technique de la transmission numerique en bande de base
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N° d’ordre : 26/L3/TCO Année universitaire : 2006-2007
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
--------------------------- ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
--------------------------- DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
en vue de l’obtention
du DIPLOME de LICENCE ES SCIENCES TECHNIQUES
En Télécommunications
par : ZAFITANGONGO Fidesty
TECHNIQUE DE LA TRANSMISSION NUMERIQUE EN BANDE DE BASE
Soutenu le 20 Février 2008 devant la commission d’Examen composée de :
Président :
M. RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste
Examinateurs :
M. ANDRIAMIASY Zidora
M. RANDRIARIJAONA Lucien Elino
M. RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre
Directeur de mémoire :
M. RANDRIANTSIRESY Ernest
REMERCIEMENTS
Ce présent mémoire n’aurait pas eu lieu sans la grâce de Dieu et Son Amour
Eternel, ainsi que la contribution des personnes suivantes à qui je tiens à adresser tous mes
respects et mes vifs remerciements :
� Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure
Polytechnique d’Antananarivo qui m’a accepté de faire la formation dans cette
Ecole ;
� Monsieur RANDRIAMITANTSOA Paul Auguste, Chef de Département
Télécommunication qui a fait l’honneur de présider cette soutenance ;
� Monsieur RANDRIANTSIRESY Ernest, mon encadreur, pour son inestimable
conseil et son aide durant l’élaboration de ce mémoire ;
� Messieurs :
• ANDRIAMIASY Zidora
• RANDRIARIJAONA Lucien Elino
• RADONAMANDIMBY Edmond Jean Pierre
qui ont voulu consacrer leurs temps pour juger ce travail.
Remerciements également à :
� Tous les enseignants qui nous ont formés pendant les trois ans d’études à l’Ecole
Supérieure Polytechnique ;
� Mes parents pour leur soutien moral, matériel, financier et leurs précieux conseils
qui m’ont aidé durant tous mes années d’études ;
� Mes amis pour leur aide et collaboration pendant les trois ans passés dans cette
Ecole ;
� Ma famille pour leur soutien.
i
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................. i
NOTATIONS ................................................................................................................................................ iv
INTRODUCTION ......................................................................................................................................... 1
CHAPITRE 1 CARACTERISTIQUES DE LA SOURCE DES INFORM ATIONS .............................. 2
1.1. Objectifs des Télécommunications....................................................................................................................... 2
1.1.1. Définition ........................................................................................................................................................ 2
1.1.2. Commentaire .................................................................................................................................................. 2
1.1.3. Types de services de télécommunication...................................................................................................... 2
1.1.4. Types de modes de communications ............................................................................................................. 3
1.1.5. Définition d'un réseau .................................................................................................................................... 3
1.2. Notion d'un Système ............................................................................................................................................. 4
1.2.1. Définition restrictive ...................................................................................................................................... 4
1.2.2. Approche systématique ................................................................................................................................. 4
1.2.3. Perspectives de développement ..................................................................................................................... 4
1.3. Information .......................................................................................................................................................... 5
1.3.1. Définition ........................................................................................................................................................ 5
1.3.2. Source d’informations ................................................................................................................................... 5
1.3.3. Entropie d'une source .................................................................................................................................... 5
1.3.4. Quantité de décision ....................................................................................................................................... 6
1.3.5. Redondance d'une source .............................................................................................................................. 6
1.3.6. Débit d'information et de décision ................................................................................................................ 6
1.4. Moments - définition ............................................................................................................................................ 7
1.5. Débit des moments ................................................................................................................................................ 7
1.6. Les valeurs caractéristiques de la largeur de bande et du débit de décision ...................................................... 8
CHAPITRE 2 GENERALITES SUR LA TRANSMISSION NUMERIQU E ......................................... 9
2.1. Les techniques de transmission du signal numérique......................................................................................... 9
2.1.1. Introduction .................................................................................................................................................... 9
2.1.2. Présentation ............................................................................................................ Erreur ! Signet non défini.
2.1.2.1. Etapes d’une chaîne de transmission numérique ................................................................................................ 10
2.1.2.2. Codeur source (numérisation, compression) ....................................................................................................... 10
2.1.2.3. Codeur canal (Codage, Transcodage, Cryptage, Brouillage) .............................................................................. 11
2.1.2.4. Codeur / Décodeur ................................................................................................................................................ 11
2.1.2.5. Modulateur/Démodulateur ................................................................................................................................... 11
2.1.2.6. Canal de transmission .......................................................................................................................................... 11
2.1.2.7. L’affaiblissement .................................................................................................................................................. 12
2.1.2.8. Le déphasage......................................................................................................................................................... 13
2.1.2.9. La bande passante................................................................................................................................................. 13
ii
2.1.2.10. Le bruit ................................................................................................................................................................ 14
2.2. Généralités sur les modes de transmission ....................................................................................................... 15
2.2.1. Principe ......................................................................................................................................................... 15
2.2.2. Représentation graphique ........................................................................................................................... 15
2.2.3. Comparaison des modes de transmission ................................................................................................. 15
2.2.4. Modes d’exploitation d’un support de transmission ................................................................................ 16
2.3. Synchronisation .................................................................................................................................................. 17
2.3.1. Cas d’une transmission asynchrone .......................................................................................................... 18
2.3.2. Cas d’une transmission synchrone ............................................................................................................. 18
CHAPITRE 3 CODES EN LIGNE A SYMBOLES INDEPENDANTS U TILISES EN BANDE DE BASE ............................................................................................................................................................ 19
3.1. Principe de la transmission en bande de base ................................................................................................. 19
3.1.1. Introduction .................................................................................................................................................. 19
3.1.2. Principe du fonctionnement ........................................................................................................................ 19
3.1.3. Chaîne de transmission en bande de base .................................................................................................. 20
3.2. Les codes en ligne à symboles indépendants ..................................................................................................... 21
3.2.1. Règle et principe ........................................................................................................................................... 21
3.2.2. Code NRZ binaire (Non Retour à Zéro) .................................................................................................... 21
3.2.3. Code NRZ M-aire ........................................................................................................................................ 22
3.2.4. Code RZ binaire (Retour à Zéro) .............................................................................................................. 23
3.2.5. Code biphase binaire (ou code Manchester) ............................................................................................. 25
3.2.5.1. Introduction .......................................................................................................................................................... 25
3.2.5.2. Règle de codage Manchester ................................................................................................................................ 25
3.2.5.3. Principe du codage de Manchester ...................................................................................................................... 27
3.2.5.4. Avantages et inconvénients du code Manchester ................................................................................................. 27
3.2.5.5. Domaine d’utilisation ........................................................................................................................................... 28
3.2.5.6. Comparaison des différents codes ........................................................................................................................ 29
CHAPITRE 4 SIMULATION .................................................................................................................... 30
4.1. But de la simulation ........................................................................................................................................... 30
4.2. Choix du langage ............................................................................................................................................... 30
4.3. Présentation de Matlab et Simulink................................................................................................................... 30
4.3.1. Exemple d’une instruction Matlab ............................................................................................................. 31
4.3.2. Exemple d’une simulation sous Matlab\Simulink ..................................................................................... 32
4.4. Présentation de la simulation ............................................................................................................................. 33
4.5. Les étapes de la simulation ................................................................................................................................ 34
4.6. Paramétrages de quelques blocs de la simulation ............................................................................................. 38
4.6.1. Générateur binaire de Bernoulli ................................................................................................................. 38
4.6.2. Générateur de bruit blanc gaussien............................................................................................................ 39
4.6.3. Générateur d’impulsions ............................................................................................................................. 40
iii
4.7. Conclusion .......................................................................................................................................................... 41
CONCLUSION ............................................................................................................................................ 42
ANNEXE 1 : LA TECHNIQUE DE MODULATION PAR IMPULSION ET CODAGE ................... 43
ANNEXE 3 : Les fonctions de bases de MATLAB ................................................................................... 46
ANNEXE 4 : Les blocs de bases de MATLAB\Simulink ......................................................................... 47
BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 48
iv
NOTATIONS
ASCII : American Standard Code Information Interchange
B.P : Bande Passante
EBCDIC : Extended Binary Coded Decimal Interchange Code
ERBdB : Émetteur-Récepteur en Bande de Base
IBM : International Business Machine
IES : Interface Entre Symbole
ISDN : Integrated Services Digital Network
MIC : Modulation par Impulsion et Codage
MODEM : Modulation - Démodulation
NRZ : Non Retour à Zéro
PCM : Pulse Code Modulation
RNIS : Réseaux Numérique à Intégration de Service
RZ : Retour à Zéro
1
INTRODUCTION
Le terme « télécommunication » signifie communiquer à distance. Le but de la
télécommunication est donc de transmettre un signal, porteur d’une information (voie, musique,
images, données, …), d’un lieu (émetteur) à un autre (récepteur) situé à distance quelconque.
Cette transmission se révèle être un point-clef qui, depuis longtemps, fait l’objet de recherches et
de normalisations.
En transmission analogique, on rencontre des problèmes techniques tels que les difficultés
de la mise en œuvre du multiplexage en fréquence, de la commutation et de la transmission.
L’évolution de la technologie dans le domaine de la transmission numérique permet de résoudre
ces problèmes précédents et d’offrir une plus grande performance telle que la qualité des
informations reçues.
Les signaux transportés peuvent être alors soit directement d’origine numérique comme
les données, soit d’origine analogique (parole, image,…) mais ils sont convertis sous forme
numérique.
Notre mémoire intitulé « La technique de la transmission en bande de base » fait partie
d’une des applications de la communication numérique.
Pour mener à bien cette étude, le travail se divise en quatre chapitres :
- le premier chapitre traite les caractéristiques de la source des informations contenues dans
des signaux émis et reçus par les systèmes de transmission.
- le second chapitre concerne les généralités sur la transmission numérique, c’est-à-dire les
techniques utilisées, le canal de transmission, le principe, etc.
- dans le troisième chapitre sera abordés les codes en ligne à symboles indépendants
utilisés en bande de base.
- enfin, le dernier chapitre est réservé à la simulation de la génération et de l’utilisation du
code Manchester dans une chaîne de transmission en bande de base sous le logiciel Matlab.
2
CHAPITRE 1 CARACTERISTIQUES DE LA SOURCE DES INFORMATIONS
1.1. Objectifs des Télécommunications [1][2]
1.1.1. Définition
Les télécommunications (communication engineering) au sens large comprennent
l'ensemble des moyens techniques nécessaires à l'acheminement aussi fidèle et fiable que
possible d'informations entre deux points à priori quelconque, à une distance quelconque, avec des
coûts raisonnables.
1.1.2. Commentaire
Les télécommunications sont une technique donc une œuvre humaine. Les principaux
moyens techniques utilisés sont de natures électromagnétiques. Les télécommunications ne
concernent que l'information à transmettre (parole, musique, image, texte, ...).
Cette information doit être restituée sans perte et sans altération à la réception. Il faut
garantir le degré élevé de la fidélité malgré l'inévitable obstacle et perturbations que présentent les
moyens disponibles.
Assurer la fiabilité en dépit des pannes partielles imprévisibles et inévitables.
La mise en relation conformément à leur ordre de deux usagers quelconques, afin de leur
permettre ensuite de se faire parvenir des informations et un problème de commutation
(switching) branche important de la télécommunication.
Le transport des informations à une distance quelconque très grande est appelée
communication spatiale.
1.1.3. Types de services de télécommunication
Les types de services offerts par les télécommunications se distinguent par :
� le type d'informations transmises ;
� le nombre de partenaires impliqués ;
� le rôle respectif que jouent ces partenaires (modes de
communications).
3
1.1.4. Types de modes de communications
� mode de commutation unilatéral (monologue) :
� mode de commutation bilatéral (dialogue) :
� mode de commutation multilatéral (conférence)
Figure 1.01 : Représentation des modes de communication
S : Source
D : Destination
1.1.5. Définition d'un réseau
Lorsque certains nombres usagers bénéficient de même service, l'ensemble des liaisons
physiques entre eux constituent un réseau (network).
Le réseau peut servir à la diffusion d'informations transmises unilatéralement d'une source
vers plusieurs destinataires ou inversement à la collecte d'informations en provenance des sources
vers le destinataire.
Si les liaisons entre partenaires ne sont pas permanentes, mais établies de cas en cas selon
leurs ordres, le réseau est dit commuté. Il comprend alors, en plus des moyens de transmissions,
des dispositifs capable d'interpréter et d'exécuter ces ordres (centraux, commutateurs
électroniques).
S1
D1
D2
S2
D S
4
Dans sa forme la plus courante, le réseau commuté est banalisé, c'est-à-dire que ces
organes de transmissions et de commutations sont mis en commun à la disposition d'un grand
nombre d'usagers qui ont accès à ce réseau par un moyen de transmissions individuelles.
1.2. Notion d'un Système [1][9][11]
1.2.1. Définition restrictive
Dans le domaine de télécommunication, on parle de système un ensemble coopérant
d'éléments interdépendants. La cohérence de l'ensemble implique une finalité commune
tandis que l'interdépendance des éléments exprime les interactions dynamiques entre eux.
1.2.2. Approche systématique
Un système doit être abordé d'une manière globale par une approche systématique qui
consiste à :
� considérer le système dans sa totalité et sa complexité ;
� étudier particulièrement les caractéristiques entre les parties
constitutives ;
� accorder une intention particulière à l'organisation du système
comme moyen de faire face à la complexité technique croissante ;
� associer les aspects économies, humains, sociologies et
juridiques aux considérations purement techniques.
1.2.3. Perspectives de développement
Les faits conjugués de trois facteurs donnent un nouvel élan technologique aux
télécommunications :
� les possibilités offertes par l'électronique, en particulier la micro-
électronique et les circuits intégrés à large échelle ;
� le développement très rapide des techniques numériques de
transmission et commutation ;
� l'influence de l'information qui apporte un outil puissant pour la
commande des opérations et la gestion des réseaux.
5
1.3. Information [13]
1.3.1. Définition
L’information et une notion abstrait, de nature psychologue et philosophique à l’origine (idée),
reprise par la science et la technique pour en faire une grandeur évaluable (grandeur électronique).
L’information n’est pas conservative c'est-à-dire elle doit être générée mais elle peut se perdre.
L’information peut être transportée (transmission), stockée (mémorisation) et transformée
(traitement).
1.3.2. Source d’informations
Il existe deux types de source d’informations :
� Une source est dite discrète ou numérique si elle est produit de l’information à
partir d’un nombre fini n caractères (lettres, chiffres, signes, …) qui, par leurs
diverses combinaisons, constituent des messages. L’information est générée de
nature numérique (digitale) ;
� Si la source et continue, l’information produite est analogique. La source est dite
analogique.
Remarque :
� Si augmente : diminue.
� Soient et deux messages indépendants.
Avec H : Entropie (quantité d’information)
Prob(i) : probabilité d’apparition d’élément binaire i
Prob(j) : probabilité d’apparition d’élément binaire j
1.3.3. Entropie d'une source
La quantité d'information moyenne H appelée entropie de la source produite par une
source discrète est l'espérance mathématique de la quantité d'information H; portée par chacun
des messages qu'elle génère.
6
exprimé en unité de Shannon [sh] .
Remarque :
Plus la source produit ses messages de manière aléatoire, plus H est élevée.
En particulier, elle est maximale lorsque les n caractères sont utilisés par la source
avec la même probabilité (caractères équiprobables) et sans aucune condition séquentielle,
on a alors :
E : Esperance mathématique
n : nombre des caractères
Hmax : quantité d’information maximale
1.3.4. Quantité de décision
Le choix que doit faire une source discrète parmi les n caractères dont elle dispose
correspond à une certaine quantité de décision D (Décision content) définie par :
. avec n : nombre des caractères
D : quantité de décision
1.3.5. Redondance d'une source
La redondance R d'une source c'est la différence entre la quantité de décision d'un alphabet et la
quantité d'information moyenne (entropie H de la source discrète qui utilise cet alphabet).
1.3.6. Débit d'information et de décision
Une source discrète génère ces caractères de manière plus ou moins rapide et
régulière dans le temps.
Le débit de décision appelé aussi débit binaire (byte rate) est la produit du nombre
moyen de caractères générés m par une unité de temps par la quantité de l'alphabet dont ils
ont issu. Il exprime pratiquement la capacité réelle de transmission numérique.
7
De même, le débit d'information représente la quantité d'information moyenne
produite par la source pendant l'unité de temps.
1.4. Moments – définition [1]
Les signaux utilisés pour porter de l'information numérique sont composés d'une suite des
signaux élémentaires dans le temps appelé moment. Les paramètres caractéristiques (amplitude,
fréquence, phase) de chacun d'entre eux restent constants pendant la durée Tm du moment.
Dans le cas général, ces paramètres prennent m valeurs discrètes ou amplitudes discrètes.
Les moments sont appelés alors m-aires. m=2 : moment binaire, m=3 : moment ternaire, m=4 :
moment quaternaire,
f HF : nombre élevé des moments.
f BF : nombre petit des moments.
La quantité de décision correspondant à un moment m-aires :
avec : quantité de décision
1.5. Débit des moments [1][14]
Le nombre moyen des moments transmis par unité de temps est appelé débit de moment
exprimé en baud :
Où Tm c’est la durée de moment (intervalle de temps entre deux éléments consécutifs)
est le débit de moment
Le débit de décision correspondant à un débit de moments m-aires est donné par
8
Remarque : En transmission numérique, le débit de moment revient une importance
particulière car il exprime la vitesse de variation physique des paramètres des signaux. A ce titre,
il est lié directement à la largeur de la bande de canal de transmission.
1.6. Les valeurs caractéristiques de la largeur de bande et du débit de décision [1]
Ces différentes valeurs sont dans le tableau suivant
Types du système de télécommunication Transmission analogique
Largeur de bande
Transmission numérique
Débit binaire
Télévision 5 MHz 90 Mbit/s
Vision phonie 1MHz 8 Mbit/s
Téléphonie 3,1 MHz 64 Mbit/s
Musique 15 MHz 64 Mbit/s
Télex
50 Mbit/s
Tableau 1.01 : valeurs caractéristiques de la largeur de bande et débit binaire
9
CHAPITRE 2 GENERALITES SUR LA TRANSMISSION NUMERIQUE
2.1. Les techniques de transmission du signal numérique [3][10][16]
2.1.1. Introduction
L’objectif est de transmettre des informations d’un émetteur vers un récepteur à travers un
canal de transmission. Mais ce canal de transmission possède un certain nombre de
caractéristiques et de contraintes qu’il faut prendre en compte. Par exemple un canal sélectif en
fréquence atténue le signal dans certaines bandes de fréquences et l'amplifie dans d'autres bandes,
et ces perturbations doivent être prises en compte par le système de transmission. Ainsi les
données numériques doivent subir un certain nombre de transformations avant d'être transmises, et
une autre série de transformations est effectuée dans le récepteur pour obtenir à nouveau les
données numériques envoyées. Les différentes étapes seront explicitées successivement dans ce
chapitre.
2.1.2. Présentation
Les réseaux informatiques se fondent sur la numérisation des informations, c'est-à-dire la
représentation des données par des suites de ‘ 0 ‘ et de ‘ 1 ‘. Ils englobent la transmission de ces
données, leur mémorisation dans des mémoires de stockage et enfin leur utilisation. La première
étape consiste donc à ramener les informations que nous voulons échanger à un ensemble
d’informations binaires à l’aide de techniques de codage. Pour cela, on utilise des codes, qui font
correspondre à chaque caractère une suite précise d’éléments binaires ou bit (abréviation
universellement reconnue de « binary digit »). La longueur du code va dépendre du nombre de
caractères que l’on veut représenter, on sait par exemple qu’avec deux éléments binaires, on peut
obtenir quatre configurations {00, 01, 10, 11} susceptibles de coder quatre caractères. En
généralisant un code à ‘ n’éléments binaires permet de représenter 2n caractère distincts. Plusieurs
codes ont été normalisés afin de rendre compatibles des équipements informatiques d’origines
diverses. Les principaux codes utilisés sont les suivants :
• Code ASCII (American Standard Code Information Interchange) : code à 7 bits, soit 128
caractères disponibles.
10
• Code EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) : est un code de
longueur 8 d’origine IBM (International Business Machine) utilisé dans les ordinateurs du
constructeur. Ce code autorise jusqu'à 256 caractères.
Après l’étape de codage intervient l’étape de la transmission, c'est à dire l’envoi des suites
binaires de caractères vers l’utilisateur final des ces informations. Pour transmettre ces
informations binaires sur un canal de transmission, il est nécessaire de les transformer au préalable
en un signal électrique. La méthode la plus simple consiste à représenter l’élément binaire ‘ 0 ‘ par
une tension V0 , et l’élément binaire ‘1‘ par une tension V1, un exemple est illustré sur la figure
2.01 avec V0 = 0 et V1 > 0
Figure 2.01: Suite d'impulsions représentant la séquence d'informations
2.1.2.1. Etapes d’une chaîne de transmission numérique
2.1.2.2. Codeur source (numérisation, compression)
Technique dans la quelle à un élément d’information on fait correspondre une combinaison
binaire. Après numérisation et codage, la source numérique est caractérisée par son débit binaire
D, défini comme le nombre d’éléments binaires qu’elle émet par unité de temps. L’unité de débit
Figure 2.02 : Chaine de transmission numérique
11
binaire est bit par seconde. Si l’intervalle de temps séparant l’émission par la source de deux
éléments binaires consécutifs est constant et égal à Tb, d’où le débit binaire D est égal à : D=1/Tb
2.1.2.3. Codeur canal (Codage, Transcodage, Cryptage, Brouillage)
Le codage canal, aussi appelé correcteur d’erreur est une fonction spécifique des
transmissions numériques, qui n’a pas son équivalent en transmission analogique. Il consiste à
insérer dans le message des éléments binaires dits de redondance suivant une loi donnée. Le
décodeur de canal, qui connaît la loi de codage utilisée à l’émission, vient vérifier si cette loi est
toujours respectée en réception. Si ce n’est pas le cas, il détecte la présence d’erreurs de
transmission qu’il peut corriger sous certaines conditions
Les codes de détection d’erreurs les plus courants sont les CRC (Control de redondance
Cyclique) et le contrôle de parité.
2.1.2.4. Codeur / Décodeur
Le codeur regroupe k symboles binaires consécutifs issus de la terminale source donc 2k
possibilités, et associe par une application mathématique ou logique, une suite (, ,…, ) de n
symboles de l’alphabet A où
( , ,…, ) est appelée mot de code
2.1.2.5. Modulateur/Démodulateur
Un modulateur est un dispositif électronique qui permet de transmettre un signal analogique
ou numérique porteur d’information sur une fréquence radioélectrique appelée "porteuse" et
permettant la transmission à distance et sans brouillage de l’information.
Un démodulateur est un dispositif électronique qui fait l’opération inverse d’un modulateur.
2.1.2.6. Canal de transmission
Le canal de transmission est un élément de la chaîne de transmission difficile à définir
puisqu’il n’a pas la même signification selon que l’on se place du point de vue de la propagation,
de la théorie de l’information ou la théorie de communications.
Puisque nous sommes dans le domaine de communication numérique, on prend la définition du
canal de transmission au sens de la théorie des communications. Le canal de transmission peut
12
inclure le milieu de transmission, le bruit, le filtre d’émission placé physiquement dans l’émetteur,
ainsi que les antennes d’émission et de réception pour les transmissions en espace libre.
Le milieu de transmission ou ligne de transmission représente le lien physique entre
l’émetteur et le récepteur ; il est pratiquement constitué par l’un des supports suivants :
� un câble bifilaire de faible bande passante, réservé en général pour les transmissions à bas débit
(inférieur à 2Mbit/s sur le réseau téléphonique)
� un câble coaxial de bande passante élevée qui permet de réaliser des transmissions avec un
débit de plusieurs centaines de Mbit/s jusqu’à 565Mbit/s sur le réseau téléphonique
� une fibre optique de bande passante très élevée et faible atténuation, utilisée pour les réseaux
terrestres à grande capacité de plusieurs Gbit/s, pour les câbles sous-marins et pour les réseaux
de distribution
� un espace libre, qui, utilise la propagation d’une onde électromagnétique dans l’atmosphère. Il
est généralement aux transmissions par satellite ou par faisceaux hertziens ainsi qu’aux
radiocommunications avec les mobiles.
Soient les trois caractéristiques fondamentales d’un canal de transmission :
� l’affaiblissement
� le déphasage
� la bande passante
2.1.2.7. L’affaiblissement
Un canal de transmission atténue (affaiblit) l’amplitude du signal qui le traverse. Le
phénomène d’atténuation correspond à une perte d’énergie du signal pendant sa propagation sur le
canal, et s’accentue avec la longueur de celui-ci. La quantité d’énergie perdue dépend très
étroitement de la fréquence du signal et de la bande passante du système.
Figure 2.03 : Le canal de transmission
13
On mesure l’atténuation par le rapport où Ps est la puissance du signal à la sortie du canal et Pe
la puissance du signal à l’entée du canal. Il est courant d’exprimer l’atténuation en décibels (dB)
sous la forme 10 log (elle est aussi exprimée en décibels par kilomètre).
2.1.2.8. Le déphasage
Le déphasage, encore appelé distorsion de phase, implique un retard du signal reçu par
rapport au signal émis dû au temps de propagation de ce signal de l’émetteur vers le récepteur.
La figure suivante illustre les phénomènes d’atténuation et de retardement subis par un signal de
forme sinusoïdale.
Figure 2.04: Un signal sinusoïdal traversant un canal
2.1.2.9. La bande passante
La largeur de la bande passante est la caractéristique essentielle d’un support de
transmission, qui se comporte généralement comme un filtre qui ne laisse donc passer qu’une
bande limitée de fréquence appelée bande passante. Toute fréquence en dehors de cette bande est
fortement affaiblie
Figure 2.05: Un signal sinusoïdal traversant un canal
e(t)
t t
e(t)
14
2.1.2.10. Le bruit
Le bruit est une perturbation aléatoire dont les origines sont le milieu de transmission (bruit
externe), ou les dispositifs électroniques utilisés dans le récepteur (bruit interne)
On distingue généralement deux types de bruit :
� Bruit blanc
Le bruit blanc est un bruit dont la puissance est uniformément repartie dans toute la bande
passante du canal, il s’agit essentiellement d’un bruit provoqué par l’agitation thermique des
électrons dans le conducteur électrique.
� Bruit impulsif
Comme son nom l’indique ce type de bruit est à caractère impulsif, il se présente sous forme
de tensions perturbatrices de valeur élevée mais de durée brève. Ces bruits sont très gênants pour
la transmission de données, car le signal perturbateur modifie la forme du signal reçu à des
instants quelconques (aléatoires) telles qu’il se produit des erreurs à la réception. Les sources de
bruit impulsif sont nombreuses. On peut citer notamment:
� la diaphonie (cross talk) qui est d’une manière générale, une influence mutuelle indésirable
entre signaux utiles transmis sur des conducteurs voisins l’un de l’autre dans l’espace, par
exemple dans un même câble. Cela résulte principalement d’un couplage inductif dû au
champ magnétique de l’une des lignes sur l’autre et réciproquement.
� Les brusques variations de courant sur les lignes d’alimentations électriques.
� Phénomènes atmosphériques, solaires, ou autres.
L’objectif est très clair, d’envoyer les messages d’un émetteur vers un récepteur quelque soit
les problèmes ou les contraintes qu’on va rencontrer avant, pendant et après la transmission. Alors
le signal (les messages ou les informations) à transmettre devra être adapté au mieux aux
contraintes physiques du système de transmission. Et en particulier, le canal de transmission doit
être transparent, adapté aussi à la source d’information (analogique ou numérique) et destinataire
Deux types d’adaptation ou technique de transmission sont envisageables :
� La première consiste à modifier légèrement le signal, elle est essentiellement destinée à
réduire la composante continue. Cependant, les composantes hautes fréquences étant
fortement atténuées, la transmission sera limitée en distance : c’est la transmission en
bande de base.
15
� La seconde translate le spectre du signal à émettre dans une bande de fréquences mieux
admise par le système, c’est la transmission en large bande encore la transmission sur onde
porteuse.
2.2. Généralités sur les modes de transmission [1][2][4][5][6][8]
2.2.1. Principe
En transmission large bande, le spectre du signal numérique est translaté autour d’une
fréquence centrale appelée porteuse. La translation de spectre résout les deux problèmes posés par
la transmission : dispersion du spectre (étalement du signal) et la monopolisation du support qui
interdit le multiplexage. Elle est réalisée par un organe appelé modulateur. En réception le signal
doit subir une transformation inverse, il est démodulé. Le MODEM, diminutif de
modulation/démodulation, est un équipement qui réalise la modulation des signaux en émission et
leur démodulation en réception.
2.2.2. Représentation graphique
2.2.3. Comparaison des modes de transmission
On montre ici les techniques utilisées dans chaque mode de transmission à l’aide de la figure 2.06
Transmission en bande de base.
Figure 2.06 : Les modes de transmission
s(t)
f
16
Transmission en large bande
2.2.4. Modes d’exploitation d’un support de transmission
L’exploitation d’un canal de transmission peut s’effectuer suivant différents modes qui sont :
� Mode simplex : dans ce mode, une seule extrémité émet et l’autre reçoit (transmission
unidirectionnelle). Ce type de transmission est utilisé dans la diffusion radio et TV par
exemple. Ce mode présente l’inconvénient de ne pas savoir si tout a été reçu par le
destinataire sans erreur.
� Mode semi duplex (half duplex) : ce mode, appelé aussi bidirectionnel à l’alternat, permet
une transmission dans les deux sens, mais alternativement. Chacune des deux extrémités
reçoit et émet à tour de rôle, jamais simultanément. L’exemple le plus typique est la
conversation par « talkie/walkie », l’utilisateur est à l’écoute et il doit couper l’écoute s’il
Figure 2.07: comparaison des deux modes de transmission
17
désire parler. Par rapport aux transmissions simplex, il est nécessaire de disposer de
transmetteur (émetteur) et récepteur aux deux extrémités.
� Mode duplex (full duplex) : ce mode, appelé aussi bidirectionnel simultanés permet une
transmission dans les deux sens en même temps, comme si deux interlocuteurs parlaient
simultanément, en supposant que chacun entend et parle en même temps. Comme
exemple, citons le téléphone. Cette technique nécessite l’utilisation de deux voies de
transmission, une pour l’émission, l’autre pour la réception. Notons toutefois qu’une
liaison full duplex peut être multiplexée.
Nous avons représenté ces divers modes à la figure 2.07.
2.3. Synchronisation [5][6][9][11]
La transmission d’information sous forme numérique exige, en général un
synchronisme précis entre l’émetteur et le récepteur. Cette synchronisation est essentielle pour la
reconstitution des données, et consiste à déterminer les instants d’échantillonnage du signal
transmis pour reconnaître les bits constituant l’information, c’est ce qu’on appel la
synchronisation bit, dés que le récepteur reçoit bien les bits d’informations, il doit encore
reconnaître les caractères c’est la synchronisation caractère. Il faut noter que la synchronisation est
essentiellement utilisée dans les cas de la transmission série.
La synchronisation entre l’émetteur et le récepteur peut être mise en œuvre par différent
procédé.
Figure 2.08 : Les sens de transmission
18
2.3.1. Cas d’une transmission asynchrone
Dans les transmissions asynchrones, l’horloge de l’émetteur et récepteur sont
indépendante, la synchronisation des caractères se fait évidement par reconnaissance des signaux
de départ (START) et des signaux d’arrêt (STOP) qui délimitent chaque caractère. En effet, dans
le récepteur le signal START déclenche au début de chaque caractère, la mise en route de
l’horloge local ayant la même fréquence que celle de l’émetteur, et qui permet l’échantillonnage
des symboles binaires contenus dans les caractères, assurant ainsi la synchronisation bit.
2.3.2. Cas d’une transmission synchrone
Dans une transmission synchrone les bits sont émis tout les T secondes où T est la période
du signal d’horloge de l’émetteur. Pour assurer la synchronisation bit, le récepteur doit
reconstituer le rythme ou le débit à un décalage près qui a servi à l’émission. On dispose de deux
moyens pour y parvenir :
� Transporter le signal d’horloge sur un support séparé reliant l’émetteur et le récepteur.
Cette technique est utilisée sur des courtes distances.
� La deuxième alternative, très utilisé pour résoudre le problème de synchronisation lorsque
l’émetteur et le récepteur sont sépare par des longues distances, consiste à reconstitué le
signal d’horloge à partir du signal reçu. Pour Échantillonner le signal reçu, on mesure la
valeur du signal seulement aux instants significatifs. Toute fluctuation de la détermination
de l’instant significatif peut entraîner une erreur d’estimation donc une erreur de
transmission. Pour ce faire, il faut transmettre des signaux tels que le récepteur puisse
trouver des nombreuses transitions même pour des suites de bits identiques.
La synchronisation caractère qui consiste à reconnaitre le début et de la fin d’un groupe de
caractère, est réalisée par la reconnaissance d’une suite particulière de bits, ou par l’insertion
régulière des caractères de synchronisation dans les données.
19
CHAPITRE 3 CODES EN LIGNE A SYMBOLES INDEPENDANTS UTILISES EN
BANDE DE BASE
3.1. Principe de la transmission en bande de base [4][5][7][8]
3.1.1. Introduction
Le principe des transmissions numériques consiste à associer à chaque ensemble de n
symboles binaires, issu de la source d’information et appelé message, un signal d’énergie finie et
de durée T. Ce signal caractéristique du message à transmettre est choisi parmi M signaux
possibles [S1 (t)... SM(t)] avec M ≥ 2n. La possibilité de disposer de plus de signaux qu’il n’y a de
configurations des messages permet d’introduire de la corrélation entre les signaux Si (t) et ainsi
d’agir sur les caractéristiques spectrales du signal émis. Le signal ainsi constitué, bien que de
nature analogique, est désigné sous le nom de signal numérique.
Lorsque le signal numérique possède une densité spectrale de puissance dont les composantes
sont de basse fréquence, l’opération précédemment décrite s’appelle le codage binaire à signal.
Lorsque l’on utilise le codage binaire à signal, on dit que l’on fait des transmissions en bande de
base.
C’est une transmission des informations numériques qui n’introduite pas d’écart de
fréquence entre les signaux émis et ceux reçus. C'est-à-dire l’information numérisée représentée
par les signaux correspondants est envoyée directement vers le milieu de transmission sans aucune
opération de modulation.
3.1.2. Principe du fonctionnement
Ce principe de fonctionnement est représenté par la figure suivante.
Remarque :
Codeur bande de base = Codage en ligne ou Codage binaire à signal, c’est la même chose.
Figure 3.01 : principe de transmission en bande de base
20
3.1.3. Chaîne de transmission en bande de base
Le filtre d’émission a pour rôle de limiter la bande allouée à chaque utilisateur tandis que
le filtre de réception permet d’éliminer les bruits additifs.
FE : Filtre d’Emission
FR : Filtre de Reception
L’expression du signal à la sortie du codeur
L’expression du signal bruité
L’expression du signal à la sortie du filtre de réception
Figure 3.O2 : Schéma fonctionnelle d’une chaîne de transmission
N(t)
{αn}
^
y(t)
t0+nT (t)
FR
{αn}
e(t) CODEUR EN LIGNE FE
+
+
Bloc de traitement numérique
Emetteur Récepteur
x(t)
21
L’expression de l’échantillon du signal à la sortie du filtre de réception à l’instant
Le système de transmission peut être considéré comme un filtre de réponse impulsionnelle
α : c’est un alphabet
ak : c’est un symbole binaire (c’est un réel)
n et m : nombre
3.2. Les codes en ligne à symboles indépendants [2][4][11]
3.2.1. Règle et principe
Pour ces codes en ligne, les symboles αk sont indépendants et la fonction de corrélation
est nulle quelque soit k différent de zéro.
L’expression de la densité spectrale de puissance du signal α(t) se simplifie et devient égale
à :
En d’autres termes, la partie continue du spectre du code ne dépend plus que la forme
d’onde h(t). Nous pouvons maintenant présenter quelques exemples de codes en ligne à symboles
indépendants.
3.2.2. Code NRZ binaire (Non Retour à Zéro)
Pour ce code en ligne, à chaque élément binaire αk du message, on associe un symbole ak
avec :
{αn} {ak} R(f) = TF[r(t)]
y(t) CIRCUIT DE DECISON
t0+nT
^
Figure 3.O3: Schéma équivalent de la chaîne de transmission
ak=1 si αk= 1
ak= -1 si αk= 0
22
La forme d’onde h(t) est une porte d’amplitude V et de durée Tb :
Un chronogramme du code NRZ binaires est représenté sur la figure 3.04
En tenant compte du fait que les éléments binaires αk sont i-i-d sur l’alphabet [0,1], la moyenne
mα des symboles αk est nulle et leur variance est égale à 1.
La densité spectrale de puissance du code NRZ binaire est donc égale à :
3.2.3. Code NRZ M-aire
Le code NRZ M-aire est une généralisation du code NRZ binaire. A chaque ensemble de n
éléments binaires issu du message, on associe maintenant un symbole M-aire αk qui prend ses
valeurs dans un alphabet A à éléments :
Figure 3.04 : Chronogramme d’un Signal NRZ
23
La forme d’onde h(t) est toujours une « porte » d’amplitude V mais de durée T=nTb ,
puisque chaque signal transporte n bits d’information. En tenant compte des hypothèses faites sur
les éléments binaires issus du message, les symboles αk sont i-i-d sur l’alphabet A et ainsi leur
moyenne est nulle est leur variance est égale à :
Ce qui après sommation, donne :
La densité spectrale de puissance du code NRZ M-aire a donc pour expression :
3.2.4. Code RZ binaire (Retour à Zéro)
Pour ce code en ligne, à chaque élément binaire αk du message, on associe un symbole αk avec :
La forme d’onde h(t) est un signal de durée Tb constitué « porte » d’amplitude V, de durée
suivie d’un retour à zéro de durée (1-) :
ak=1 si αk= 1
ak=0 si αk= 0
Figure 3.05 : Densité spectrale de puissance des codes NRZ binaire et M-aire (M=4)
24
Les éléments binaires ak étant indépendants, de moyenne et de variance , la
densité spectrale de puissance de ce code est constituée d’une partie discrète et
d’une partie continue :
En général, le paramètre est égal à 0,5 et seules les raies aux fréquences subsistent
dans la densité spectrale de puissance de ce code, ce qui donne :
La partie continue de la densité spectrale de puissance d’un code RZ, exprimée en dB pour
et pour une puissance moyenne du code égale à 1 est représentée sur la figure
, en fonction de la fréquence normalisée. Notons que la présence d’une raie à la fréquence
dans la densité spectrale de puissance de ce code est de nature à faciliter la récupération du
rythme de la transmission en réception.
Figure 3.06 : Chronogramme d’un Signal RZ
25
3.2.5. Code biphase binaire (ou code Manchester)
3.2.5.1. Introduction
L'idée de principe est de coder l'information de telle manière que l'horloge de l'émetteur
puisse se déduire du signal lui-même. On appelle ces codes "des codes autoporteurs d'horloge".
C'est le cas du code MANCHESTER.
3.2.5.2. Règle de codage Manchester
Ce code en ligne utilise la même règle de codage que le code NRZ binaire :
si
si
Mais la forme d’onde a pour expression :
C’est-à-dire :
� le niveau bas sera représenté par une transition montante du signal
� le niveau haut sera représenté par une transition descendante du signal
Figure 3.07 : Densité spectrale de puissance des codes RZ binaire pour
26
Les symboles étant indépendants, de moyenne nulle et de variance unitaire, la densité spectrale
de puissance du code biphase est égale à :
La densité spectrale de puissance de ce code, exprimée en dB, est représentée sur la figure en
fonction de la fréquence normalisée , pour une puissance moyenne du code égale à 1
. L’intégrale de la forme d’onde calculée sur l’intervalle étant égale à zéro,
la densité spectrale de puissance du code biphase s’annule à la fréquence zéro. Ce code en ligne
présente toujours des transitions , quelle que soit la valeur (
prise par les éléments binaires.
Figure 3.08 : Chronogramme d’un Signal Manchester
Figure 3.09 : Densité spectrale de puissance du code RZ biphase en fonction de la fréquence normalisée
27
La partie continue de la densité spectrale de puissance d’un code en ligne dépend de la
transformée de Fourier de la forme d’onde et de la fonction d’autocorrélation et des
symboles . Pour les codes en ligne à symboles indépendants, la forme d’onde est donc le
seul degré de liberté pour agir sur la partie continue de la densité spectrale de la puissance du
code. En introduisant de la corrélation entre les symboles , tout en conservant l’hypothèse d’une
source de message à éléments binaires i-i-d, il est alors possible de disposer d’un second degré de
liberté pour intervenir sur la forme de la densité spectrale de puissance d’un code en ligne,
satisfaire des contraintes spectrales particulières comme, par exemple, obtenir une densité
spectrale de puissance nulle à l’origine.
3.2.5.3. Principe du codage de Manchester
La désynchronisation du récepteur par rapport au transmetteur est due à de longs passages
stationnaires du signal. Avec les codages Manchester, dans chaque temps de bit, on a au moins
une transition du signal d’où le nom de code biphase.
3.2.5.4. Avantages et inconvénients du code Manchester
� Avantages
Un émetteur utilisant le code Manchester « mélange » son signal d’horloge au message à
transmettre. Ceci facilite la synchronisation de l’émetteur et le récepteur.
L’information véhiculée sur le fil ne comporte plus de composante continue même en cas de
suite de valeurs identiques importantes.
Figure 3.10 : Schéma fonctionnelle d’une chaîne de transmission utilisant le code de Manchester
28
Par ailleurs, un bit 0 ou 1 étant caractérisé par une transition du signal et non par un état
comme dans les autres codages, il est donc très peu sensible aux erreurs de transmission.
En pratique, la réalisation d’un codeur et décodeur Manchester est facile et moins coûteux.
� Inconvénients
Les règle de codage Manchester a un inconvénient : la polarité du signal doit être respectée
donc, si on inverse les fils à l'arrivée, le signal décodé n'est plus du tout le même qu'initialement.
Le codage Manchester Différentiel résout ce problème.
Les codages biphasés ont la particularité d’avoir deux niveaux pour un bit d'information. La
fréquence du signal doit donc être le double de la bande passante offerte au réseau local. Par
exemple, les composants d'un réseau Ethernet, qui utilisent un codage MANCHESTER, sont
cadencés à 20 MHz afin d'offrir un débit de 10 Mb/s.
Les analyses précédentes nous fait conclure que ce mode de codage, s'il est rentable pour des
liaisons courtes, comme les liaisons ou réseaux locaux industriels où le coût des lignes est
beaucoup plus abordable, se révèle totalement hors compétition dans le cas des lignes de
télécommunications à longue distance où la bande passante est si chère.
3.2.5.5. Domaine d’utilisation
L’utilisation du codage Manchester le plus fréquent est dans le réseau Ethernet sur le
support 10 base T, 10 base 2 et 10 base 5, paire de cuivre torsadée et les coaxiaux. Il offre un débit
de 10Mb/s.
29
3.2.5.6. Comparaison des différents codes
Ce tableau nous montre les chronogrammes et les différents formes de densité spectrale de
puissance de ces trois codes (RZ ,NRZ, Manchester)
Tableau 3.01 : Comparaison des différents codes
30
CHAPITRE 4 SIMULATION
4.1. But de la simulation
Le but c’est de simuler, avec Simulink version 6.0 intégré dans le logiciel Matlab (R 14)
version 7.0, la génération et l’utilisation du code Manchester dans une chaîne de transmission
numérique en bande de base sur un canal idéal. Ce type de code est l’une des applications des
codes en ligne à symboles indépendants traités théoriquement dans le chapitre 3,.
La simulation permet de visualiser les différentes formes du signal issu à chaque bloc
constitutif de cette chaîne et de prévoir tous les obstacles lors d’une éventuelle réalisation.
4.2. Choix du langage
Notre choix s’est porté sur Matlab car c’est le logiciel que l’on a le plus utilisé durant notre
formation. De plus, Matlab s’avère être parmi les plus puissants outils de calcul. Facile à
manipuler et très riche en fonctions élémentaires, il offre un environnement très convivial.
Ce logiciel est très adapté aux travaux techniques et scientifiques effectués que ce soit pour
la visualisation, la réalisation ou la conception.
4.3. Présentation de Matlab et Simulink [15]
Matlab est un puissant langage permettant en outre de simuler des modèles physiques et de
visualiser leurs comportements. Son nom provient de MATrix LABoratory et rassemble les
fonctionnalités suivantes :
� Un noyau d’un ensemble d’outils logiciels dédiés aux calculs scientifiques
� Un langage de programmation adapté pour les problèmes scientifiques
� Un interpréteur : les instructions sont interprétées et exécutées ligne par ligne. MATLAB
exécute les instructions au fur et à mesure qu'elles sont données par l'usager.
Simulink est l’outil graphique associé à Matlab. Le système modélisé est alors construit
sous forme de diagrammes et de schémas blocs. Comme Matlab, Simulink permet de simuler et de
visualiser le comportement dynamique du système modélisé.
Les bibliothèques de Matlab\Simulink sont regroupées dans Blocksets qui sont des
collections de blocs Simulink développés pour des domaines d'application spécifiques (DSP
Blockset, Power System Blockset, etc.).
31
4.3.1. Exemple d’une instruction Matlab
Ce programme trace la courbe représentative d’une fonction sinus cardinal :
Figure 4.01 : Sinus cardinal
32
4.3.2. Exemple d’une simulation sous Matlab\Simulink
Cette simulation visualise les comportements d’un filtre passe-bas et d’un filtre passe-haut
avec un signal sinusoïdal additionné avec un bruit blanc gaussien.
Figure 4.02 : Simulation sous Simulink d’un filtre passe-bas et d’un filtre passe-haut
Figure 4.03 : Les courbes obtenues
33
4.4. Présentation de la simulation [12]
� Générateur binaire : ce générateur génère une suite de symbole binaire aléatoire en
suivant la loi de Bernoulli. Il remplace donc une source analogique suivi d’un CAN ou
convertisseur Analogique-Numérique.
� Convertisseur de type : il adapte les types de données du bloc inferieur au bloc suivant
enfin d’assurer la compatibilité des informations traités par chaque bloc.
� Codeur/décodeur Manchester : Ils sont formés par un XNOR ou OU exclusif suivi d’un
operateur logique NON. Les entrées sont l’horloge d’émission/réception ainsi que les
données à émettre /reçus.
� Adaptateur de niveau : Ce bloc adapte le niveau du signal codé à émettre avec le canal.
Ici, on a adopte la conversion :
� Canal de transmission en bande de base : il est modélisé par un filtre passe-bas de
Butterworth à cause de ses propriétés. Le signal est perturbé par l’adition de deux types de
Figure 4.04 : Schéma synoptique de la simulation
34
bruit : le bruit blanc qui simule tous les bruits qui peuvent perturber le signal, le bruit
thermique causé par les mauvais raccordements des connecteurs tels que les RJ45, BNC,
…, et les échauffements des supports.
� Récepteur en bande de base: il est constitué par un détecteur optimal qui assure la décision
sur chaque symbole reçu.
� Bloqueur d’ordre zéro : il assure l’uniformisation du signal.
� Calculateur d’erreur : il calcule la différence entre le signal reçu et le signal envoyé.
4.5. Les étapes de la simulation
Premièrement, on lance le logiciel Matlab en cliquant sur l’icône de Matlab ou en suivant le
chemin : Démarrer\Tous les programmes\Matlab 7.0\Matlab 7.0.
Pour créer un nouveau fichier Matlab de type .m, on clique sur l’icône New M-file. Pour
ouvrir un fichier existant, on clique sur Ouvrir ou en utilisant le raccourcis Ctrl+o.
Puis dans la fenêtre de commande, pour lancer Simulink, on le saisie dans la fenêtre de
commande comme le montre la figure 4.05 ou encore l’exécuter à partir de la barre les outils en
suivant le chemin : Start\Simulink\Library Browser.
Figure 4.05 : Fenêtre de commande de Matlab
35
Ensuite, on ouvre dans Simulink le fichier de notre simulation : canal.mdl ; après quoi on
obtient la fenêtre de la figure 4.02 :
canal.mdl présente une chaîne de transmission constituée d’un émetteur en gris, d’un
canal en présence de bruit en bleu et d’un récepteur en rouge orangée. Sans oublier le générateur
de séquences binaires en vert et les oscilloscopes pour visualiser les différentes formes du signal.
Entrons dans la manipulation des différents blocs de la chaîne de transmission.
L’information numérique est générée par le générateur binaire de Bernoulli. Avant de
passer dans le canal, il est impératif que cette information une opération de codage en ligne. Dans
notre cas, nous utilisons le codage Manchester.
Figure 4.06 : Simulation de la Chaîne de transmission en bande de base(canal.mdl)
36
Ci-dessus, nous écrivons un sous programme pour la transformation le signal Manchester
en un autre signal beaucoup plus adapté pour le canal.
Ci-dessous, nous écrivons un sous programme nécessaire pour la transformation de
l’information numérique en signal Manchester adapté sur le canal de transmission.
On met en marche le circuit et on visualise les formes du signal après l’opération du
codage après avoir fait une double clique sur l’oscilloscope (Emetteur). On obtient les différents
chronogrammes (voir figure 4.03) :
37
On envoie directement dans le canal bruité le signal codé précédemment. Pour visualiser
l’allure des bruits, celle du signal codé à envoyer dans le canal ainsi que celle du signal bruité. On
fait une double clique sur l’oscilloscope (Canal) et obtient les chronogrammes suivants.
Figure 4.07: Chronogrammes des signaux dans l’émetteur
Figure 4.08 : Chronogrammes des signaux dans le canal
38
A la sortie du canal, le signal subit une opération de décodage afin de pouvoir restituer les
signaux originaux. La figure suivante illustre les différents chronogrammes dont le premier est
celui du signal bruité, le second celui du signal codé, le troisième celui du signal non corrigé, le
quatrième celui du signal restitué et enfin celui du signal original.
4.6. Paramétrages de quelques blocs de la simulation
4.6.1. Générateur binaire de Bernoulli
Le générateur binaire de Bernoulli est un bloc appartenant à Blockset\Communications
Blockset\Comm Sources\Random Data Sources\. Il génère une suite de signal binaire en suivant la
loi de Bernoulli en spécifiant la probabilité d’apparition de la valeur 0.
Figure 4.09 : Chronogramme des signaux dans le récepteur
Figure 4.10 : Schéma d’un bloc Générateur binaire de Bernoulli
39
On peut aussi spécifier la durée séparant deux symboles consécutifs. Ici, on a un débit de 1
bit/sec et une probabilité d’apparition de la valeur 0 égale à 0.45.
4.6.2. Générateur de bruit blanc gaussien
Ce bloc appartient à Simulink\Sources\. ?
Figure 4.11 : Fenêtre de paramétrage du générateur de Bernoulli
Figure 4.12 : Schéma d’un bloc générateur de bruit blanc gaussien
Figure 4.13 : Fenêtre de paramétrage du générateur de bruit blanc gaussien
40
On peut spécifier la puissance du bruit, ici 0.001 W afin d’avoir une valeur du rapport
signal/bruit. Sample time indique la période du signal. Sa valeur par défaut est -1.
4.6.3. Générateur d’impulsions
Ce bloc appartient à Simulink\Sources\.
Le type d’impulsion ici est une base de temps et utilise le temps de simulation comme
référence. L’amplitude du signal de sortie est de 1V avec une période de 1sec.
Figure 4.14 : Schéma d’un bloc générateur d’impulsion
Figure 4.15 : Fenêtre de paramétrage du générateur d’impulsion
41
On a un haut de 50% du temps de période. Le signal n’a pas de retard par rapport au signal
traité dans la simulation.
4.7. Conclusion
Ces schémas montrent qu’un canal utilisé en bande de base possède une bande passante qui
limite la fréquence des signaux numériques pouvant véhiculer dans le canal sous peine de générer
des erreurs.
On voit aussi que le rapport signal/bruit influence la bonne transmission des données. Il est
donc nécessaire d’adapter le signal à émettre avec le canal.
Cette simulation nous permet de voir et constater les difficultés rencontrées lors de la
transmission en bande de base utilisée dans les réseaux locaux d’une entreprise, et de comprendre
l’importance et l’utilité d’un codage en ligne à symboles indépendants.
42
CONCLUSION
Bref, la transmission numérique constitue un très vaste sujet d’études. Cela nécessite de
maîtriser la notion de théorie d’information qui est la base de toute communication, de la
connaissance des différentes caractéristiques du milieu de transmission et son comportement, des
techniques de transmission utilisées et adéquates aux signaux à envoyer.
Comme la transmission est faite avec le maximum de fiabilité et de performance, la qualité
est aussi mesurée pour assurer une bonne réception des informations dans un délai rapide et avec
un coût abordable.
La transmission en bande de base consiste à coder directement l’information par des
tensions et le signal généré est transmis sur le support. Elle présente des grands avantages mais
aussi des inconvénients qui conviennent d’être minutieusement traités.
Ce mémoire traite les principes utilisés dans les réseaux de télécommunications. Ils ne sont
que des bases nécessaires à la compréhension du sujet abordé mais des approfondissements et des
améliorations pourront encore avoir lieu pour compléter ce qui a été étudié dans cet ouvrage.
43
ANNEXE 1 : LA TECHNIQUE DE MODULATION PAR IMPULSION ET CODAGE
La technique MIC consiste en trois étapes fondamentales:
• L'Echantillonnage: Le signal analogique est un signal continu qui par définition contient un
nombre infini d'éléments. L'échantillonnage consiste à prélever un nombre déterminé
d'éléments (échantillons) qui seront suffisants pour reconstituer à l'arrivée un signal
analogique de qualité. Les différentes études ont montré qu'il suffit d'échantillonner à deux
fois la fréquence supérieure contenu dans le signal. Ainsi, pour un signal de la parole où
l'information est contenue dans une bande de 4000 Hz (0-4000), un échantillonnage à 8000
Hz suffit (c'est à dire toutes les 125 µs). Echantillonner à une fréquence plus faible conduit
à un signal restitué de mauvaise qualité, et un échantillonnage plus élevé augmente le
volume de données à transmettre sans une augmentation significative de la qualité.
• La Quantification: Elle consiste à donner à chaque échantillon une valeur prise dans une
échelle de valeurs. L'erreur effectuée dans l'approximation est appelée bruit de
numérisation. Ce bruit ayant une répercussion importante pour les faibles niveaux, l'échelle
n'est pas une échelle linéaire. Pour le signal téléphonique, 256 niveaux ont été retenus.
• Le Codage: Chaque échantillon sera codé sur un ensemble de bits. Pour permettre le
codage des différentes valeurs, 8 bits sont nécessaires.
Ainsi, pour le signal téléphonique (4000 Hz), nous avons 8000 échantillons/s (8000 Hz) codés sur
8 bits/échantillon. Cela donne 64 000 bits/s. Un canal à 64 kbps est nécessaire pour transmettre un
signal téléphonique de base.
44
ANNEXE 2 : CHOIX DE MODE DE LA TRANSMISSION
La méthode de choix de la mode de transmise réside sur la méthode de codage.
1. Choix de la méthode de codage
� Avoir un signal codé ayant un spectre de puissance bien adapté au support
(suppression du composant continu lorsque le support comporte des coupleurs).
� Annuler l’énergie à certaine fréquence pour limiter la bande occupée par le signal.
� Augmenter le nombre de transitions pour améliorer la transmisse de l’horloge.
2. Choix de la méthode de modulation
Pour ce choix, il faut connaître :
� Le débit numérique
� Le support c'est-à-dire les caractéristiques du support (perturbation introduite par le
support), surtout sa bande passante
Enfin, le choix technique mentionné ci-dessus ne peut jamais séparer du choix économique, alors
il envisage le coût maximal.
3. Critères de choix d’un code en ligne
Pour les transmissions en bande de base, le milieu de transmission est constitué par câble (bifilaire
ou coaxial) caractérisé par sa bande passante. Le code en ligne doit d’abord être choisi pour
assurer la compatibilité entre le débit D à transmettre et la bande passante du milieu de
transmission (choix d’un nombre d’état M).
D’autres contraintes peuvent encore exister pour le choix d’un code en ligne ; illustrons-les à
l’aide de trois exemples.
� Lorsque la distance entre la source de message et le destinataire est importante, alors le
signal issu du codeur en ligne doit être périodiquement régénéré pour compenser l’atténuation et
la distorsion apportées par câble. Cette opération de régénération est réalisée à l’aide est réalisée à
l’aide de dispositifs électroniques (répéteurs- régénérateurs) qu’il faut alimenter en courant
continu. Ce courant continu, dit de télé alimentation, et le signal associé au code en ligne utilisent
en général le même câble pour des raisons économiques évidentes. Pour éviter toute interférence
entre ces deux signaux, le spectre du code en ligne doit alors être nul au voisinage de la fréquence
zéro (le spectre d’un courant continu est constitué par une raie à la fréquence zéro).
� Pour réaliser le décodage, le récepteur a besoin de connaître le rythme de la transmission,
c'est-à-dire la fréquence, égale à 1/T, à laquelle les symboles ak ont été transmis. La présence
45
d’une raie à cette fréquence dans le spectre du code en ligne facilite la récupération du rythme de
la transmission en réception.
� En imposant certaines règles pour le codage des symboles ak, telles que, par exemple, des
configurations de symboles interdites, et disposer ainsi d’éléments pour estimer la qualité de la
liaison.
Nous venons de voir que les critères de choix d’un code en ligne dépendent en partie de ses
propriétés spectrales. Il est donc nécessaire de savoir déterminer la densité spectrale de puissance,
que l’on appellera souvent simplement le spectre, d’un code en ligne.
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ANNEXE 3 : Les fonctions de bases de MATLAB
Commandes Explications
Pwd Pour connaitre le répertoire courant
Dir Pour lister le contenu d’un répertoire
Cd nom_répertoire Pour changer de répertoire courant
Help nom_fonction Pour demander de l’aide
Plot Pour tracer des courbes 2-D
Disp Pour afficher des textes
Grid Pour afficher la grille sur une courbe
xlabel, ylabel Pour mettre un texte sur les axes
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ANNEXE 4 : Les blocs de bases de MATLAB\Simulink
Nom du bloc Schéma du bloc
Oscilloscope
Valeur constante
Canal avec un bruit blanc
gaussien
Filtre gaussien
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BIBLIOGRAPHIE
[1] . E. Randriantsiresy, Théorie de la communication, Cours 4ème année, Dép. Tél-E.S.P.A., A.U :
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Villetaneuse, Université Paris XIII.
[15] http://www.mathworks.com/
[16] http://www.infoclick.fr/ccm/
PAGE DE RENSEIGNEMENTS
Nom : ZAFITANGONGO
Prénoms : Fidesty
Adresse de l’auteur : FLM Soatsihadino
FIANARANTSOA 301
Madagascar
Tél: 0340385392/0325320930
E-mail: [email protected]
Titre du mémoire : « TECHNIQUE DE LA TRANSMISSION NUMERIQUE EN BANDE DE
BASE »
Nombres de pages : 48
Nombre de figure : 35
Nombre de tableaux : 3
Mots clés : signal, numérisation, transmission, bande de base, codage et décodage, chaîne, code,
Manchester, communication, numérique.
Directeur de mémoire : Monsieur RANDRIANTSIRESY Ernest
RESUME
Ce mémoire présente la base de la communication numérique. Vous y trouvez la théorie de la
communication, les modèles mathématiques des signaux, les caractéristiques d’un canal, les
principaux codes utilisées en bande de base, les différentes étapes de la chaine de transmission en
bande de base, et la simulation du codage en ligne sous le logiciel Matlab.
ABSTRACT
This work gives the basis of digital communication. Its contains several notions such as the
communication theory, their mathematics modals, the channel characteristics, the most used codes
in baseband, all steps of the transmission and a simulation of the line code with Matlab.