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Les modes de transmission

Le signal bande de base

Lorsque nous parlons devant un microphone, celui-ci transforme les vibrations sonores en un signal électrique exploitable par les équipements électriques. Nous disons que:

  • Le microphone est un transducteur information vers signal électrique.
  • Le signal électrique obtenu est un signal bande de base, celui-ci est sous forme analogique.

De même lorsqu’une camera de télévision filme une scène nous disons que la camera est un transducteur vers signal électrique. Le signal obtenu est aussi un signal bande de base. Celui-ci est aussi un signal analogique. En général un signal bande de base est de basse fréquence. Tout les signaux bande de base n’ont pas la même bande passante.

Exemple de représentation temporelle de 2 signaux bande de base analogique:

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  1. Signal analogique
  2. Bande de base
  3. Temporel

En numérisant un signal bande de base analogique, nous obtenons un signal bande de base numérique.
Le signal bande de base (analogique ou numérique) ne peut être transmise que sur les courtes distances car celui-ci s’affaiblit et se déforme très rapidement. Pour transmettre un signal B, il faut moduler celui-ci.
Pour convertir un signal analogique à un signal numérique correspondant nous devons utiliser le théorème de Shannon Nyquist.

Théorème de Shannon Nyquist

Pour que la représentation numérique d’un signal analogique donc la fréquence la plus élevée est ƒs soit fidèle, il suffit que Fe soit supérieur ou égale à 2.ƒs.
Fe: fréquence d’échantillonnage.

Exemple: Signal vidéo fréquence max=5MHz

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On prend Fe=8KHz


La modulation

La modulation des signaux permet d’adapter le signal utile au canal de transmission afin que celui-ci puisse être transmise sur une longue distance.
Si le signal bande de base à transmettre est numérique, nous utiliserons les modulations numériques des signaux (ASK, FSK, PSK).
Si le signal bande de base est analogique, les modulations analogiques des signaux seront nécessaires (FM: Frequency Modulation; AM: Amplitude Modulation).
En pratique,n il existe deux moyens de moduler un signal bande de base:

  • La modulation du signal bande de base sans porteuse. Elle est utilisée pour les transmissions à très courte distance (d<7m), deux ordinateurs reliés par les câbles (transmission des données informatiques).
    Exemple:
    Entre un ordinateur et modem
    Entre deux ordinateurs donc la distance < 7m
  • La modulation du signal bande de base à l’aide d’une porteuse (analogique): C’est le type de modulation qui est la plus utilisée pour permettre les transmissions à longue distance.

Nécessité d’utiliser une porteuse analogique de haute fréquence dans la modulation de signaux

Définition de la porteuse

Une porteuse est un signal qu’on associe à l’information utile (signal bande de base) afin de permettre à cette dernière d’être transmise sur les longues distances. A la réception la porteuse est éliminée, seul le signal bande de base est récupéré par l’utilisateur.

Fabrication des antennes de dimension raisonnables

Soit un signal porteur de fréquence f=2,4GHz, la longueur l de l’antenne est:
l = c/f = (3×108m/s)/2,4×109Hz
l = 12,5Cm


La modulation par impulsion et codage: MIC (PCM: Pulse Code Modulation)

Il s’agit en réalité de convertir un signal analogique à un signal numérique correspondant.

Etape1: échantillonnage

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Une suite d’impulsion de période Te=1/Fe (Fe: fréquence d’échantillonnage).
Toutes les amplitudes sont rigoureusement les mêmes.

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Signal échantillonné.
Les amplitudes sont devenues proportionnelles au signal analogique. On peut compter le nombre des instants compris en t0 et t1
Signal analogique: Une infinité des instants, une infinité de valeur d’amplitude.
Signal échantillonné: Une infinité de valeurs d’amplitude mais un nombre fini des instants.

Etape 2: Quantification

Les amplitudes du signal prennent un nombre fini de valeur

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Ici on a un nombre fini de valeur. Nous avons 5 valeur: 0; 1; 2; -1; -2

Etape 3: Codage

Chaque valeur attribuée à un échantillon est représenté par un nombre de bit. Le mode de représentation de ces bits constitue le codage. Dans l’exemple ci-dessus, si nous décidons de représenter chaque échantillon par 3 bits nous avons:
V0 = 0V = 000
V1 = 1V = 001
V2 = 2V = 010
V3 = V-1 = -1V = 111 (complément à 2)
V4 = V-2 = -2V = 110 (complément à 2)
Un signal analogique qui a suivi les 3 étapes précédentes est dit signal modulé par impulsion et codage (MIC). Ce type de traitement est utilisé dans le téléphone fixe au niveau du central téléphonique. On parle de MIC 30 (30 voies téléphoniques en provenance de 30 abonnés)
Un signal analogique qui a subi la première étape (échantillonnage) est appelé signal PAM(Pulse Amplitude Modulation)
NB: En électronique un signal échantillonné et quantifié est considéré comme un signal numérique. Par contre en télécoms le signal est numérique s’il a subit les 3 opérations: échantillonnage, quantification et codage.
L’opération de codage vise deux objectifs:

  • Adaptateur le signal au canal de transmission.
  • Minimiser les erreurs lors de la transmission des bits.
  • Le codage se fait avant la modulation. Le codage ressemble à une modulation sans porteuse.

Remarque 1

Il existe une modulation différentielle MIC (DPCM: Differential Pulse Code Modulation).
Le DPCM prend avantage sur les redondances qui existent entre échantillons qui se succèdent. Il est donc possible de transmettre cette différence en la codant sur moins de bits que pour les échantillons eux-mêmes. Il faudra cependant utiliser les mémoires tampons (mémoires vives)

Remarque 2

La modulation delta est un cas particulier de la modulation DPCM, ici on utilise un seul bit pour coder le signal de différence entre deux échantillons successifs. La modulation delta exige des fréquences d’échantillonnage élevées.


Exemples de codes numériques

Le codage RZ simple (unipolaire)

Unipolaire: soit positif, soit négatif.
C’est un code à niveau de tension (RZ: Remise à Zéro)
« 0 » logique = 0V
« 1 » logique = 5V
Pour représenter « 1 » logique nous représentons pendant [0 ; T/2] et « 0 » logique pendant [T/2; T].
Exemple: Représentez le nombre 1101 en code RZ

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Le premier bit (START bit) indique le début de la transmission.

Transmission sur la ligne

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La transmission commence par le LSB (Least Signifiant Bit) ou le bit le moins significatif: le bit le plus à droite après le START bit.

Le code NRZ simple (unipolaire): Non Remise à Zéro

Unipolaire ↔ soit positif, soit négatif 1101

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Le code MANCHESTER (Digital Biphasé)

1101

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« 1 » est codé à l’aide d’une phase de l’horloge (signal de synchronisation généré par les bascules) Il indique les débuts et la fin des cycles.
« 0 » est codé à l’aide d’une phase opposée, le code Manchester permet une bonne synchronisation des équipements de réception. Il est utilisé en transmission des données numériques entre différents équipements informatiques. Exemple: réseau Ethernet.


Multiplexage des signaux numériques

Un multiplexeur numérique (parfois appelé sélecteur de données) est un circuit électrique à:

  • 2n entrée des signaux d’information
  • n entrée d’adresses
  • Une seule sortie

Exemple 1

Pour n=1 nous avons 21=2 entrées de signaux d’information. Une entrée d’adresse et une sortie

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Exemple 2

Pour n=2 nous avons 22=4 entrée d’information.
2 = entrées d’adresse
1 = sortie

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Ces signaux ont la même durée, ils se succèdent dans le temps. Le multiplexeur effectue ainsi une conversion parallèle vers série. Les informations rentrent dans le multiplexeur en parallèle et elles ressortent en série.
En pratique le signal qui sort multiplexé a un débit supérieur à la somme de débit de chacun des signaux à l’entrée.
Supposons que E0 a un débit de 1Mbits/s, E1=E2=E3=1Mbits/s parce qu’on y ajoute les bits d’adressage de chacun des signaux d’entrées.
Il existe un autre composant électronique appelé concentrateur qui présente m entrée et n sortie avec m>n

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Dans le concentrateur, la somme des débits des signaux à la sortie est inférieure à la somme des débits à l’entrée ne peuvent pas être utilisée au même moment. Application dans les réseaux de téléphonie rurale. L’équipement qui effectue l’opération inverse s’appelle expendeur.
Le serveur correspond à un standard dans un réseau informatique.


Transmission série transmission parallèle des signaux

Transmission parallèle

Ici tous les signaux d’information sont communiqués en une seule fois à l’arrivée d’une impulsion de commande de transfert, et ceci quelque soit le nombre de bit à transférer.
Il faut beaucoup de fil pour relier l’émetteur au récepteur, c’est une méthode rapide. Exemple: port parallèle sortie vers imprimante (cette sortie est appelée LPT)

Transmission série

Ici les n bits sont transmis successivement les uns à la suite des autres. C’est une méthode de transmission lente. Cependant c’est le meilleur moyen de transfert de données sur de longues distances, exemple: port série, clavier (COM1; COM2).
L’évolution technologique a permis de substituer à ces deux types de port une interface unique appelée port USB (scanner, clavier, souris, appareil numériques etc.)
NB: Il arrive souvent que les signaux transmis soient déformés à la réception d’où la nécessité de l’utilisation de code de détection et de correction d’erreur.


Transmission synchrone transmission asynchrone

En transmission synchrone les signaux de synchronisation (impulsion d’horloge) sont superposé aux informations et transférées en même temps que celle-ci. C’est le récepteur qui se charge de récupérer les signaux d’horloge afin de reconstituer les bits des signaux d’horloge aucune transmission n’est plus possible, exemple: téléphonie fixe.
En transmission asynchrone, l’émetteur envoie sur la ligne une série de bit qui marque le début de la transmission de données et une autre série qui indique la fin de la transmission, Exemple: transmission de données entre ordinateur dans les réseaux (CAMPAC = TRANSAC)

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Le code ASCII

American Standard Code for Information Interchange, créé en 1966, ce code utilise 8 bits. 7 bits permettant de représenter 128 caractères différents (27=127). Un bit supplémentaire appelé bit de parité est ajouté à tous les caractères transmis. Ce bit égal « 0 » si le nombre de bit de valeur « 1 » est pair et égal « 1 » dans le cas contraire. Exemple: 11111111 (le nombre « 1 » est impair)
01111110 (« 0 » bit de parité)
Les caractères ASCII sont codés en ordre séquentiel, c’est-à-dire il respecte l’ordre alphabétique d’apparition.
Il distingue les minuscules et les majuscules.

Le code EBCDIC

Extended Binary Code Decimal Interchange est créé par IMB. Il utilise 8 bits, ce qui permet de coder 28=256 caractères. Mais en microinformatique IBM utilise lui-même le code ASCII étendu (8bit)


Norme et normalisation

Une norme est un accord écrit et rédigé sous forme d’un document. Celui-ci décrit de manière précise toutes les spécifications techniques destinées à être utilisées en tant que règle ou ligne directive pour tous les signataires.
Exemple de norme:

  1. ISO: Organisation Internationale de la Normalisation. Nous avons deux séries:
    • Série 9000 : norme qualité
    • Série 14000 : management environnemental
  2. Les normes IEEE: Institut of Electrical and Electronic Engeniering
    • IEEE 802-4 : Norme TOKEN BUS selon ISO
    • IEEE 802-3 : Nome CSMA/CD selon ISO
    • IEEE 802-5 : TOKEN RING
    • IEEE 802-6 : DQDB réseau de type MAN
    • IEEE 802-10 : s’occupe de la sécurité dans les réseaux
  3. IEC : International Electrical Commission ou CEI : Commission Electrique International
    Nous avons deux exemples:
    • MPEG-2 : Norme de compression des images de télévision. Cette norme a été définie conjointement par IEC et ISO
    • MP3 : Norme de compression de fichier de musique pour que ceux-ci puisse être enregistrer sur CD et pour être diffusé sur le réseau Internet
  4. UIT : Union Internationale de télécommunication. C’est un organisme spécialisé des nations unies. L’UIT émet:
    • Les avis, exemple: avis V-24 (correspond à peut près à RS 232) qui est une transmission de données en séries, Avis V-21 : correspond à FSK, Avis V-32 standard pour les modems (4800 bits/s et 9600bits/s), Avis V-90. Tous les derniers modems récents du marché intègre cette technologie: 56Kbits/s Avis V-92 a été accepté en 2001. On peut continuer à recevoir les appels fax même-ci l’ordinateur est éteint. Possibilité de recevoir les appels téléphoniques et de surfer sur Internet en même temps
    • L’UITY émet des recommandations. Les recommandations sont les orientations que doivent suivre tous ces membres pour la fabrication et l’utilisation d’un équipement particulier. Exemple: X.211: correspond à 10022; X.207 qui correspond à ISO 9545; X.212 qui correspond à ISO 8886

Une même norme peut comporter plusieurs standard, exemple: la norme IEEE 802 peut comprendre plusieurs standard 802-3; 802-4; 802-5; 802-6.


Code détecteur et correcteur d’erreur

Le code de Hamming

  • Le code de bloc : L’information utile à transmettre se trouve sous forme de bloc de longueur fixe. Il faut ajouter à cette information des bits de contrôle supplémentaires appelé bit de redondance. Seules certaines combinaisons possibles sont acceptées, deux cas se présentent à la réception.
  • Le mot reçu est un mot de code, ceci permet au récepteur de reconstituer la véritable information qui a été transmise.
  • Le mot reçu ne correspond pas à un mot de code. Dans ce cas le récepteur peut recomposer lui-même le bloc original.

Code détecteur et limiteur d’erreur
Le récepteur pourra aussi demander la retransmission de l’information erronée (code détecteur d’erreur). La distance de Hamming correspond au nombre de bit qui varie entre deux mots successifs de code

Exemple:

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Un code de distance de Hamming = 2 permet la détection d’une seule erreur mais la correction de celle-ci n’est pas réalisable, car on ne connaît pas la position exacte du bit erroné.

Distance de HammingNombre de bits erronés pouvant être détectéNombre de bits erronés pouvant être corrigés
100
210
321
431
542

Parmi les autres codes de bloque, nous pouvons distinguer:

  • VRC (Vertical Redundancy Checking): le code de parité vertical
  • LRC (Longitudinal Redundancy Checking)
  • Les codes dits « i parmi n »: (3B/4B; 4B/5B; 8B/10B …). Ils permettent la validation des combinaisons comportant i bits de valeur « 1 » parmi les 2n possibles.

Si nous prenons i=4 et n=8, 70 combinaisons seulement sont valides parmi les 256. Celle-ci comporte chacune 4 bits de valeur « 1 »
Exemple: Voici deux combinaison issue du code 4 parmi 8

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Leur distance de Hamming est de 2
Lorsque le récepteur détecte une erreur, il demande la retransmission du nombre erroné.
NB: Le récepteur contrôle nombre de bit de valeur « 1 » contenu dans l’information transmise, si ce nombre est différent de 4, il considère que c’est une erreur et redemande la transmission.


Exercice d’application sur le code de contrôle cyclique

10011011 : information à transmettre, nombre de i de bit à transmettre égal 8.
Déterminons le polynôme I(x) correspondant
I(x) = 1 + X + X3 + X4 + X7
Soit G(x) = X3 + 1 qui correspond à 1001
Un polynôme générateur r=4 c’est-à-dire nombre de bit de G(x)
Déterminons le polynôme G(x)-1
G(x) – 1 = 1001 – 1 = 1000
Effectuons le calcul en binaire ci-après
I(x)[G(x)-1]
10011011 x 1000 = 10011011000
Déterminons le polynôme correspondant au produit I(x)[G(x)-1].
Ce polynôme est H(x) = I(x)[G(x)-1]
H(x) = x3 + x4 + x6 + x7 + x10
Trouvons la valeur de H(x) en base 10
(H(x))10 = 1240 ; (G(x))10 = 9
Division 1240 par 9 en division euclidienne.
r=7 = (0111)2
Ajoutons 0111 pour dividendes I(x)
10011011 + 0111 = 10100010
Est-ce que K(x)=I(x)+r est un multiple de G(x)
[K(x)]10 = 162
Ce nombre est divisible par G(x)
Nous avons donc le mot à transmettre sur la ligne ci-après
on réécrit K(x) et on colle le reste « r »
10100010 / 0111
Le mot à transmettre sur la ligne sera 101000100111 = I’
A l’arrivée du message, le récepteur divise I’ pas x3+1 si la transmission est bonne, le reste de la division est « 0 ». S’il y’a erreur, le reste est différent de « 0 ».
Pour retrouver la véritable information qui a été envoyée, nous devons effectuer l’opération suivante: on décolle « r » du mot et on soustrait « r » dans ce mot.

28 novembre 2021
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