Modulation Fm Tp presentation avancée USTHB

Tp 2 : FM
Tp 2 : FM
Modulation
Modulation
Let’s start!
Presented by Hezil Adem

agenda
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4 8
Définition de la
modulation de
fréquence (FM)
Brève histoire de
la modulation FM
impact de AM et
Fm sur la
modulation FM
Impact de l’indice
de modulation m
NBFM /WBFM
modulation
Demodulation Fm
Impact Fm sur la
modulation FM
Conclusion
9
p(t) to sinus wave

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Meet the team
Étudiant en génie des télécommunications et des réseaux à l'USTHB, passionné par
les technologies de communication et motivé par l'exploration des innovations
dans ce domaine.
H e z i l A d e m

La modulation de fréquence (FM) est une
technique de modulation utilisée en
transmission de signaux, où la fréquence
de la porteuse est modifiée
proportionnellement par le signal
d'entrée. En d'autres termes, les
variations du signal d'information sont
traduites en variations correspondantes
de la fréquence de la porteuse. Cette
méthode de modulation offre plusieurs
avantages, notamment une meilleure
résistance aux interférences et une
qualité audio améliorée. La radiodiffusion
FM et les communications mobiles sont
parmi les applications courantes de la
modulation de fréquence.
modulation
fm

1 2
Breve histoire de la
modulation FM
L'utilisation initiale de la modulation FM a été
explorée principalement pour la transmission
de signaux audio, en particulier dans le
domaine de la radiodiffusion. Cependant, la
technologie a rencontré des défis initiaux
pour son adoption généralisée en raison des
intérêts établis de l'industrie de la
radiodiffusion AM.
Annees 1930
:
La modulation de fréquence a été
développée par l'ingénieur américain Edwin
Armstrong dans les années 1930. Armstrong
a breveté la modulation de fréquence en
1933, introduisant ainsi une méthode
novatrice pour transmettre des signaux
audio de manière plus efficace que la
modulation d'amplitude (AM) alors
dominante.
1930-1940 3 1940-1950
Malgré les défis, la modulation FM a trouvé
son chemin vers la radiodiffusion grâce à ses
avantages, tels que la meilleure qualité
sonore et une résistance accrue aux
interférences électromagnétiques. La
première station de radio FM commerciale,
W47NV à Nashville, Tennessee, a
commencé à diffuser en 1941.

4 5
La diffusion FM s'est étendue à l'échelle
mondiale, et de nombreux pays ont adopté
la modulation FM comme norme pour la
radiodiffusion. Les améliorations
technologiques ont également permis
l'utilisation de la FM dans d'autres
applications, telles que les communications
mobiles et les systèmes de
radiocommunication.
1950
La popularité de la modulation FM a
continué à croître dans les années 1950.
L'adoption de la télévision en couleur et le
besoin de bandes de fréquences plus larges
ont contribué à la reconnaissance de la
valeur de la modulation FM dans le domaine
des télécommunications.
1960-1970 6 1980 a aujourd'hui
Avec l'avènement des technologies
numériques, la modulation FM a continué à
être utilisée, en particulier dans le domaine
de la radiodiffusion FM. Cependant, dans
d'autres applications de communication,
notamment les communications mobiles, de
nouvelles formes de modulation ont émergé.
La modulation FM a joue un role crucial dans l'evolution des technologies de
communication, offrant des avantages significatifs dans des domaines tels que la
radiodiffusion et les communications sans fil. Elle demeure une technologie
fondamentale, bien que d'autres methodes de modulation aient egalement gagne en
importance avec le temps.

processus Fm Modu
m(t) =Amcos(2pifmt)
p(t) = Apcos(2piFpt)
sfm(t)=apcos(wpt + 2pi*Kf∫m(t) dt)
f(t)=f p+k f⋅m(t)

Signal d'Entrée
Le signal d'entrée, souvent appelé signal
de message, représente l'information que
l'on souhaite transmettre. Il peut s'agir
d'un signal audio, vidéo ou de données.
Oscillateur Porteur : Un oscillateur génère
le signal porteur sinusoïdal de fréquence
constante qui sera modulé en fonction du
signal d'entrée.
Modulation Fm
Un oscillateur génère le signal
porteur sinusoïdal de
fréquence constante qui sera
modulé en fonction du signal
d'entrée.
La fréquence instantanée du
signal porteur est modifiée
proportionnellement à
l'amplitude du signal d'entrée.
Cela crée un signal modulé en
fréquence qui porte l'information
du signal d'entrée.
Oscillateur Porteur
Modulation en
Fréquence
Amplification RF
Le signal modulé en
fréquence est amplifié pour
atteindre une puissance
adaptée à la transmission.
Transmission
Le signal modulé est
transmis par le canal de
communication approprié,
tel qu'une antenne pour la
radiodiffusion ou un câble
pour la communication
filaire.

Réception du
Signal Modulé
Le signal modulé en
fréquence est reçu par
l'antenne ou le dispositif de
réception approprié.
LA demodulation Fm
Le signal reçu est amplifié
pour augmenter sa
puissance à des niveaux
exploitables.
Le signal modulé est mélangé
avec un signal provenant d'un
oscillateur local. Ce processus
permet de convertir la fréquence
porteuse à une fréquence plus
basse appelée fréquence
intermédiaire (FI).
Amplification RF
Mélange avec un
Oscillateur Local
Filtrage
Un filtre élimine les
fréquences indésirables et
ne laisse passer que le signal
modulant, c'est-à-dire le
signal d'origine modulé en
fréquence.
Détection de
Fréquence
Un détecteur de fréquence
ou discriminateur extrait
l'information du signal
modulant en convertissant
les variations de fréquence
en variations d'amplitude.
Restitution du
Signal d'Origine
Le signal modulé est
transmis par le canal de
communication approprié,
tel qu'une antenne pour la
radiodiffusion ou un câble
pour la communication
filaire.

3-impact de AM et Fm sur la modulation FM
Am<Ap
am = 1
ap = 2
Temporal representation
Spectral representation

Am = Ap

Am > Ap

La modulation d'amplitude (AM) peut avoir un impact sur la modulation de frequence (FM) lorsqu'un signal module en
amplitude est utilise comme signal modulant dans le processus de modulation de fréquence. Voici quelques-uns des
impacts potentiels :
Distorsion harmonique
Intermodulation
Largeur de bande accrue
Lorsqu'un signal AM est utilise comme modulant
dans la modulation FM, des distorsions
harmoniques peuvent se produire. Ces distorsions
peuvent résulter de la non-linéarité de la
relation entre la fréquence instantanée du
signal FM et l'amplitude du signal modulant.
L'utilisation d'AM comme modulant peut
provoquer des phénomènes
d'intermodulation, où des composants de
fréquence supplémentaires apparaissent
dans le spectre du signal modulé en
fréquence.
La modulation FM a généralement une largeur
de bande constante pour des amplitudes de
signal modulant données. Cependant,
l'utilisation d'un signal AM comme modulant
peut entraîner une augmentation de la largeur
de bande nécessaire pour transmettre le
signal FM, car la fréquence est directement
liée à l'amplitude du signal modulant.

Effets sur la sensibilite
au bruit
Complexite des circuits
La modulation FM est generalement moins
sensible au bruit que la modulation
d'amplitude (AM). Cependant, l'utilisation d'un
signal AM comme modulant peut augmenter la
sensibilité au bruit du signal FM résultant,
car l'AM est plus susceptible aux
interférences.
La conception des circuits pour la
demodulation d'un signal FM module
par un signal AM peut être plus
complexe que dans le cas d'un signal
modulant purement audio.
Il est important de noter que l'utilisation intentionnelle d'un signal AM comme modulant dans la FM
n'est pas une pratique courante dans les systèmes de communication conventionnels. En général,
la modulation FM est réalisée en utilisant un signal audio ou un signal basse fréquence comme
modulant. Les considérations mentionnées ci-dessus sont plus pertinentes dans des situations où
des signaux modulés en amplitude sont présents dans le même environnement ou sur la même bande
de fréquences que des signaux modulés en fréquence.

4-Impact Fm sur la modulation FM
fp>fm

fp=fm
Fm = FP = 50

fp<fm
Fm = 100 FP = 50

comment la fréquence du signal modulant (Fm) affecte la modulation de fréquence (FM). Voici
quelques points à considérer concernant l'impact de la fréquence du signal modulant (Fm) sur
la modulation FM
Deviation de Frequence
Dans la modulation FM, la déviation de
fréquence est directement proportionnelle à
l'amplitude du signal modulant. Si la
fréquence du signal modulant (Fm) augmente,
cela peut entraîner une augmentation de la
déviation de fréquence dans le signal FM
résultant.
Bande Passante
La bande passante d'un signal FM est liée à la
déviation de fréquence maximale. Si la
fréquence du signal modulant (Fm) est
élevée, cela peut augmenter la bande
passante nécessaire pour transmettre
efficacement le signal FM
Sensibilite au Bruit
La sensibilité au bruit de la modulation FM est
généralement plus faible que celle de la
modulation d'amplitude (AM). Cependant, des
fréquences modulantes plus élevées
peuvent rendre le signal FM plus sensible aux
interférences et au bruit, surtout si la
puissance du signal modulant est faible.

Largeur de Bande
La largeur de bande d'un signal FM dépend de
la fréquence maximale du signal modulant
(Fm). Des fréquences modulantes plus
élevées peuvent augmenter la largeur de
bande nécessaire pour transmettre le signal
FM.
Effets Doppler
Dans des applications comme la
communication par satellite ou la
télédétection radar, des variations rapides
de la fréquence du signal modulant (Fm)
peuvent être soumises à des effets Doppler,
ce qui peut avoir des implications sur la
démodulation du signal à la réception.
En résumé, la fréquence du signal modulant (Fm) joue un rôle important dans la
modulation FM, influençant la déviation de fréquence, la bande passante nécessaire,
la sensibilité au bruit et d'autres caractéristiques du signal modulé en fréquence.
Les implications spécifiques dépendent du contexte d'application et des exigences du
système de communication.

Impact de l’indice de modulation m
L'indice de modulation, souvent représenté par la
lettre "m", est un paramètre important dans la
modulation FM. Il mesure l'étendue des variations de la
fréquence du signal porteur en fonction du signal
d'information.
L'indice de modulation "m" est défini comme le rapport
entre la variation maximale de fréquence du signal
modulé (Δf) et la fréquence maximale du signal
d'information (f_m). Mathématiquement, cela peut
être exprimé comme suit :
m = F/Fm
L'impact de l'indice de modulation sur la modulation FM est significatif et peut
influencer plusieurs aspects de la transmission. Voici quelques points clés :
Largeur de bande : L'indice de modulation est directement lié à la largeur de
bande occupée par le signal modulé. Plus l'indice de modulation est élevé, plus
la largeur de bande nécessaire pour transmettre le signal sera grande. Cela
signifie que des indices de modulation élevés peuvent entraîner une utilisation
plus importante du spectre radioélectrique.
Sensibilité au bruit : La modulation FM est connue pour sa meilleure résistance
au bruit par rapport à la modulation d'amplitude (AM). Cependant, un indice de
modulation trop élevé peut augmenter la sensibilité du signal modulé aux
variations de bruit, ce qui peut affecter la qualité de la transmission.
Déviation de fréquence : L'indice de modulation est également lié à la déviation
maximale de fréquence du signal porteur. Une valeur plus élevée de "m"
entraîne une déviation plus importante, ce qui peut influencer la conception des
circuits dans les récepteurs pour traiter efficacement ces variations de
fréquence.
Distorsion : Un indice de modulation élevé peut conduire à des distorsions si la
chaîne de transmission n'est pas correctement dimensionnée pour traiter de
telles variations. Des distorsions peuvent se produire si le signal modulé
dépasse les limites de la bande passante du canal de transmission.

La modulation de fréquence (FM) peut être classée en deux catégories principales en fonction de l'indice de modulation : la modulation de
fréquence à bande étroite (NBFM - Narrowband FM) et la modulation de fréquence à bande large (WBFM - Wideband FM).
NBFM
Indice de Modulation Faible (m = 0.2) :
Lorsque l'indice de modulation est faible (par
exemple, m = 0.2), la variation de la fréquence du
signal porteur est relativement limitée.
Cela conduit à une bande latérale principale étroite
et à une utilisation plus efficace de la bande
passante.
Les systèmes NBFM sont souvent utilisés dans des
applications où la conservation de la bande
passante est cruciale, par exemple, dans les
communications radio bidirectionnelles.
Indice de Modulation Élevé (m = 100) :
Un indice de modulation très élevé (comme m = 100) entraîne
une variation de fréquence du signal porteur
significativement plus importante.
Cela se traduit par une bande latérale plus large et une
utilisation plus importante de la bande passante.
Les systèmes NBFM avec un indice de modulation élevé
peuvent être moins efficaces en termes de bande passante,
mais peuvent être utilisés dans des applications spécifiques
où la qualité du signal est prioritaire sur l'utilisation de la
bande passante, comme dans certaines applications de
radiodiffusion.
M = 0.2 Temporal representation

La modulation de fréquence (FM) peut être classée en deux catégories principales en fonction de l'indice de modulation : la modulation de
fréquence à bande étroite (NBFM - Narrowband FM) et la modulation de fréquence à bande large (WBFM - Wideband FM).
M = 100 Temporal representation
WBFM
Indice de Modulation Faible (m = 0.2) :
Dans le cas de la WBFM, un indice de modulation faible
entraînerait une variation de fréquence plus
limitée du signal porteur par rapport à un indice
élevé.
Cela peut être utilisé dans des applications où la
qualité sonore est importante tout en limitant
l'utilisation de la bande passante.
Indice de Modulation Élevé (m = 100) :
Un indice de modulation élevé dans la WBFM peut
donner lieu à une bande passante significativement
plus large.
Les émissions de radio FM grand public utilisent
souvent des indices de modulation élevés pour
garantir une qualité sonore élevée, mais cela
nécessite une bande passante plus importante.

En resume, l'indice de modulation dans la FM a un
impact significatif sur la bande passante
occupee et la qualite du signal. Les choix d'indice
de modulation dependent des exigences
specifiques de l'application, equilibrant la
qualite du signal et l'utilisation de la bande
passante.

P(t) signal porteuse to sinus wave
Impact of Am on modulation FM
Am<Ap
am = 1
ap = 2

Am = Ap

Am > Ap

Impact of Fm on modulation FM
Fp>Fm

Fp=Fm
fp = 50 fm = 50

Fp<Fm
fp = 50 fm = 150

m = 0.2
Impact of m on modulation FM

m = 100
Impact of m on modulation FM

remarque :
Amplitude de la porteuse (Ap
) :
L'amplitude de la porteuse affecte l'amplitude des pics latéraux dans le
spectre du signal modulé. Une amplitude plus élevée peut augmenter la
portée du signal, mais une trop grande amplitude peut conduire à la
distorsion.
Fréquence de la porteuse (Fp
) :
La fréquence de la porteuse détermine la fréquence centrale du signal
modulé. Une fréquence plus élevée peut conduire à une utilisation plus
large de la bande passante et à une meilleure résistance au bruit.
Dans la modulation de fréquence (FM), les paramètres tels que
l'amplitude de la porteuse (Ap
), la fréquence de la porteuse (Fp
), la fréquence du signal modulant (Fm
), et l'indice de
modulation (m) ont tous un impact significatif sur les
caractéristiques du signal modulé. Le choix entre une porteuse
en cosinus (cos⁡
cos) et une porteuse en sinus (sin⁡
sin) affecte
également le signal modulé, bien que cela dépende de la
convention utilisée dans la modulation FM.
TOPIC 1
TOPIC 1

remarque :
Amplitude de la porteuse (Ap
) :
L'amplitude de la porteuse affecte l'amplitude des pics
latéraux dans le spectre du signal modulé. Une amplitude
plus élevée peut augmenter la portée du signal, mais une
trop grande amplitude peut conduire à la distorsion.
Fréquence du signal modulant (Fm
) :
La fréquence du signal modulant influence la variation de la fréquence de la porteuse en
fonction du temps. Une fréquence modulante plus élevée peut conduire à une modulation
plus rapide et à une utilisation plus large de la bande passante.
Indice de modulation (m) :
L'indice de modulation mesure l'amplitude relative des variations de fréquence par
rapport à la fréquence du signal modulant. Un indice de modulation plus élevé conduit à
une modulation plus prononcée et à une utilisation plus importante de la bande passante.
TOPIC 2
TOPIC 2

Porteuse en cosinus (cos⁡
cos) vs Porteuse en sinus (sin⁡
sin):
En FM, la convention la plus courante est d'utiliser une porteuse en
cosinus. Cependant, utiliser une porteuse en sinus peut également
être possible, mais cela pourrait décaler la modulation de phase de
π/2
. Cela peut influencer la détection et la démodulation, en
particulier lors de l'utilisation de discriminateurs de fréquence.
1.
En résumé, le choix des paramètres de modulation FM a un impact
significatif sur les caractéristiques du signal résultant. Il est important
de trouver un équilibre entre la qualité du signal, l'utilisation de la bande
passante et la résistance au bruit en fonction des exigences spécifiques
de l'application.
CONCLUSION BETA
CONCLUSION BETA

partie final demodulation FM
La démodulation FM (Frequency Modulation) est le processus
permettant de récupérer l'information utile à partir d'un signal
modulé en fréquence. La modulation de fréquence est une
technique de modulation dans laquelle la fréquence de la porteuse
est modifiée proportionnellement au signal d'entrée. Pour
comprendre la démodulation FM, examinons d'abord le processus
de modulation FM.
La démodulation FM (Frequency Modulation) est le processus
permettant de récupérer l'information utile à partir d'un
signal modulé en fréquence. La modulation de fréquence est
une technique de modulation dans laquelle la fréquence de la
porteuse est modifiée proportionnellement au signal d'entrée.
Pour comprendre la démodulation FM, examinons d'abord le
processus de modulation FM.
Une fois la sortie du discriminateur de phase obtenue, elle est ensuite intégrée pour récupérer
le signal d'information original. Cette opération d'intégration peut être réalisée
électroniquement.
Il est important de noter que la démodulation FM peut être plus complexe que la démodulation
d'amplitude (AM) en raison de la nature non linéaire de la modulation de fréquence. Des
techniques sophistiquées sont parfois nécessaires pour garantir une démodulation précise et
efficace.

La méthode de Hilbert est souvent utilisée pour
extraire le signal d'amplitude à partir d'un signal
modulé en amplitude (AM). Elle implique l'utilisation de
la transformation de Hilbert, qui crée un signal
analytique à partir du signal AM en introduisant une
composante en quadrature (déphasée de 90 degrés).
Une fois que le signal analytique est obtenu, la
démodulation peut être réalisée en utilisant des
opérations mathématiques pour extraire le signal
d'amplitude d'origine.
Comme mentionné précédemment, la
démodulation FM est souvent réalisée à l'aide
d'un discriminateur de phase. Ce dispositif mesure
la variation de phase du signal modulé en
fréquence, produisant un signal proportionnel à
la dérivée de la phase. Ce signal est ensuite
intégré pour récupérer le signal d'information
d'origine.
Methode de Hilbert (pour la
demodulation AM) :
Discriminateur de phase (pour la
démodulation FM) :
Une autre méthode couramment utilisée pour la
démodulation FM est l'utilisation d'un boucle à
verrouillage de phase (PLL). Dans un PLL, un
oscillateur local est ajusté de manière à
maintenir une phase constante avec le signal
d'entrée. La fréquence à laquelle l'oscillateur
local est verrouillé donne une mesure de la
fréquence du signal d'entrée, permettant ainsi
la démodulation FM.
Méthode de PLL (Phase-Locked Loop) :

En conclusion, la modulation de fréquence (FM) et la démodulation sont des techniques essentielles dans le domaine des
communications, offrant des avantages significatifs en termes de qualité de signal et de résistance au bruit par rapport
à d'autres méthodes de modulation. Le but principal de la modulation FM est de transmettre des signaux d'information
de manière efficace et fiable, tout en minimisant les effets des interférences et du bruit.
La démodulation FM, en particulier à travers des méthodes telles que le discriminateur de phase et l'utilisation de boucles
à verrouillage de phase (PLL), permet de récupérer avec précision le signal d'information à partir du signal modulé en
fréquence. Cela trouve des applications étendues dans des domaines tels que la radiodiffusion FM, les communications
par satellite et d'autres systèmes de communication sans fil.
Des améliorations continues dans les technologies de modulation et de démodulation FM visent à optimiser la
performance des systèmes de communication. Cela inclut le développement de techniques plus avancées pour la détection
et la correction des erreurs, l'optimisation de la bande passante, et l'adaptation aux conditions de canal changeantes. De
plus, l'intégration de technologies numériques permet d'exploiter des algorithmes sophistiqués pour améliorer la robustesse
du système et faciliter la transmission de données à haut débit.
Au fil du temps, la modulation FM et la démodulation ont évolué pour répondre aux exigences croissantes des systèmes
de communication modernes, contribuant ainsi à la réalisation de communications sans fil plus fiables et efficaces.
CONCLUSION
CONCLUSION

NumPy:
NumPy est une bibliothèque Python puissante et
populaire pour le calcul numérique. Elle fournit des
structures de données efficaces pour les tableaux
multidimensionnels ainsi que des fonctions
mathématiques de haut niveau pour effectuer des
opérations sur ces tableaux. Dans ce contexte, NumPy
pourrait être utilisé pour manipuler des données
numériques, peut-être pour la génération ou la
manipulation de signaux.
Plotly:
Plotly est une bibliothèque graphique interactive qui
permet de créer des graphiques de qualité
professionnelle directement dans Python. La partie
plotly.graph_objs est probablement utilisée pour
créer des objets de graphique qui peuvent être
intégrés dans l'interface web générée par Flask.
Ces graphiques peuvent être interactifs, ce qui
signifie que l'utilisateur peut interagir avec eux,
zoomer, faire défiler, etc.
SciPy:
SciPy est une bibliothèque qui s'appuie sur NumPy et
propose des fonctionnalités supplémentaires pour des
domaines spécifiques tels que l'optimisation, le
traitement du signal, la statistique, etc. La partie
scipy.signal dans votre code suggère que vous utilisez
des fonctionnalités de SciPy pour effectuer des
opérations sur des signaux, ce qui peut inclure des
filtrages, des transformations, etc.
En résumé, votre code semble être un exemple d'application web qui utilise Flask pour la gestion
des routes et des templates, NumPy pour le traitement numérique, Plotly pour la création de
graphiques interactifs, et SciPy pour des opérations spécifiques sur des signaux. L'utilisation de
ces bibliothèques combinées offre un ensemble puissant d'outils pour la manipulation de
données, la visualisation et le traitement du signal dans le contexte d'une application web.

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