Analyse des signaux utilisés en télécommunication

Analyse des signaux utilisés en
télécommunication
Présentation
Objectif - Vérification expérimentale des notions vues en cours en relation avec les télécommunications : signal, analyse temporelle et fréquentielle, modulation.
Matériel utilisé - Ordinateur, générateur de signaux (Rigol DG1022), oscilloscope et analyseur de
spectre (HAMEG HM1008-2).
Compte rendu - Le compte rendu doit comporter votre nom, prénom et IMPERATIVEMENT
VOTRE N˚ de CARTE EUDIANT (qui sera utilisé pour la correction).
I
Première partie : prise en main du matériel (1h)
I.1
Générateur de signaux
Un générateur de signaux RIGOL DG1022 est à votre disposition. Il permet de générer des signaux
dont vous allez pouvoir changer les caractéristiques :
– fréquence (menu Freq),
– amplitude (menu Ampl),
– forme d’onde (boutons Sine, Square, Ramp, Noise, etc.)
Les valeurs de ces paramètres peuvent toutes être changés à partir de la molette de réglage située en
haut à droite de l’appareil.
1. Régler l’appareil pour qu’il génère un signal sinusoı̈dal de fréquence f0 = 5kHz et d’amplitude
2.5V.
I.2
Oscilloscope
De la même façon, vous disposez d’un appareil HAMEG HM1008-2 capable d’afficher les allures temporelles des signaux placés en ses entrées (oscilloscope).
2. Connecter le générateur de signaux préalablement réglé sur l’entrée CH1 de l’oscilloscope.
3. Vous pouvez modifier les échelles horizontales et verticales de l’affichage à l’aide des boutons
VOLTS/DIV et TIME/DIV respectivement. Afficher le signal à l’écran de sorte qu’il occupe 4 à 5
carreaux en hauteur, et que soient visibles environ 5 sinusoı̈des complètes.
4. Que se passe-t’il si la fréquence et l’amplitude de l’onde sinusoı̈dale est modifiée sur le générateur ?
Commenter.
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Analyse des signaux utilisés en télécommunication - 1
I.3
Analyseur de spectre
Le même appareil HAMEG est également capable d’analyser le contenu fréquentiel du signal placé en
entrée (analyseur de spectre). Dans ce mode, l’affichage représente l’amplitude du spectre en fonction
de la fréquence, autour d’une fréquence centrale fcentrale réglable, cf. figure 1.
Figure 1 – Ecran de l’osccilloscope en mode ”Analyseur de Spectre” (touche FFT)
5. Passer du mode oscilloscope au mode analyseur selon la méthode suivante :
– vérifier que la touche ANALOG/DIGITAL soit bleue,
– modifier la base de temps TIME/DIV de façon à afficher un très grand nombre de sinusoı̈des à
l’écrans,
– appuyer sur la touche FFT.
6. Modifier la fréquence centrale à l’aide du bouton HORIZONTAL sur fcentrale = 5kHz, et le paramètre
span (cf. Figure 1) sur une valeur de 10kHz à l’aide de la touche TIME/DIV.
7. Commenter l’allure du spectre affiché. Retrouver sur l’analyseur de spectre la fréquence de l’onde
sinusoidale.
II
Seconde partie : Etude du spectre en bande de base (1h30)
L’objectif de cette partie est d’étudier les allures temporelles et fréquentielles de différents types de
signaux traditionnellement utilisés dans le domaine des télécommunications.
II.1
Signaux générés à partir du générateur
8. Générer un signal carré de fréquence 2.5kHz et d’amplitude 2.5V. Observer et commenter le
signal.
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9. Modifier la fréquence centrale et le span de façon à afficher 4 pics (correspondant à la fréquence
fondamentale et aux trois premières harmoniques). Tracer l’allure du spectre obtenu.
10. A l’aide de la touche LEVEL A/B, relever les fréquences de ces 4 pics. Commenter.
11. Effectuer la même analyse avec un signal triangulaire (touche Ramp sur le générateur). Comparer
la décroissance des amplitudes des harmoniques des signaux carré et triangulaire.
II.2
Signaux générés à partir de l’ordinateur
Dans cette sous-section, c’est l’ordinateur qui fera office de générateur de signal par l’intermédiaire de
sa carte son. Pour générer un signal, il suffit de lire sous Windows un fichier de son (extension .wav).
Vous pouvez également écouter les sons générés à l’aide d’un casque branché sur la sortie adéquate.
12. Lancer la lecture en boucle du fichier signal1.wav. Ecouter ce signal. Visualiser son allure
temporelle. Effectuer l’analyse fréquentielle de ce signal. Que remarquez vous ?
13. De la même façon, analyser les signaux signal2.wav, signal3.wav et signal4.wav.
14. En déduire l’occupation spectrale des 4 signaux. En moyenne, quelle bande de fréquence faut-il
prévoir pour transmettre l’intégralité de ces 4 signaux ?
III
Troisième partie : Transmission par modulation d’amplitude (1h30)
Le but de cette section est d’étudier la transmission d’un signal sonore par une modulation d’amplitude
(modulation AM sur un poste radio).
III.1
Prise en main
Dans cette sous-section, le signal audio à transmettre est fabriqué en interne par le générateur.
15. Une première étape consiste à configurer la fréquence porteuse fc . Régler le générateur de façon
à sortir un signal sinusoı̈dal de fréquence fc = 25kHz et d’amplitude 5V.
16. Activer la modulation au niveau du générateur à l’aide de la touche Mod. Vérifier que le type
de modulation est bien sur AM (menu Type). Régler ensuite la fréquence f0 = 100Hz du signal
à transmettre à l’aide du menu AMFreq ainsi que la forme (sinusoı̈dale pour l’instant) de l’onde
depuis le menu Shape.
17. Afficher l’allure temporelle du signal modulé. Que remarquez-vous ? Où se situe l’information à
transmettre dans le signal modulé ?
18. A l’aide du menu Depth, modifier la profondeur de modulation. Justifier la forme du signal
observé pour une profondeur allant de 0 à 120%.
19. Effectuer l’analyse en fréquence du signal modulé. Penser à ajuster la fréquence centrale et le
span aux caractéristiques de ce signal. Commenter l’allure obtenue.
20. De la même façon, étudier l’influence de la fréquence f0 et de la profondeur de modulation sur
le spectre observé.
21. Modifier la forme du signal à transmettre depuis le menu Shape. Que remarquez-vous ?
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III.2
Transmission d’un signal
Dans cette sous-section, le signal audio à transmettre est cette fois émis par l’ordinateur.
22. Il s’agit ici de raccorder la sortie son de l’ordinateur au générateur, par l’intermédiaire du câble
Jack vers BNC fourni. L’entrée du générateur se située à l’arrière (entrée intitulée Modulation
In). Raccorder les deux appareils ensembles.
23. Jouer les différents sons étudiés précédemment. Etudier les allures temporelle et fréquentielle du
signal modulé pour ces différents sons. Commenter.
24. OPTIONNEL : si vous avez un peu de temps, modifier le type de modulation de AM vers FM.
Comparer les occupations spectrales obtenues pour les deux types de modulation, d’abord pour
un sinus, puis pour d’autres types de signaux.
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