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Chaine de Transmission Numérique Chapitre 3: Maaloul Sassi – Ben Ali Faten ISSA

Chaine de Transmission Numérique Chapitre 3: Maaloul Sassi – Ben Ali Faten ISSAT Mateur Année Universitaire 2017-2018 2 Sommaire  Chaine de transmission numérique  Numérisation des données  Caractéristiques d’une voie de transmission  Différentes techniques pour la transmissions 3 I- Chaîne de transmission numérique 4 Chaîne de transmission numérique Numérisation de la source : transformer le signal provenant de la source analogique en un signal numérique discret dans le temps et dans les valeurs (exp. Signal binaire) Codage source : c’est une représentation concise du message. Il permet de :  supprimer la redondance dans le message (exp. Codage avec ou sans perte)  uniformiser la représentation des message (exp. codage universel)  économiser la bande passante (réduire le débit)  économiser la puissance d’émission  réduire le temps de transmission Codage canal : Il est appelé aussi « codeur détecteur/correcteur d’erreur », afin d’améliorer la qualité de la transmission  Il s’agit d’insérer dans le message des bits de redondance suivant une loi donnée, connue par le décodeur canal.  En vérifiant cette loi à la réception, le décodeur peut détecter les erreurs de transmission et peut les corriger selon le type du codeur 5 Cryptage / chiffrement: c’est une technique de rendre l’échange des informations plus sécurisé contre les intrusions (personnes non autorisées à accéder aux messages).  Confidentialité : garantir une compréhension restreinte du message  Intégrité : garantir que le message n’a pas été modifié  Authentification : identifier les machines et les utilisateurs Application : Militaires, Mots de passe, Sécurité réseaux, Téléphonie, Commerce électronique, @Business Chaîne de transmission numérique Emission / Modulation : c’est une opération réalisée par l’ETCD, ayant pour rôle de :  mettre en forme le signal : de sa forme numérique à une forme physique  adapter le signal au canal de transmission : largeur de bande + plage fréquentielle Elle consiste en un codage en bande de base ou une modulation selon le mode de transmission 6 t t II- Numérisation des données  Informations analogiques: Elles correspondent à des signaux qui varient continûment dans le temps et qui peuvent prendre une infinité de valeurs distinctes. Exemples : La parole, la musique, les images de TV…  Informations numériques: Elles correspondent à des signaux qui varient de manières discrète dans le temps et qui peuvent prendre un ensemble fini de valeurs distinctes. Exemple 1 : une suite de caractères appartenant à un alphabet d’un nombre fini de symboles Exemple 2 : une suite binaire de 0 et 1 7 Etapes de la numérisation des données Numérisation : transformer un signal analogique en une suite d’éléments binaires. 1- Echantillonnage : sampling 2- Quantification 3- Codage Signal analogique Signal discret dans le temps Signal discret à alphabet finie Suite binaire 10111111100100 8 1- Échantillonnage: Cette étape consiste à passe d’un signal continu dans le temps xc(t) à un signal discret dans le temps xe(n). Il s’agit de prélever du signal continu xc(t) des échantillons xe(n) à des intervalles réguliers séparés par une période d’échantillonnage T e, xe(n) =xc(nTe) Théorème de Shannon : Un signal analogique ayant ne largeur de bande finie limitée à une fréquence maximale Fmax peut être reconstitué sans perte lorsque la fréquence d’échantillonnage Fe est supérieure à deux fois la fréquence maximale Fmax du signal. Fe  2*Fmax Fe=1/Te 9 2- Quantification : Cette étape consiste à passer d’un signal xe(n) pouvant prendre une infinité de valeurs, à un signal quantifié xq(n) à valeurs prise dans un ensemble/alphabet fini {b1, b2, …, bM} à M valeurs Xe(n) ϵ [xmin, xmax] Xq(n) ϵ {b1, b2, …, bM} - Diviser l’intervalle des valeurs [xmin, xmax] en M intervalles de quantification Iq - A chaque intervalles Iq, on associe un symbole bq représentant cet intervalle - Chaque échantillon xe(n) se retrouvant dans un intervalle Iq sera remplacé par xq(n) égal à la valeur du symbole bq correspondant I1 I2 I8 I7 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 - Quantification uniforme : 1/ tous les intervalles Iq ont la même largeur appelée «pas de quantification», 2/ les symboles bq sont citués au milieux des intervalles Iq 10 3- Codage - Cette étape consiste à transformer les échantillons quantifiés xq(n) en une série de 0 et 1. - Il s’agit de représenter chaque symbole bq par une suite de p bits, tel que M=2p b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 Le signal xq(n) quantifié est : b7 b8 b8 b8 b7 b4 b2 b2 b2 b2 b4 b7 b7 Le signal numérisé final est : M=8 -> p=3 010 011 011 011 010 111 101 101 101 111 010 010 11 Exemple : numérisation de la parole téléphonique Fmax = 4000 Hz Théorème de Shannon -> Fe > 2Fmax = 8000 Hz Débit en échantillons : De=8000 ech/sec Codage MIC (Modulation par Impulsion de Codage) : chaque échantillon est codé sur 8 bits -> p=8 Débit binaire : D = p De = 8 x 8000 = 64 kb/s 12  Une meilleure qualité : le message est transmis sans altération d’où cette sensation de perfection (cf. le DVD par rapport à la cassette VHS ou le CD par rapport à la maquette).  Une meilleure efficacité : le seuil d’équivalence entre analogique et numérique a été franchi au milieu des années 1990 et aujourd’hui on estime que la transmission en numérique est de 5 à 10 fois plus efficace qu’en analogique, notamment grâce au multiplexage qui permet de véhiculer plusieurs signaux sur une seule onde ou un seul support.  L’universalité : tous les messages ont une représentation unique, d’où une unification des standards et une combinaison possible de tous les contenus, c’est le multimédia. Dans la mesure où toutes les informations ont le même format, la numérisation entraîne une normalisation des fichiers : pour le son, le MP3 (Mpeg Audio Layer 3), pour les images, le JPEG (Joint Photographic Experts Group) et pour la vidéo, le MPEG (Motion Picture Engineering Group). Avantages du numérique 13 Principe:  Lors de l’enregistrement d’un signal (voix, musique…) il est envoyé sur la tête d'enregistrement. Celle-ci produit un champ magnétique - proportionnel au signal électrique - qui va polariser les minuscules grains d'oxyde de fer de la bande magnétique qui défile devant elle.  Lorsque la bande défile devant la tête, les micro-particules aimantées provoquent une variation de champ magnétique très faible dans la tête qui génère ainsi une très faible tension. Il suffit ensuite d'amplifier cette tension. Problème: Le problème est que, vu les niveaux très faibles, le signal issu de la tête sera entaché de défauts. Exemple d’un enregistrement/lecture d’un signal 14 Pour un enregistrement/lecture purement analogique on obtient ceci: Pour un enregistrement/lecture numérique on obtient ceci: 1: signal d’origine, 2: signal issu de la lecture 1: signal d’origine, 2: signal bruité, 3: seuillage, 4: signal issu de la lecture Rq: En cas de dégradation importante, la numérique offre toutefois la possibilité d’augmenter la résistance en introduisant des bits correcteurs d’erreurs 15  Bande passante La bande passante (W exprimée en Hz) caractérise tout support de transmission, c'est la bande de fréquences dans laquelle les signaux sont correctement reçus : W = Fmax - Fmin III- Caractéristiques d’une voie de transmission  Objectif: Le spectre du signal à transmettre doit être compris dans la bande passante du support physique  Bande passante à 3dB : Elle représente l'ensemble des fréquences à moins de 3 [dB] du maximum de la puissance. Bande de fréquence où PS/Pb > 2 soit 10.log10 (PS/Pb) > 3dB 16 Shannon à montré que pour un canal de transmission de bande passante W perturbé par du bruit dont le rapport signal sur bruit est Ps/Pb, la capacité de transmission maximale C en bit/s vaut : C= DMax = W log2 (1+Ps/Pb ) en bit/s Ps/Pb est le rapport en vraie grandeur S/B est le rapport en dB S/B=10log10(Ps/PB) W = Fmax - Fmin Exemple: Pour une ligne de transmission dont la bande passante est 100-275KHz et pour un rapport signal sur bruit de 17dB C= DMax = 175 log2 (1+50.119) = 993.26 Kbit/s S/B =17dB Ps/PB= 1017/10= 50.119 Capacité d’un canal C = 2 W log2(V)  La capacité C d’un canal peut aussi être exprimée en fonction de la valence du signal : nombre d’états physiques que peut prendre un signal 17 Conducteur extérieur Conducteur intérieur Isolant Fibre optique Câbles coaxiaux Conducteur (Cu ou Al) Toronnage Isolant polyéthylène Paires torsadées Caractéristiques générales des supports physiques Câble Distance maximal Bande passante maximale Mise en œuvre Débit maximal Immunité aux bruits paire torsadée 1Km De qq 10 Mhz à 100 Mhz simple De 1 Mbit/s à 100 Mbit/s Faible câble coaxial 1Km 100 Mhz 500 Mhz- CATV difficile qq 100 Mbit/s Très bonne fibre optique qq Km à 60 Km De qq 10 Mhz à qq Ghz très difficile qq Gbit/s Excellente Supports physiques 18  Le choix du support est en fonction des critères interdépendants parmi lesquels : Distance maximum entre les stations, débit minimum uploads/s3/ chapitre-3-transmission-des-donn-es.pdf