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TP Modulation – Démodulation BPSK l- INTRODUCTION : La modulation BPSK est une modulation de phase (Phase Shift Keying = saut discret de phase) par signal numérique binaire (Binary). La phase d’une porteuse analogique sinusoïdale de fréquence issu d’un Oscillateur Local (OL) peut prendre deux valeurs : soit O quand le bit à transmettre est ‘1’ (où ‘0’) soit radians=1800 quand le bit à transmettre est ‘û’ (où ‘V) Le signal modulé en BPSK est donc de la forme : Où m(t) est l’inform ‘1’. L’allure du signal qui vaut soit ‘O’ soit or 11 BPSK est . Sni* to nextÇEge Principe du modulat

En analysant le signal BPSK, on s’aperçoit que : Un modulateur BPSK simple consiste donc à multiplier par la porteuse par +1 si le bit à transmettre vaut ‘1’ et par si ce dernier vaut Le synoptique suivant présente le modulateur BPSK utilisé dans ce TP : un multiplieur (AD633 dont un extrait du datasheet est présenté en annexe) multiplie le signal binaire ? transmettre (+V / -V) avec une porteuse (appelée Oscillateur Local Le signal BPSK résultant vaut donc du AD633 en annexe), puis filtré pour éliminer les composantes spectrales ? 2f0, comme le présente le synoptique suivant .

On a alors : On constate donc que l’on récupère un signal qui est l’image du signal binaire informatif. ll- PRÉSENTATION DE LA MAQUETTE La maquette, présentée à la figure suivante, est constituée des blocs suivants : Cl Zone d’alimentation dans la zone supérieure qu’il conviendra d’alimenter en +15v/GND/-15v Puis de Gauche à droite . Cl Un générateur de mot aléatoire qui sera cadencé par une horloge externe ITL (CLK sur la maquette). La sortie du générateur de mot est notée DATA sur la maquette. D Un circuit synchronisant les bits à transmettre avec la porteuse (on verra pourquoi ette synchronisation durant le TP).

La porteuse sera à appliquer à l’entrée OL IN (OL voulant dire Oscillateur Local, c’est-à-dire la porteuse créée localement pour la modulation) et le signal binaire synchronisé est visualisable sur la sortie DATASYNCHRO. Le modulateur BPSK qui est constitué d’un simple multiplieur multipliant les bits avec la porteuse (01_). Le signal ainsi modulé en BPSK est visualisable sur la sortie BPSK. Il est possible de rajouter du bruit à ce signal modulé (ce bruit modélise une transmission en milieu hostile à l’entrée NOISE IN.

En l’absence de bruit, il faut PAG » 1 uivi d’un filtre passe bas à 3 étages R-C que l’on sélectionne avec un fil banane 2mm (1 : pas de filtrage, 2: 1 étage R-C, etc La sortie filtrée (ou non) est visualisable sur OIJT ŒIL (noté OIJT OSEIJIL sur la maquette : c’est une erreur de frappe Enfin, un AmpliOp monté en comparateur compare ce signal avec un Seuil réglable par le Potentiomètre et dont le niveau est visualisable sur SEUIL. Ceci permet une reconstitution du signal binaire originel à la sortie OUT DATA. Ill- EXPERIMENTATIONS : Partie : Compréhension de la chaîne de modulation/ démodulation BPSK et mesure de performances

Matériels nécessaires : Alimentation +/-15v, Générateur TTL, Générateur OL, Oscilloscope Cl Alimenter la maquette en +/-1 Sv Modulateur : D Mettre un signal TTL (0/5v) de fréquence 300Hz sur l’entrée CLK. Visualiser la sortie DATA et mesurer le débit binaire ( — remplir tableau de synthèse au IV) Mettre un signal sinusoïdal de fréquence IkHz, centré sur Ov et d’amplitude de crête 1 . 5v sur l’entrée OL : OL IN située en dessous de la sortie DATA. Mettre NOISE IN à la masse CND C] Visualiser simultanément et relever sur un chronogramme (mettre les signaux les uns en dessous des autres) .

DATA et OL IN (prendre 1 ms/carreau). Ces deux signaux sont-ils synchronisés ? Déduire sur le même chronogramme le signal modulé BPSK issu de ces 2 signaux. Con continuité de ce signal. PAGF 11 Ces deux signaux sontils synchronisés? Déduire sur le même chronogramme le signal modulé BPSK issu de ces 2 signaux. Conclusion sur la continuité de ce signal. Remarque : un signal continue a une occupation spectrale moindre qu’un signal discontinue (ex . un signal carré occupe plus de spectre qu’un signal sinusoidal ? cause de ses harmoniques). Quelle est alors la meilleure situation ? o DATA et DATA-SYNCHRO. Vérifier que DATA-SYNCHRO véhicule mêmes informations binaires que DATA. C] Visualiser et relever sur un chronogramme (mettre les signaux les uns en dessous des autres) les signaux BPSK et DATA-SYNCHRO. Justifier : o Les formes d’ondes obtenues pour le signal BPSK, o L’amplitude maximale du signal BPSK sachant que le multiplieur a la fonction de transfert suivante : (voir datasheet extrait du AD633 en annexe) et que le signal ‘nformatif est de forme carré d’amplitudes +1. V / -1. 6V. Augmenter la fréquence du générateur OL et mesurer la bande passante à -3dB du modulateur (c’est-à-dire du multiplieur). Comparer cette valeur ? la valeur donnée par le constructeur (voir datasheet extrait du AD633 en annexe) Démodulateur : Connecter le signal OL (fréquence 1 kHz, centré sur Ov et d’amplitude de crête 1 . 5v) sur les 2 entrées OL : OL IN D Désélectionner tout filtrage en sortie de démodulateur (borne 1 : voir sur la figure présentant la maquette).

Cl Visualiser simultanément et relever sur un chronogramme (mettre les sienaux les un PAGFd0F11 en dessous des autres) les signaux DATA-SYNCHRO (bits originels) et OUT ŒIL. En vous appuyant sur les développements mathématiques du l- INTRODUCTION, justifier : o Les formes d’ondes obtenues pour le signal démodulé sans filtrage : OUT ŒIL, o Les amplitudes du signal binaire reconstitué et du résiduel de constituant le signal démodulé sans filtrage, o La fréquence du résiduel de porteuse observé sur le signal démodulé sans filtrage.

Cl Sélectionner le niveau de filtrage 4 qui correspond à un filtrage optimal d’ordre 3 (voir sur la figure présentant la maquette). Visualiser simultanément et relever sur un chronogramme et OUT ŒIL (bits modulés-transmis et démodulés). Est ce cohérent ? A-t’on éussi la modulationdémodulation ? Partie Il : Diagramme de l’œil et organe décisionnel numérique avec fonction d’affichage avec persistance, Voltmètre numérique Mettre NOISE IN à la masse GND Diagramme de l’œil Le diaeramme de l’œil cor s 1 nal démodulé avant crête 1 . v sur les deux entrées OL : OL IN Sélectionner le Niveau de filtrage 4 qui correspond à un filtrage optimal d’ordre 3 (voir sur la figure présentant la maquette). Visualiser simultanément à l’oscilloscope numérique DATA- SYNCHRO et OLIT ŒIL. Le signal DATA-SYNCHRO nous servira uniquement pour la synchronisation e l’oscillo et vous pourrez le faire disparaitre de l’affichage pour ne pas surcharger ce dernier. C] Enclencher la fonction d’affichage avec persistance de l’oscillo.

Cette fonction conserve à l’écran les différents passages du spot, comme le signal binaire est aléatoire, on obtient le signal ci-dessous : Comment doivent être TO et AO dans le cas idéal, justifier. D’où proviennent les bruits en amplitude et en temps (jitter) ? Relever AT, AA, TO et AO ( —remplir tableau de synthèse au IV) Diminuer l’amplitude efficace du signal OL (que vous mesurerez au Voltmètre numérique) de IVeff à O. Veff par pas de O. 1Veff et mesurer les valeurs de AO. correspondantes (faire un tableau).

Tracer la courbe AO(VOLeff) et justifier théoriquement cette courbe. Organe décisionnel Mettre un signal sinusoïdal de fré uence 1 kHz, centré sur Ov et 6 1 signaux OUT ŒIL et SEUIL A l’aide du potentiomètre, régler la valeur de SEUIL au centre des variations de OUT ŒIL. Ces deux signaux étant ensuite comparés ? l’aide d’un AOP, expliquer le pourquoi du réglage précédent. La sortie de l’AOP (organe de décision) est accessible sur la borne OUT DATA. Visualiser simultanément DATA-SYNCHRO et OUT DATA. Conclusion sur la qualité de la transmission.

Mettre la fréquence du signal OL (porteuse) à IO kHz. Augmenter progressivement le débit binaire en augmentant la fréquence du signal TLL appliqué sur CLK. Quel est le débit binaire maximum ? Justifier théoriquement cette valeur sachant que la fréquence de coupure du filtre en sortie de démodulateur qui est de 1 kHz. Cl Remettre un débit binaire de 300 bits/s et une fréquence de porteuse (OC) à 1 kHz diminuer l’amplitude du signal OC jusqu’à obtenir quelques erreurs de transmssion (en comparant DATA-SYNCHRO et OUT DATA).

Re-augmenter égèrement l’amplitude du signal OL jusqu’à obtenir une transmission parfaite. Diminuer alors l’ordre du filtrage (jusqu’à l’annulation de tout filtrage : borne 1) et constater la qualité du signal binaire reconstitué sur OUT DATA. Conclure sur la nécessité de filtrage. Partie Ill : Mesure spectrale et performance en bruit de la modulation BPSK Générateur OL, Générateur de bruit, Oscilloscope numéri tian FFT, Voltmètre 7 1 DC réglable. C] Alimenter la maquette en +/-1 Sv C] Mettre un signal TTL (0/5v) de fréquence 300Hz sur l’entrée Iv sur les deux entrées OL : OL IN

Cl Sélectionner le Niveau de filtrage 4 qui correspond à un filtrage Analyse Spectrale des signaux : Cl Visualiser la sortie DATA à l’oscillo numérique et passer en mode FFT. Mesurer la bande passante à -3dB. Ce signal est appelé signal en bande de base car il n’est pas encore modulé c’est-à-dire ‘translaté’ en fréquence. remplir tableau de synthèse au Cl Visualiser la sortie BPSK à l’oscillo numérique et passer en mode FFT. Mesurer la bande passante à -3dB. Sur quelle fréquence est centré ce spectre ? que vaut la différence avec la bande passante du signal en Bande de base ? ??remplir tableau de synthèse au IV et calculer Pefficacité spectrale MAXIMALE de la modulation BPSK) Analyse Spectrale de OUT ŒIL . Cl Annuler le filtrage à la sortie du démodulateur (borne 1) et visualiser la sortie OUT SEUIL à l’oscillo numérique et passer en mode FFT. o Quelles sont les composantes spectrales présentes : relever leurs amplitudes et fréquences. B1 visualiser la sortie OUT ŒIL à l’oscillo numérique et passer en mode FFT. o Relever de combien sont atténuées les composantes spectrales indésirables en fonction de l’ordre du filtrage.

Ces composantes spectrales ndésirables sont considérées comme du bruit et elles parasitent la reconstitution du signal binaire comme vous avez pu le voir (ou vous verrez) lors de l’analyse du diagramme de l’œil. o Retrouver ces valeurs d’atténuation sachant que le filtrage est obtenu par la mise en cascade de 1, 2 ou 3 filtres du premier ordre constitué de simple cellule R. C telle que fc=l kHz. Influence du bruit : D Mesurer la valeur efficace du signal BPSK, noté VS, à l’aide d’un voltmètre numérique. remplir tableau de synthèse au IV) Mettre une source de bruit (Générateur Agilent 33120A, en mode NOISE) à l’entrée

NOISE IN. Mettre 100mV tout d’abord. Mettre la base de temps de l’oscillo sur Sms/carreau : on visualise alors sur l’écran environ 15 bits. C] Augmenter progressivement l’amplitude de la source de bruit par pas de O. 5Vpp en partant de 5Vpp jusqu’à 10Vpp. Pour chaque pas, remplir le tableau de synthèse en partie IV (partie inférieure): o Estimer le taux d’erreur de bit observer DATA SYNCHR A, réajuster si nécessaire partie Il : organe décisionnel). D compter le nombre de pics parasites sur OUT DATA (faire STOP l’oscillo numérique).

IJn pic parasite correspond à un passage non ésiré de O à 1 ou de 1 à O : c’est-à-dire erreur, le TEB vaut alors (approximation) : Nbre de pics/15 bits. Rque : Lorsque vous observez O, 1 ou 2 erreur(s) sur 15 bits, afin d’avoir une bonne estimation du TEB, faites 5 acquisitions consécutives et compter alors le nombre total d’erreurs : le TEB vaut alors (approximation) : Nbre de pics/75 bits o Mesurer le niveau de bruit (VN) : Sur la sortie BPSK : mesurer la valeur efficace. Cette valeur efficace correspond à la somme du signal et du bruit (=VS+N). Cl Déduire alors la valeur efficace du bruit (V2N) sachant que :

V2S+N=V2S+V2N C] Cette valeur efficace de bruit est associée à la bande passante du voltmètre qui est de 200kHz (multimètre HAMEG), or la bande passante (en bande transposée) à considérer est de 2kHz (z le double de la bande passante en bande de base qui 1 kHz). Calculer alors la valeur efficace de bruit : o Calculer pour chaque pas : le rapport puissance du signal / puissance de bruit en dB : -remplir tableau de synthèse au IV . Tracer alors la courbe TEB en fonction de S/N en dB. A-t’on une dégradation progressive ou brutale de la transmission ? Que vaut SIN seuil entre 11