En complément à l’analyseur de spectre audio (presentation_mini_AS.pdf), étudié et réalisé pendant les séances d’études et réalisation du module SEI pour les étudiants S2 (grp A,B&C), je propose la mise en oeuvre d’une table de mixage utilisant des correcteurs paramétriques centrés sur les 10 mêmes fréquences que l’analyseur audio. Le schéma synoptique de l’ensemble est représenté ci-dessous :

table_mixage_AS
Pour la réalisation du correcteur paramétrique on fait appel à un amplificateur opérationnel double et un pont de Wien. Le potentiomètre rectiligne P permet de régler l’amplification ou l’atténuation de la bande de fréquence choisie. Afin de faciliter la réalisation du sommateur tout en cascadant les différentes maquettes on ajoute une résistance de 1k en sortie de chacun des filtres.

filtre_parametrique_mini

Pour l’analyse du fonctionnement de ce montage voici quelques étapes importantes pour votre étude :

equations_parametrique

La courbe de réponse en fréquence est donc la suivante :

courbe_reponse_parametrique

Afin de valider le dimensionnement concernant le choix de fo et le réglage du gain je vous propose le schéma de simulation LTSpice suivant :

Pour ce 4ième devoir de vacances je vous propose quelques exercices sur l’analyse des signaux en terme de représentation fréquentielle. Un corrigé sera disponible d’ici une semaine. Le corrigé du devoir n°3 est désormais disponible ci-dessous avec le fichier de simulation de l’exercice n°5 concernant la bioimpédance.

analyse_signaux_spectre

Le principe simplifié d’un analyseur de spectre à balayage est représenté sur la figure suivante. Un générateur de rampe commande un oscillateur contrôlé en tension. La sortie de cet oscillateur est mélangée au signal d’entrée dont on souhaite analyser le contenu fréquentiel. On effectue donc une transposition de fréquence qui à pour but de faire passer devant le filtre d’analyse ou filtre intermédiaire (fixe) l’ensemble des composantes fréquentielles du signal d’entrée. Un détecteur d’amplitude suivi d’un filtre passe bas (ou filtre vidéo) permet de visualiser l’image du spectre sur un écran en concordance avec la rampe générée.

schema_AS

Afin d’analyser le fonctionnement de ce dispositif de mesure je vous propose une simulation LTSpice mettant en oeuvre des éléments de la bibliothèque SP.lib reprenant ainsi le schéma synoptique précédent. La détection d’amplitude est réalisée à partir d’une fonction valeur absolue + filtrage et la réalisation de l’oscillateur contrôlé en tension est . Le fichier de simulation est disponible en téléchargement : analyseur_balayage.asc

schema_LTSpiceASB

Avec les paramètres proposés le résultat permet d’afficher le spectre en amplitude du signal d’entrée composé de 2 composantes sinusoïdales à 100kHz et 300kHz. La mise à l’échelle proposée permet d’obtenir une lecture directe de la fréquence en adoptant une conversion de type 1V=1Hz. Bien évidemment il est possible de modifier l’ensemble des paramètres du fichier de simulation.

resultat_Simul

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 :

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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 :

Je vous propose quelques fichiers de simulations LTSpice pour l’étude des modulations numériques dans le cadre de la présentation du diagramme IQ. Ces fichiers de simulation nécessitent la bibliothèque supplémentaire SP.lib disponible ici. Les données numériques sont obtenues à partir du bloc PRBG (Pseudo Random Binary Generator) qui délivre une séquence numérique aléatoire en fonction d’un numéro de tirage au sort (Nsort) et dont le temps bit (ou temps symbole si l’on utilise plusieurs générateurs en même temps) est fixé par le paramètre Tb.

  • Un premier exemple simple pour l’étude de la modulation BPSK et l’analyse du spectre du signal modulé :

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  • Mise en oeuvre d’un modulateur IQ pour une modulation QPSK et l’analyse du spectre du signal modulé :

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  • Analyse d’une transmission simplifiée avec modulation & démodulation IQ :

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  • Etude d’un modulateur 4ASK proposé en travaux dirigés

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