouver la sortie du m langeur 4 Injecter l aide du g n rateur MA une porteuse non modul e correspondant la fr quence f trouv e ci haut 5 Ajuster l amplitude du g n rateur pour que la composante situ e a la fr quence interm diaire soit de puissance O dBm Pour obtenir cette puissance de O dBm 22 CHAPITRE 3 R CEPTION D UN SIGNAL MA pour la composante la fr quence IF d abord faire varier l g rement la fr quence de Toscillateur local for pour obtenir l amplitude maximale la fr quence IF ceci dans le but de s assurer que la fr
64. mples sont mis notre disposition le premier est th orique l analyse de Fourier et le second est Panalyseur de spectre Qu est ce qu un analyseur de spectre Alors qu un oscilloscope permet d observer un signal dans le domaine du temps un analyseur de spectre permet l observation de ce m me signal dans le domaine des fr quences Lanalyse compl te du spectre d un signal n cessite l observation de la phase autant que l amplitude En accord avec ce que l appareil disponible au laboratoire peut nous fournir on ne fera ici que l analyse spectrale en amplitude Ce type d appareil est d ailleurs limit l observation des signaux p riodiques et de longue dur e Qu est ce que l analyse de Fourier C est un outil math matique qui assure la correspondance entre le signal tel qu ex prim dans le domaine du temps et son spectre dans le domaine des fr quences 2 CHAPITRE 1 ANALYSE SPECTRALE Qu est ce qu un m langeur C est un dispositif non lin aire permettant d effectuer la transposition en fr quence d un signal Si on applique une entr e un signal V f et l autre une sinusoide de fr quence f on obtient la sortie du m langeur 3V f fe et V f fe et une multitude d autres produits qu on ne consid rera pas pour cette explication La pro chaine figure d montre bien le fonctionnement du m langeur si on ne consid re que les termes d sir s la sortie les autres sont limin s au bes
65. n milliers d exem plaires par Lab Volt et vendus dans plus de 30 pays du monde Un bon nombre de nos dipl m s oeuvrent au sein de l entreprise et ce tous les niveaux Ces laboratoires ont t pr par s dans le cadre du cours Syst mes de communi cations GEL 3006 au d partement de g nie lectrique et de g nie informatique de l Universit Laval Ils sont inspir s des pr c dents laboratoires du professeur B a trice Philibert On se doit aussi de souligner l apport des professeurs G Y Delisle P Fortier et D Grenier l am lioration de ces laboratoires La mise en page a t effec tu e par MM Jean S bastien N ron et Simon Mathieu M Viet Ha Pham a contribu aux mises jour des versions de 2006 et de 2009 L expertise technique de MM Ga tan Bernier et de Fran ois B rub a contribu l am lioration des exp riences de laboratoire et la mise au point des quipements n cessaires celles ci Recommandations particuli res L quipe de correction compte sur la r ception d un rapport de facture profes sionnelle dont les auteurs sont clairement identifi s Le poste de travail sera aussi identifi de m me que la liste des composants et instruments de mesures utilis s des fins exp rimentales Le lecteur doit tre en mesure de reproduire vos r sultats Il importe de pr senter d abord les objectifs de la s ance de travail et les diverses tapes que l on entend utiliser pour
66. n signal haute fr quence la porteuse en fonction de l information qu on d sire transmettre le signal modulant Les param tres de la porteuse qui peuvent tre modifi s dans le cas analogique sont l amplitude la fr quence et la phase Pour chaque variation de ces param tres on obtient respectivement la modulation d am plitude MA la modulation de fr quences MF et la modulation de phase MP Dans le cadre de ce laboratoire il sera question de la modulation d amplitude 2 1 Th orie Une porteuse quelconque peut s exprimer comme suit e t Acos0 t 2 1 o est l amplitude de la porteuse et 6 t est la phase instantan e de ce signal Les expressions analytiques des signaux modul s selon les trois m thodes nu m r es plus haut sont Modulation d amplitude e t Ec m t cos 27 fet 2 2 Modulation de fr quence e t Acos arr 27kf f m t dt 2 3 Modulation de phase e t Acos 27 fet kpm t 2 4 10 CHAPITRE 2 MODULATION D AMPLITUDE Comme on le voit pour la modulation d amplitude la phase instantan e 0 t varie lin airement en fonction du temps et de la vitesse angulaire 27 fe rad s Le signal modulant m t affecte l amplitude de la porteuse seulement Pour les deux autres m thodes de modulation l amplitude de la porteuse demeure constante tandis que la phase 0 t est modifi e par le signal modulant m t En MA on utilise la description ci dessous pour qualifie
67. nal audio Varier l amplitude du g n rateur de bruit pour trouver le seuil partir duquel le signal audio la sortie du r cepteur devient inintelligible Mesurer le rapport B l entr e du d tecteur pour obtenir ce seuil et discuter des r sultats 6 2 4 L effet de l indice de modulation sur le bruit Mesurer la tension de sortie du g n rateur de fonctions le signal modulant et diminuer l amplitude de celui ci d un facteur 2 pour obtenir un indice de modulation B de 1 2 Reprendre les manipulations pr c dentes pour cette nouvelle valeur de l indice de modulation et commenter la variation du rapport S B obtenu en fonction de la d viation en fr quence du signal MF 48 CHAPITRE 6 LE BRUIT DANS LES SYST MES MF Echantillonnage et quantification Ce laboratoire a pour objectif l tude et l exp rimentation des concepts fondamen taux des communications num riques Les manipulations d crites dans ce protocole ont pour but de d montrer le th or me de Nyquist la notion de recouvrement spectral l effet de la largeur des impulsions d chantillonnage la pr sence du bruit de quantification 7 1 Th orie FX x FX ae Y chantillonneur i s t oO bloquear CAN donn es CNA TR o s t j A FIGURE 7 1 Echantillonnage et reconstitution d un signal 7 1 1 Conventions utilis es s t signal
68. nal multiplex PO Ge O 2G 15 kHz Wa Q Z GD sortie Ta audio 23 53 kHz 15 kHz gt Z freq x 2 S KHZ 1 O 2D es 19 kHz J indicateur N st r o FIGURE 5 11 D codeur st r o multiplex direct 5 2 EXERCICES PR PARATOIRES 39 5 2 Exercices pr paratoires 1 Le signal d entr e du discriminateur est le suivant Sur t 10 cos 2710 7 x 10 0 1 sin 2710 x 10 5 18 Quelle est la sortie du discriminateur sachant que celui ci est con u pour fe Tension de sortie V A f PON pente du discriminateur FIGURE 5 12 Graphe pour l exercice no 1 10 7 MHz et qu il a une pente de 10 V kHz voir figure 5 12 2 En vous inspirant de la d marche faite dans la pr paration th orique d duire analytiquement quelle est la tension de sortie V du circuit montr la figure 5 13 signal MF o sortie i t se s f 75 kHz FIGURE 5 13 Sch ma pour l exercice no 2 40 CHAPITRE 5 R CEPTION D UN SIGNAL MF 5 3 Exp rimentation 5 3 1 Appareillage requis Ce laboratoire utilise le r cepteur MF MP Lab Volt 9415 le g n rateur MF mul tiplex Lab Volt 9413 et le g n rateur RF Lab Volt 9406 pour une plus grande pr ci sion on peut utiliser l un des g n rateurs HP 8647A Les mesures seront prises l aide des instruments habituels soit l analyseur de spectre le voltm tre et l oscillo scope Comme le sch ma sur la fa ad
69. nveloppe Il est noter que plusieurs discriminateurs utilisent un filtre cristal comme circuit r sonnant pour obtenir une r ponse en fr quence avec une pente tension vs fr quence encore plus prononc e et aussi pour avoir une meilleure stabilit en fr quence c est d ailleurs le cas pour le r cepteur MF bande troite Lab Volt S signal MF O NAVV O audio circuit pales r sonant AS NA R FIGURE 5 6 Sch ma d un discriminateur On voit bien sur la figure 5 7 que la relation tension aux bornes du circuit r son nant en fonction de la fr quence est pratiquement lin aire entre fmin et fmar C est cette caract ristique qui permet l obtention d une porteuse MF modul e en amplitude pour finalement g n rer une tension a la sortie du d tecteur d enveloppe proportion nelle au signal modulant Ce dispositif fonctionne bien pour des signaux MF a bande 5 1 TH ORIE 35 min max 0 FIGURE 5 7 Tension aux bornes du circuit r sonnant en fonction de la fr quence troite seulement puisque la quasi lin arit de la courbe tension vs fr quence est observable pour des petites d viations de fr quence seulement Tout signal MF ayant une grande d viation de fr quence produirait une sortie avec beaucoup de distorsion D tecteur en quadrature signal MF o i L Vi pi Circuit a Je a r sonnant p c L
70. oge sur le spectre du signal chantillonn 4 Imprimer le spectre de s t Note Ici les deux raies spectrales 15 kHz et 18 kHz devraient avoir la m me hauteur sur le spectre de s t Commentez vos observations 5 Observer et tracer le spectre du signal chantillonn et reconstitu s t pour une tendue de fr quences de 100 kHz Comparer le spectre final s t avec le spectre initial s t et discuter des r sultats Sont ils conformes aux pr visions th oriques 7 3 3 Effet du repliement spectral encodeurPCM o d codeur PCM s t donn es CNA 70 s t 600 Q h t o SP A D FIGURE 7 5 Branchement pour v rifier le ph nom ne de recouvrement spectral Cette manipulation permet de valider exp rimentalement le th or me de Nyquist et de constater l effet du recouvrement de spectre dans les domaines temporel et fr quentiel Faire le montage de la figure 7 5 et r gler la fr quence de l horloge 40 kHz 56 CHAPITRE 7 CHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION Pour des signaux sinusoidaux s t de 10 kHz 15 kHz et 25 kHz de 300 mVeff 1 Calculer la fr quence de Nyquist n cessaire pour l chantillonnage du signal s t 2 Tracer le spectre du signal s t 3 Identifier les raies spectrales du message original et de ses diff rentes r pliques 4 Comparer la fr quence des raies trouv es en 3 avec la fr quence th orique qu elles devraient avoir 5 Commenter la qualit
71. oin par filtrage F f filtre passe bande m langeur f t gt gt a t de DO oscillateur local FIGURE 1 1 Utilisation d un m langeur et spectres associ s 1 1 Th orie Le th or me de Parseval La puissance d un signal peut se calculer dans le domaine temporel ou dans le domaine des fr quences Pour des fins th oriques les calculs de puissance sont normalis s la puissance moyenne calcul e est pour une r sistance de 1 Q Pour un signal p riodique on calcule la puissance moyenne normalis e dans le domaine temporel comme suit 1 frre P 3f a TOFOA 1 1 1 fre d 1 2 FS MOP 1 1 2 Avec les s ries de Fourier on montre que tout signal p riodique peut tre d com 1 2 EXERCICES PR PARATOIRES 3 pos en une infinit d exponentielles complexes ys y ee 1 3 n 00 Selon le th or me de Parseval la puissance d un signal p riodique peut aussi se calculer partir de la s rie de Fourier comme suit 1 ste P WP 1 4 _T 2 SAP 1 5 Pour chaque exponentielle de la s rie il existe une raie spectrale d amplitude Fn ou de puissance correspondante F ce qui implique qu on peut ais ment d duire la puissance d un signal en faisant la sommation des puissances de toutes les raies spectrales de son spectre 1 2 Exercices pr paratoires Note Afin d all ger la t che on consid rera seulement la fondamentale et les
72. on MF soria ra AA us 32 D tecteur en q adrat re ae dou nn eras aa 35 La boucle verrouillage de phase 37 5 1 3 La r ception ster ophonique 6 5 bea ee ee e 37 5 2 Exercices pr paratoires sas md me ka bad has b 38 53 Exp rimentation gt e s s ness REDD RRR eR SY am bus 40 5 3 1 Appareillage requis oo rs ew ccoa AR RR 40 5 3 2 Caract risation de l tage limiteur ooa ee Gus Us 40 5 3 3 Mesure de la courbe en S du discriminateur 40 5 3 4 Mesure de la courbe en S du d tecteur en quadrature 41 Le bruit dans les syst mes MF 43 6l TICS s ocre s A A BA e a a e A 43 6 1 1 Caract risation d un d modulateur MF 43 6 1 2 L effet de seuil d un d modulateur MF og 4 4 4 4 40 6 aa ua 44 6 2 EXp ridmentalion 4 5 sae bee ae eS we RES RG HEE Hu EEE SS 46 6 2 1 Appareillage requis sn ca A et REG 8 46 6 2 2 Mesure du rapport signal bruit d un r cepteur MF 46 6 2 3 L effet de seuil d un d modulateur MF 47 6 2 4 L effet de l indice de modulation sur le bruit 4 4 4 44 47 chantillonnage et quantification 49 A LS si date LE EEE SARE ERA CRS GROSSES AG BS 49 7 1 1 Conventions utilis es sos eR RAR 49 Le th or me de Nyquist aoaaa e ee ew 50 7 1 2 Le recouvrement d SPECIES ocs due 0 ea Pees wee 50 7 1 3 Le bruit de quantificiation o ke ok AR RAR A A 50
73. ppliquant le th or me de Parseval d montrer la correspondance entre le calcul de la puissance moyenne d un signal partir de son spectre et la mesure dans le domaine temporel pour l onde triangulaire de l tape pr c dente Pour ce faire utiliser le voltm tre TRUE RMS assurez vous de bien ajuster la tension RMS de r f rence z ro Vous pouvez galement utiliser l oscilloscope 5 Analyse spectrale d un train d impulsions a Observer et tracer le spectre d un train d impulsions d amplitude 0 2 Vec et de fr quence 90 kHz La largeur des impulsions est T T tant la 1 3 EXP RIMENTATION 7 p riode du train Comparer le spectre observ avec le spectre th orique et discuter de la position des z ros de l enveloppe b Produire ensuite un train d impulsions dont toutes les harmoniques paires sont nulles en jouant sur la valeur du rapport Calculer le cycle d op ration duty cycle et justifier les r sultats CHAPITRE 1 ANALYSE SPECTRALE Modulation d amplitude Pour transmettre un signal l aide d ondes radio il est n cessaire de translater son contenu fr quentiel l aide d une porteuse haute fr quence un proc d appel modulation Cette op ration diminue les dimensions physiques de l antenne et per met la transmission simultan e de plusieurs signaux sur un m me canal sans qu il y ait d interf rence entre eux Pour obtenir la modulation il faut modifier les para m tres d u
74. r de la figure 3 1 calculer la fr quence de Toscillateur local pour de l injection par le haut for gt fe et les sp cifications des filtres RF et FI si on consid re que le signal recevoir est un signal audio compris entre 50 et 5000 Hz modul en amplitude par une porteuse de 1 MHz et que la fr quence interm diaire est de 455 kHz 3 3 EXP RIMENTATION 21 3 3 Exp rimentation 3 3 1 Appareillage requis Pour commencer il faut l quipement utilis au laboratoire pr c dent afin de g n rer le signal MA Le r cepteur utilis dans le cadre de ce laboratoire est le r cepteur AM DSB Lab Volt 9411 Il sera n cessaire de prendre des mesures avec le fr quen cem tre et le voltm tre TRUE RMS 3 3 2 Fonctionnement du r cepteur G n rer un signal MA d indice ma quelconque avec une porteuse de fr quence 1 MHz et un signal modulant de fr quence 2 kHz Relier la sortie MA du g n rateur l entr e 50 Q du r cepteur MA et la sortie audio du r cepteur Tamplificateur au dio Syntoniser le r cepteur bouton RF TUNING pour entendre le signal d modul le son devrait tre clair et exempt de distorsion Cette tape permet de v rifier les branchements et l quipement de laboratoire En branchant le fr quencem tre la sortie de l oscillateur local OSC OUTPUT mesurer la fr quence de l oscillateur local et calculer la fr quence interm diaire en se r f rant l expression 3 1 Le r cepteur Lab Vo
75. r le signal e t Ec cos 27 fet est la porteuse de fr quence f et d amplitude Fe m t est le signal modulant c est l information qu on d sire transmettre voix musique donn es etc e t E m t cos 27 fet est le signal modul en amplitude Sant porteuse TA 0 f f FIGURE 2 1 Spectre d un signal modul en amplitude Du point de vue spectral on retrouve la porteuse et les bandes lat rales inf rieure et sup rieure BLI et BLS 2 1 1 Mesure de l indice de modulation Comme on peut le constater en observant le spectre d un signal modul en ampli tude seulement une partie de la puissance totale est consacr e l information utile bandes lat rales Le reste de la puissance est utilis pour transmettre la porteuse Puisque la porteuse ne contient aucune information sa transmission constitue une d pense d nergie suppl mentaire n am liorant pas pour autant la qualit du signal re u L indice de modulation sert mesurer la r partition de la puissance d un signal modul en consid rant la tension de la porteuse et celle du signal modulant Pour un signal modulant sinuso dal m t Em cos 2r fmt 2 5 l indice de modulation se calcule comme suit Em E Ma 2 6 Il existe plusieurs m thodes exp rimentales pour mesurer l indice de modulation d un signal MA Dans le cadre de ce laboratoire nous nous servirons principalement de deux de celles ci la m thode de
76. rgeur de bande occup e par le signal MF d valuer l aide des tables de Bessel la largeur de bande occup e par le signal MF e Dessiner le spectre de tension du signal MF 2 Dessiner le sch ma bloc d un metteur MF a bande large superh t rodyne en prenant soin d identifier les types de filtres n cessaires 4 3 EXPERIMENTATION 29 4 3 Exp rimentation 4 3 1 Appareillage requis Pour produire des signaux MF il faut utiliser le module Direct FM Multiplex Ge nerator Lab Volt 9413 le g n rateur de fonctions et les instruments usuels de ce cours Le g n rateur MF multiplex est principalement utilis pour l encodage st r o phonique de la radio MF commerciale Pour la premi re partie de ce laboratoire nous n utiliserons que l tage modulateur MF et pour ce faire nous injecterons le signal modulant a lentr e AUX INPUT du g n rateur MF 4 3 2 Ajustement initial D sactiver les 4 signaux formant le signal composite G D G D PILOT EMCS et relier le g n rateur de fonctions signal modulant l entr e AUX INPUT du g n rateur MF Brancher la sortie du g n rateur MF l entr e de Tanalyseur de spectre imp dance d entr e 500 La porteuse du signal MF se situe autour de 98 MHz et en cons quence pour visualiser le signal MF il faut mettre l analyseur de spectre environ 98 MHz Placer le bouton d viation du g n rateur multiplex FM en position 75 KHz 4 3 3 G n ration d un s
77. s le signal audio EMCS sera le m me que le signal de droite Pour commencer 1 Mettre les commutateur MULTIPLEX SIGNALS en position ON Ajuster le niveau des signaux multiplex en position calibr e D sactiver le circuit de PREEMPHASIS Injecter les signaux gauche droite et EMCS l entr e de l encodeur a fF O N Relier l analyseur de spectre imp dance d entr e de 50 Q et chelle lin aire la sortie bande de base du g n rateur sortie identifi e MUX OUTPUT Observer et imprimer le spectre en bande de base du signal direct multiplex et identifier sur le graphique les diff rents signaux obtenus et leurs fr quences respec tives 4 3 5 Sp cifications d un signal MF commercial Cette partie du laboratoire permet de v rifier si le g n rateur MF multiplex ren contre les normes que doit respecter un signal MF commercial Dans un premier temps 1 D sactiver tous les signaux multiplex 2 Brancher l analyseur de spectre imp dance d entr e 50 Q et chelle logarith mique la sortie RF du g n rateur MF multiplex et faire les ajustements pour rep rer la porteuse non modul e autour de 98 MHz 3 Ajuster le gain RF du g n rateur pour avoir une porteuse de O dBm 4 Activer le pilote et mesurer l indice de modulation obtenu La d viation maximale permise pour un signal MF commercial est de 75 kHz Pour tre conforme la sp cification la d viation produite par le pilote seulement
78. s amplitudes et la m thode du trap ze Il est a no ter que ces deux m thodes sont de type temporel et voici comment elles s appliquent 2 1 TH ORIE 11 M thode des amplitudes Cette m thode consiste afficher sur un oscilloscope le signal modul et de calcu ler l indice de modulation ma l aide des amplitudes maximales et minimales tel que d montr sur la figure 2 2 Assurez vous d observer au moins une p riode compl te du signal modulant Amplitude V Amax Amin FIGURE 2 2 Mesure de l indice de modulation par la m thode des amplitudes L indice de modulation se calcule comme suit m Amaz Amin a E 2 7 m Ee An Amin l M thode du trap ze On peut aussi mesurer l indice de modulation ma en affichant sur l cran d un oscilloscope en mode XY le signal suivant o l entr e X i e CH 1 d viation hori zontale est le signal modulant tel qu appliqu l entr e du modulateur MA et l entr e Y CH 2 d viation verticale est le signal MA On d termine l indice de modulation a partir de l expression suivante Ma 2 8 12 CHAPITRE 2 MODULATION D AMPLITUDE X FIGURE 2 3 Mesure de l indice de modulation par la m thode du trap ze 2 2 Exercices pr paratoires 1 Soit un signal m t Em cos 27 fmt modulant la porteuse E cos 27 fet pour don ner le signal modul avec porteuse e t E m t cos 27 fet En vous r f rant la m thode de
79. s amplitudes pour la mesure de l indice de modulation telle que d crite pr c demment a v rifier que l amplitude du signal modulant est donn e par l expression sui vante Em OD Aaa T A et que celle de la porteuse est donn e par Ee Obl Aisa Arial b D montrer que l indice de modulation ma v rifie l quation Em Amaz Amin Ma Ee Amaz T Amin c Donner l expression de la transform e de Fourier du signal modul e t d Tracer le spectre de e t e Tracer le spectre de la densit de puissance de e t et calculer sa puissance totale f D terminer le pourcentage maximal de la puissance totale contenue dans les bandes lat rales sachant que ma lt 1 2 2 EXERCICES PR PARATOIRES 13 2 Donner l expression th orique de l indice de modulation pour un signal MA en fonction des puissances des bandes lat rales Pgrr Pgs et de la porteuse P obtenues par l observation du spectre du signal 3 Soit le sch ma montr en figure 2 4 o fe gt fm V l ment V EN ip gt n o filtre sortie non lin aire E cos 21tf t 0 E cos 2xf t FIGURE 2 4 Sch ma de r alisation d une modulation d amplitude a Sachant que le comportement de l l ment non lin aire est d crit par l qua tion Vo a Vi aV nV 2 9 d montrer que ce circuit permet de r aliser une modulation d amplitude pour ce faire ne consid rer que les deux
80. sortie du filtre coupe bande car on sait qu il est pratiquement impossible de supprimer en totalit le signal au dio pr sent la sortie On peut toutefois mesurer cette puissance r siduelle en ap pliquant le signal audio directement au filtre coupe bande soit en contournant le circuit d chantillonnage et en mesurant la puissance du signal la sortie du filtre coupe bande voir la figure 7 6 Ng F Peoupe bande a Pres 7 1 1 1 Si le spectre obtenu 15 kHz est trop instable modifier tr s l g rement la fr quence de s t 7 3 EXP RIMENTATION 57 Psignal Paudio Peoupe bande 7 12 Finalement le rapport signal bruit de quantification se calcule partir de l ex pression suivante SNoR Psignal Paudio En Peoupe bande 7 13 Ng Peoupe bande Pres Mesure du signal r siduel la sortie du filtre coupe bande Cette manipulation a pour but de d terminer la quantit de signal qui n a pas t limin e par le filtre coupe bande soit la puissance r siduelle Pes filtres de mesure filtre passe bas filtres de mesure ae ee ee ITR FRA A 300m X A S gt ee A 1V 300Hz f 34kHz f 300kH WZ FIGURE 7 6 Montage pour la mesure du signal r siduel a la sortie du filtre coupe bande 1 R aliser le montage de la figure et ajuster les param tres tel qu indiqu sur le sch ma le filtre passe bas sera ajust ult r
81. tal Communications Volume 2 Digital Modula tion 1987 1 dition Lab Volt Lt e Qu bec Digital Communications Volume 3 Modems and Data Transmission 1987 1 dition Lab Volt Lt e Qu bec T l communications analogiques Volume 1 Instru ments et techniques de mesure 1987 4 dition Lab Volt Lt e Qu bec T l communications analogiques Volume 3 MF MP 1987 2 dition B P Lathi and Z Ding Modern Digital and Analog Communication Systems Oxford University Press 2009 4 dition M Schwartz W R Bennett and S Stein Communication Systems and Techniques IEEE Press 1996 3 dition F G Stremler Introduction to Communication Systems Addison Wesley 1990 3 dition 83 84 BIBLIOGRAPHIE Tex Textronix Beaverton USA TDS1000 and TDS2000 Series Digital Storage Oscilloscope 071 1064 00 Tom01 W Tomasi Electronic Communications Systems Prentice Hall 2001 4 dition You99 P H Young Electronic Communication Techniques Prentice Hall 1999 4 dition ZTO9 R E Ziemer and W Tranter Principles of Communications Systems Mo dulation and Noise John Wiley and Sons 2009 4 dition
82. te e t A cos orta 2Tky f mias 4 1 o f est la fr quence de la porteuse Hz ky est la constante de proportionnalit du modulateur Hz V et m t est le signal modulant Comme pour la modulation d amplitude l indice de modulation indique de com bien le signal modulant affectera la porteuse et pour la MF l indice de modulation 5 se calcule comme suit Afe B mr 7 4 2 o Afe est la d viation cr te de la porteuse fm est la fr quence du signal modulant et 6 est l indice de modulation MF certaines r f rences utilisent la notation my 4 1 1 Occupation spectrale Contrairement la modulation d amplitude l occupation spectrale d un signal MF d pend de la valeur de l indice de modulation En pratique on d note deux types de modulation de fr quence tout d pendant de l ordre de grandeur de En fait si B lt 0 25 il s agit dune modulation de fr quence bande troite et si 6 gt 0 25 il s agit d une modulation de fr quence bande large Dans les deux cas la largeur de bande approximative se calcule selon la r gle de Carson qui est la suivante LB 2 fm A fe 2fm 1 6 4 3 25 26 CHAPITRE 4 MODULATION DE FR QUENCE Les tables de fonctions de Bessel Parce qu il est tr s difficile d valuer analytiquement le contenu spectral d un si gnal MF l utilisation des tables de fonctions de Bessel vient faciliter la t che Tout signal MF peut se d crire sous la forme e t
83. tf 0 forte fortf f sortie du filtre FI fortf 0 forf f image 1 i 0 image f image oscillateur local dl ij f 0 f f OL OL filtre FI image translat e ee gee de son 7 image LOL 9 fimage foL fimage foL E sortie du filtre FI 0 f fimage foL fimage FOL FIGURE 3 2 Conversion en fr quence d un signal et de sa fr quence image 20 CHAPITRE 3 R CEPTION D UN SIGNAL MA 3 2 Exercices pr paratoires 1 Consid rons le r cepteur simplifi suivant On s int resse la sortie du filtre de fr quence interm diaire FJ 455 kHz D terminer les fr quences porteuses des signaux re us l antenne que nous pourrons d moduler avec ce r cepteur simplifi on ne consid rant que les produits de 1 et 2 ordre la sortie du m langeur La figure 2 4 la section 2 2 montre le sch ma d un m langeur r alis avec un additionneur suivi d un l ment non lin aire L quation 2 9 14 donne l expression g n rale d un signal la sorite d un l ment non lin aire d modulateur gt ee amplificateur RF FI 455 kHz amplificateur FI fo 1MHz FIGURE 3 3 R cepteur utilis pour l exercice no 1 2 On veut transmettre un signal audio compris entre 20 Hz et 20 kHz Dessiner le spectre du signal MA avec porteuse de fr quence 1 MHz en y indiquant claire ment les fr quences significatives Quelle est la largeur de bande de ce signal 3 Pour le r cepteu
84. us 7 Refaire les tapes pr c dentes pour la compression selon 2 8 Discuter de Teffet de la compression sur le signal reconstitu et de ses avan tages 8 2 5 valuation de la performance d un canal de transmission Comme il a t discut pr c demment le diagramme de l il s av re un outil pratiquement indispensable pour valuer la qualit d un signal du type PCM Cette manipulation commence par la visualisation d un diagramme de l il pour un canal de transmission parfait et par la suite am ne la constatation de l tat du signal PCM au fur et mesure que le canal se d grade Pour un canal parfait Pour commencer r aliser le montage de la figure suivante m EOC EOC s t O gt CAN Conversion 0 parall le s rie 8 mod in h t g n rateur de TTL fr quence 8 fonctions A FIGURE 8 11 Montage pour l observation du diagramme de l il 8 2 EXP RIMENTATION 73 G n rer le signal s t l aide du g n rateur de fonctions B et ajuster la sortie pour qu elle soit en mode sinusoidal de fr quence 300 Hz et d amplitude 2 Vec Le g n rateur de fonctions A produit une sinusoide de 56 kHz et ce dernier sera modul en fr quence par le signal s t Utiliser la sortie TTL du g n rateur de fonctions A pour d clencher l oscilloscope et ajuster la d viation du modulateur de fr quence au minimum Observer et trac
85. us d alimentation distri buant le courant R GLAGES DE FR QUENCE A et B Permettent de faire varier de fa on continue la fr quence du signal de sortie du g n rateur A et du g n rateur B O FR QUENCE DE SORTIE Affichage 4 chiffres donnant une lecture de la fr quence du signal de sortie du g n rateur A ou B L affichage est muni d un syst me de suppression des z ros pr d cesseurs ll clignote en cas de d passement de la capacit du compteur Cependant la partie du compte indiqu e est valable L indicateur lumineux indique si l affi chage est exprim en hertz ou en kilohertz 4 BOUTONS POUSSOIRS A et B interrupteurs permettant d obtenir l affichage de la fr quence du signal de sortie du g n rateur A lorsque le bouton A est enfonc ou celui du g n rateur B lorsque le bouton B est enfonc Figure 1 Fa ade du module B 2 MODE D EMPLOI DU G N RATEUR DE FONCTIONS DOUBLE LAB VOLT 940281 REGLAGES DU NIVEAU DE SORTIE A et B Permettent de faire varier de fa on conti nue le niveau du signal de sortie de chaque g n rateur Le signal varie de 1 V 10 V c c lorsque le s lecteur d att nuation 2 est z ro de 100 mV 1 V lorsqu il est a 20 dB et de 10 mV 100 mV lorsqu il est 40 dB SELECTEURS DE FONCTION interrupteurs verrouillage permettant d acheminer aux sorties A et B un signal sinuso dal carr triangulaire en dents de sc
86. y parvenir Cette op ration vous am nera pr senter la justification des mesures que vous vous appr tez r aliser Vous aurez inscrit clairement sur toutes les courbes trac es ou obtenues les chelles horizontales et verticales L absence de cette information enl ve toute signification vos imprim s Les dimensions les plus fr quentes seront natu rellement la fr quence la puissance le temps et l amplitude Lorsque des mesures de puissance seront en jeu il faudra inscrire la valeur de limp dance dans laquelle la mesure a t effectu e TABLE DES MATI RES vii Lorsqu il y aura cart entre les valeurs attendues et celles mesur es il faudra le noter et chercher fournir une explication sens e Il faudra videmment conclure une br ve synth se et la mise en vidence des ph nom nes importants que vous avez pu observer viii TABLE DES MATIERES Analyse spectrale Avant de discuter des syst mes de communications il est primordial de r viser les notions de s ries et transform es de Fourier en voici les principales d finitions Qu est ce que l analyse spectrale Lanalyse spectrale est l tude pour un signal donn de la r partition de sa puis sance ou de son nergie en fonction de la fr quence Comment peut on r aliser une analyse spectrale Pour mettre en vidence la r partition de la puissance ou de l nergie d un signal soit le spectre de puissance deux moyens si

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

XV-DV333 XV-DV340 S-DV333 S-DV340ST S  Lead acid  User`s manual NDR  Dell 120L Laptop User Manual  i-STAT Rカートリッジ CG4+  かんたん設置ガイド  HP D2D2502i User's Manual  Samsung MX-F730DB دليل المستخدم  ATD Tools ATD-7816 User's Manual  Salsbury Industries 2260GP Installation Guide  

Copyright © All rights reserved. Failed to retrieve file