Fondement des réseaux

Chapitre 3 Codage et transmission Codage et transmission de l’information

Dr. Ismehene CHAHBI

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Introduction

électriques,

• La couche physique fournit

les moyens et mécaniques, procéduraux nécessaires à l’activation, au procéduraux nécessaires à l’activation, au maintien et à la désactivation des connexions physiques destinés à la transmission de bits sur le canal de communication.

fonctionnels

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Les problèmes de la transmission

• Lorsqu’on transmet un signal sur un lien de communication, il arrive toujours déformé a l’autre bout. • Autrement dit les réseaux ne sont pas parfaits: ils introduisent des variations non désirées dans les signaux qu’ils transportent. • Lorsqu’un signal analogique est ainsi modifié, cela introduit du bruit dans le message.

Plus la distance est grande, plus le signal est susceptible d‘être déformé.

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Perturbations du signal transmis

• Les supports de transmission ne sont pas parfait •Certains phénomènes affectent le signal transmis et dégradent ainsi la qualité de la transmission.

–Atténuation ou affaiblissement –Déphasage –Bruit

• Les défauts du support limitent la transmission

–Débit –Etendue

→ Adapter les techniques de transmission aux caractéristiques du support

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Perturbations du signal transmis

1) Affaiblissement ou atténuation

L'amplitude du signal diminue en fonction de la distance parcourue (longueur du canal), ce qui se traduit par une perte d‘énergie du signal. Solution: utilisation d’amplificateur

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Perturbations du signal transmis

2) Déphasage Variation de la phase du signal en fonction de la fréquence. Ce qui induit également une déformation du signal.

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Perturbations du signal transmis

3) Les bruits

(cid:1)Le Bruit : c'est un signal perturbateur qui s'ajoute au signal transmis en provoquant des erreurs sur celui-ci.

Le bruit provient du canal lui-même et de son environnement externe (variation thermique, interférence électromagnétiques).

La diaphonie :

(cid:1) La diaphonie : bruit ajouté au signal d’origine d’un conducteur par l’action du champ magnétique provenant d’un autre conducteur. Solution: éloigner les câbles ou utiliser un blindage.

(cid:1) L’écho : réflexion du signal due à un problème d'adaptation

d'impédances.

Solution: annulateur d’écho.

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Caractéristiques des supports de transmission

1) Bande passante: •La bande de fréquences que le support peut véhiculer sans grande distorsion exprimée en KHz ou MHz. •Plus la bande passante d’un support est large, plus il transporte d’informations par unité de temps. • on caractérise un support par sa bande passante à - 3dB : •c'est la plage de fréquences dans laquelle les signaux de sortie ont une •c'est la plage de fréquences dans laquelle les signaux de sortie ont une puissance supérieure à un seuil donné : Ps >Pe /2 Ps/Pe = 0,5 10 × log10 (Ps/Pe) = -3 dB

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2) Rapport signal à bruit :

•Le rapport entre la puissance (S) du signal transmis et la puissance (B) du bruit.

•Il est généralement exprimé en décibel (dB) par :

•C'est une caractéristique du canal de transmission. Elle permet d'exprimer la •C'est une caractéristique du canal de transmission. Elle permet d'exprimer la quantité de bruit présente dans le canal.

3) Fiabilité ou résistance aux bruits:

Les perturbations du signal transmis sont gênantes pour la bonne reconnaissance des signaux en sortie. Les supports présentent des taux d’erreur de transmission.

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Caractéristiques des supports de transmission

4) Débit théorique maximum: capacité maximale d’un canal • La capacité (ou débit binaire maximal) d'un support de transmission représente la quantité d'information maximale transportée par unité de temps. • Pour un canal de largeur de bande W, la capacité C est exprimée par la formule de Shannon : formule de Shannon :

C = W log2 (1 + S/N) (bits/s)

• La base 2 du logarithme sert à exprimer la quantité d’informations en bits.

•Exemple : W=3100 Hz, S/N(dB) = 30 dB alors S/N=1030/10 =1000

3100

log

1( 10 log

1000 )2(

)

kbits

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Principaux éléments intervenant dans la transmission

ETTD

émetteur

Machine A

n o i t c n o j

D C T E

r u e t t e m é

Canal de transmission

Voie (ou circuit) de données

D C T E

r u e t p e c é r

n o i t c n o j

ETTD

récepteur

Machine B

❏ l’ETCD (équipement terminal de communication de données) : le modem

- équipement spécifique chargé d’adapter les données à transmettre au support de communication

❏

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

- effectue le traitement des données et la supervision de la transmission. ❏ Le support de transmission

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Modes de transmissions

(cid:2) Selon l’organisation des échanges

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Modes de transmissions

1) Liaisons unidirectionnelle (Simplex) (cid:3) Une liaison dans laquelle les données circulent dans B

un seul sens.

Exemple : o Radiodiffusion : radio FM/AM. o Télédiffusion : Transmission unilatérale de signaux

vers un grand nombre de clients.

o Multicast dans l’internet.

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Modes de transmissions

2) Bidirectionnelle à l’alternat ou demi-duplex Half-Duplex • Les données circulent dans un sens ou l’autre, mais pas

les deux simultanément.

• Chaque extrémité de la liaison émet à son tour.

Exemple : o Talki-walki

A A

B B

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Modes de transmissions

3) Bidirectionnelle simultanée ou duplex (full-duplex) : • Les données circulent de façon bidirectionnelle et

simultanément.

• Association de deux canaux simplex.

Exemple : o Téléphone

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Modes de transmissions

(cid:2) En fonction des paramètres physiques

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Modes de transmissions

1) En série :

Tous les bits d’un mot sont transmis successivement sur une même ligne, de manière synchrone ou asynchrone. manière synchrone ou asynchrone.

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Modes de transmissions

2) En parallèle : • Les bits d’un même caractère sont transmis simultanément. - Les données sont transférées par mot sur un bus constitué de n liaisons : 1 liaison par bit => autant de conducteurs qu’il y a de bits. de bits.

• Permet une transmission à haut débit, mais : coûteuse (nombre de conducteurs) problème de synchronisation entre les bits distance franchissable faible

⁻ ⁻ ⁻

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Modes de transmissions

(cid:4)Transmission parallèle / série

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Modes de transmission

1) Mode synchrone • Un signal de base de temps (ou top d’horloge) est toujours associé aux données : le signal d’horloge est envoyé en même temps que les informations. •L’émetteur et le récepteur se mettent d’accord sur la base de temps qui se répète régulièrement durant tout l’échange. se répète régulièrement durant tout l’échange.

Signal de données

Signal d’horloge

• Les caractères sont émis en séquence sans aucune séparation. • Ce mode est utilisé dans le cas de très hauts débit.

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Modes de transmission

2) Mode asynchrone • Chaque caractère envoyé est précédé d’un bit START et immédiatement suivi d’un bit STOP. • Bit de START : déclenche l’horloge de la station réceptrice qui se met à l’écoute de la durée du cycle de caractère. • Bit de STOP : marque la fin des bits d’informations et arrête l’horloge. • Le début de la transmission peut se placer à un instant quelconque dans • Le début de la transmission peut se placer à un instant quelconque dans le temps.

temps

Bit start

Bit stop

Signal de données

Signal d’horloge locale

Déclenchement de l’horloge locale

Arrêt de l’horloge locale

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Techniques de transmissions

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Techniques de transmissions

I. Transmission en bande de base : • Transmission du signal numérique. • Utilisé principalement dans les réseaux locaux à

grand débit et faible portée. grand débit et faible portée. • Emettre des courants qui

reflètent

les bits du

caractère à transmettre sous forme de créneaux

• Transmettre le signal sur sa bande spectrale d’origine

en effectuant une légère transformation.

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Techniques de transmission

Les principaux codes utilisés dans une transmission en bande de base : 1) Codage RZ (Return To Zero) • Le signal retourne à zéro pour chaque pulsation. •Ne nécessite pas l’envoie d’un signal d’horloge séparé ou tout autre source de synchronisation. •Synchronisation maintenu dans la plupart des cas. •Synchronisation maintenu dans la plupart des cas.

Exemple :

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2) Codage NRZ (No Return to Zero) - Consiste à transformer les 0 en –V et les 1 en +V.

(+) Problème de confusion résolu (bit 0 et absence de

données).

(-) Longue suite de 0 ou de 1 (-V ou +V) : - Perte de synchronisation (rythme d'horloge). - composante continue importante

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3) Codage NRZI (No Return to Zero Inverted)

• Quand on a le bit ‘1’ à transmettre, on change le niveau de la

tension par rapport au bit précédent.

• Par contre, pour transmettre le bit ‘0’, on garde le même

niveau de tension que le bit précédent.

• Spectre plus étroit mais même problème que NRZ

(synchronisation et composante continue).

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4) Codage Manchester : • Un bit est codé par une variation du niveau de la tension.

• Le bit ‘1’ correspond au passage de +V à –V. • Le bit ‘0’ correspond au passage de –V à +V. • Pas de problème de composante continue ni de

synchronisation mais spectre plus large.

• Utilisé dans les réseaux Ethernet.

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5) Codage Manchester différentiel : • Un bit est codé par une variation du niveau de la tension.

• Le bit ‘0’ correspond au changement du niveau de la tension

au début de la transmission

• Le bit ‘1’ ne fait pas de changement du niveau de la tension

au début de la transmission.

• Pas

problème

composante

continue

synchronisation mais spectre plus large. • Utilise dans les réseaux Token Ring (802.5).

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6) Codage Delay Mode ou Code de Miller

• Lorsque le bit est à 1, une transition apparaît au

milieu de temps d’horloge.

• Lorsque le bit est à 0, il n’ y a pas de transition. • Une transition apparait à la fin du bit ‘0’ si celui-ci est

suivi d’un autre ‘0’.

• Mêmes avantages que Manchester en plus : spectre

réduit (Moins de transitions).

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8) Code 2B/1Q (2bits/ 1 quaternaire) • Chaque bloc de 2 bits est représenté par un niveau de tension

parmi 4 niveaux possibles ( d’où le nom quaternaire).

• 2 bits => 4 symboles différents • Ex : 00 => -V2; 01 => -V1; 10 =>V1; 11 = >V2 • Ex : 00 => -V2; 01 => -V1; 10 =>V1; 11 = >V2

• Permet d’augmenter le débit de transmission : sur un

intervalle de temps on code 2 bits au lieu d’un seul.

• Utilisé dans la technologie ADSL.

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Problème de la transmission en bande de base

• Dégradation du signal (pertes et affaiblissements) très rapide en fonction de la distance parcourue. • Elle n’est utilisée qu’en réseaux locaux LAN à grand

débit et faible portée (distance < 1 km). débit et faible portée (distance < 1 km).

• Pas de propagation pour les fréquences en dehors de

la bande passante du support.

• Sur

les

longues distances on émet un signal sinusoïdal qui est obtenu grâce à un modem (modulateur - démodulateur).

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II. Transmission large bande •

Dans certains cas le spectre du signal à transmettre n’est pas adapté à la bande passante du support de transmission.

- Exemple : transmission par onde Electromagnétique (hautes

fréquences). fréquences). Besoin de translater le spectre du signal autour d’une autre fréquence admissible par le canal : fréquence porteuse .

= > Modulation

Pour restituer le signal d’information du côté du récepteur il faut effectuer l’opération inverse : Démodulation

•

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Techniques de transmissions

(cid:2)Principe de la modulation

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(cid:2) Principe de la modulation • La modulation d’un signal est une opération de traitement de signal qui permet de l’adapter à un canal de communication.

• On distingue : • On distingue : ⁻ Modulation d’amplitude (ASK : Amplitude Shift

Keying)

⁻ Modulation de fréquence (FSK : Frequency Shift

Keying)

⁻ Modulation de phase (PSK : Phase Shift Keying)

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1) Modulation d’amplitude ASK • Représenter chaque bit par une valeur de l’amplitude

de la porteuse.

• Ex : bit ‘0’ = > A = A1 ; bit ‘1’ => A = A2 • Ex : bit ‘0’ = > A = A1 ; bit ‘1’ => A = A2

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2) Modulation de fréquence FSK • Représenter chaque bit par une fréquence de la

porteuse (autour de f0 ). • Ex : bit ‘0’ => f =f1 ; bit ‘1’ => f = f2

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3) Modulation de phase PSK (ou BPSK) • Représenter chaque bit par une phase de la

porteuse.

• 2 états possibles (bit 0 ou 1) = > 2 valeurs de phases

différentes ( d’où le nom de BPSK : BinaryPSK). différentes ( d’où le nom de BPSK : BinaryPSK).

• Ex : bit ‘0’ => φ=0 : bit ‘1’ => φ=π.

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