cours réseaux de communication couche physique
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Cours Reseauxde Communi-
cationCouche
physique
Dr A.DJEFFAL
Couchephysique
Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Cours Reseaux de CommunicationCouche physique
Dr A. DJEFFAL
2eme annee LMD
2019-2020
www.abdelhamid-djeffal.net
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Dr A.DJEFFAL
Couchephysique
Modes detransmission
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Couche physiqueRole de la couche physique
Transformer une suite de bits en signaux (et inversement)
Determiner la facon selon laquelle les bits sont transportessur le support physique.
Introduire les bits 0 et 1 sur le support sous une formespecifique, reconnaissable par le recepteur.
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Couche physiqueComposants utilises
Cables, fibres, ...
Prises, connecteurs, ...
Cartes reseau
Repeteurs, multiplexeurs, ...
Modems, concentrateurs, ...
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Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Couche physiqueObjectif du chapitre
Etude des supports de transmission et leurscaracteristiques,
Etude des methodes utilisees pour la transmission desinformations
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
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Multiplexage
Modes de transmissionTransmission en parallele
Bits envoyes sur fils distincts
Problemes de synchronisation ! !
Convient pour les courtes distances
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Modes de transmissionTransmission en serie
Bits envoyes les uns apres les autres
Utilise dans la reseaux informatiques
Asynchrone ou synchrone.
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
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Multiplexage
Modes de transmissionTransmission en serie asynchrone
Transmettre n’importe quand
Ne depend pas d’intervalles de temps precis
Bit START et bit STOP
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Multiplexage
Modes de transmissionTransmission en serie synchrone
Convention sur un intervalle de temps elementaireconstant
Transmettre en debut d’intervalle pour une duree d’unintervalle par information
Hauts debits
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
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Multiplexage
Modes de transmissionTransmission en simplexe
Une partie est toujours emettrice et l’autre est toujoursreceptrice
Donnees circulent toujours dans le meme sens
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
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Multiplexage
Modes de transmissionTransmission en half duplex
Canal exploite a l’alternat pour l’emission
Emetteur et recepteur emettent mais pas en meme temps
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Modes de transmissionTransmission en full duplex
Bidirectionnelle simultanee
Partage de la bande passante
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Multiplexage
Signal transmisSignal
Vehicule d’information
Propage sous forme d’onde resultant de la propagationd’un phenomene vibratoire.
3 types d’ondes :
ondes electriques (cables, fils, ...),ondes radio (faisceau hertzien, satellite),ondes lumineuses (fibres optiques, infrarouge).
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Multiplexage
Signal transmisSignal
Forme sinusoıdale
y(t) = Asin(2πft+ ϕ)
A : amplitude, f : frequence, ϕ : phase.
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Multiplexage
Signal transmisSignal analogique
Variation continue
Niveaux de valeurs proportionnels aux valeurs del’information (son, image)
Longues distances
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Signal transmisSignal numerique
Forme carree
Variation discontinue
Faible nombre de niveaux de valeurs fixes
Courtes distances
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Caracteristiques d’une ligne de communicationBande passante
La bande passante d’une voie est la plage de frequence surlaquelle la voie est capable de transmettre des signaux sans queleur affaiblissement soit trop important.
W = fmax − fmin
fmin : frequence plus basse , fmax plus haute
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Multiplexage
Caracteristiques d’une ligne de communicationRapidite de modulation R
Nombre de symboles transmis par unite de temps
R = 1∆ bauds
∆ duree de l’intervalle separant deux valeurs significatives
Critere de Nyquist :
Rmax = 2Fmax
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Multiplexage
Caracteristiques d’une ligne de communicationCapacite de transmission C
C = 2W (bauds)
Shannon (1949) : C depend du rapport Signal/Bruit
C = Wlog2(1 + SN )
Souvent le rapport Signal/Bruit est donne en decibels tel que :
(S/B)db = 10log10( SB )
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Caracteristiques d’une ligne de communicationTaux d’erreur
Probabilite de perte ou d’alteration d’une information (1 bit).Exemple 10−9
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Caracteristiques d’une ligne de communicationDebit binaire D
Nombre de bit transmis par unite de temps ( 512 Kbits/s, 1Gigabit/s)
D = R× log2(V )
V valence du signal : nombre des etats significatifs
Exercice : Si la duree d’un bit est 20ms, quel est le debitbinaire ?
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Caracteristiques d’une ligne de communicationDelai de propagation Tp
Temps necessaire a un signal pour parcourir un support d’unpoint a un autre
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Multiplexage
Supports de transmissionDeux familles
Supports a guide physique
Courants electriques : paires torsadees, cables coaxiauxLumiere : Fibres optique
Supports sans guide physique
Ondes electromagnetiques : Faisceaux hertziens, OndesradioelectriquesLumiere : Laser, infrarouge
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Multiplexage
Supports de transmission a guide physiquePaires torsades (1)
Paire torsadee (Twisted Pair) : paire enroulee RJ11 :telephone, RJ45 : reseaux informatiques
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Multiplexage
Supports de transmission a guide physiquePaires torsades (2)
Raccordement : connecteurs RJ45, Pince RJ45
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Multiplexage
Supports de transmission a guide physiquePaires torsades (3)
Inconvenients :
Affaiblissement du courant,
Utilisation des repeteurs
Avantages :
Technique maitrisee,
Facilite de connexion,
Ajout de nouveaux equipements,
Faible cout,
Point a point et Diffusion
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Multiplexage
Supports de transmission a guide physiquePaires torsades (4)
Types :
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Multiplexage
Supports de transmission a guide physiquePaires torsades (5)
Categories :
Categorie 3 : Bande passante 16MHz, utilisee pour latelephonie.
Categorie 5 : Bande passante 100MHz, Debit 100MB/ssur 100m utilisee pour la telephonie et les reseaux
Categorie 6 : Bande passante 250MHz, Debit GB/s sur100m utilisee pour les reseaux
Categorie 6a : Bande passante 500MHz, Debit 10GB/s sur100m
Categorie 7 : Bande passante 600Mhz, Debit 10GB/s
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Supports de transmission a guide physiqueCable coaxial (1)
Deux conducteurs cylindriques de meme axe separes par unisolant, le tout etant protege par une gaine plastique.
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Supports de transmission a guide physiqueCable coaxial (2)
Types :
Cable 75 Ω, dit ”large bande” (broadband) utilise pour latransmission analogique : c’est le cable de television !
Cable 50 Ω, dit ”bande de base” (baseband) generalementutilise pour transmettre des signaux numeriques. Il permetune bande passante de quelques centaines de MHz et desdebits allant jusqu’a 2Gbit/s.
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Supports de transmission a guide physiqueCable coaxial (3)
Raccordement : prises vampires pour les gros cables et lesfiches BNC (British Naval Connector) pour les cables fins.
Inconvenient : un peu cher.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Composition)
Comprend un cœur, dans lequel se propage la lumiere emise parune diode electroluminescente ou une source laser, et une gaineoptique dont l’indice de refraction garantit que le signallumineux reste dans la fibre.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Principe)
Systeme de transmission par fibre optique :
un emetteur de lumiere (transmetteur), constitue d’unediode electroluminescente (LED, Light Emitting Diode) oud’une diode LASER (Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation), qui transforme les impulsionselectriques en impulsions lumineuses ;
un recepteur de lumiere, constitue d’une photodiode detype PIN (Positive Intrinsic Negative) qui traduit lesimpulsions lumineuses en signaux electriques ;
une fibre optique.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Principe)
Systeme de transmission par fibre optique :
Systeme unidirectionnel : 2 fibres pour 1 liaison.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)
1. Fibre multimode a saut d’indice :
Le cœur d’indice de refraction n1 est entoure d’une gained’indice n2.
La variation d’indice entre le cœur et la gaine est brutale(saut d’indice).
La propagation s’y fait par reflexion totale a l’interfacecœur/gaine.
Le diametre du cœur est important ce qui lui permetd’admettre plusieurs rayons qui se propagent sur deschemins differents ou modes de propagation.
La porte des rayons etant de 10 km.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)
2. Fibre multimode a gradient d’indice :
L’indice du cœur decroit de facon continue, depuis lecentre du cœur jusqu’a l’interface cœur/gaine suivant uneloi parabolique.
Tous les rayons sont focalises au centre de la fibre, ils ontune trajectoire proche de la sinusoıde.
La dispersion etant reduite ce qui autorise des porteesd’environ 50 km.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)
3. Fibre monomode :
Le diametre du cœur est reduit a 8 µm.
Cette reduction, peut etre telle que, pour une longueurd’onde donnee, la fibre n’admette plus qu’un seul rayon.
La fibre est alors dite monomode et la distancefranchissable est de l’ordre de 100 km.
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Connecteurs)
Raccordement : connecteurs SC (Subscriber Connector), ST(Straight Tip), FC (Fiber Connector), LC (Lucent Connector).
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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Avantages)
Fibre optique Pt a Pt, mais :
Debits allant jusqu’a 50 GBit/s (debit theorique 50TBit/s),
Transmission simultanee de tres nombreux canaux detelevision, de telephone,...
Insensible aux parasites electromagnetiques,
Diametre exterieure est de l’ordre de 0,1 mm,
Poids de quelques grammes au kilometre.
Difficile a pirater.
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Multiplexage
Supports sans guide physiqueOndes electromagnetiques (1)
Se propagent dans l’atmosphere,
Souplesse de mouvement,
Sans cout de pose de cables.
Principe :
Antenne rayonne une energie
Recueillie par une autre antenne.
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Supports sans guide physiqueOndes electromagnetiques (2)
Chaque type d’application ⇒ bande de frequence differente ⇒Espace de frequences gere par des organismes nationaux etinternationaux.
Les hautes frequences : grandes distances,
basses frequences : recepteurs geographiquement disperses.
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Multiplexage
Supports sans guide physiqueOndes electromagnetiques (3)
Faisceaux hertziens :
Utilisation de frequences tres elevees (de 2 GHz a 15 GHzet jusqu’a 40 GHz)
Stations placees en hauteur : visibilite directe,
Transmission par satellite, chaınes de television ou arteresde transmission longue distance
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Multiplexage
Supports sans guide physiqueOndes electromagnetiques (4)
Ondes radioelectriques :
Frequences comprises entre 10 kHz et 2 GHz,
Emetteur diffuse,recepteurs disperses geographiquement,
Interferences
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Multiplexage
Supports sans guide physiqueOndes lumineuses
Infrarouges et lasers,
Cas particulier des liaisons hertziennes, semblable a la fibreoptique,
Interconnecter 2 reseaux prives sur courte distance,
Debits pouvant depasser 1 GBit/s
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Codage de l’informationCircuit de donnees
Un equipement est place aux extremites pour transmettreles donnees,
Fabrication et recuperation des signaux,
Transparent a l’utilisateur
2 Codecs (modems) + Support de transmission = Circuitde donnees
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Codage de l’informationCircuit de donnees
UTI appellations normalisees
Modem et codec ETCD (Equipement de Terminaison duCircuit de Donnees)
Ordinateur ETTD (equipement terminal de traitement desdonnees)
ETTD envoie regulierement des 0 et 1 a l’ETCD
ETCD convertit en signal et envoie Message synchrone
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Multiplexage
Codage de l’informationCircuit de donnees
ETCD convertit en signal et envoie Message synchrone,
Intervalles egaux pour tous les symboles,
Coıncident avec l’horloge transmise,
Si courte distance : transmission numerique (en bande debase)
Si longue distance : Transmission analogique (en bandetransposee ou large bande)
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Multiplexage
Codage de l’informationTransmission en bande de base
Signal numerique (debit ↑ + 1 Mbit/s , portee ↓ Quelquescentaines de metres (LAN))
Paires torsadees, Cable coaxial, Fibre
Utilisation des repeteurs
Longue suites 0 et 1 (silences) ⇒ Perte de synchronisation
Codage : introduire des changements d’etat frequentspour eviter les silences
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Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationTransmission en bande de base
Code unipolaire : Le signal est transmis sans le moindrechangement.
Probleme : distinguer le cas de 0 du cas d’absenced’information
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Codage de l’informationTransmission en bande de base
Code NRZ (No return to zero) : +a : 1 ; −a : 0
Probleme : Silences
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Codage del’information
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Codage de l’informationTransmission en bande de base
Code NRZI (No return to zero inverted) : meme etat : 1 ;changer d’etat : 0
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Codage del’information
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Codage de l’informationTransmission en bande de base
Code Manchester (biphase) : XOR entre l’horloge et lesdonnees ( ↑ : 0 ; ↓ : 1)
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Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationTransmission en bande de base
Code Manchester differentiel :
transition systematique au milieu de chaque bit,
a la fin du bit :
1 : pas de transition,0 : transition
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Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationTransmission en bande de base
Code Miller :
1 : transition au milieu du bit ;
0 : pas transition au milieu du bit ;
transition a la fin d’un bit 0 si le bit suivant est 0
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Codage de l’informationModulation (large bande)
Distance + centaines de metres ⇒ Bande de base nonfiable,
Il faut moduler le signal : forme sinusoıdale (porteuse)
Ni fronts montants ni descendants : portee plus grande
ETCD : Modem (modulateur-demodulateur)
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Codage del’information
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Codage de l’informationModulation (large bande)
Types de modulation :
modulation d’amplitude, ou ASK (Amplitude-ShiftKeying) ;
modulation de phase, ou PSK (Phase-Shift Keying) ;
modulation de frequence, ou FSK (Frequency ShiftKeying).
modulation Combinee.
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Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation d’amplitude
ASK (Amplitude-Shift Keying) : modifier l’amplitude
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cationCouche
physique
Dr A.DJEFFAL
Couchephysique
Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation de phase
PSK (Phase-Shift Keying) : signal commence a des phasesdifferentes
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Couchephysique
Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation de phase
PSK (Phase-Shift Keying) : signal commence a des phasesdifferentes
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Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation de frequence
FSK (Frequency Shift Keying) : modifier la frequence
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Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation combinee
Modulation par phase et amplitude (PSK + AM) :combiner phase et amplitude
00 : phase de π et amplitude de 3
01 : phase de π et amplitude de 6
10 : phase de 0 et amplitude de 3
11 : phase de 0 et amplitude de 6
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Couchephysique
Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation combinee
Modulation par phase amplitude (PSK + AM) : combinerphase et amplitude
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Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation combinee
Modulation par phase et amplitude (PSK + AM) :modulation en amplitude a porteuse en quadrature (MAQ, ouQAM Quadrature Amplitude Modulation)
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Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModulation combinee
En treillis
Debits eleves,
Resistance aux erreurs par codage de Gray (2 codesadjacents ⇒ 1 bit different)
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Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationTransmission ADSL
Transmission ADSL :
RTC : bande passante limite, mauvais rapport signal/bruit⇒ debit dizaines de kbit/s
Asymetric Digital Subscriber Line : plusieurs Mbit/s sur 5km
Voix et donnees simultanement
6= bandes de frequences : bande de 1.1 MHZ subdivisee encannaux de 4KHZ
Flux montant (upstream) :640 kbit/s & Flux descendant(downstream) : 2 Mbit/s
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Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationTransmission ADSL
Debit peut atteindre 20 Mbits/s avec des versions tel queADSL2 et ADSL2+
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Modes detransmission
Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
Codage de l’informationModems
Modems normalises : UIT a mis les normes des modems
norme modulation debit
V.21 frequence 300 bit/sV.26 phase 2 400 bit/sV.32 phase/amplitude 9 600 bit/s
V.32bis phase/amplitude 14 400 bit/sV.34 phase/amplitude 28 800 bit/s
V.34bis phase/amplitude 33 600 bit/sV.90 phase/amplitude 56 000 bit/s
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Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
MultiplexagePrincipe
Faire transiter sur une seule liaison (haute vitesse), descommunications de plusieurs emetteurs et recepteurs
Multiplexeur - Demultiplexeur
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Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
MultiplexageMultiplexage temporel TDMA (Time Division Multiplexing Access)
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Signaltransmis
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Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
MultiplexageMultiplexage frequentiel FDM (Frequency Division Multiplexing)
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Signaltransmis
Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion
Supports detransmission
Codage del’information
Multiplexage
MultiplexageMultiplexage statistique ATDM (Asyncronous Time Division Multiplexing)
n’attribuer la voie haute vitesse qu’aux voies basse vitessequi ont effectivement quelque chose a transmettre
pas des silences des voies basses
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