cours fondement de réseau 1

Institut Supérieur des Etudes Technologiques

de Djerba

Technique de Technique de transmissiontransmission

Préparé par :

Mme S. BAROUNI BEN OMRANE

A.U. 2008- 2009

Technique de transmission 2

Plan

Introduction Transmission numérique Le codage Transmission analogique Technique de modulation Cas de figures de transmission de données Déformation des signaux Caractéristiques de transmission Multiplexage Eléments constructifs d’un système de communication

Introduction

- Transmission numérique (ou en bande de base)

- Transmission analogique (ou par transposition en fréquence)

Deux principaux types de transmission :

Technique de transmission 4

Liaison de communication

Établit une connexion physique entre deux équipements.

Modes d'exploitation :• simplex

• half duplex

• full duplex

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Communication simplex

Unidirectionelle Exemple : radio / télévision

Emetteur Récepteur

Technique de transmission 6

Communication half duplex

Bidirectionelle à l'alternat

Emetteur RécepteurTemps t

Récepteur EmetteurTemps t+1

puis

Technique de transmission 7

Communication full duplex

Bidirectionelle Exemple : téléphone

Emetteur /Récepteur

Emetteur /Récepteur

ET

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Types de transmission

Parallèle• Utilisable sur de courtes distances

• Problèmes de synchronisation

Série• Synchrone

• Synchronisation assurée constamment

• Asynchrone• Synchronisation assurée à chaque émission

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Transmission synchrone

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Transmission asynchrone

Structure de la transmission asynchrone• 1 bit start

• Message

• 1 bit stop

Transmission numériqueUne transmission dont le signal électrique est sous la forme binaire c'est-à-dire une succession de 0 (zéro) et de 1 appelésdes bits.

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Signaux numériques

Représentation• Deux niveaux de tension

• Impulsion ou non de lumière

Utilisation d'un codage pour la transmission• Maximiser le nombre de changements d'états

• Diminuer la largeur de bande

• Transposer celle-ci vers des fréquences élevées

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Transmission numérique

Valide sur des distances • Courtes (quelque kms) sur un support en

cuivre

• Longue (30 kms) sur un support optique

Mais le signal peut passer par plusieurs générateurs (répéteurs)

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Types de codage

NRZ (Non Return to Zero) NRZI (NRZ Inverted) Manchester Manchester différentiel Miller Bipolaire simple

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Codage NRZ

Technique la plus simple Principe

• bit de donnée à 0 : tension -a volts

• bit de donnée à 1 : tension +a volts

Inconvénient : pas de transitions lorsque de longues successions de 0 ou de 1 difficulté de synchronisation

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Codage NRZ

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Codage NRZI

Variante du codage NRZ Principe :

• Bit de donnée à 1 : la tension est inversée

• Bit de donnée à 0 : la tension reste la même

Avantage si le signal reste de longues périodes à 0.

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Codage NRZI

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Codage RZ (Return to Zero)

Principe :• Une transition est introduite au milieu de

l'intervalle significatif

• Bit de donnée à 1: un front descendant (a0)

• Bit de donnée à 0: un front montant (-a0)

Code ternaire simple Limite les interférences entre symboles

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Codage RZ

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Codage Manchester

Principe :• Une transition est introduite au milieu de l'intervalle

significatif

• Bit de donnée à 1 : un front descendant (a-a)

• Bit de donnée à 0 : un front montant (-aa)

Avantages :• Pas de composante continue

• Bonne occupation de la bande passante

Inconvénient• Nécessite une bande passante très large

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Codage Manchester

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Codage Manchester différentiel

Principe :• Une transition est introduite au milieu de

l'intervalle significatif

• Bit de donnée à 0 : une transition au début de l’intervalle

• Bit de donnée à 1 : pas de transition au début de l’intervalle

Avantage : meilleur immunité au bruit

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Codage de Miller

Principe• Bit de donnée à 0 : une transition à la fin de

l’intervalle si le bit suivant est aussi un 0

• Bit de donnée à 1 : une transition au milieu de l’intervalle

Le spectre associé à ce codage est très étroit.

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Codage Miller

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Codage bipolaire simple Codage à 3 niveaux Principe

• Bit de donnée à 0 : niveau 0 volt

• Bit de donnée à 1 : niveau +a volts et -a volts en alternance

Avantage: • Permet de grandes vitesses de transmission

Inconvénient : • sensible au bruit

Technique de transmission 27

Codage bipolaire simple

Transmission analogique La transmission d'un signal quelconque (variation en tension, courant et fréquence) sur son support de transmission.

Les terminaux et tous les équipements qui participent au transport du signal analogique doivent transmettre fidèlement la forme du signal du début à la fin de la ligne.

Technique de transmission 29

Signaux analogiques

Représentation• Signal élémentaire s(t) = A sin(f*t + )

• s(t) amplitude à l'instant t

• A amplitude maximale

• f : fréquence (en hertz) = nombre de périodes ou oscillations par seconde

• t : temps (en secondes)

: phase (décalage par rapport à l'origine)

Technique de transmission 30

Exemples

plot(sin(x), x=0..6*Pi); plot(2*sin(x), x=0..6*Pi); plot(sin(2*x), x=0..6*Pi);

plot(sin(x+Pi/2), x=0..6*Pi); plot(4*sin(3*x), x=0..6*Pi); plot(sin(2*x+Pi), x=0..6*Pi)

Technique de transmission 31

Modulation Le signal analogique représente une forme sinusoïdale

appelée porteuse On module un ou plusieurs paramètres de ce signal pour

transporter l'information Le modulateur transforme un signal initial quelconque s(t)

en un signal sm(t) adapté au support de communication employé.

Types de modulation• Modulation d'amplitude (lorsque les variations portent sur A)• Modulation de fréquence (lorsque les variations portent sur f)• Modulation de phase (lorsque les variations portent sur Φ)

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Modulation d'amplitude

ASK (Amplitude Shift Keying) Exemple : modulation à 2 niveaux

d'amplitude• amplitude 1 pour coder 0

• amplitude 2 pour coder 1

Peu utilisée

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Modulation d'amplitude

Technique de transmission 34

Modulation de fréquence

FSK (Frequency Shift Keying) Exemple : modulation à 2 niveaux de

fréquence• Un niveau de fréquence pour 0

• Un niveau de fréquence pour 1

Ce type de modulation réclame de grandes largeurs de bande passante

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Modulation de fréquence

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Modulation de phase

PSK (Phase Shift Keying) Exemple : modulation à 4 niveaux de phase

• Phase de 0° pour 01

• Phase de 90° pour 00

• Phase de 180° pour 10

• Phase de 270° pour 11

La modulation de phase est la plus employée dans les modems

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Modulation de phase

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

Technique de transmission 38

1110F1

0100F0

A1A0Codage MAQ

Modulation complexe

Modulation en quadrature (MAQ)Exemple : modulation en fréquence et en

amplitude

Transmission de données

L’origine du signal : signal numérique ou analogique La forme du transfert : le transfert s’effectue sous une forme numérique ou analogique

Quatre situations possibles selon :

Technique de transmission 40

Les combinaisons

Transmission analogique d’informations analogiques

Transmission analogique d’informations numériques

Transmission numérique d’informations numériques

Transmission numérique d’informations analogiques

Technique de transmission 41

Signal analogique / transfert analogique

C’est le cas de la transmission du son et de l’image télédiffusés.

Une technique de modulation est utilisée.

Technique de transmission 42

Signal analogique / transfert numérique C’est le cas du réseau téléphonique Numérisé Il s’agit de la « Numérisation » du signal au moyen

d’une conversion analogique-numérique en émission et d’une conversion inverse en réception

Le processus de numérisation se décompose en trois étapes :

• Échantillonnage

• Quantification

• Codage

Technique de transmission 43

Signal numérique / transfert analogique

Utilisation de modems Ceux-ci permettent d’adapter le signal au

moyen d’une conversion numérique-analogique par modulation en émission et d’une conversion inverse par démodulation en réception

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Signal numérique / transfert numérique

Utilisation de codeurs Ceux-ci permettent d’adapter le signal au

moyen d’un codage en bande de base.

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Échantillonnage

L’échantillonnage : passage d’un espace de temps continu à un espace de temps discret,

Elle consiste à prélever des échantillons du signal à une cadence déterminée.

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L'échantillonnage consiste à prélever un nombre déterminé d'éléments (échantillons) qui seront suffisants pour retrouver à l'arrivée l’information du signal original.

Théorème de l’échantillonnage

(Théorème de Shannon)

Fe 2*Fmax

Échantillonnage (suite)

Technique de transmission 47

Quantification

La quantification consiste à remplacer la valeur exacte analogique de l’échantillon par la plus proche valeur approximative extraite d’ un ensemble fini de valeurs discrètes.

Technique de transmission 48

Quantification (suite)

XQ(n) : quantification de Xe(n). Δk : pas de quantification. Lorsque la plage de conversion est subdivisé

en pas de quantification égaux : quantification uniforme.

Erreur de quantification :nq(n) = Xe(n) – Xq(n)

Technique de transmission 49

Codage

Chacune des valeurs discrètes obtenues de la quantification est exprimée par un nombre sous forme binaire par un codage approprié.

Le codage de l’échantillon sur n bits est alors obtenu.

Technique de transmission 50

Exemple : numérisation de signal

Technique de transmission 51

Exercice

Prélever 10 échantillons et coder sur 4 bits

Déformation des signaux

Affaiblissement Distorsion Bruits

Technique de transmission 53

Affaiblissement

Perte de puissance du signal émis A = 10 log10(Psource/Pdestination) Exprimé en décibel Gain = inverse de l'affaiblissement Utilisation d'amplificateurs ou répéteurs

pour contrer l'affaiblissement

Technique de transmission 54

Distorsion

Distorsion d'amplitude• Augmentation ou diminution de l'amplitude

normale du signal

Distorsion de phase• Déphasage intempestif du signal par rapport

à la porteuse

Technique de transmission 55

Bruits

Bruits gaussien• Agitation thermique dans les conducteurs

Bruits impulsifs• Signaux parasites

• Diaphonie entre voies

Caractéristiques de transmission

Débit binaire Valence Rapidité de modulation Bande passante Vitesse de propagation

Technique de transmission 57

Débit binaire

Débit binaire (D) = Quantité d’information (bps) que peut envoyer un émetteur et recevoir un récepteur• Débit support;

• Débit utile (données);

• Débit réel;

Technique de transmission 58

Valence

Valence d’un signal : Nombre d’états que peut prendre un signal pour représenter l’information

Rapidité de modulation: Nombre de changements d’états (ch. États/s ou bauds) du signal

D = R*log2(V)

Ne pas confondre Bits par seconde et Bauds

Technique de transmission 59

Bande passante

Largeur de bande (bandwith) C'est l'intervalle de fréquences pour

lequel les signaux subissent un affaiblissement inférieur ou égal à 3db.

Exemples• téléphone : de 300 à 3400 hz

• amplificateur

Technique de transmission 60

Critere de Nyquist

Rapidité de modulation maximale Rmax sur un support dont la largeur de bande est W.Rmax = 2*W

Pour le téléphone :Rmax= 2*3100 = 6200 bauds

Technique de transmission 61

Formule de Shannon

Capacité maximale Cmax d'un support de largeur de bande W

Cmax = W log2(1+ S/N) où :

• S puissance du signal

• N puissance du bruit

Pour le téléphone :Cmax= 31000 b/s si S/N = 1000 (30 db)

Cmax = 20000 b/s si S/N = 100 (20 db)

Technique de transmission 62

Vitesse de propagation

Fonction de :• La nature du support

• La distance

• La fréquence du signal

Transmission radioélectrique par satellite• 300 000 km/s

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Calcul de temps

Temps de propagation Tp• Temps nécessaire à un signal pour parcourir

un support d'un point à un autre Temps de transmission Tt

• Délai qui s'écoule entre le début et la fin de la transmission d'un message sur une ligne

Temps d'acheminement• Ta = Tp + Tt

Multiplexage

multiplexeur Démultiplexeur

liaisons

basse capacité liaisons

basse capacité liaison

haute capacité

Partager le même canal de communication.

Technique de transmission 65

Types de multiplexage

Il existe plusieurs techniques de multiplexage :

• Multiplexage fréquentiel

(FDM : Frequency Division Multiplexing)

• Multiplexage temporel

(TDM : Time Division Multiplexing)

• Multiplexage temporel statistique (ou dynamique)

(STDM : Statistic Time Division Multiplexing)

Technique de transmission 66

Multiplexage fréquentiel

La bande passante de la ligne à haut débit est divisée en sous-bandes à l’aide de techniques de modulation et de filtrage.

Pour limiter les interférences, une bande de garde est nécessaire entre chaque canal.

Ce type de multiplexage est utilisé : • pour la transmission de signaux analogiques,

• par câble ou voie hertzienne,

• pour des applications telles que le téléphone, la radio ou la télévision.

Technique de transmission 67

Multiplexage temporel

La bande passante de la ligne à haut débit est affectée périodiquement à chaque ligne à bas débit pendant des intervalles de temps (IT) constants.

Ce type de multiplexage est utilisé :• pour la transmission de signaux numériques,

• En considérant la possibilité de transmettre 1 bit ou 1 caractère par IT.

Technique de transmission 68

Multiplexage dynamique

Allouer dynamique des intervalles de temps aux seules voies qui ont des données à transmettre à un instant donnée

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Signalisation

Les informations de service sont appelées signalisation. Elles concernent la gestion de la transmission.

La signalisation concernant un canal peut être placée :• avec les données (signalisation dans la

bande),

• sur un canal séparé (signalisation hors bande).

Technique de transmission 70

Éléments constructifs d’un système de communication

ETCD (équipement terminal de communication de données)• équipement spécifique chargé d’adapter les données à transmettre au

support de communication

ETTD (équipement terminal de traitement de données)• l’ordinateur

Technique de transmission 71

Fonctions de l’ETCDDeux transformations fondamentales :

• le codage : bits symboles

• la modulation : symboles signal

les symboles peuvent être une fonction continue ou une suite de valeurs

Émission

Réception