Comment transformer une onde électromagnétique en "porteuse d'information" ?

Pour créer une onde électromagnétique, on crée une tension sinusoïdale à partir de laquelle une antenne émettrice permet d'obtenir l'émission d'une onde électromagnétique de même fréquence que la tension créée.

Ci-dessus, représentation graphique de la tension servant à générer une onde électromagnétique.

Les fréquences des porteuses utilisées dans les systèmes ARGOS et COSPAS-SARSAT sont de quelques mégahertz.

Le message codé sous forme binaire (c'est-à-dire formé uniquement de valeurs égales à 1 ou 0) est représenté ci-dessous.

Principe du codage d'un signal : un nombre écrit en décimal, c'est-à-dire "fabriqué" avec unités, des dizaines (paquets de 10 unités), des centaines (paquets de 10 fois 10 unités ou de 100 unités...) est converti en nombre binaire, c'est-à-dire formé d'unités, de "deuzaines" (paquets de 2 unités), de "quatraines" (paquets de 2 fois 2 unités ou de 4 unités)...En décimal, les chiffres utilisés s'échelonnent de 0 à 9, en binaire seuls 0 et 1 sont utilisés (dès que l'on a 2 éléments (décimal), on a une "deuzaine", c'est-à-dire 1 paquet de 2 éléments et 0 unité, donc le nombre binaire 10).

Par exemple, la conversion en binaire du nombre décimal 209 donne 1101110.

1101110 = 1 paquet de (2x2x2x2x2x2x2) + 1 paquet de (2x2x2x2x2x2) + 0 paquet de (2x2x2x2x2) + 1 paquet de (2x2x2x2) + 0 paquet de (2x2x2) + 0 paquet de 2x2 + 0 paquet de 2 + 1 unité = 1x128 + 1x 64 + 0x 32 + 1 x 16 + 0x 8 + 0x4 + 0x2 + 1 = 209

Ce nombre binaire est celui représenté sur le graphique ci-dessus : pour que ce nombre soit lisible, il faut connaître la "base de temps" du signal codé, c'est-à-dire la durée effective d'un des chiffres du signal codé (pour le signal ci-dessus, un chiffre "dure" 1 ns). Aussi bien pour le codage que pour le décodage, il faut connaître cette durée et avoir du côté codage comme du côté décodage, un signal d'horloge donnant des tops toutes les nanosecondes.

Un des systèmes de modulation de la porteuse le plus simple consiste à multiplier la porteuse par 1 quand le signal codé est égal à 1 et par -1 quand il est égal à 0 (ce qui correspond à coder le message avec le code NRZ - Non Return to Zero - c'est-à-dire les valeurs ne sont plus 1 et 0 mais 1 et -1). Ce qui donne le signal modulé ci-dessous.

A la valeur 1 du début du signal correspond un signal sinusoïdal identique à la porteuse, à chaque changement de valeur dans la suite de 0 et de 1 formant le message codé en binaire correspond une modification de la phase de la porteuse, il y a "rebroussement" et la sinusoïde semble s'inverser, ce qui est détecté par le système de réception du signal modulé. Ce type de modulation est noté PSK (Phase Shift Keying) ou MPD (Modulation par Déplacement de Phase) ou plus précisément MPD-2 (Modulation par Déplacement de Phase Binaire).

Cependant, ce type de modulation peut poser des problèmes (par exemple si on a dans le signal une longue série de valeurs identiques, il risque d'y avoir des erreurs de décodage). Un autre système est donc utilisé dans les transmissions satellites, la modulation numérique QPSK, schématisée ci-dessous..

1

0

1

0

1

Ci-dessus, en bleu foncé la porteuse modulée suivant le nombre 209 décimal ou 11010001 binaire est modulée suivant le principe QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ou MDP-4 (Modulation par Déplacement de Phase quaternaire). La porteuse non modulée a été représentée en violet pour servir de référence.

Principe de la modulation QPSK

Une porteuse (en violet) est créée à partir de 2 tensions sinusoïdales : à partir d'une tension initiale (orange), on "fabrique" une deuxième sinusoïde (verte) en avance de 90° sur la première (la deuxième sinusoïde est dite "en quadrature avance" sur la première). La sinusoïde violette est la somme des deux premières : ce sera la porteuse avant la modulation numérique.

Les chiffres 1 et 0 composant un message sont groupés 2 par 2. Quelle que soit la taille du message, seuls quatre cas peuvent se présenter : 00, 01, 10 et 11. Les sinusoïdes sont multipliées par 1 ou -1 suivant les valeurs des chiffres des groupes trouvés : la sinusoïde orange dépend du premier chiffre du groupe, la verte est traitée en fonction du deuxième chiffre du groupe.

Quand un chiffre vaut 0, la sinusoïde qui lui correspond est multipliée par 1 et quand il vaut 1, elle est multipliée par -1.

A partir des 4 possibilités définies auparavant, on obtient 4 types de porteuses modulées, représentées ici sur 1 ns, durée définie au départ comme étant l'intervalle de temps séparant 2 tops d'horloge, donc correspondant à la "durée" d'un élément du message (ici 2 chiffres).

La courbe violette est identique à la porteuse.

En violet : 00
La porteuse modulée = 1 x sinusoïde orange + 1 x sinusoïde verte. La phase à l'origine des temps de la sinusoïde bleue est égale à 45°.

En bleu cyan : 01
La porteuse modulée = 1 x sinusoïde orange + (-1) x sinusoïde verte. La phase à l'origine des temps de la sinusoïde bleue est égale à 135°.

En jaune : 11
La porteuse modulée =( -1) x sinusoïde orange + (-1) x sinusoïde verte. La phase à l'origine des temps de la sinusoïde bleue est égale à 225°.

En bleu : 10
La porteuse modulée = (-1) x sinusoïde orange + 1 x sinusoïde verte. La phase à l'origine des temps de la sinusoïde bleue est égale à 315°

Ces phases à l'origine des temps correspondent à la figure ci-contre et on constate que chaque groupe de 2 chiffres est caractérisé par une valeur d'angle ou valeur de phase.

Chaque groupe de 2 chiffres, 00, 01, 10, 11 est appelé symbole. Chacun des chiffres d'un nombre binaire est appelé bit : un symbole en modulation QPSK est formé de 2 bits. Chaque symbole "occupe" le même intervalle de temps que un seul bit en modulation PSK : la transmission d'une information est donc 2 fois plus rapide en modulation QPSK.

Cette porteuse modulée est émise par une antenne et l'onde électromagnétique se propage dans l'espace à la vitesse de 300000 km/s.