Afin d'assurer l'effet de communication et de surmonter les problèmes de transmission du signal longue distance, il est nécessaire de déplacer le spectre du signal vers un canal haute fréquence et de le transmettre par modulation. Ce processus de chargement d'un signal à envoyer vers un signal haute fréquence est appelé modulation.

Parmi elles, les trois méthodes de modulation les plus élémentaires des signaux numériques (modulation d'amplitude, modulation de fréquence et modulation de phase) sont abrégées en anglais en ASK, OOK et FSK.

Qu'est-ce que l'ASK (Amplitude Shift Keying) ?

La modulation par déplacement d'amplitude, également connue sous le nom de « modulation par déplacement d'amplitude », est une technologie de modulation. Si les états possibles d'un signal modulé numériquement correspondent à des symboles d'information binaires ou à leurs états de signal en bande de base correspondants un à un, le signal modulé est appelé signal binaire modulé numériquement. La saisie à l'aide de symboles d'information binaires est appelée saisie d'amplitude binaire et est représentée par 2ASK.

Méthode de modulation ASK

En mode "shift keying", lorsqu'un "1" apparaît, la porteuse d'amplitude A est activée, et lorsqu'un "0" apparaît, la porteuse est désactivée. Cela équivaut à déplacer le spectre du signal en bande de base d'origine (train d'impulsions) sur deux porteuses. La modulation par déplacement d'amplitude (ASK) est équivalente à la modulation d'amplitude dans un signal analogique, sauf qu'il s'agit d'un nombre binaire multiplié par le signal de fréquence porteuse. Le décalage d'amplitude utilise la fréquence et la phase comme constantes, l'amplitude comme variable et les bits d'information sont transmis via l'amplitude de l'onde porteuse. Modulation d'amplitude binaire (2ASK), puisque le signal de modulation n'a que deux niveaux de 0 ou 1, le résultat de la multiplication équivaut à désactiver ou activer la fréquence porteuse. Sa véritable signification est que lorsque le signal numérique modulé est à "1", l'onde porteuse est transmise ; lorsque le signal numérique modulé est à "0", l'onde porteuse n'est pas transmise. Habituellement, le signal porteur utilise un signal cosinus et le signal modulé convertit la séquence numérique en une séquence d'impulsions rectangulaires en bande de base unipolaire. La fonction du commutateur est de multiplier la sortie et la porteuse, déplaçant le spectre près de la fréquence porteuse, réaliser 2ASK.

La forme la plus simple et la plus courante de technique de modulation par déplacement d'amplitude est un commutateur. La présence d'un porteur est indiquée par un "1" et l'absence de porteur est indiquée par un "0". Ce type de modulation est appelé activation-désactivation (OOK) et constitue la méthode de modulation la plus économe en énergie car elle ne rayonne de l'énergie que lorsqu'un « 1 » est envoyé. La modulation par déplacement d'amplitude nécessite un rapport signal/bruit très élevé pour démoduler le signal, car selon ses propres caractéristiques, la plupart des signaux sont transmis à une puissance très faible. L'avantage du système RF modulé ASK réside dans la structure d'émission et de réception.

Qu'est-ce que l'OOK (On-Off Keying) ?

OOK (on-off keying) est un cas particulier de modulation ASK (shift keying). Si une amplitude est 0 et que l’autre amplitude est non nulle, c’est OOK. La modulation binaire marche-arrêt (OOK : on-off keying), également connue sous le nom de modulation binaire d'amplitude (2ASK), utilise une séquence de code zéro unipolaire sans retour pour contrôler l'activation et la désactivation d'une onde porteuse sinusoïdale. Cette méthode de modulation est antérieure à la modulation analogique et est utilisée pour les transmissions radio en code Morse.

Étant donné que les performances anti-bruit d'OOK ne sont pas aussi bonnes que celles des autres méthodes de modulation, cette méthode de modulation n'est pas adaptée aux communications par satellite et aux communications numériques par micro-ondes actuelles. Cependant, en raison de la simplicité de mise en œuvre de ce procédé de modulation, la modulation d'amplitude est mise en œuvre dans les systèmes de communication à fibre optique et est largement utilisée. La méthode d'analyse de la méthode de modulation est basique, de sorte que la théorie de base de la modulation numérique peut être étudiée à partir de l'introduction de la méthode de modulation OOK.

Vm(t) est le signal numérique à envoyer, Acos(2πfct) est la porteuse non modulée et VAM(t) est le signal porteur modulé OOK. Le principe de modulation d'OOK est utilisé pour contrôler qu'une amplitude soit 0 et que l'autre amplitude soit non nulle.

Qu'est-ce que le FSK (Frequency Shift Keying) ?

FSK : modulation par déplacement de fréquence. Type de modulation angulaire dans lequel la fréquence des oscillations sinusoïdales varie entre un ensemble de valeurs discrètes, chaque valeur discrète représentant un état caractéristique d'un signal modulé dans le temps discret.

La modulation par déplacement de fréquence utilise deux sources d'oscillation de fréquence différentes F1 et F2 pour représenter les signaux 1 et 0. Utilise les 1 et les 0 d'un signal numérique pour contrôler les sorties alternées de deux sources oscillantes indépendantes. Pour la méthode de modulation par déplacement de fréquence binaire, la bande passante effective est B=2xF+2Fb, où xF est la bande passante du signal binaire en bande de base et l'écart de fréquence maximal du signal FSK. Étant donné que la bande passante du signal numérique, c'est-à-dire la valeur Fb, est grande, la bande passante du signal de commande de touche de déplacement de fréquence binaire est relativement grande et l'utilisation de la bande de fréquence est faible. Utilisez des fréquences plus élevées pour représenter un 1 logique et utilisez des fréquences plus basses pour représenter un 0 logique.

Qu'est-ce que le GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) ?

GFSK : modulation par déplacement de fréquence gaussienne. Il limite la largeur spectrale du signal avant modulation via un filtre passe-bas gaussien.

Principe de modulation : la modulation gaussienne par déplacement de fréquence GFSK est une méthode de modulation numérique dans laquelle les données d'entrée sont prémodulées et filtrées à travers un filtre passe-bas gaussien, puis modulées par FSK. Tout en maintenant une amplitude constante, il peut contrôler le spectre du signal modulé en modifiant la bande passante de 3 dB du filtre passe-bas gaussien.

La modulation GFSK peut être divisée en deux méthodes : la modulation directe et la modulation en quadrature :

① Modulation directe : après le filtrage passe-bas gaussien, la porteuse radiofréquence est directement simulée en fréquence. Lorsque l'indice de modulation du modulateur de fréquence est égal à 0,5, on parle de modulation GMSK (Gaussian minimum Frequency Shift Keying), la modulation GMSK peut donc être considérée comme un cas particulier de modulation GFSK.

② Modulation en quadrature : le signal numérique est filtré à travers un filtre passe-bas gaussien et une intégration de phase appropriée, puis divisé en deux parties : en phase et en quadrature. Les composantes en phase et en quadrature de la porteuse sont multipliées séparément pour synthétiser le signal GFSK.

Pour ces quatre méthodes de modulation, le concept physique de GFSK est le plus clair et évite également d'endommager les caractéristiques du spectre du signal pendant le processus de modulation directe. D'autre part, le contrôle des paramètres GFSK peut être implémenté dans un filtre gaussien avec des facteurs d'étalonnage et n'est pas affecté par les circuits de modulation de fréquence ultérieurs, ce qui simplifie le contrôle des paramètres. Par conséquent, le traitement du signal en bande de base des modems en quadrature GFSK est particulièrement adapté à la mise en œuvre numérique. Il possède les propriétés requises pour les systèmes de communication sans fil telles qu'une enveloppe d'amplitude constante, un spectre de puissance concentré et un spectre étroit. La technologie de modulation et de démodulation GFSK est largement utilisée dans de nombreux domaines de l'IoT tels que les communications mobiles, les communications aériennes et maritimes.