chap3 transmission_numerique-en-bd_b

TRANSMISSION NUMERIQUE EN BANDE DE BASE

Jamila BAKKOURY

Chaîne de transmission numérique en bande de base

Source analogique

Conversion A/N

Codage source

Cryptage

Codage canal

Source numérique

canal Décodage canal

Décryptage

Décodage source

Conversion N/A

Destinataire analogique

Destinatairenumérique

bruit

Exemple :

Traitement & transmission

3

si Fe > 2Fmax la restitution du signal continu est

possible par filtrage passe-bas

Rappel : Théorème de shannon

Fmax

signal continu

Fe 2FeFmax

signal échantillonné

Signaux :

Te

0f

Fe

0f

t

signal continu

signal échantillonné

Spectres :

Théorème de Shannon



ETCD : Equipement de Terminaison du Circuit de Données (DCE)

Reçoit en entrée la suite de données binaires et fournit en sortie un signal dont les caractéristiques sont adaptées au support de transmission. (Adaptation en tension, courant, optique, …) et inversement.

ETTD : Equipement Terminal de Traitement des Données (DTE)

Equipement qui génère les données à transmettre (Ordinateur, …) ou reçoit les données transmises

• Intervalle significatif T (en secondes) : durée pendant laquelle le signal transmis sur la ligne (un état) ne varie pas.• La rapidité de modulation est le nombre d’états significatifs par seconde. Indique le nombre de symboles transmis par unité de temps.R = 1/T en Bauds (T = durée d’un état).

• Théorème de Nyquist : Rmax = 2 BP (en bauds)BP (ou W ) = Bande passante du support.

Exemple: sur le réseau téléphonique BP=[300Hz,3400Hz] ; BP=3100HzRmax = 6200 Bauds.

Rapidité de modulation

Caractéristiques du signal numérique

Débit binaire• On appelle débit binaire D le nombre de bits transmis par seconde.• Le débit binaire dépend de deux facteurs :

– De la rapidité de modulation R («signaling rate»)– De la technique d'encodageCette technique détermine la valence V : nombre de niveaux significatifs.c’est à dire le nombre de symboles utilisés.

• Exemple 1 : cas d’un signal binaire V=2 ; 1 bit par étatD = R x log2 V = R x log2 2 = R bits/sec.

Dans ce cas le débit binaire est égal à la rapidité de modulation.• Exemple 2 : V= 4 ; 2 bits par état

D = R x log2 V = R x log2 4 = 2R bits/sec.

Le débit binaire est deux fois supérieur à la rapidité de modulation.


• Le bruit et les perturbations se superposent au signal utile sur le canal.• Plus le nombre de symboles est grand, plus il sera difficile de les différencier.

Le nombre d’erreurs augmente.


ValenceNombre d’états représentatifs que le signal numérique peut prendre.

• Pour une transmission de n bits pendant un temps T (en seconde), le débit binaire D est D=n/T en bits/smultiples : kilobit /seconde (kbit/s) : , mégabit (Mbit/s) : , gigabit (Gbit/s) : , térabit (Tbit/s).

• Dans la pratique on utilise fréquemment:1 kilo-octet (ko) = 210 octets = 1 024 o1 méga-octet (Mo) = 220 octets = 1 024 ko1 giga-octet (Go) = 230 octets = 1 024 Mo1 téra-octet (To) = 240 octets = 1 024 Go

• Exemple : modulation à 8 états (23) à 1600 Bauds, on a D = 1600 x 3 = 4800 bit/s

Débit binaire


Caractéristiques du support de transmission

• Bande Passante à -3 dB : plage de fréquence pour laquelle la puissance du signal de sortie est au pire divisée par 2 par rapport à celle du signal d’entrée.

• Bruits et distorsions : même si les signaux sont transmis dans la bande passante du support, les signaux sont déformés (distorsions d’amplitude et/ou de phase). Des perturbations extérieures (foudre, champ électromagnétique, diaphonie, …) peuvent également introduire des bruits.

• Capacité : quantité maximale d’information transportable par unité de temps.

0

1log10log10PP

xdBX

0

1log20log20VV

xdBX

Lorsqu’on exprime une grandeur (tension, puissance) en dB, on calcule le rapport entre cette grandeur et une grandeur de référence, et on place ce rapport sur une échelle logarithmique.

Rappel : décibel (dB)


Rappel : décibel (dB)

20 log1VV dBVV

Exemple

WPdBWP

1log10

1

0.1

0.01

0.001

10

100

1000

Volts

0

-20

-40-60

20

40

60

dBV

1

0.1

0.010.001

10

100

1000

Watts

0

-10

-20-30

10

20

30

dBW


Bande passante• Largeur de bande (bandwith)

– C'est l'intervalle de fréquences pour lequel les signaux subissent un affaiblissement inférieur ou égal à 3db. les signaux sont alors correctement reçus.BP = [Fmin , Fmax]

– Exemple : Le réseau téléphonique a une BP= [300 Hz,3400 Hz] l’oreille humaine est sensible dans la bande [20 Hz, 20000 Hz]


Bruit

• Pour caractériser l’effet du bruit sur un signal, on utilise le rapport signal sur bruit (SNR : Signal to Noise Ratio).

• Un signal harmonique est détectable si SNR > 0 dB.

bruitsignal f

NS

SNR < 0 dB

bruitsignal

f

S

N

SNR > 0 dB

NSdBSNR log.10

• Le bruit a un effet très néfaste sur la qualité des signaux analogiques.• Exemple voix/son : 45 – 50 dB requis. 30 dB : bruit de gênant.


• Les signaux numériques sont sensibles au bruit, mais moins que les signaux analogiques.

• La qualité d’un signal numérique ne se mesure pas à la distorsion du signal, mais à la capacité d’un récepteur d’interpréter correctement l’état binaire transmis.

• Taux d’Erreur Binaire (Bit Error Rate) :Rapport du nombre de bits erronés reçus au cours d’une période significative d’observation sur le nombre total de bits reçus pendant cette période (Il s’agit en fait d’une probabilité d’erreur).

reçusbitsdetotalnombreerronésbitsdenombreBER

Bruit



Taux d’Erreur Binaire

Théorème de Shannon :La capacité du canal ou débit maximum dépend du rapport signal/bruit : C=Dmax = BP log2 ( 1 + S/B) (bit/s) S puissance du signal ; B (ou N) puissance du bruit

Exemple: ligne téléphonique On considère SNR=S/B = 33 dB, Le rapport S/B Signal sur Bruit exprimé en décibel en terme de puissance.

dB

Dans le théorème de shannon : S/B = 1033/10 = 1995, d’où C= Dmax = 3100 x 10,96 = 33976 bit/s. (rappel : log2 x = log x / log2)

Calculer C pour S/B =30 dB puis 20 dB

Capacité du canal

Puissance du signal10.logPuissance du bruit

SB



longueur élémentaire L'affaiblissement du signal représente la perte de signal en énergie dissipée dans le canal. L'affaiblissement se traduit par un signal de sortie plus faible que le signal d'entrée et est caractérisée par la valeur :

L'affaiblissement est proportionnel à la longueur de la voie de transmission et à la fréquence du signal. La longueur élémentaire du canal représente la longueur maximale du support utilisé au-delà de laquelle le signal dit être amplifié ou répété pour assurer une réception correcte.

Temps de transfert

Durée qui sépare le début d’émission de la fin de réception : T transfert = T émission + T propagation .


Notion de qualité de service : Le débit La latence (temps de transfert) La fiabilité (taux d’erreurs)

LES MODES DE TRANSMISSION

La transmission est caractérisée par :

le sens des échanges, le mode de transmission : série ou parallèle, la synchronisation : synchrone ou asynchrone.


SENS DES ECHANGES


MODE DE TRANSMISSION

SYNCHRONISATION

Liaison synchrone : Emetteur et Récepteur sont cadencés à la même horloge. Le récepteur reçoit de façon continue les informations au rythme où l'émetteur les envoie.

Liaison asynchrone : Chaque caractère est émis de façon irrégulière dans le temps. L’émission s’accompagne de celle de bits ‘START’ et ‘STOP’ qui servent de repérage du symbole transmis.


23

émetteur récepteur

D0D1D2D3D4D5D6D7

Données parallèles

Conversion

parallèle/série

Horlogeémission

Synchronisation

Conversion

série/parallèle

D0D1D2D3D4D5D6D7

Données

parallèles

Données série synchronisées

Données Série nonsynchronisées

Horlogeréception

Données série synchronisées


Liaison asynchrone

24

Stop bit

Bit Start Bit de parité

0 1 0 1 0 0 1

caractère n+1

Trame n Trame n+1

Repos

Donnéesémises

Horlogeémission t

1 1 0 1 0 0 1

Bits de données(caractère n)

MSBLSB

LES MODES DE TRANSMISSIONTrame asynchrone : exemple

Bit Stop

MULTIPLEXAGE


• FDMA multiplexage fréquentiel

• TDMA multiplexage temporel

26

Multiplexage :

Transmission simultanée de plusieurs informations sur un même support de transmission :– informations indépendantes – ou différentes composantes d'une même information

(exemples : voix / données, son / image en TV )

Chaque information occupe une voie sur le support 2 types :

• multiplexage fréquentiel• umltiplexage temporel


Multiplexage fréquentiel FDM : Frequency Division MutiplexingFDMA : Frequency Division Multiple Access

Bande1

Bande2

Banden-1

Banden

………..

Fréquencef


Multiplexage temporelTDM : Time Division MutiplexingTDMA : Time Division Multiple Access

TC : temps de transmission d’un échantillon d’une source

T : temps entre 2 échantillons

T TC

t


Exemple : Codage MIC

Le système téléphonique MIC 30 voies (européen) permet de transmettre simultanément sur un même support 30 voies téléphoniques.• Parole BP=[300 Hz, 3400 Hz], fréquence d’échantillonnage fe=8 kHz.• Numérisation sur 8 bits.• Multiplexage temporel à 32 intervalles de temps (IT) dont IT repères : verrouillage de trame (VT) et signalisation (SI).1.Quelle est la durée de la trame ?2.Quelle est la durée d’un bit ?3.Quel est le débit de la voie composite ?

30

Exemple : Codage MIC

01001100 ...

t

01001100 01001100

t

Echantillons

Echantillonnage

Quantification

Codage

1octet/125 s64Kbit/s

31

Trame MIC : 32 IT et 30 communications possibles

Exemple - trame MIC

On utilise les temps libres entre deux échantillonnages successifs d'une voie pour intercaler les échantillons des autres voies.

Chaque voie est échantillonnée à :- 8 kHz soit toutes les 125 microsecondes- chaque échantillon est codé par mot de 8 bits- chaque voie transmet donc un débit de 64 kbps.

Bien que la trame ait été conçue pour transmettre 30 voie téléphoniques numérisées, les voies BF peuvent être remplacées par des voies de données à 64 kbps.

Chaque voie dispose dans la trame d'un intervalle de temps (IT), correspondant à 8bits.

Exemple - trame MIC

La trame comporte 30 IT d'information ou 30 mots de 8 bits à transmettre en 125 microsecondes.

V1 V2 V30 V1 V2

T = 125 microsecondes

V3

8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits

Exemple - trame MIC

Organisation de la trame

A la réception, pour diriger sur chaque voie les mots qui lui appartiennent, il est indispensable de posséder une référence : un intervalle de temps supplémentaire placé en début de chaque trame ( IT 0 ) permet de transmettre un mot de Verrouillage de Trame ( VT ).

Un IT supplémentaire de signalisation est placé au milieu de la trame ( IT 16 ).

Finalement la trame contient 32 IT de 8 bits chacun pour une durée de 125 microsecondes.Le débit numérique est donc de 32 voies à 64 kbps soit 2 048 kbps.

Exemple - trame MIC

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