Performances des signaux faibles pour les formats de modulation courants

11/02/2025

Performances des signaux faibles pour les formats de modulation courants

23 mars 2025 | par Bob KØNR
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Au départ, je cherchais simplement sur le web des règles de base simples comparant les performances des signaux faibles des types de modulation analogiques et numériques courants. J’étais principalement concentré sur FT8 et FT4, mais je voulais aussi comparer SSB et CW. Je n’ai pas trouvé de comparaison simple de ces modes, mais j’ai trouvé plusieurs bons articles qui en comparaient certains, mais pas tous. Cet article est ma tentative d’agréger les informations disponibles en quelque chose de facile à comprendre.

Déclarations de non-responsabilité

J’ai décidé d’exploiter le travail des autres et de ne pas essayer de dériver tout à partir des principes de base. Je me dis que je suis parfaitement capable de faire l’analyse, mais que je ne trouverais jamais le temps de la terminer. (Oui, c’est mon histoire, et je m’y tiens.) Lorsque les articles sont en désaccord, j’ai essayé d’identifier ceux qui avaient l’analyse ou la justification la plus convaincante et j’ai utilisé ces valeurs.

Mon objectif est de comparer les types de modulation courants principalement en termes de performance des signaux faibles. Cela signifie se concentrer sur la manière dont un signal peut être détecté avec un faible rapport signal-bruit (SNR). J’ai ignoré d’autres facteurs, tels que l’atténuation du signal, le décalage de fréquence, la distorsion par voie multiple, etc. J’ai également ignoré des facteurs tels que le taux d’information fourni par le type de modulation et la largeur de bande requise. L’objectif est d’avoir la capacité de transmettre juste assez d’informations pour établir la connexion.

Sondage bibliographique

La recherche sur Internet m’a fourni plusieurs bons articles ayant examiné ce sujet, listés ci-dessous dans la section Références. Mon approche consiste à comparer les résultats de ces articles et à les agréger dans un résumé concis. Ces valeurs minimales de SNR sont listées dans le tableau ci-dessous, ainsi que mes conclusions agrégées dans la colonne de droite.

La plupart de ces articles ont présenté des données de SNR en termes de bande passante de 2500 Hz, dans le but de fournir une comparaison facile entre les types de modulation. SSB est le signal le plus large discuté, et il s’inscrit approximativement dans une bande passante de 2500 Hz, qui est souvent la largeur de bande IF du récepteur utilisé. Certains auteurs rendent cela explicite en étiquetant ce SNR comme SNR2500. Il est courant dans les travaux de communication de normaliser la bande passante à 1 Hz, ce qui indique l’efficacité de la bande passante de la modulation. Cependant, nous allons nous en tenir au SNR2500.

J’ai commencé avec l’article de PA3FWM [Ref 1], qui propose un aperçu de nombreux modes que j’étais intéressé à comparer. Malheureusement, cet article ne comprend pas FT4 et FT8. N6MW [Ref 2] propose une bonne analyse de FT4 et FT8 ainsi que des valeurs minimales de SNR pour SSB et CW. Celles-ci s’alignaient bien avec les valeurs de PA3FWM, donc c’était bon signe. N6MW faisait référence à l’article fondamental sur FT4 et FT8, publié dans QEX, écrit par les développeurs de FT4 et FT8 [Ref 3]. L’article KB9II [Ref 4] se concentre sur la performance des signaux faibles en VHF et fournit des SNR minimaux pour SSB, RTTY, CW et PSK31. Il introduit les concepts de SNR (moyenne) et SNR (pic). J’ai utilisé les valeurs de SNR (moyenne) dans le tableau. L’article KF6HI [Ref 5] a fourni un autre ensemble de valeurs de SNR qui s’alignaient assez bien. Enfin, je suis tombé sur une présentation de K0LB et KK4SNO [Ref 6] qui inclut une diapositive résumant les performances de SNR. Étant une présentation, elle ne fournit pas beaucoup d’informations sur les sources de leurs chiffres, mais cela semble utile à inclure dans le tableau.

Tableau des performances de SNR

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Les auteurs ont des approches quelque peu différentes pour déterminer leurs valeurs de SNR2500, principalement en raison des hypothèses utilisées. Vous voudrez peut-être lire ces articles pour mieux comprendre les subtilités. Globalement, les résultats sont bien alignés, avec quelques exceptions.

SSB

Les valeurs de SNR2500 en bande latérale unique sont un mélange de 10 dB et 6 dB. Franchement, je pense que 10 dB est un peu élevé pour un « SNR minimum » car j’ai passé beaucoup de temps à établir des contacts VHF/UHF en signaux faibles, juste au niveau du bruit. J’ai réussi à établir des contacts radio avec un SNR bien inférieur à 10 dB. J’ai examiné la justification fournie dans les articles pour cette valeur, et elle est principalement supposée. J’ai donc suivi ma propre expérience et choisi une valeur plus faible, 6 dB, en accord avec KB9II et KF6HI. Même cette valeur pourrait être un peu conservatrice.

RTTY

Je n’ai trouvé que quatre valeurs pour le RTTY, et elles varient considérablement. Après avoir étudié les articles, j’ai jugé que KB9II avait la meilleure justification, donc j’ai opté pour -9 dB. Je soupçonne que la performance réelle du décodage puisse varier en fonction du type et de la qualité du détecteur.

CW

Les valeurs SNR2500 pour le CW variaient considérablement, sur une plage de 10 dB. Une manière d’estimer les performances du CW est d’utiliser la largeur de bande du récepteur et de la comparer à 2500 Hz. En utilisant une largeur de bande typique de filtre CW de 200 Hz, SNR2500 = 10 log (200/2500) = -11,0 dB. Cependant, il est bien connu que la combinaison oreille/cerveau humain fournit un traitement du signal supplémentaire. L’article classique de W2RS [Réf 7] traite très bien de ce sujet. En utilisant des tests réels sur les ondes, l’article explique que la compétence de l’opérateur peut introduire une variation de 3 à 6 dB. Une autre note intéressante est que si l’opérateur connaît à l’avance le type d’information qu’il attend (comme l’indicatif de l’autre station), cela procure un avantage de 3 dB.

Nous pouvons et allons probablement débattre de la valeur SNR2500 pour le CW indéfiniment, mais j’ai décidé d’adopter -12 dB dans la colonne de droite. C’est probablement une estimation prudente pour un opérateur hautement qualifié.

FT8, FT4

Pour FT8 et FT4, j’ai utilisé les valeurs de N6MW, qui proviennent directement de l’article sur FT4 et FT8 [Réf 3]. J’ai arrondi au décibel le plus proche afin d’être cohérent avec le reste de la colonne.

JT65

Les valeurs JT65 sont assez cohérentes. Un article de K1JT [Réf 8] indique que le SNR de JT65 est « environ de -28 à -24 dB dans 2500 Hz », j’ai donc mis -24 dB dans la colonne de droite.

WSPR

WSPR est un mode balise populaire et le roi de la réception de signaux faibles. Les rapports de signal sont collectés dans le monde entier et partagés via WSPRnet.org. Les performances du WSPR varient en fonction des paramètres spécifiques utilisés dans le logiciel, et nous avons une certaine variation dans le tableau. L’article de K1JT & W1BW [Réf 9] indique que « le protocole WSPR est efficace à des rapports signal/bruit aussi bas que -28 dB dans une bande passante de 2500 Hz, soit environ 10 à 15 dB en dessous du seuil d’audibilité. » J’ai donc utilisé -28 dB dans la colonne agrégée.

Conclusions

La colonne la plus à droite du tableau fournit une comparaison raisonnable des types de modulation répertoriés. Je ne prétends pas que les valeurs sont parfaites, mais elles devraient être utiles pour comprendre les performances de ces modes. Ces données montrent que la BLU est le mode le moins sensible, suivie par le RTTY et le PSK31. Comme mentionné précédemment, la valeur du CW est sujette à débat, mais il fonctionne mieux que le RTTY et le PSK31. Cela nous amène au FT4 et au FT8, qui sont des protocoles WSJT couramment utilisés avec un débit raisonnable. (FT4 et FT8 utilisent des intervalles d’émission/réception de 7,5 et 15 secondes.) JT65 fonctionne à un SNR plus faible, mais il appartient réellement à une catégorie différente. Il est conçu pour les contacts Terre-Lune-Terre, avec des intervalles d’une minute. WSPR est également unique en tant que système de balisage et n’est pas conçu pour des contacts radio bidirectionnels, mais il offre la meilleure performance SNR de la liste.

Lors de l’utilisation de ces données, gardez à l’esprit que la plupart de ces modes se dégradent lentement, il n’y a donc pas de coupure nette à un niveau de signal précis. Les valeurs sont des règles empiriques, précises à quelques dB près.

Merci à Jim/K5ND et Bob/WØBV pour leur relecture de cet article et leurs commentaires.

73 Bob K0NR

Références

1. Rapport signal/bruit des modes amateurs numériques – Pieter-Tjerk de Boer, PA3FWM

2. Modulation et décodage FT8 – Une plongée dans l’interprétation du SNR – N6MW

3. Les protocoles de communication FT4 et FT8 – Steve Franke, K9AN, Bill Somerville, G4WJS, Joe Taylor, K1JT

4. Une comparaison des modes numériques courants pour les communications VHF à faible signal – John Matz, KB9II

5. Rapport signal/bruit, définition et application aux communications radio – KF6HI

6. Les modes numériques en radio amateur – Larry, K0LB et Scott, KK4SNO

7. La capacité de détection des signaux faibles par l’oreille humaine – Ray Soifer, W2RS

8. EME avec JT65 – Joe Taylor, K1JT

9. WSPRing autour du monde – Joe Taylor, K1JT, et Bruce Walker, W1BW

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Bob Witte, KØNR, est un contributeur régulier à AmateurRadio.com et écrit depuis le Colorado, aux États-Unis. Contactez-le à bob@k0nr.com.

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