Préparation au certificat d'opérateur du service amateur/Les modulations et classes d'émission
Ce chapitre introduit la notion-phare de modulation du signal. Nous allons présenter les différentes modulations existantes et les associeront aux classes d'émission. À l'examen, les questions sur ce domaine sont plus que nombreuses !
Qu'est-ce qu'une modulation ?
modifierSoient deux radioamateurs désirant communiquer entre eux par ondes radio. L'information à transmettre — par exemple, de la voix — doit être convertie par l'expéditeur en ondes qui seront reçues et décodées par le destinataire. Les types d'informations étant nombreux (voix, image, etc), il existe un grand nombre de méthodes permettant d'effectuer ces conversions. D'autre part, le signal contenant l'information a généralement une basse fréquence ; or, les signaux à haute fréquence sont les mieux transmis par ondes radio. Il va donc falloir moduler le signal BF en un signal HF. Par exemple, dans le cas de la voix, le signal recueilli par un microphone a une fréquence variant entre 20 et 20 000 Hz, alors que le même signal modulé sera transmis avec une fréquence de 100 000 à 10 000 000 000 Hz[1]. Le schéma de principe (appelé synoptique) pour cet exemple est présenté ci-dessous. Nous aurons l'occasion, lorsque nous étudierons plus en détail les méthodes électroniques de modulation et de démodulation, de présenter d'autres synoptiques.
Dans la « vie de tous les jours », vous connaissez sans doute la FM et la AM, respectivement Frequency Modulation (modulation de fréquence) et Amplitude Modulation (modulation d'amplitude), transmettant l'information en agissant sur deux paramètres de l'onde que nous allons expliciter.
Signal modulant, signal modulé
modifierLe signal obtenu est modulé selon un autre signal, dit modulant. L'amplitude du signal modulé va « suivre » le signal modulant, comme vous aurez l'occasion de le voir dans les exemples à venir. Le signal modulant peut être de deux types :
- numérique ;
- analogique.
Quelle est la différence entre analogique et numérique ? Prenons l'exemple d'un four muni d'un capteur de température. Lorsqu'on allume le four, il se trouve à 2O°C, puis monte progressivement jusqu'à 180°C. Sa température a pris successivement toutes les valeurs possibles entre 20°C et 180°C : 20,1°C, puis 20,2°C, puis 20,3°, etc. On parle alors d'une suite de valeurs analogiques. À l'inverse, soit une ampoule : lorsqu'elle est éteinte, sa luminosité est nulle ; lorsqu'elle est allumée, sa luminosité est de 100 lumens. Sa luminosité ne peut donc prendre que 2 valeurs bien définies : ces valeurs sont dites numériques. Autre exemple : dans les circuits électroniques d'un ordinateur, les tensions électriques ne prennent que 2 valeurs : 0 ou 5 volts ; ce sont des valeurs numériques, que l'on pourrait également qualifier de « tout ou rien » (soit il y a une tension, soit il n'y en a pas).
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Modulation numérique : tout ou rien (le signal modulé est en gris) -
Modulation analogique : une grande variété de valeurs (le signal modulé est en gris)
Dans le cas d'un signal modulant analogique, ce signal peut prendre une très grande variété de valeurs ; alors qu'un signal numérique alternera 2 valeurs. Ainsi, la télégraphie (c'est-à-dire l'émission en code morse), reposant sur l'émission d'une série de « bips », a un signal modulant numérique : soit il y a émission d'un signal, soit il n'y en a pas. Paradoxalement, la télégraphie est abrégée CW pour continuous waves, c'est-à-dire « ondes continues ».
La modulation d'amplitude
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En modulation d'amplitude, le signal transmis se décompose en une onde modulante (l'enveloppe ou bande latérale) et une onde modulée (la porteuse). La porteuse est modulée en amplitude et « suit » l'enveloppe qui la contient. Les variations de l'amplitude permettent de restituer le signal.
Il existe des variations de cette modulation. Ainsi, dans le cas de la bande latérale unique (BLU, en anglais SSB pour single side band), le signal ne comporte plus qu'une seule enveloppe : soit la supérieure (auquel cas la modulation est dite USB pour upper side band) soit l'inférieure (auquel cas la modulation est dite LSB pour lower side band). On peut également réduire la porteuse, la supprimer, et réduire la bande latérale ; le récepteur aura à retrouver la porteuse à partir du signal modulant.
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Double bande latérale, porteuse normale -
Bande latérale unique (ici LSB), porteuse réduite -
Bande latérale unique, porteuse supprimée -
Bande latérale résiduelle
La modulation de fréquence (FM) et la modulation de phase
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La modulation de fréquence consiste à faire varier la fréquence du signal au cours du temps ; la modulation de phase consiste à faire varier la phase du signal au cours du temps. Sur un graphe, ces deux modulations ne sont pas discernables par l'œil humain, mais l'ordinateur est capable de faire la différence. Une caractéristique notable de ces modulations est que le signal possède toujours la même amplitude : le signal modulant est analogique, car il ne prend qu'une seule valeur.
Classes d'émission
modifierChaque signal est caractérisé par sa modulation, mais aussi par une nature de signal transmis et par la nature du signal à l'origine de la modulation : la combinaison de ces 3 informations donne une classe d'émission. L'Union internationale des télécommunications utilise un système reconnu internationalement pour identifier les différentes classes d'émission. Connaître parfaitement ce code, c'est assurer 2 réponses justes à l'examen.
Tableau des classes d'émission
modifierIl est possible d'émettre un signal dans différentes conditions : on parle de classes d'émission. Ces classes sont identifiées par une codification établie par l'UIT, de la forme ANB, avec A, B deux lettres et N un chiffre suivant les tableaux ci-dessous. Attention, ces codes se lisent toujours de la droite vers la gauche.
| Première lettre : modulation | Chiffre : signal modulant | Deuxième lettre : information transmise | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | Modulation d'amplitude, double bande latérale, porteuse normale | 
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1 | Signal numérique sans emploi d'une sous-porteuse modulante | A | Télégraphie à réception auditive |
| R | Modulation d'amplitude, bande latérale unique, porteuse réduite | 
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2 | Signal numérique avec emploi d'une sous-porteuse modulante | B | Télégraphie à réception automatique |
| J | Modulation d'amplitude, bande latérale unique, porteuse supprimée | 
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3 | Signal analogique | C | Fac-similé |
| C | Modulation d'amplitude, bande latérale résiduelle | 
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7 | Plusieurs voies numériques | D | Données |
| F | Modulation de fréquence |
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8 | Plusieurs voies analogiques | E | Téléphonie |
| G | Modulation de phase |
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9 | Plusieurs voies analogiques et numériques | F | Télévision |
Le W indique une combinaison de différents types d'informations transmises ; le X une absence d'informations transmises. Toutes les classes d'émission sont ouvertes aux opérateurs de classe 2 et de classe 1 depuis mars 2013[2]. Ce tableau n'est pas complet ; il existe en effet d'autres classes d'émission, beaucoup moins employées par les radioamateurs, et qui ne sont pas demandées à l'examen.
Il n'est pas possible sur un graphe de distinguer un signal modulant de type 1 d'un signal modulant de type 2. Pour les signaux modulants de type 7, 8 et 9, leur représentation n'est pas à connaître ; à l'examen, il ne peut vous être demandé que d'indiquer la signification de ces chiffres. De même, vous ne pouvez pas connaître la nature de l'information transmise à la simple vue d'un graphe : les questions sur ce sujet ne vous demandent que de déchiffrer les codes.
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Exemple : Quelques classes d'émission |
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Exemples de classes fréquemment demandées à l'examen
modifierQuelques modulations reviennent souvent dans les questions d'examen. Les voici.
- Modulation A3E
Modulation d’amplitude,porteuse normale, double bande latérale, signal analogique, écoute.
- Modulation G3E ou F3E
Modulation de phase ou de fréquence, signal analogique, écoute.
- Modulation A1A
Modulation d'amplitude, signal sans emploi de sous-porteuse modulante, télégraphie manuelle.
