1. CHAPITRE 2 La couche physique Plan Rle de la Couche Physique Schma dun circuit de donnes ETTD et ETCD Mode de liaison ( simplexe , half duplexe ,) Quelques notions sur le traitement Signal Bande passante et dbit de transmission Codage et modulation Multiplexage Support de transmission et les medias daccs au rseaux 1

2. 1. Dfinition La couche Physique dfinit les : spcifications lectriques, mcaniques fonctionnellesdes procdures assurant la transmission des lments binaires sur la liaison physiqueCouche liaison de donnesCouche liaison de donnes BitsBits Couche physiqueTransmission des signauxCouche physique 2 3. 2. Rle de la couche physique Assure linterface avec le matriel Prend en charge la conversion des signaux numriques en signaux analogiques ( la modulation ) lmission physique sur la ligne de communication Partager le canal de transmission3 4. 3. Circuit de donnes Un circuit de donnes est constitu dune ligne de transmission et de deux quipements de terminaison de circuit de donnes ETCD (DCE : Data circuit-terminating Equipement ) LETTD ( Equipement Terminal de Traitement de Donnes ) : est un quipement informatique quelconqueSupport de transmission ETTDETCDETTDBruit EmetteurRcepteur 4 5. 3.1. La transmission La transmission correspond lenvoi de 0 et 1 entre lmetteur et le rcepteur sur un support de transmission La transmission est assure par l'ETCD (quipement terminal de circuit de donnes).5 6. 3.2 ETTD et ETCD ETCD ( Equipement Terminal de Circuit de donnes ) a pour rle : Etablir la communication Assurer la mise en forme des donnes numriques Transmettre les donnes Terminer la transmission LETTD ( Equipement Terminal de Traitement de Donnes ) : est un quipement informatique quelconque6 7. 3.3 Mode de liaison de donnes Selon le sens de la communication , un circuit de donne peut tre : simplex ( dans un seul sens ) semi-duplex ( half-duplex ) : dans les deux sens lalternant duplex ( full-duplex ) : dans les deux sens en simultan ETCDETCDETTDETTD missionEmetteurmissionRcepteurSimplex7 8. ETCDETCDETTDETTD missionmissionEmetteurRcepteurSemi-duplex ( half-duplex ) ETCDETCDETTDETTD missionEmetteurduplex ( full-duplex )missionRcepteur 8 9. 4. Notions sur le traitement du signal9 10. 4.1 Signal analogique Un Signal analogique est un signal continu dans le temps avec une Infinit de valeursTemps Signal analogique 10 11. 4.2 Signal numrique Un Signal numrique est un signal discret dans le temps avec un nombre fini de valeurs ( nombre dtats )01001101TempsSignal numriqueLe nombre dtat ( niveau ) dun signal numrique sappel la valence 11 12. 4.3 Signal analogique sinusodal Un signal analogique peut tre dcompos en un ensemble de signaux lmentaires. Les signaux de base sont de la forme dun sinus ou cosinus Un signal sous la forme dun sinus est de la forme suivante :s (t ) =A sin( f + ) t Un signal est dfini par Amplitude A : la force du signal Frquence f : la vitesse du signal Phase : le dcalage du signal par rapport lorigine12 13. 4.3.1 Proprits dun signal sinusodal: la frquenceTemps TUn signal possde une priode T ( seconde ) Un signal possde une frquence ( vitesse ) : F = 1/T Hertz 13 14. 4.3.1 Proprits dun signal sinusodal: lamplitude ATemps-A Un signal possde une amplitude ( une force ) Les valeurs du signal sont comprises entre une valeur MAX = A et une valeur MIN= -A 14 15. 4.3.1 Proprits dun signal sinusodal: la phase La phase reprsente le dcalage du signal par rapport lorigineA-ATempsLorsque t = 0 on obtient :s (t ) = A sin( )si =0 alors la valeur du signal est gale 0 si =90 alors la valeur du signal est gale A si = 180 alors la valeur du signal est gale 0si =270 alors la valeur du signal est gale - A15 16. A Phase = 90-AA-ATempsPhase = 270Temps 16 17. 4.4 Cest quoi un canal de transmission ? Un canal de transmission est le moyen physique de transmission de linformation ( un signal ) Exemple : Lair ( la voix ) File de cuivre Fibre optique Onde Il est caractris par la bande passante qui reprsente l'intervalle de frquences dans lequel les signaux sont correctement transmis sur le support . 17 18. 4.4.1 La Bande passante Tout canal de transmission a des limitations lis des frquences quil laisse passer : Cest la Bande PassanteBande passanteTemps FminF maxBande passante = (F max Fmin ) Exemple : bande passante des lignes tlphoniques est de 3KHZ ( 3000Hz )18 19. 4.4.2 L Attnuation Lors de la transmission dun signal sur un support physique ( un canal ) Il subit une modification . Une partie de la puissance du signal est perdue lors de la transmission . Cette perte sappelle lattnuation, elle est calcule comme suit: A= 10 log 10( Pe/Pr )Pe : puissance mise par la source Pr la puissance reus par la cibleL'attnuation est la perte de la force du signal. Cela se produit, par exemple, lorsque les cbles dpassent la longueur maximale ou cause de la prsence d'une rsistance lectrique . 19 20. Tension20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20TempsAttnuation 20 21. 4.4.3 Le Bruit Le bruit est un ajout dun signal indsirable un signal . Un bruit peut modifier les caractristiques dun signal : frquence , amplitude ou phase Aucun signal n'est exempt de bruit. Mais , il est important de maintenir le rapport signal/bruit le plus lev possible . Les principales causes du bruit : Intemprie ( pluies , chaleur ,..) Champs lectrique , magntiqueDans la pratique durant une transmission il y a toujours des perturbation (parasite ) ce qui rduit la bande passante 21 22. 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20TensionSignal originalTempsTension Signal perturbTemps22 23. 4.4.4 Dbit binaire de transmission On appel dbit binaire ( bit rate ) dun circuit de donnes le nombre maximum de bits par seconde que ce circuit est capable de transporter . durant le calcul du dbit, il faut prendre en considration le bruit23 24. 4.4.5 Relation entre le dbit binaire et la bande passante Soit un signal de bande passante W et dune puissance S On considre un bruit de puissance N Selon le thorme de Shannon , le dbit maximal est donn par la formule suivante :D = W. log2 (1+S/N) Exemple : on considre une ligne tlphonique dune bade passante W=3000Hz . Si on considre un rapport S/N = 20 alors le dbit maximal est de 20000 Bits/S La limite de shannon est une limitation thorique et elle est difficile atteindre dans la pratique vu la variation des bruit et dautres 24 paramtres 25. 5. Codage et modulation25 26. 5. Codage et modulation Avant de transmettre un signal numrique sur un canal il faut le coder . Il existe deux types de codage : Codage en bande de base Codage par modulation26 27. 5.1 Transmission en bande de base ( pour signal numrique ) On transmet directement sur le support des signaux.Les bits sont directement reprsents par des tensionsApplicable sur des lignes de communication courtesFacilit la rgnration du signalPossibilit de dtecter les erreursCest possible dobtenir des dbits trs importants27 28. Transmission en bande base. Elle ncessite un codage des informations dans l'ETCD appel alors codeur bande base. L'ETCD reoit une suite de donnes {ai , ai=1 ou 0 } et les codes sur deux niveaux (-a, +a) , sur 3 niveau (-a,0,+a) ou par un front descendant ou montantLigne de transmission numrique ETTDTemps ETCD1001101ETTD1001101 Codeur en bande de base28 29. 5.1.1 Codages en bande de base Code tout ou rien NRZ ( Non Return to Zero ) Code Bipolaire Code RZ Biphas ( Manchester ) Manchester diffrentiel Code Miller29 30. 1. Code tout ou rien On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 Tension positive = 1 Tension Nulle = 0Tension0110010Temps30 31. 2. Code NRZ ( Non Retuen to zero ) On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 Tension positive = 1 Tension ngative = 0 Tension nulle : pas de transmission TensionTemps0110010 31 32. 3. Code bipolaire On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 Tension positive et ngative alternativement = 1 Tension nulle = 0TensionTemps0110010 32 33. 4. Code RZ ( Return to Zero ) On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 Front descendant = 1 Tension nulle = 0 Tension0110010Temps33 34. 5. Code biphas ( Manchester) On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 Front montant = 0 Front descendant = 1 En milieu de la transition TensionTemps0110010 34 35. 6. Code biphas ( Manchester) diffrentiel On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 Front montant ou front descendant au milieu = 1 Front descendant ou montant au dbut = 0 TensionTemps0110010 35 36. 7. Code Miller On utilise deux valeurs pour reprsenter le 0 et le 1 1 Front montant ou front descendant au milieu 0 pas de transition si suivi dun 1 Front descendant ou montant la fin TensionTemps0110010 36 37. Exercice 1 : Donner le codage utilis ainsi que linformation dans chaque figure ? Exercice 2 : Reprsenter linformation suivante par le codage manchester et manchetser diffrentiel ainsi que le codage Miller ? 1110100037 38. 5.2 Transmission en modulation (pour signal numrique) Processus par lequel on encode linformation dans les paramtres du signal Utilis pour la transmission des donnes numrique sur une vois analogique On utilise un signal base dite la porteuse dont on modifie les caractristiques. L'ETCD permettant ce type de transmission est appel modem. Ligne de transmission analogique ETTDETCDETTD38 39. 5.2.1 Types de Modulation On utilise un signal de base dite la porteuse dont on modifie les caractristiques.Plusieurs types Modulation Amplitude : Modulation Frquence : Modulation Phase :s (t ) = A(t ) sin( f .t + ) s (t ) = A sin( f (t ) t + ) s (t ) = A sin( f .t + (t ))39 40. 5.2.2 Modulation en amplitude Variation de lamplitude ( la force ) de la porteuse Linformation sur un bit prend deux valeurs 0 ou 1 Pour chaque valeur on lui associe une tension ( une force )Par exemple :20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -201 10 V et 0 5 VTensionTemps011010040 41. Dans lexemple prcdant on a vu quon peut coder un seul bit . Cest possible de coder plusieurs bits dans une seule modulation 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20Exemple 2 : 00 5 V 01 10 V 10 15 V 11 20V TensionTemps0001101141 42. 5.2.4 Modulation en frquence Variation de la vitesse de la porteuse Par exemple on prend deux frquence : f1 et f2 F1 0 F2 1 TensionTemps0110142 43. 5.2.5 Modulation en phase Variation du dcalage de la porteuse Exemple : On considre deux phases ( 0 et 180 ) 1 180 0 0 TensionTemps01100143 44. 5.2.6 Modulation mixte Cest possible de varier deux paramtres du signal en mme temps Amplitude et phase Amplitude et frquence Frquence et phase Lobjectif de la modulation mixte est de pouvoir coder le maximum de bits durant une modulation44 45. Modulation amplitude phase Variation de la force et le dcalage de la porteuse Par exemple : on considre deux amplitudes ( 10 et 20 ) et deux phases ( 0 et 180 ) PhaseAmplitudeSymbole01000020011801011180201045 46. Tension20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20Temps00011110 46 47. Exemple de Modulation amplitude phase 2 phases : 0 et 180 4 amplitudes : 5 , 10 , 15 et 20 PhaseAmplitudeSymbole05v000010v001015v011020v0101805v11018010v10018015v10118020v111 47 48. 4 amplitudes et 2 phases Tension20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20Temps000 001 011 010 110 100 101 111 48 49. Exemple Reprsenter linformation suivante , en utilisant une modulation en Amplitude/phase avec 4 amplitudes et 2 phases .100 000 101 101 Tension20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20Temps100 000 101 10149 50. 5.2.7 Rapidit de modulation La rapidit de modulation : est le nombre de modulations par seconde. Elle est mesur en baud .Un baud reprsente le nombre de bit par modulation. 1 baud = 1 symbole de K bitsExemple : Avec une modulation sur deux niveaux : 1 baud = 1 bits Avec une modulation sur 4 niveaux : 1 baud = 2 bits Avec une modulation sur 8 niveaux : 1 baud = 3 bits 50 51. 5.2.8 Relation entre la rapidit de modulation est le dbit binaire Thorme de Nyquist : Soit un canal ayant une bande passante W et n le nombre de bits par modulation ( baud ). Le dbit est donn par la formule suivante :D =2.W . log 2 ( 2 n ) =2.W .n Exemple : soit une ligne tlphonique avec une bande passante de 3000HZ . Avec une modulation de 3 bits :D = 2.3000. log 2 ( 2 ) = 2.3000.3 = 18000bits / s 3 Et avec une modulation de 4 bits : D=24000 bits /S 51 52. Exercice 1 On dispose dune liaison tlinformatique fonctionnant un dbit binaire de 200 bauds. Proposez une modulation permettant de transporter en 5 secondes, sur cette liaison, un message de 500 caractres cods chacun sur 8 bits . Expliquez votre choix.52 53. Solution 500 caractres= 500 * 8 = 4000 bits sont transports en 5 secondes, soit 800 bits par seconde. 4000 bits sont transports en 5 secondes 800 bits par seconde. 200 bauds = 200 symboles/s Soit 800/200= 4 bits/symbole. Il faut donc utiliser une modulation 2.4 = 16 valeurs. Proposition 1 : modulation mixte phase (huit valeurs) et amplitude (deux valeurs) Proposition 2 : modulation mixte phase (4 valeurs) et amplitude ( 4 valeurs) 53 54. Exercice 2 Proposez une modulation pour la suite binaire suivante : 001011010010 sachant que la rapidit de modulation =1200 bauds . Dans le cas ou on veut avoir un dbit de : 1200 bits/s. 2400 bits /s 4800 bits /s54 55. 5.2.9 Normalisation de modems Les modems sont caractriss par: le dbit de l'information transporte, le support de transmission utilisable. Afin de transmettre les donnes , les modems effectuent les opration suivantes : tablissement du circuit, initialisation de la transmission, transmission, libration du circuit. Tout ceci ncessite des dialogues entre l'ETCD et l'ETTD. Ce sont ces dialogues qui sont normaliss par le CCITT. 55 56. Normes CCITT Le CCITT a dfinit un certain nombre de normes dit Avis Les avis qui concernent les modems analogiques sont nots V.numero ( Avis V21 , Avis V26 ) Le CCITT recommande aussi les dbits ainsi que les modulations utilises. Le CCIT recommande les dbits suivants : 600,1200,2400,3600,4800,7200,9600,12000,14400,2880 0,57600 bits/s.56 57. Quelques types de modem AvisDbits Bits/sType de modulationVitesse de modulationV.23600/1200Frquence600/1200V.274800Phase1600V.294800/9600Phase + amplitude4800/9600V.324800/9600Phase+amplitude2400V.34Jusquq 28800Phase + amplitude320057 58. 6. Multiplexage Partage dune mme ligne de transmission entre plusieurs communications simultanes. Combiner les donnes provenant de plusieurs voies de transmissions appeles voies basses vitesses (BV) ou basses frquences sur une seule voie, appele haute vitesse (HV) ou haute frquence . La voie composite ( HV) est donc partage.N1N2N3N4M U L T I P L E X U E RLigne de transmission haute frquenceM U L T I P L E X U E RN1N2N3N458 59. 6.1 Types de multiplexage Deux types de multiplexage : multiplexage Frquentiel (FDMA : Frequency division multiple access) : rpartition en frquence. Multiplexage Temporel (TDMA : Time division multiple access): rpartition en temps. Statique Statistique59 60. 6.2 Multiplexage frquentiel Le principe consiste repartir la bande passante en N sous bandes . Chaque sous bande est attribue une communication ( station ) Frquence Canal 4 Bande passanteCanal 3 Canal 2 Canal 1TempsCette technique est plus adapt au transmission analogiques et elle est simple ralis . Mais la bande passante nest pas exploite 100% ( des station peuvent ne pas utiliser leurs sous bandes ) 60 61. 6.3 Multiplexage temporel Le temps de transmission est dcoup en un ensemble dintervalle , lallocation peut tre statique ou dynamique ( statistique ) Multiplexage statique ( accs rserv priodique. ) : un intervalle de temps (IT) est implicitement et priodiquement rserv pour chaque canal . Un IT au moins pour chacun des canaux Statistique ( Dynamique ) : le nombre dIT attribus une station dpend de la demande.61 62. 6.3.1 Multiplexage temporel statique Le temps de transmission est dcoup en un ensemble dintervalle ( gale au nombre de stations ) Chaque station mit uniquement dans sont intervalle de temps de faon priodique . Donc une station utilise toute la bande passante pendant un IT . Cette technique nexploite pas bien la bande passanteS1S2S3S4It 1It2It3It4S5 it5Intervalle de temps62 63. 6.3.2 Multiplexage temporel statistique Statistique lorsquon alloue au besoin la ligne pour une des liaisons sur lesquelles il y a mission. Le temps de transmission est dcoup en un ensemble dintervalle Lorsque une station veut emmtre un intervalle de temps est lui allou Une station peut utilis deux plusieurs intervalle de temps tandis que les autres stations sont au repos . Cette technique exploite bien la bande passante mais elle est un peut dlicate a mettre en ouvre .it1it2it3S1S1S2it4 S3it5 S5Intervalle de temps 63