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Chapitre II : Codage et transmission de l’information · Téléinformatique Chapitre II : Codage et transmission de l’information ESEN Université De La Manouba. 2 Caractéristiques

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  • Tlinformatique

    Chapitre II:

    Codage et transmission de linformation

    ESEN Universit De La Manouba

  • 2

    Caractristiques dune ligne de transmission

  • 25/01/2015 3

    CLASSIFICATION DES MODES DE TRANSMISSIONSELON LORGANISATION DES CHANGES

    Modes de

    Transmission

    Simplex

    Half Duplex

    Full Duplex

  • 25/01/2015 4

    Simplex

    Une liaison dans laquelle les donnes circulent dans un seul sens utile lorsque les donnes n'ont pas besoin de circuler dans les deux

    sens

    Dfinition de lANSI (American National Standards Institute) All signals can flow in only one direction

    Dfinition de lITU-T (International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) Signals can flow in only one direction at a time. At other times

    communications can flow in the reverse direction

  • 25/01/2015 5

    Exemple de simplex

    Radiodiffusion radio FM/AM

    Tldiffusion Transmission unilatrale de signaux

    (numriques/analogiques) vers un grand nombre de clients

    Multicast dans lInternet Mthode de diffusion de l'information d'un

    metteur vers un groupe

  • 25/01/2015 6

    Exemple de simplex

  • 25/01/2015 7

    Half Duplex

    Half Duplex ou semi-duplex Les donnes circulent dans un sens ou l'autre, mais pas

    les deux simultanment. Chaque extrmit de la liaison met son tour. Utilisation de la capacit totale de la ligne.

    Exemple Talki-Walki

  • 25/01/2015 8

    Full Duplex

    Full Duplex ou Duplex Intgrale Les donnes circulent de faon bidirectionnelle et

    simultanment L'association de deux canaux simplex

    Exemple Tlphone, Full-duplex Ethernet

  • 25/01/2015 9

    CLASSIFICATION DES MODES DE TRANSMISSION EN FONCTION DES PARAMTRES PHYSIQUES

    Modes de

    Transmission

    Parallle / Srie

    Asynchrone / Synchrone

  • 25/01/2015 10

    Transmission Parallle

    11011100

    1

    1

    0

    1

    1

    1

    0

    0

  • 25/01/2015 11

    Transmission Parallle Caractrise par un transfert simultan de tous les bits dun

    mme mot (n bits). Elle ncessite autant de conducteurs quil y a de bits transmettre

    Pose de nombreuses difficults dont les principales sont le rayonnement des conducteurs lun sur lautre (diaphonie) la diffrence de vitesse de propagation entre les diffrents

    conducteurs (Delay Skew) qui ncessitent la ralisation dune lectronique coteuse.

    Un cot lev (nombre de conducteurs) et une distance franchissable limite par la dsynchronisation du train de bits (Delay Skew) rservent la transmission parallle aux liaisons de processeur processeur

  • 25/01/2015 12

    Transmission Srie

    11011100

  • 25/01/2015 13

    Transmission Srie

    1 0 1

    11 00 11

    111 000 111

    Comment le rcepteur interprte-t-il le signal binaire ci-dessus si on ne connat pas la dure d'un bit ?

    Est-ce 101 ou 110011 ou 111000111 ?

    Ne pas connatre la dure d'un bit = synchronisation.

  • 25/01/2015 14

    Transmission Synchrone/Asynchrone

    Dans les transmissions asynchrones les horloges sont indpendantes

    Au contraire, dans les transmissions synchrones on maintient en permanence une relation entre les horloges mission et rception.

  • 25/01/2015 15

    Notion d'horloge

    Les bits sont mis au rythme de lhorloge locale de lmetteur que nous supposons stable.

    Lhorloge du rcepteur est suppose fonctionner la mme cadence ou frquence

    Cependant, rien ne permet de garantir sa stabilit.

    La frquence varie, on dit que lhorloge drive.

  • 25/01/2015 16

    Notion d'horloge

  • 25/01/2015 17

    Transmission Synchrone

    Solution de synchronisation dune transmission srie

    Envoyer lhorloge par une voie supplmentaire Il pourrait y avoir dphasage des signaux l'arrive, l'horloge

    d'arrive ne serait donc pas fiable

    Utilis des horloges synchrones elles sont excessivement chres pour des applications

    banales de transmission

    Utilis des codes autoporteurs d'horloge

  • 25/01/2015 18

    Transmission Asynchrone

    Le rcepteur n'est pas parfaitement synchrone avec l'metteur

    Le rcepteur possde une horloge interne dont la priode est aussi proche que possible de celle de l'metteur

    Le rcepteur dcouvre le dbut de transmission d'un octet au moment de la rception d'un premier bit appel "bit de start". Il va ensuite supposer que son horloge lui est proche de celle de l'metteur

    et dcoder le reste de l'octet qui arrive.

    Il peut y avoir erreur si l'horloge du rcepteur est assez diffrente de celle de l'metteur si la squence binaire envoye est trop longue (gnralement cette squence

    est d'un octet seulement).

    En pratique, cette mthode s'avre trs sre quoiqu'un peu lente.

  • 25/01/2015 19

    Transmission Asynchrone: Bit de START/ Bit de STOP Le dbut de la transmission d'un mot binaire (octet

    en gnral), est marqu par le passage du signal au niveau logique 0

    Ce niveau doit tre maintenu pendant un temps T dont la valeur est une caractristique de la transmission. Valeur commune au transmetteur et au rcepteur. On

    l'appelle temps de bit Par ce moyen, l'metteur indique au rcepteur le dbut de

    la transmission d'un mot binaire.

  • 25/01/2015 20

    Transmission Asynchrone: Bit de START/ Bit de STOP

  • 25/01/2015 21

    MODLISATION DU SUPPORT DE TRANSMISSION

  • 22

    Modlisation du support de transmission

    01 01 00

    Signal mis

    Signal Reu

    01 11 01

    Parasites

    Signal adapt au support

  • 23

    Modlisation du support de transmission

    Les supports de transmission ne sont pas parfait Attnuation Dphasage Bruit cho

    Les dfauts du support limitent la transmission Dbit Dlai tendu

    Adapter les techniques de transmission aux caractristiques du support

    23

  • 24

    Signal & Onde

    Un signal est une variation dans le temps dun phnomne physique.

    La variation se propage dans lespace en formant une ondeExemple: une vague la surface de leau

    En contrlant les variations on peut transmettre des informations un destinataire qui observe les variations.

  • 25

    Signal & Onde Lorsquon parle:

    Les vibrations des cordes vocales provoquent des variations de la pression de lair.

    Les variations de pression dair se propagent autour de soi comme autant de bulles concentriques.

    Ds quune bulle atteint lauditeur, la pression dair associe cette bulle est dtecte par son oreille puis analyse par son cerveau. Linformation est transmise.

    En tlcommunications, on cre un signal laide de variations de potentiel lectrique ou lectromagntique.

  • 26

    Londe sinusodale

    L'onde sinusodaleest le plus simple des signaux est facilement gnren'importe quel signal peut tre exprim partir d'ondes

    sinusodales.

    s(t)= A sin(t + )A : Amplitude : Pulsation = 2 / T =2 f ; avec T = priode : Phase loriginet + : Phase instantane

  • 27

    Londe sinusodale

    T

  • 28

    Puissance des signaux

    Les signaux ont une puissance relativement faible, mesur en milliwatt (mW).

    On se rfre le plus souvent aux rapports de puissance: puissance reue (Psignal reu ou P2) par rapport la puissance envoy (P signal mis ou P1)

    Comme ces rapports sont trs faibles, on utilise les logarithmes dcimaux (log) ( base de 10)

    Ce rapport sexprime en dcibel (dB)

  • 29

    Les Filters

    Filtre passe bas : laisse passer les basses frquences et attnue les hautes frquences, c'est--dire les frquences suprieures la frquence de coupure

    Filtre passe haut : laisse passer les hautes frquences et attnue les basses frquences, c'est--dire les frquences infrieures la frquence de coupure.

    Filtre passe-bande :ne laissant passer quune bande ou intervalle de frquences compris entre une frquence de coupure basse et une frquence de coupure haute du filtre.

  • 30

    Modlisation dun support de transmission

    Bande passante: la largeur, mesure en hertz, d'une plage de frquences f2 - f1. Dsigne la diffrence entre la plus haute et la plus basse frquence du

    signal

    Gain = 10 log(Psignal reu / P signal mis )

    Un support de transmission se comporte gnralement comme un filtre passe bande Ne laissant passer que les signaux dont les frquences sont comprises entre une

    frquence basse (fb) et une frquence haute (fh)

    La bande passante (capacit) dun support de communication correspond la plage de frquences o il prsente les meilleurs caractristiques

    de transmission.

  • 31

    Modlisation dun support de transmission

    La bande passante n dcibels (dB) est la plage de frquences dans laquelle le rapport Ps/Pb (appel le rapport signal sur bruit ou SNR signal to noise ratio ou S/B) vrifie :

    10log (Psignal /Pbruit) n dB

    Le SNR: Infini: A la source du signal original (dont le bruit est nul), et ne

    peut que dcrotre lors de la transmission. Nul: Le signal reu ne permet plus de discerner de faon fiable le

    signal original du bruit, leurs puissances respectives tant gales Ngatif: on ne percevra que le bruit Positif: support de transmission de bonne qualit

  • 32

    Modlisation dun support de transmission

    Le ratio Signal/Bruit sexprime sous la forme dun Logarithme base 10: SNR(db) = 10 log(Psignal /Pbruit) (parfois not

    10log(S/B) )

  • 33

    Formule de Shannon

    Dbit thorique maximum dun support soumis du bruit :

    D = W log2 (1 + Psignal /Pbruit) Le dbit D en bits/s la bande passante W en Hz Psignal / Pbruit est obtenu laide du rapport signal sur bruit

    exprim en dcibel dB

    Claude Shannon (USA 1916- 2001)

  • 34

    Analyse de Fourrier Une fonction priodique quelconque de la forme g(t) ayant pour priode T

    pouvait tre dcompose en une suite de fonctions sinusodale et cosinusoidale Une fonction priodique est une fonction qui lorsqu'elle est applique une variable,

    reprend la mme valeur si on ajoute cette variable une certaine quantit fixe appele priode

    F=1/T Frquence fondamentale du signale considr

    an et bn sont les amplitude du sinus et du cosinus de rang n (les termes ou harmoniques de la suite)

    Une telle dcomposition est appel la srie de Fourrier

  • 35

    Analyse de Fourrier

    Partant de la srie de Fourrier, il est possible de reconstituer la fonction original d'autant plus fidlement que le nombre d'harmonique est lev.

    (a) signale numrique (b,c,d,e) ses

    approximations

  • 36

    Domaine Temporel / Frquentiel Il y a deux domaines importants de description du signal

    1. Le domaine temporel de la forme s(t) . Il sagit du domaine de description usuelle utilis pour visualiser lallure du signal s(t). Dans ce domaine de reprsentation le signal peut tre caractris par sa dure, sa priode fondamentale, ou son amplitude.

    2. Le domaine des frquences de la forme s(f). Dans ce domaine de reprsentation le signal peut tre caractris par son spectre, sa frquence fondamentale ou sa largeur de bande.

    Ces deux domaines de description du signal sont relis entre eux par la transformation de Fourier. Cet aspect dualistique (dualit temps frquence) des signaux joue un

    rle fondamental en thorie du signal et en lectronique o en peut raisonner indiffremment en temps ou en frquences

  • 37

    Transforme de Fourier

    La transforme de Fourier est une gnralisation de la srie de Fourier applique aux signaux non priodique.

    Un signal s(t) sera dfini par une paire de transforme de Fourier, que lon reprsentera de la faon suivante : s(t) s(f) dans les quelles

  • 38

    Transforme de Fourier

    s(t) est la caractristique temporelle du signal, lautre forme cest dire s(f) est la caractristique frquentiel

    La paire de fonction s(t) et s(f) sont dite couple de Fourier.

    spectre damplitude spectre de phase

  • 39

    Perturbation du signal transmis

    Lorsquon transmet un signal sur un lien de communication, il arrive toujours dform lautre bout.

    Autrement dit les rseaux ne sont pas parfaits ils introduisent des variations non dsires dans les signaux quils

    transportent.

    Lorsquun signal analogique est ainsi modifi, cela introduit du bruit dans le message. Plus la distance est grande, plus le signal est susceptible d'tre

    dform.

  • 40

    Perturbation du signal transmis: AffaiblissentLattnuation est la rduction de l'amplitude et de l'nergie d'un signal travers le mdium qu'il traverse.

  • 41

    Perturbation du signal transmis: DphasageLe dphasage entre deux ondes est la diffrence entre leurs phases.

    Dphasage

  • 42

    Perturbation du signal transmis: Bruit

    Signal qui ne contient aucune information et qui vient sajouter linformation pertinente transmettre

    Bruit blanc Origine : agitation thermique des porteurs de charges De faible puissance Sur une large plage de frquences

    Bruit Impulsifs Origine: organes lectromcaniques, microcoupures. Sources lectriques proches qui induisent des courants lectriques sur la ligne de

    transmission De forte puissance De faible dure

  • 43

    Perturbation du signal transmis: Autres phnomnes

    Diaphonie : couplage parasite entre lignes voisines influence lectromagntique placement des cbles, Solution : blindage

    cho : rflexion du signal Solution : suppresseur dcho

  • 44

    Perturbation du signal transmis

  • 45

    Objectif: Transmission de donnes analogique numrise

    Nature des donnes

    Type de transmission

  • 46

    Nature des donnes

    Les donnes transmettre peuvent tre de nature analogique ou numrique

    Analogique: composes de valeurs qui varient de faon continue (temprature, voix, signal de tlvision,)

    Numrique: composes de valeurs discrtes, cest--dire que les donnes sont reprsentes par un ensemble fini ou dnombrable de valeurs distinctes ou spares (nombres, caractres, pixels,)

  • 47

    Types de transmission

    Pour tre transmises sur un canal de communication, les informations doivent tre transformes en signaux lectriques (ou lectromagntiques).

    Bien quun signal soit de nature essentiellement analogique, on distingue quand mme (abus de langage commode) deux formes de transmission AnalogiqueNumrique

  • 48

    Types de transmission: Analogiques

    le signal reprsente directement la valeur de linformation analogique quelle transmet, soit par les variations de la tension du signal, de la frquence du signal ou par les variations dune autre caractristique

    physique

    48

  • 49

    Types de transmission: Analogiques

    Transmission analogique dinformations analogiques : mission de la parole sur le rseau tlphonique, du son

    sur les ondes radio, dimages de tlvision sur le rseau de tldiffusion,...

    Transmission analogique dinformations numriques : transmission de donnes informatiques sur des

    lignes tlphoniques, par satellite,...

  • 50

    Types de transmission: Numrique

    Avec les techniques de transmission numrique, on ne cherche plus transmettre un signal analogue celui que l'on veut reproduire ; on traduit tout signal en une suite de bits.

    Le signal est constitu dune squence de signaux lmentaires transmis les uns aprs les autres, chacun durant une brve priode de temps.

    Les signaux sont choisis parmi un ensemble fini de valeurs ou formes prdfinies (voltage, frquence ,...)

  • 51

    Types de transmission: Numrique

    Transmission numrique dinformations numriques : transmission de donnes informatiques en bande de

    base,...

    Transmission numrique dinformations analogiques : transmission de la parole, du son ou dimages en

    bande de base,...

  • 52

    Transmission de donnes analogique numrise

    Pour profiter de la robustesse de la transmission numrique, la majorit des compagnies de tlphone ont converti leurs rseaux en remplaant la transmission analogique par une transmission numrique.

    Pour faire cette conversion, il faut dabord transformer les signaux analogiques sous une forme numrique laide de trois procds complmentaires : lchantillonnage la quantification le codage

  • 53

    Transmission de donnes analogique numrise

  • 54

    Transmission de donnes analogique numrise

    Pour profiter de la robustesse de la transmission numrique, la majorit des compagnies de tlphone ont converti leurs rseaux en remplaant la transmission analogique par une transmission numrique.

    Pour faire cette conversion, il faut dabord transformer les signaux analogiques sous une forme numrique laide de trois procds complmentaires : lchantillonnage la quantification le codage

  • 55

    Transmission de donnes analogique numrise

  • 56

    La numrisation des signaux analogiques

    Trois oprations sont ncessaires pour la numrisation des signaux analogiques

    1- lchantillonnage: passage dun espace de temps continu un espace de temps discret 2- la quantification : passage dun espace de valeurs continu un espace de valeurs discret

    3- le codage: chaque niveau quantifi de valeurs est cod sur un nombre dtermin de bits

  • 57

    Transmission de donnes analogique numrise

    Lchantillonnage consiste choisir un certain nombre de moments prdfinis dans le temps et observer le niveau de tension du signal analogique chacun de ces moments

    Les valeurs ainsi observes sont appeles les chantillons.

    Le dlai entre les chantillons doit tre assez court pour sassurer de bien observer toutes les variations importantes du signal.

    Pour la voix on chantillonne gnralement 8000 fois par seconde.

  • 58

    Lchantillonnage Pour reproduire correctement le signal larrive, le rcepteur doit

    disposer dun minimum dchantillons.

    Il existe donc une relation troite entre la frquence maximale des variations du signal discrtiser et le nombre dchantillons prlever.

  • 59

    Lchantillonnage Consiste prendre des points du signal analogique au fur

    et mesure quil se droule.

    Plus la bande passante est importante, plus il faut prendre dchantillon par seconde.

    Cest le thorme dchantillonnage qui donne la solution: si un signal f(t) est chantillonn intervalle rgulier dans le

    temps et un taux suprieur au double de la frquence

    significative la plus haute, les chantillons contiennent toutes les informations du

    signal original. En particulier, la fonction f(t) peut tre reconstitue partir des

    chantillons.

  • 60

    Thorme d'chantillonnage de Nyquist-Shannon

    La frquence d'chantillonnage d'un signal doit tre gale ou suprieure au double de la frquence maximale contenue dans ce signal, afin de convertir ce signal d'une forme analogique une forme numrique

    La la frquence d'chantillonnage d'un CD audio, (normalis 44,1 kHz) L'oreille humaine peut capter les sons jusqu' 16 kHz, quelquefois jusqu'

    20 kHz. Il convient donc, lors de la conversion, d'chantillonner le signal audio au

    moins 40 kHz

  • 61

    La quantification

    Pour complter le processus de numrisation du signal on attribue chaque chantillon un nombre entier qui reprsente le plus fidlement possible le niveau de tension observ, cest la quantification.

    La quantification fait perdre un peu de prcision, plus ou moins selon la finesse de la grille dattribution des nombres.

    Pour la voix, on utilise normalement une grille 256 niveaux (les nombres ont donc 8 bits).

  • 62

    La quantification

    Consiste reprsenter un chantillon par une valeur numrique au moyen dune loi de correspondance.

    Il convient de trouver cette loi de correspondance de telle sorte que la valeur des signaux ait le plus de signification possible.

    Si tous les chantillons sont peu prs gaux, il faut essayer, dans cette zone dlicate, davoir plus de possibilits de codage que dans les zones o il y a peu dchantillons.

  • 63

    La quantification

  • 64

    Le codage Consiste affecter une valeur numrique aux

    chantillons.

    Ce sont ces valeurs qui sont transportes dans le signal numrique

  • 65

    Numrisation de la parole tlphonique

    La numrisation de la parole tlphonique seffectue gnralement au moyen des mthodes classiques PCM (Pulse Code Modulation) en Amrique du NordMIC (modulation par impulsion et codage) en Europe

    Ces mthodes prsentent de lgres diffrences, dont la plus visible concerne le dbit de sortie56 Kbit/s en Amrique du Nord 64 Kbit/s en Europe

  • 66

    Numrisation de la parole tlphonique

    Le codage seffectue soit sur 128 valeurs (PCM), soit sur 256 valeurs (MIC), ce qui demande, en binaire, 7 ou 8 bits de codage.

    Dbit de la numrisation de la parole tlphonique est obtenue en multipliant le nombre dchantillon/section par le nombre de bits. 8 000 7 = 56 Kbit/s en Amrique du Nord8 000 8 bit/s = 64 Kbit/s en Europe.

  • 67

    Numrisation de la parole tlphonique

    La largeur de bande de la parole tlphonique analogique est de 3 200 Hz.

    Pour numriser ce signal correctement sans perte de qualit, dj relativement basse, il faut chantillonner au moins 6 400 fois par seconde. Dans la normalisation, on a adopt la valeur de 8 000

    fois par seconde. Lamplitude maximale permise se trouve divise en

    128 chelons positifs pour la version PCMauxquels il faut ajouter 128 chelons ngatifs dans la

    version europenne MIC.

  • 68

    Techniques de transmission

  • 69

    Les techniques de transmission

    Deux techniques de transmission

    transposition en frquence ou

    large bande

    bande de base

  • 70

    Les techniques de transmission

  • 71

    Transmission large bande

  • 72

    Transmission large bande

    En transmission large bande, le spectre du signal numrique est translat autour dune frquence centrale appele porteuse.

    Elle est ralise par un organe appel modulateur.

    En rception le signal doit subir une transformation inverse, il est dmodul.

    Le modem, contraction de modulation/dmodulation, est un quipement qui ralise la modulation des signaux en mission et leur dmodulation en rception.

  • 73

    Transmission large bandePorteuse Une porteuse est un signal sinusodal de frquence et

    amplitude constantesOnde utilise pour faciliter la transmission d'un signalne portant aucune autre information que celle de sa

    prsence

    La porteuse estmodule : on faire varier les paramtres de la porteuse

    pour coder un ou plusieurs bits chaque changement d'tat

    en vue, de sa diffusion au moyen dun metteur

  • 74

    Dfinition de la modulation

    La modulation du signal est une opration de traitement du signal qui permet de ladapter un canal de communication

    Signal : Acos(2ft ) Modulation de frquence: les variations portent sur f (FSK,

    Frequency Shift Keying) Modulation damplitude: les variations portent sur A (ASK,

    Amplitude Shift Keying) Modulation de phase: les variations portent sur (PSK,

    Phase Shift Keying)

    74

  • 75

    Modulation damplitude S(t)= A(t)cos(2f0t 0) Faire varier l'amplitude d'un signal de frquence leve en

    fonction d'un signal de basse frquence. Ce dernier est celui qui contient l'information transmettre

    (voix, par exemple, recueillie par un microphone), le premier tant le signal porteur (porteuse).

    Signal utile

    Porteuse

    Signal modul

  • 76

    Exemple de modulation damplitude

    La diffrence entre 0 et 1 se traduit par une diffrence damplitude du signal

  • 77

    Modulation de frquence

    S(t)= A0cos(2f(t)t 0)

    En modulation de frquence:l'information est porte par une modification de la

    frquence de la porteuse, et non par une variation d'amplitude.

    La modulation de frquence est plus robuste que la modulation d'amplitude pour transmettre un message dans des conditions difficiles (attnuation et bruit importants).

  • 78

    Exemple de modulation de frquence

    En modulation de frquence, lmetteur a la possibilit de modifier la frquence denvoi des signaux suivant que llment binaire mettre est 0 ou 1

  • 79

    Modulation de Phase

    S(t)= A0cos(2f0t (t))

    Transmettre un signal par la modulation de la phase d'un signal porteur

  • 80

    Exemple de modulation de phase La distinction entre 0 et 1 est effectue par un signal qui

    commence des emplacements diffrents de la sinusode, appels phases.

    les valeurs 0 et 1 sont reprsentes par des phases respectives de 0 et de 180.

  • 81

    Transmission en bande de base

  • 82

    Transmission en bande de base

    On qualifie de systmes de transmission en bande de base les systmes qui nintroduisent pas dcart de frquence entre les signaux mis et ceux reus.

    Cette dfinition nexclut nullement des modifications du signal pour mieux ladapter aux caractristiques du support de transmission.

  • 83

    Transmission en bande de base

    On appelle codage, lopration qui fait correspondre un symbole appartenant un alphabet, une reprsentation binaire (codage la source).

    On dsigne par transcodage, ou codage en ligne, lopration qui consiste substituer au signal numrique (reprsentation binaire) un signal lectrique mieux adapt la transmission

  • 84

    Transmission en bande de basecodage en ligne ou transcodage

  • 85

    Transmission en bande de basele transcodage

    Le transcodage, ou codage en ligne, a essentiellement pour objet de supprimer la composante continue, dadapter le spectre au canal de transmission et de maintenir la synchronisation de lhorloge de rception. La composante continue reprsente la valeur moyenne du signal

    pour un intervalle de temps donn. Cette composante continue est inutile, elle ne transporte aucune

    information et provoque un chauffement (effet Joule) des organes dextrmit

    Labsence de transition, lors de la transmission dune longue suite de 0 ou de 1, introduit un risque de perte de synchronisation des horloges.

  • 86

    Pourquoi Altern ?Le problme de la composante continue

    Un signal possdant une valeur moyenne non nulle se propage mal sur les lignes de transmission longue distance

    pose des problmes de traitement par les circuits lectroniques des rcepteurs

    0

    +Ve

    -Ve

    Vmoy

  • 87

    Transmission en bande de base

    Le codeur transforme une suite {dk} k0 initiale gnralement binaire (de bits) en une suite code {ak} k0 (de symboles) gnralement binaire.Le dcodeur fait lopration inverse.

    Le but du codage est dadapter la suite de bits transmettre aux caractristiques de la transmission.

    Sil ny a pas de modulation par transposition en frquence, le codage est dit en bande de base

  • 88

    Transmission en bande de base

    La transmission est dite en bande de base lorsque le signal ne subit pas de transposition en frquence. Dans ce cas, le signal prsente souvent un aspect

    rectangulaire la fonction de modulation simple utilise est rectangulaire.

    On transforme une fonction discrte {dk} k0 en fonction continue d(t) laide de la relation suivante : d(t)= dk RT (t- kT T0) T0 instant initial RT (t): la fonction rectangulaire sur lintervalle [0,T] dfinit par

    RT (t) = 1 si t [0,T] ; 0 sinon

  • 89

    No Return to Zero NRZ

    En symtrisant le signal par rapport au potentiel de rfrence (0 volt), on diminue la composante continue. Pour cela, on reprsente les 1 (ou les 0) par une valeur + V et les 0 (ou

    les 1) par V.

    Ce codage lmentaire connu sous le nom de code NRZ (No Return to Zero, non-retour zro) est la base de tous les codes Le codage NRZ, est la mthode la plus simple pour coder un flux.

    Le codage est deux niveaux : 1 logique un premier niveau de voltage 0 logique un deuxime niveau de voltage

    Il na pas de transition gnre lors dune longue squence de 1 ou 0, ce qui rend la synchronisation difficile

  • 90

    No Return to Zero NRZ

  • 91

    Code RZ (Return to Zero)

    Le signal retourne zro chaque pulsation

    code autoporteur dhorloge Ne ncessite pas lenvoie dun signal dhorloge sparer ou tout autre source de

    synchronisation. Cas particulier dune longue srie de 1 ou de 0 perte de synchronisation possible. Synchronisation maintenu dans la plupart des cas.

    Code ternaire simple, limite les interfrences entre symboles

    Code 1B/2T

    Utilise le double de la bande passante ncessaire NRZ pour coder les mmes donner

  • 92

    Code RZ (Return to Zero)

  • 93

    Non Return to Zero Inverted NRZI

    Est une variante du codage NRZ

    Le 0 a t choisi comme lment de changement

    Facile mettre en uvre, bonne utilisation de la bande passante

    Indpendant de la polarit

    Horloge peut tre perdu en cas denvoie successif dune suite de 1 logique

    Le bus USB utilise le codage NRZI Norme USB. Pour viter la perte d'horloge, un 0 est envoy aprs six 1 conscutifs. Le rcepteur doit prendre en compte ces lments de remplissage.

  • 94

    Non Return to Zero Inverted NRZI

  • 95

    Code Manchester (Code Biphase, Code biphase_L(evel))

    Transitions (IEEE 802.3 , Ethernet, RFID) 1 transition du niveau bas vers le niveau haut 0 transition du niveau haut vers le niveau bas Linverse est aussi possible

    Mise en uvre simple, codage et dcodage faciles

    pas de composante continue donc pas de perte de synchronisation sur les suites de symboles identiques code autoporteur dhorloge

    Utilise le double de la bande passante ncessaire NRZ (par exemple)

  • 96

    Code Manchester

  • 97

    Code Manchester Diffrentiel (Biphase diffrentiel)

    Transitions (IEEE 802.5, Token ring) 0 Transition dans le mme sens que la prcdente 1 Transition dans le sens inverse de la prcdente

    Mise en uvre simple

    Codage et dcodage facile

    Pas de composante continue pas de perte de synchronisation sur les suites de symboles identiques code autoporteur dhorloge Indpendance de polarit

    Bande passante consomme importante

  • 98

    Code Manchester Diffrentiel (Biphase diffrentiel)

  • 99

    Code de Miller ou Delay Mode

    Transition au milieu lintervalle lmentaire du 1 front montant ou front descendant

    pas de transition au milieu lintervalle lmentaire du 0

    une transition en fin lintervalle lmentaire 0 si celui-ci est suivi d'un autre 0

    Code symtrique indpendance de polarit

    Mise en uvre simple, bande passante rduite, pas de perte de synchronisation sur les suites de symboles identiques.

  • 100

    Code de Miller ou Delay Mode

  • 101

    Code Bipolaire simple (AMI : Alternate Mark Inversion)

    Trois niveau de codage: 0 : pas de signal 1 : alternativement niveau positif ou ngatif

    Le signal peut prsenter de longues squences de zros bit stuffing Si n est le nombre maximal d'tats gaux conscutifs chaque fois qu'un signal comporte n tats identiques conscutifs on ajoute un bit

    l'tat inverse Par exemple, si n = 5

    la squence suivante : 10000000001 sera code : 100000100001

    Code ternaire, quilibr, indpendant de la polarit, drive de l'horloge (suite de 0)

  • 102

    Code Bipolaire simple (AMI : Alternate Mark Inversion)

  • 103

    Code Bipolaire Haute Densit dordre n (BHD n)

    Ajoute de la synchronisation AMI

    Identique au codage AMI tant que le nombre de zros conscutifs coder est infrieur n+1. base sur la violation de lalternance : bit de viol (not

    V) Une violation de codage consiste gnrer un bit du

    mme signe le le "+" ou le "-" qui prcde. C'est une violation, car les "+" et les "-" doivent

    normalement alterner.

  • 104

    Code Bipolaire Haute Densit dordre n (BHD n)

    Les violations de codage produisent des signaux de mme polarit proches les uns des autres. Ce qui gnre une valeur moyenne prjudiciable sa propagation

    et sa dtection

    Le codage BHDn a prvu des bits de balance que nous dsignerons par B. s'ils sont bien distribus, vont rendre nulle la valeur moyenne du

    signal cod. B suit la rgle AMI (c'est "+" si le prcdent signal non nul est "-"

    et inversement)

  • 105

    Code Bipolaire Haute Densit dordre n (BHD n)

    Ce codage n'introduit pas de bits supplmentaires. les bits de violation V et les bits de balance B ne sont pas

    ajouts on change seulement la valeur du signal (nul pour un zro)

    en un signal positif ou ngatif suivant les cas.

    Codage BHD3 : Un groupe de quatre zros sera cod : B 0 0 V B est le bit de balance, V celui de violation. Sauf pour le premier groupe qui sera cod 0 0 0 V

  • 106

    Code Bipolaire Haute Densit dordre n (BHD n)

  • 107

    Critre de Nyquist

    Une ligne ou canal de transmission se comporte comme un filtre passe-bas, les diffrentes composantes sont attnues (distorsion damplitude) et retardes (distorsion de phase).

    Lune des consquences les plus visibles est ltalement du signal. Dans des conditions limites, cet talement a pour consquence que la fin dune impulsion transmise se confond avec le dbut de la suivante.

    Les circuits lectroniques ne peuvent, alors, distinguer deux impulsions successives, il y a interfrence de symboles

  • 108

    Critre de Nyquist

  • 109

    Critre de Nyquist

    Il existe une relation troite entre le nombre maximal de symboles (impulsions lectriques) que le systme peut admettre et la bande passante de celui-ci.

    Supposons: un signal de frquence F, deux instants significatifs peuvent tre distingus. Le premier correspond la premire alternance du signal, le second la seconde.

    En assimilant chaque alternance une impulsion lectrique, le nombre maximal dimpulsions que peut transmettre un systme, par unit de temps, est, au plus gal au nombre dalternances du signal (alternance positive pour un 1 , alternance ngative pour le 0 , par exemple).

  • 110

    Critre de Nyquist

    Soit Rmax , le nombre maximal de temps lmentaires par unit de temps (nombre dimpulsions), et Fmax , la frquence de coupure du systme, ils sont lis par la relation :

    Rmax = 2 *Fmax

    Si on assimile Fmax la bande passante (BP) du canal, on obtient la relation appele critre de Nyquist :

    Rmax 2 BP

  • 111

    Critre de Nyquist

    O Rmax dsigne le nombre maximal de transitions quun systme peut supporter, et est appel rapidit de modulation.

    La rapidit de modulation, grandeur analogue une frquence, sexprime en baud et reprsente le nombre dinstants lmentaires du signal par unit de temps.

    La rapidit de modulation est aussi appele vitesse de signalisation sur le support

  • 112

    Dbit binaire et rapidit de modulation

    Le dbit binaire D dune voie de donnes est le nombre maximum de bits di transmis par seconde sur cette voie D = 1 / T (bits/s) avec T intervalle lmentaire

    La rapidit de modulation R (exprime en bauds) mesure le nombre maximum de symboles (lment de modulation mis en bande de base) transmis par seconde R = 1 / (baud) avec priode significative

    1/ est un multiple de 1/T et le nombre de niveaux N est choisi de telle sorte que a(t) et d(t) aient le mme dbit dinformation D = 1/T = log2(N)/ = R log2(N) (bits/s)

  • 113

    Les supports de transmission

  • 25/01/2015 114

    Importance du support physique Du choix du support physique dpendent

    les performances du rseau notamment le dbit de transmission la fiabilit du rseau

    La plus part des rseaux locaux Utilisent un signal lectrique vhicul sur des supports mtalliques On trouve aussi, de plus en plus, des rseaux fibres optiques

    permettant des dbits plus levs et une meilleure fiabilit

    Par ailleurs, la transmission peut seffectuer sans que les signaux ne soient guids par un support : onde radio lectromagntique, rayons infrarouges, rayons laser,...

  • 25/01/2015 115

    Supports physiques tudis

    Supports physiques

    Supports physiques

    Cble CoaxialeCble Coaxiale

    Paires TorsadesPaires Torsades

    Fibres OptiquesFibres Optiques

  • 25/01/2015 116

    Paires Torsades

    Le cble est constitu d'une ou plusieurs paires de fils de cuivre en spiral (en torsade)

    Chaque fil est recouvert d'une gaine

    Plusieurs paires peuvent tre regroupes dans une mme gaine

  • 25/01/2015 117

    Caractristiques des paires torsades 1. Se prte bien une liaison point point

    2. S'utilise pour une transmission analogique ou numrique

    3. Affaiblissement des signaux important suivant la longueur

    4. le dbit dpend du type de la liaison et de la longueur De l'ordre du Kb/s ou moins pour une liaison multipoint ainsi que

    pour une liaison point point d'une longueur suprieure au kilomtre

    De quelques centaines de Kb/s jusqu' plusieurs dizaines de Mb/s (voire mme 100 Mb/s) lorsque la longueur est de plus en plus courte

  • 25/01/2015 118

    Utilisation des paires torsades

    Topologies toile et anneau

    les rseaux DAN (entre le rpartiteur d'tage et les nuds de l'tage) DAN : Departemental Area Network Appel aussi rseau capillaire, a pour objectif de relier les

    quipements d'un mme dpartement situ souvent dans un mme tage

    Un rseau d'tablissement relie des rseaux DAN. Il peut tre confin dans un seul btiment (BAN : "Building Area Network") ou desservir plusieurs btiments gographiquement trs proches (CAN : "Campus Area Network")

  • 25/01/2015 119

    Cble Coaxiale

    Il est constitu d'un cble central entour d'un isolant et d'une tresse mtallique, le tout envelopp par une gaine protectrice

  • 25/01/2015 120

    Caractristiques du cble coaxiale 1. Se prte bien une liaison point point ou multipoint

    2. S'utilise pour une transmission analogique ou numrique

    3. Moins simple installer que la paire torsade

    4. Plus coteux que la paire torsade

    5. le dbit dpend de la longueur du cble et de ses caractristiques

    il est de l'ordre de quelques Mb/s plusieurs dizaines de Mb/s (sur une longueur de 1 Km ) voire mme 1 Gb/s

  • 25/01/2015 121

    Utilisation du cble coaxiale

    topologies bus, anneau, arbre

    tendance le remplacer par la paire torsade au niveau des rseaux DAN la fibre optique pour le reste du cblage

  • 25/01/2015 122

    La fibre optique Se compose d'un noyau entour d'une gaine.

    Le noyau est un guide cylindrique en verre ayant un fort indice de rfraction (changement de direction) dans lequel se propagent des faisceaux lumineux (ondes optiques)

    La gaine confine les ondes optiques. Le tout est recouvert par une ou plusieurs enveloppes de

    protection

    Aux extrmits du cble se trouve lmetteur et le rcepteur. L'metteur est compos d'un codeur et d'une Diode

    Electro Luminescente (DEL) ou d'une Diode Laser (DL) ou encore d'un laser modul.

    Le rcepteur est constitu d'un dcodeur et d'un dtecteur de lumire (photodtecteur).

  • 25/01/2015 123

    Famille de fibre optique la fibre monomode

    un seul angle d'incidence diamtre de quelques microns vitesse de propagation de l'ordre de 0,25 millions de kilomtre par

    seconde bande passante jusqu' 100 Ghz/Km voire mme plusieurs milliers

    de Ghz/Km

    la fibre multimode gradient d'indice Le noyau a un indice de rfraction qui diminue progressivement en

    sloignant de laxe Bande passante allant jusqu 1 Ghz, vitesse propagation plus

    importante que celle pour la fibre saut dindice

  • 25/01/2015 124

    Caractristiques des fibres optiques

    1. Sutilise pour une liaison point point il est dlicat de l'utiliser pour une liaison multipoint cause des difficults de

    drivation

    2. le plus difficile installer (raccordement, drivation,...)

    3. le plus coteux

    4. bande passante et dbit important

    5. pas de diaphonie, insensible aux perturbations lectromagntiques

    6. faible attnuation, rsistance la chaleur, au froid et l'humidit

    7. encombrement et poids infrieurs aux autres supports (

  • 25/01/2015 125

    Utilisation des fibres optiques

    Topologies anneau, toile Tendance utiliser la fibre optique dans les

    rseaux dtablissement

    South Atlantic 3/West Africa Submarine Cable

  • 126

    The END