Transmission radio

Chaîne de transmission

Transmission des données numériques

• Données : ce bloc représente le message binaire codé, compressé, éventuellement crypté.
• Codage canal : correspond à la construction du signal numérique en incluant la correction d'erreur et éventuellement l'optimisation des suites binaires pour les adapter à la modulation utilisé.
• Modulation : correspond à la superposition du signal binaire à une porteuse sinusoïdale pour effectuer la transmission.
• Amplification : amplification de puissance réalisée à l'aide de circuits intégrés ou transistors.
• Antenne : transforme la tension et le courant en onde électromagnétique.

Réception des données numériques

• Antenne : transforme l'onde électromagnétique en tension et courant.
• Détection : détection fréquence radio par filtrage, amplification et,éventuellement, mélange avec une fréquence intermédiaire afin d'abaisser la fréquence du signal modulé.
• Démodulation : extraction du signal numérique (suite binaire) du signal reçu.
• Décodage : extraction du message binaire codé, détection et correction d'erreur.
• Données : ce bloc représente le message binaire codé, compressé, éventuellement crypté, identique au message transmis, pour être ensuite traité et utilisé.

Détection et amplification

• Le filtre sélectif, permet de sélectionner la porteuse correspondant à l'information que le système traite.
• L'amplification fournit un signal d'amplitude suffisante pour être traiter par les fonctions qui suivent.
• Le mélange réalise le produit du signal reçu de fréquence F_R par un signal sinusoïdal de fréquence F₀, ce qui donne un signal qui correspondent à la somme F_R+F₀ et à la différence F_R-F₀.
• Le filtre permet de ne garder que la différence des fréquences, ce qui a pour effet de baisser la fréquence su signal r(t) afin de pouvoir ensuite le démoduler.
• L'amplification éventuelle permet d'augmenter l'amplitude du signal issu du filtrage.

Canal de transmission

Propagation de l'onde électromagnétique

Elle dépend du milieu dans lequel elle se propage qui est, en général, l'air. Mais il ne faut pas oublier les cloisons, fenêtres, ...

• Onde électromagnétique avec c=λf
  • c : vitesse de la lumière (≈ 3.10⁸m/s)
  • λ : longueur d'onde en m
  • f : fréquence en Hz.
• Porteuse sinusoïdale : s(t)=S sin(2 π f t)
• Atténuation due au milieu
• Atténuation rapide
  • canal radio mobile (effet Doppler)
  • trajets multiples : canal avec réflexion des ondes (écho)

Fréquences radio

Les fréquences radio correspondent à l'ensemble des fréquences utilisées en transmission radio.

Les bandes de fréquences sont définies par l'ITU, Voici quelques bandes de fréquences :

• Low Frequency (LF) : ondes kilométriques 30 kHz à 300 kHz (λ = 10km à 1km)
  • On trouve, par exemple, les fréquences des horloges radio pilotées.
• Medium Frequency (MF) : ondes hectométriques 300 kHz à 3 MHz (λ = 1km à 100m)
• High Frequency (HF) : ondes décamétriques 3 MHz à 30 MHz (λ = 100m à 10m)
  • On trouve également les fréquences des horloges radio pilotées.
• Very High Frequency (VHF) : ondes métriques 30 MHz à 300 MHz (λ = 10m à 1m)
• 87,5 à 108 MHz : radio diffusion bande FM (bande II)
• Ultra High Frequency (UHF) : ondes décimétriques 300 MHz à 3 GHz (λ = 1m à 10cm)
• 470 à 862 MHz : télévision bandes IV et V
• 1,7 à 1,8 GHz : téléphones GSM/3G/4G
• 2,4GHz à 2,4835 GHz : utilisée par le wifi, le bluetooth
• Super High Frequency (SHF) : ondes centimétriques 3 GHz à 30 GHz (λ = 10cm à 1cm)
• 11 à 12 GHz : Satellites Astra, ...
• Extra High Frequency (EHF) : ondes millimétriques 30 GHz à 300 GHz (λ = 1cm à 1mm)

Bandes de fréquences ISM

Les bandes de fréquences publiques ISM (Industrial Scientific Medical) peuvent êtres utilisées librement à condition de respecter certaines règles.

• 6.765 à 6.795 MHz
• 13.553 à 13.567 MHz
• 26.957 à 27.283 MHz
• 40.66 à 40.70 MHz
• 433.05 à 434.79 MHz
• 2.4 à 2.454 GHz avec une puissance maximale en sortie d'antenne de 100mW
• 2.454 à 2.4835 GHz, avec une puissance maximale en sortie d'antenne de 100mW en intérieur, 10mW en extérieur.
• 5.725 à 5.875 GHz
• 24 à 24.25 GHz
• 61 à 61.5 GHz
• 122 à 123 GHz
• 244 à 246 GHz

Effet Doppler

L'effet Doppler représente le décalage de la fréquence d'un signal émis par un émetteur mobile et reçue par une récepteur fixe. Elle s'exprime avec la relation

$f_d={\displaystyle \frac{v}{c}}f\cos (\alpha )$

avec :

• f : fréquence du signal l'émetteur mobile
• v : vitesse de déplacement de l'émetteur mobile par rapport au récepteur fixe
• c : vitesse de la lumière (≈ 3.10⁸m/s)
• α : angle que fait le récepteur mobile par rapport au récepteur fixe en référence au sens de déplacement.
• f_d : valeur du décalage de la fréquence par rapport à la fréquence de l'émetteur. La fréquence reçue vaut f_r=f+f_d

Trajet multiple

Exemple de canal avec un écho de retard τ=0.05ns et d'amplitude égal à la moitié de l'amplitude de l'onde directe, pour une plage de fréquence de 470MHz à 860MHz

Le canal de transmission peut être assimilé au modèle :

$H(f)={\displaystyle \sum _{i=0}^N}{h}_i{e}^{-j2\pi f{\tau }_i}$

avec τ_i qui est le retard dû à l'écho numéro i, i=0 correspond à la transmission directe (sans écho) et N étant le nombre d'échos.

Le module de ce spectre fréquentiel s'écrit :

${||H(f)||}^2={\left({\displaystyle \sum _{i=0}^N}{h}_i\cos (2\pi f{\tau }_i)\right)}^2+{\left({\displaystyle \sum _{i=0}^N}{h}_i\sin (2\pi f{\tau }_i)\right)}^2$

Ce qui donne, comme dans l'exemple, avec N=1, τ₁=0.05ns, h₁=0.5 :

${||H(f)||}^2={\left(1+h_1\cos (2\pi f{\tau }_1)\right)}^2+{\left(h_1\sin (2\pi f{\tau }_1)\right)}^2$