caracteristique_VCOLa mise en œuvre d’une modulation de fréquence peut être effectué simplement en utilisant un oscillateur contrôlé en tension (VCO : Voltage controlled Oscillator). Le logiciel de simulation LTSpice propose le bloc « modulate » très facile d’emploi. Afin de définir la caractéristique de transfert du VCO il suffit de définir dans le champ « value » de ce composant, les 2 quantités mark et space correspondant aux fréquences que l’on obtient en sortie lorsque l’on applique respectivement sur l’entrée FM une tension de 1V et de 0V comme le montre la caractéristique suivante : La caractéristique de transfert du VCO peut alors s’écrire :

 Fvco = space + FMinput*(mark-space)

L’exemple proposé ci-dessous permet de vérifier le bon fonctionnement de ce composant :

fnct_bloc_modulate

Pour la mise en œuvre d’une modulation FM, on applique sur l’entrée FM un signal modulant représentant l’information à transmettre. Si l’on ne connecte rien sur l’entrée AM, l’amplitude crête du signal de sortie est de 1V. Si l’on souhaite régler cette amplitude à d’autres valeurs il suffit d’appliquer une tension continue correspondant à l’amplitude crête du signal de sortie.

Dans l’exemple proposé ci-dessous le gain de conversion du VCO est de 10kHz/V. Comme l’amplitude du signal modulant est de 2,4V, la déviation en fréquence est ΔF=24kHz. Avec une fréquence fa du modulant fixée à 10kHz, l’indice de modulation est alors m=ΔF/fa=2,4.

ModulationFM

Télécharger le fichier de simulation LTSpice : modulation_FM.asc

Ce réglage correspond  au cas dit du faux-porteur comme le montre l’analyse FFT du signal modulé. L’amplitude des composantes se situant à fp+fa & fp-fa est égale à So.J1(m=2,4)/√2 puisque l’analyse FFT affiche le résultat en valeur efficace. Comme l’amplitude So du signal modulé est de 2V et que J1(m=2,4)=0,52 on retrouve bien la valeur de 735mV proposée par l’analyse FFT.

spectre_m2_4

Pour retrouver les résultats principaux concernant les modulations de fréquences je vous propose les 2 fiches pratiques suivantes :

mini_powerLa mesure de niveau de puissance en dBm est très utilisée dans le monde des télécoms et notamment pour l’instrumentation associée (Analyseur de spectre, Générateur RF, etc…). Il s’agit d’un rapport en décibel de la puissance P en Watt sur une puissance de référence de 1mW comme l’indique la relation suivante :

relation1

Pour une composante sinusoïdale d’amplitude crête U on peut déduire des définitions précédentes deux nouvelles relations telle que :

relation2

Pour effectuer les différentes conversions voici quelques utilitaires en ligne

Le logiciel de simulation LTSpice associé aux éléments de ma bibliothèque supplémentaire permet de mettre en oeuvre simplement une modulation d’amplitude comme le montre le schéma de simulation modulateurAM.asc suivant.

schema_modulateurLe signal modulé AM peut alors s’écrire sous la forme S_AM(t)=So.[1+m.cos(2π.f1.t)].cos(2π.fp.t). Une simulation temporelle (.tran) permet de retrouver l’allure classique d’un signal modulé en amplitude avec un modulant sinusoïdal.

SignalAMLa mesure des quantités A & B permet de retrouver les valeurs de So et m en utilisant les relations suivantes :

equation_AML’analyse FFT du signal modulé (en choisissant une durée de simulation suffisamment grande pour obtenir une bonne résolution) met en évidence la présence d’une composante à la fréquence porteuse fp ainsi que les 2 bandes latérales aux fréquences fp+f1 & fp-f1. Comme le calcul de la FFT sous LTspice renvoie un résultat en valeur efficace on obtient donc le spectre suivant :

analyse_FFT

Bonne simulation avec LTSpice !

Dans le domaine des télécommunications, on cherche le plus souvent à concentrer la maximum de puissance autour de la porteuse et donc de minimiser l’encombrement spectral. Dans le cas des modulations FSK il est donc important de regarder l’importance des lobes secondaires. Parmi les différents indices de modulations, le procédé de modulation MSK (x=0,5) présente des lobes secondaires relativement atténués.

 Cependant de manière à minimiser l’importance de ces lobes secondaires on place un filtre à réponse gaussienne entre les données NRZ et le modulateur MSK. L’objectif est évidemment de juxtaposer sur le plan fréquentiel plusieurs canaux radio sur un espace fréquentiel minimum. Malheureusement ce gain au niveau de l’occupation spectrale conduit inévitablement à des interférences intersymboles : tout est donc histoire de compromis comme le montre la figure suivante :

Sur l’image suivante on effectue une caractérisation (le détail dans un prochain article…) sur un analyseur de spectre afin de mettre en évidence la réduction des lobes secondaires dans le cas d’une modulation GMSK.
En jaune : Modulation MSK
En bleu : Modulation GMSK BT=0,5
En violet : Modulation GMSK BT=0,3

Avec le logiciel de simulation LTSpice il est possible de découvrir la modulation GMSK et analyser le compromis réduction des lobes secondaires et interférences inter symboles avec le schéma suivant :

Télécharger le fichier ici

Avec l’option baudrate, il est possible de tracer le diagramme de l’oeil :

En effectuant une analyse FFT on arrive aux mêmes conclusions concernant la réduction des lobes secondaires :