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EnglishRÉSUMÉ
La modulation numérique, dernière fonction de la chaîne d'émission, consiste à convertir un flux de données binaires en un signal transmissible. La modulation COFDM est une forme de modulation particulièrement bien adaptée aux contraintes d'un canal de transmission terrestre, en particulier en présence d'échos et vers les mobiles. Son efficacité a conduit à son adoption, non seulement pour la radio numérique, mais également pour la télévision numérique terrestre et pour des services de télécommunications.
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Jean-Noël GOUYET : Ingénieur-formateur et consultant en techniques et systèmes numériques télévision et multimédia - Ancien chargé d'études à la direction de la recherche de l'INA (Institut national de l'audiovisuel)
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Sylvie KALINOWSKI : Responsable de la filière de formation transmission – Diffusion à INA Expert
INTRODUCTION
A l'heure où le numérique supplante l'analogique dans toutes les techniques de transfert des images et des sons, le secteur de la radiodiffusion sonore constitue un cas un peu particulier, dans la mesure où les deux modes semblent avoir trouvé un état d'équilibre dans la cohabitation. Ayant fait le pari que l'analogique ne peut perdurer devant la poussée inéluctable du numérique, les auteurs proposent d'ouvrir un dossier mettant en avant les perspectives relatives d'évolution d'une radio qui serait exclusivement numérique.
Ce dossier, concernant uniquement le dernier segment d'une chaîne de production/distribution de radio, qui va d'un point d'émission au terminal de réception, est composé de 4 articles :
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le [TE 6 140] rappelle, après un rapide historique de la radio, les plates-formes techniques et réseaux utilisables pour la radio analogique puis numérique. Il présente ensuite un bref panorama des systèmes techniques développés pour la diffusion ou la transmission de la radio numérique et compare leurs différentes utilisations suivant les plate-formes de distribution ;
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le [TE 6 142] présente les principales techniques communes aux différents systèmes de radio numérique : le codage de source audio (en particulier MPEG-4 HE-AAC), le formatage de trame et le multiplexage, la protection des données qu'assurent la détection-correction des erreurs et l'entrelacement. Cet article associé présente la modulation numérique COFDM ;
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le [TE 6 150] détaille le premier standard de diffusion développé, le DAB (Digital Audio Broadcasting) et sa 2e génération le DAB+, ainsi que le T-DMB (Terrestrial – Digital Multimedia Broadcasting), dérivé du DAB mais s'élargissant à la diffusion de la vidéo vers les mobiles ;
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le [TE 6 154] expose d'autres systèmes de diffusion de radio numérique via d'autres plate-formes techniques et réseaux :
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DRM (Digital Radio Mondiale) et DRM+, solution numérique de remplacement de la radio analogique AM et FM,
la HD Radio en diffusion simultanée (simulcast),
la radio par satellite,
la radio intégrée à la diffusion DVB (Digital Video Broadcasting),
la distribution de la radio via les réseaux télécoms, en particulier l'Internet et les réseaux vers les mobiles.
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La figure 1 illustre les principales « briques de Lego » fonctionnelles d'un système de radio numérique :
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le codage de source de l'information distribuée ([TE 6 142], § 1) :
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de l'audio – le codage consiste à utiliser un format de compression pour réduire le débit, soit MPEG-1/-2 Audio Layer 2, soit de plus en plus MPEG-4 Audio HE-AAC,
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des données (textes),
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éventuellement des images fixes et/ou de la vidéo ;
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le formatage de l'information pour sa transmission structurée et sécurisée dans des formats-conteneurs de transport (imbriqués comme des « poupées russes ») comprenant essentiellement :
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le multiplexage des différentes composantes d'un service radio, de plusieurs services radio (ou non), des métadonnées associées et des informations de service ([TE 6 142], § 2),
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la protection des données, consistant en l'ajout d'un (ou plusieurs) code(s) détecteurs-correcteurs d'erreurs, associés à d'autres mécanismes (entrelacement des données), qui joueront leur rôle en aval de la transmission, c'est-à-dire après démodulation et avant décodage de l'audio ([TE 6 142], § 3) ;
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la modulation numérique la plus adaptée au canal de transmission, fonction qui fait l'objet de cet article.
Les diverses techniques utilisées pour réaliser chacune de ces fonctions sont présentées dans les quatre parties de cet article.
MOTS-CLÉS
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5. En conclusion
Si le développement de la radio numérique a été rendu possible grâce à la réduction de débit audio, aux codes détecteurs/correcteurs d'erreurs et à leur flexibilité, l'apport du système de modulation numérique COFDM est fondamental en diffusion terrestre.
Le COFDM est particulièrement bien adapté aux contraintes d'un canal de propagation terrestre. Tout en prenant en compte les échos, aussi bien naturels qu'artificiels, créés par des émetteurs voisins, il sait s'en affranchir ou compenser les effets négatifs de cette propagation à trajets multiples grâce à des techniques de modulation d'un grand nombre de porteuses orthogonales et de corrections d'erreurs. Ses performances lui permettent de desservir des récepteurs mobiles se déplaçant à vitesse élevée.
Enfin le COFDM offre la possibilité de mettre en place des réseaux ou plaques, SFN (Single Frequency Network) limitant ainsi le nombre de canaux pour diffuser un programme donné sur un territoire donné à l'heure où les bandes de fréquences deviennent une denrée rare.
Ces caractéristiques et les performances de cette technique expliquent que, développée au départ pour la radio numérique, elle est maintenant utilisée dans de nombreuses applications (télévision numérique DVB, téléphonie 4G LTE…).
Cet article n'aurait pu être écrit sans les travaux et les publications des ingénieurs du CCETT de Rennes, qui nous ont également formés dans ce domaine. Qu'ils en soient, ici, tous remerciés.
Nos remerciements à Jacques JOUHANEAU et Laurent BONDIE pour leur relecture attentive de ce document.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STOTT (J.H.) - The how and why of COFDM. - EBU Technical Review, Winter (1998) http://www.tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_278-stott.pdf
-
(2) - BERROU (C.), LE FLOCH (B.), ALARD (M.) - Coded orthogonal frequency division multiplex. - Proceedings of the IEEE, vol. 83, no 6, p. 982-996, juin 1995 http://www.cin.ufpe.br/~rtw/arquivos/Coded%20Orthogonal%20Frequency%20Division%20Multiplex.pdf
-
(3) - ALARD (M.), LASSALLE (R.) - Principles of modulation and channel coding for mobile receivers. - EBU Technical Review, no 224, août 1987 http://www.tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_224-alard.pdf
-
(4) - FARIA (G.), IT IS - COFDM : The best asset for DAB-T, - fév. 1999 http://www2.ing.unipi.it/~a008328/documenti/dab/CD/files/cofdm.rtf
-
(5) - BOLTZE (T.), HOEG (W.), STOLL (G.) - Digital audio broadcasting. - John Wiley & Sons, automne 2000.
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(6) - GOUYET...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Principe de la transmission OFDM – Utilisation dans les systèmes cellulaires.
-
Radio numérique – Codage source, formatage de trame, protection des données.
-
Radio numérique – Panorama des systèmes et plates-formes de distribution.
-
Perception de l'espace et immersion. Perception auditive....
NORMES
-
Radio Broadcasting Systems ; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers - ETSI EN 300 401 V1.4.1 - 09-00 -> 06-06
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Digital Radio Mondiale (DRM) ; System Specification - ETSI ES 201 980 V3.2.1 - 04-03 -> 06-12
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Digital Audio Broadcasting (DAB) ; DMB video service ; User Application Specification + DMB-Radio - ETSI TS 102 428 V1.1.1 - 06-05 -> 04-09
-
(Digital Audio Broadcasting (DAB+) ; Transport of Advanced Audio Coding (AAC) audio - ETSI TS 102 563 V1.1.1 - 02-07 -> 05-10
ANNEXES
• EBU (European Broadcasting Union) http://www.ebu.ch/
• ETSI (European Telecommunications Standards Institute) http://www.etsi.org
• IEC (International Electrotechnical Commission) http://www.iec.ch/
• ISO (International Organization for Standardization) http://www.iso.org
• ITU-R (International Telecommunication Union – Radiocommunication sector) http://www.itu.int/ITU-R
• MPEG Surround http://www.mpegsurround.com
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