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Principe de T´ el´ ecommunications, Notes de cours (provisoires) A.L. Fawe – L.

Principe de T´ el´ ecommunications, Notes de cours (provisoires) A.L. Fawe – L.Deneire Ann´ ee 1995-1996 1 Chapter 1 Introduction aux T´ el´ ecommunications. 1.1 D´ eﬁnition des t´ el´ ecommunications. ”Les t´ el´ ecommunications au sens large comprennent l’ensemble des moyens techniques n´ eces- saires ` a l’acheminement aussi ﬁd` ele et ﬁable que possible d’informations entre deux points a priori quelconques, ` a une distance quelconque, avec des coˆ uts raisonnables” 1 et ` a des instants quelconques. Il est ` a noter que cette d´ eﬁnition est tr` es large. Nous ajouterons que, dans le cadre de ce cours, les principaux moyens de transmission utilis´ es seront de nature ´ electromagn´ etique. En outre, la th´ eorie des t´ el´ ecommunications ne concerne que l’information, et non son support mat´ eriel (papier, disques, ...) 2. Les notions de ﬁd´ elit´ e (conformit´ e du message re¸ cu et du message ´ emis) et de ﬁabilit´ e (r´ esistance ` a des pannes partielles du syst` eme) seront le souci premier du concepteur. Les messages ` a transmettre peuvent ˆ etre de nature quelconque (paroles, images, donn´ ees de tous types). D’autre part, les besoins en communication ne sont pas n´ ecessairement sym´ etrique, on peut en eﬀet opter pour une transmission full-duplex, o` u chaque interlocuteur ´ emet simultan´ ement avec l’autre ; semi-duplex, o` u chaque interlocuteur ´ emet alternativement ou simplex, c’est-` a-dire unidirectionnelle. En outre, dans le cas de communications num´ eriques, les d´ ebits ne sont pas n´ ecessairement les mˆ emes dans les deux sens. Le cas le plus simple ´ etant le Minitel fran¸ cais, o` u la transmission se fait ` a 1200 bits/s. dans le sens service -¿utilisateur et ` a 75 bits/s. dans le sens utilisateur -¿service. L’av` enement des transmissions d’images (video on demand) accentue ce probl` eme et est une des motivations du d´ eveloppement de l’A.T.M. (Asynchronous Transfer Mode) qui permet, sur un canal commun, la coexistence de d´ ebits tr` es diﬀ´ erents. Nous avons ajout´ e, ` a la d´ eﬁnition de Fontolliet, la notion temporelle. En eﬀet, si la simul- tan´ eit´ e entre l’´ emission et la r´ eception est souvent d´ esir´ ee (cas de la t´ el´ ephonie), on peut d´ esirer stocker une information pour la reprendre plus tard, ` a un autre endroit. Cette transmission, non plus d’un point ` a un autre, mais d’un temps ` a un autre, peut ˆ etre abord´ ee par des techniques similaires, dont les techniques de codage issues de la th´ eorie de l’information. Un cas typique est celui des disques compacts audio ou vid´ eo, des CD-interactifs et de l’enseignement ` a distance. 1. Syst` emes de t´ el´ ecommunications, P.-G. Fontolliet, Trait´ e d’Electricit´ e, volume XVIII, Editions Georgi, Lau- sanne, 1983, p. 1 2. Le support de transmission (cˆ able, ﬁbre optique, ondes hertziennes) n’est pas ` a proprement parler un support d’information, mais bien le canal de transmission. 2 CHAPTER 1. INTRODUCTION AUX T´ EL´ ECOMMUNICATIONS. La chaˆ ıne de t´ el´ ecommunication est form´ ee principalement de : 1. Le canal (ligne, cˆ able coaxial, guide d’onde, ﬁbre optique, lumi` ere infra-rouge, canal hertzien, etc.) 2. L’´ emetteur, qui a comme fonction de fournir un signal (repr´ esentant le message) adapt´ e au canal. 3. Le r´ ecepteur dont la fonction est de reconstituer le message apr` es observation du signal pr´ esent sur le canal. 1.2 Historique. De la naissance du t´ el´ egraphe en 1938, mis au monde par Morse, aux transmissions d’images spatiales (Voyager II) en passant par la transmission en direct des premiers pas et mots de Arm- strong sur la lune, les t´ el´ ecommunications, ` a l’instar de toutes les techniques de l’´ electronique, ont explos´ e dans la seconde moiti´ e du 20` eme si` ecle. Les quelques points de rep` ere d´ ecrits ci- dessous vous donneront une id´ ee de l’histoire des t´ el´ ecommunications [?], [?]. 1.3. LA CHAˆ ıNE DE TRANSMISSION. 3 Ann´ ee Ev´ enement 1826 Loi d’Ohm 1838 Samuel Morse invente un syst` eme de transmission cod´ ee des lettres de l’alphabet, qui deviendra le t´ el´ egraphe. Son code tient compte de la fr´ equence relative des lettres dans la langue anglaise pour optimiser le temps de transmission d’un message. A ce titre, c’est un pr´ ecurseur intuitif de la th´ eorie et du codage. 1858 Un cˆ able uniﬁlaire t´ el´ egraphique est pos´ e ` a travers l’Atlantique (il fonc- tionnera un mois). 1864 Etablissement des ´ equations ´ electromagn´ etiques de Maxwell 1870 Liaison t´ el´ egraphique entre Londres et Calcutta (11.000 km) 1876 Alexandre Graham Bell d´ epose le brevet du t´ el´ ephone. Il s’agit d’un moyen de transmettre ´ electriquement des sons ` a l’aide d’une r´ esistance variable. 1891 Premier s´ electeur automatique t´ el´ ecommand´ e par le poste d’abonn´ e (Al- mon Srowger) 1897 Marconi d´ epose le brevet d’un syst` eme de t´ el´ egraphie sans ﬁl. 1907 Lee de Forest invente l’ampliﬁcateur ` a triode. 1915 Premi` ere liaison t´ el´ ephonique (par ondes courtes) transcontinentale par Bell System. 1920 Application de la th´ eorie de l’´ echantillonnage aux communications. 1937 La modulation par impulsions cod´ ees (PCM : Pulse-code modulation), invent´ ee par Alec Reeves, permet la repr´ esentation num´ erique d’infor- mations analogiques (premier codage de la voix). 1938 D´ ebut des ´ emissions t´ el´ evis´ ees. 1940-45 D´ eveloppement du radar, application des m´ ethodes statistiques ` a l’´ etude des signaux. 1948 Invention du transistor ; publication de la th´ eorie math´ ematique de l’information par C. Shannon. 1956 Premier cˆ able t´ el´ ephonique transatlantique. 1962 Premier satellite de communications (Telstar I) appliqu´ e ` a la transmis- sion transatlantique de t´ el´ evision. 1965 Premier satellite g´ eostationnaire (Intelsat I). 1969 On a d´ ecroch´ e la lune ! 197x Av` enement des grands r´ eseaux informatiques intercontinentaux, commu- nications satellites commerciales, augmentation exponentielle des taux de transmission. 1980 Premi` eres images de Jupiter et de Saturne venant d’une sonde spatiale. 1991 R´ eseau Num´ erique ` a Int´ egration de Services (RNIS) en Belgique 1994 Lancement du G.S.M. en Belgique 1995 Votre premier cours de T´ el´ ecommunications ... 1.3 La chaˆ ıne de transmission. 1.3.1 Sch´ ema de base d’une chaˆ ıne de transmission. Le sch´ ema de base d’une chaˆ ıne de transmission peut ˆ etre repr´ esent´ e par la ﬁgure 1.1. 4 CHAPTER 1. INTRODUCTION AUX T´ EL´ ECOMMUNICATIONS. r´ ecepteur Source ´ emetteur canal destinataire Fig. 1.1 – Sch´ ema de base d’une chaˆ ıne de transmission. Les cinq ´ el´ ements qui y ﬁgurent sont d´ eﬁnis comme suit : – La source produit le message ` a transmettre. – L’´ emetteur produit un signal adapt´ e au canal de transmission. – Le canal de transmission constitue le lien entre ´ emetteur et r´ ecepteur. – Le r´ ecepteur capte le signal et recr´ ee le message. – Le destinataire traite le message re¸ cu. La source, le destinataire, et dans une certaine mesure le canal de transmission, nous sont impos´ es. Tout l’enjeu consistera ` a choisir et concevoir ad´ equatement l’´ emetteur et le r´ ecepteur. Avant de donner un aper¸ cu plus d´ etaill´ e de ceux-ci, pr´ ecisons les notions de source et de canal. 1.3.2 Le canal de transmission. Le propre d’une transmission ´ etant de se faire ` a distance, il faut utiliser un milieu physique qui assure le lien entre la source et le destinataire et un signal appropri´ e au milieu choisi, en ce sens qu’il s’y propage bien. Citons par exemple un signal ´ electrique dans un milieu conducteur ou un signal ´ electromagn´ etique en espace libre. La notion de canal de transmission est d´ elicate ` a expliciter. Nous commencerons par des d´ eﬁnitions assez vagues que nous pr´ eciserons au ﬁl de ce paragraphe. Notion de canal de transmission. Selon le contexte, le terme de canal de transmission a des signiﬁcations diﬀ´ erentes.Le canal de transmission au sens de la propagation est la portion du milieu physique utilis´ ee pour la trans- mission particuli` ere ´ etudi´ ee. On parle ainsi de canal ionosph´ erique, de canal troposph´ erique, ... Le canal de transmission au sens de la th´ eorie des communications inclut le milieu physique de propagation et ´ egalement des organes d’´ emission et de r´ eception (Figure 1.2). Les fronti` eres qui d´ elimitent le canal d´ ependent des fonctions assign´ ees ` a l’´ emetteur et au r´ ecepteur. Sans entrer dans le d´ etail de leurs structures, il est n´ ecessaire d’en faire un examen pr´ ealable. Un ´ emetteur r´ eel peut ˆ etre consid´ er´ e comme ayant deux fonctions principales r´ ealis´ ees par deux ´ el´ ements distincts : 1. l’´ emetteur th´ eorique engendre uploads/Management/ principes-de-telecommunication-pdf.pdf