Couche physiqueCouche physique

Ce cours est construit à partir d’un certains nombres de support de cours disponibles sur le net. Riveil, Cousin, Grimaud sont les principales sources d’inspiration. L’usage de ce composite ne peut être qu’académique.

Fonction de la couche physique

transformer une suite de bits en signaux (et inversement)

s ’adapter au canal de communication

partager le canal de communication

Support physique decommunication

Les supports de communication

Trois types d’agents de communication (physique) :• l’électron• les ondes électromagnétiques• le photon

Deux grandes classes de supports de transmission :• les supports à guide physique

les paires torsadées, les câbles coaxiaux, les fibres optiques, ...• les supports sans guide physique

les ondes hertziennes, radio-électriques, lumineuses,... Les supports :

• la paire métallique• le câble coaxial• la fibre optique• les faisceaux hertziens (et autres)

La paire métallique Une paire de conducteurs (alliage de Cu) entourés d’un isolant (plastique). diamètres courants du conducteur :

• 0,4; 0,6; 0,8; 1 mm• les distorsions croissent en sens inverse du diamètre (sur le Æ) !

en paire :• différence de potentiel

torsadés :• diminution des phénomènes électromagnétiques (atténuation,

diaphonie). isolée de l’environnement : blindée /fil ou /câble Il existe plusieurs qualités de paires métalliques Les câbles téléphoniques constitués de multiples paires torsadées, (prise

RJ45).• 56kbit/s avec les modems récents (fiabilité 1/105).• 10 (voir 100) Mbits/s (sur quelques mètres).• Utilisée dans les réseaux 10 Base T• Evolution vers 100 Base T voir « Gigabit ».

Le câble coaxial Deux conducteurs ayant le même axe.

• Jusqu’à 150MHz en large bande (fiabilité 1/107).• Support encombrant. Télévision et téléphone.• réduit les distorsions ectromagnétiques• rapport entre les diamètres des 2 conducteurs ~ 3,6.

Diamètres courants :• 2,6/9,5 ou 1,2/4,4 mm. • Version 10 Base 2 (10MHz sur 200m)• Version 100 Base 5 (100MHz sur 500m) • Connecté au poste avec un BNC (Ethernet fin)

Connecteurs

prise vampire ;• perce le câble

prise en T :• nécessite la coupure du câble (prise

BNC)

La fibre optique Fibre de silicium (ou plastique !) Supporte le transport de plusieurs GBits/s sur de

très longues distances (fiabilité 1/1012). Faible sensibilité électromagnétique & difficultés

d’écoute.• très grande largeur de bande• diode électroluminescente (en AsGa)• laser (+ puissant, coût + élevé, + faible durée de vie,

mono fréquentiel) Principe d’émission/réception

Sans fil

Différents types : infrarouge, hertzien (2.4GHz)

Débit : 11 MBits/s Portée moyenne : 10m à 150m Forte sensibilité aux perturbations

électromagnétiques. Pas de sécurité physique.

Les faisceaux hertziens

Deux types d’utilisations :• transmission terrestre (direct ou par

réflection) - portée : 50 à 1000km• transmission satellitaire -

(géostationnaire ou à défilement, hauteur : 36000 ou 800 km)

Transmission Information

• suite de 0 et 1 représenté par un état logique Signal

• état physique : amplitude, fréquence, phase• valence : nombre d ’états physiques utilisés

pour coder des bits• moment élémentaire : durée T pour

transmettre un état logique

Débit binaire Rapidité de modulation

• nombre maximal d ’état physiques (amplitude) par unité de temps

• [bauds] : Rm = k / T (k est le nombre de moments élémentaires nécessaires pour coder un état logique)

Débit binaire• nombre de bits par unité de temps• [bit/s] : D = Rm log2 V (V : Valence)

Exemple• codage biphase• signal physique :

deux niveaux d ’amplitude par T• état logique :

une valeur de phase pour 1 bit• Rm = 2 / T

Mode de transmission :le mode de base

Définition• On transmet en mode de base, quant on transmet

directement l’information codée sous forme d’un signal.• Transmission synchrone de bits

Tous les bits sont transmis calés sur une même horloge.• La synchronisation se fait en régénérant le signal

d’horloge à la réception Exemples

• liaison terminal-ordinateur, quelques mètres sur paire torsadée

débit de quelques Kbit/s. distance limitée par l’affaiblissement du signal.

Codage en bande de baseCodage en bande de base

Le signal est transmis tel quel– Pb1 : composante continue non nulle = échauffement par effet Joule– Pb2 : pas de distinction entre 0 et pas de transmission

NRZNRZ

Le signal est transmis avec une simple transposition en tension -Résout les problèmes précédents mais • désynchronisation possible sur des longues séquences identiques • Dépendance vis-à-vis de la polarité

Si 0 alors V = 0 sur la période• Si 1 alors V = alternativement –A et +A sur la période– Indépendant la polarité,– Problème de désynchronisation et de détection de transmission

XOR entre les données et l’horloge– Indépendant la polarité,• Remarque : Manchester est le codage utilisé pour Ethernet à 10 Mbit/s

• Une transition à la demi-période si 1• Une transition à la fin de la période si 0 si le bit suivant est également 0

Transmission modulée

Problème de la transmission en bande de base : dégradation du signal.• Usage limité au réseau local.

Utilisation d’un modem (modulateur - démodulateur)

Convertisseur bande de base en :• Modulation d’amplitude• Modulation de fréquence• Modulation de phase

et réciproquement on démodule

La modulation Définition

• L’information codée sert à modifier un ou plusieurs des paramètres (amplitude, fréquence, phase) d’un signal sinusoïdal appelé onde porteuse et représenté par :

v(t) = a sin( wt + j )• Les organes qui effectuent le travail de modulation et

de démodulation s’appellent des modems. Les caractéristiques des modems font l’objet de normes du CCITT

Exemple• saut de fréquence bivalent (Avis V21), porteuse f0=1750

Hz, 0 -> 1650 Hz, 1 -> 1850 Hz• saut de phase tétravalent (Avis V26), 00-> 0°, 01->90°,

11->180°, 11->270°

Modulation d’amplitudeModulation d’amplitude

Modulation de fréquenceModulation de fréquence

Modulation de phaseModulation de phase

Utilisation de la modulation

Domaine d’utilisation• Saut de fréquence : équipement à faible

vitesse ou voies à très large bande passante (faisceaux hertziens)

• Saut de phase et d’amplitude sont souvent combinés pour des transmissions à grande vitesse sur des lignes.

Transmission modulée

Les transmissions modulées peuvent combiner plusieurs formes de modulations simultanées.

Exemple :• 1 niveau de modulation d’amplitude + 1

niveau de modulation de fréquence• Permet de coder [0|1] en AM et [0|1] en FM.• Donc un temps d’horloge permet de coder 4

valeurs (00, 01, 10, 11) sur 2 bits :• Dans ce cas 1 Baud = 2 bits/s .

Synchronisation de la transmission

But• assurer que le récepteur prélève l’information aux

instants où le signal est significatif. Il s’agit donc essentiellement de synchronisation temporelle.

Méthode synchrone• Emetteur et récepteur disposent d’un même référentiel

temporel qui détermine les instants de dépôt et de prélèvement des bits.

• Le référentiel temporel appelé horloge est un signal de synchronisation le plus souvent fourni par l’émetteur :

Sur un fil spécialisé (sur une distance courte : qq. m) Grâce aux transitions du signal d’information : ce qui

peutnécessiter un brouilleur. Par la fréquence de la porteuse (voir modulation)

Exemple de transmission synchrone

Multiplexage Fonction :

• Partage d’une même ligne de transmission entre plusieurs communications simultanées.

Deux types de multiplexage :• Fréquentiel (FDMA : “Frequency division

multiple access”) : répartition en fréquence, adapté aux transmissions analogiques.

• Temporel (TDMA : “Time division multiple access”):

répartition en temps, plus souple/adaptatif, uniquement pour les données numériques.

MultiplexageMultiplexage

Multiplexage fréquentielMultiplexage fréquentiel

Multiplexage temporel Statique

• accès réservé - périodique.• un intervalle de temps (IT) est implicitement et

périodiquement réservé pour chaque canal• une trame est formée d’IT. Un IT au moins pour chacun

des canaux Dynamique

• multiplexage adaptatif,• le nombre d’IT attribués à un canal dépend de la

demande (peut être nul !),• l’identification IT/canal est souvent explicite.

(Méthode d’accès ?)• + souple : contrôle a priori ou a posteriori,• risque de collisions !• employée par les réseaux locaux.

Exemple : le modem ADSL ADSL : Asymetric bit rate Digital Subscriber Line. Division des signaux en 256 sous-canaux de

fréquences (de 0 à 1100kHz) (technologie DMT : Discrete

MultiTone). Modulation d’Amplitude Quadratique (QAM) sur 4

niveaux d’amplitude pour chaque canal de 4,3kHz.

Grandeurs caractéristiques

Débit• Unité : bit/s

Débit nominal : vitesse de transmission du support (débit brut)

Débit utile : débit nominal moins le débit affecté au contrôle de la liaison

Evolution actuelle : Kbit/s á Gbit/s

Suite…Suite… Délai

• Unité : s Délai de propagation : éloignement, équipements

intermédiaires, vitesse de propagation Durée de transmission : quantité de données, débit Temps d’aller-retour » (transmission + propagation +

traitements) *2 !

Suite…Suite… Taux d’erreurs

• Unité : BER (“Bit error rate”)• probabilité qu’un bit soit erroné pendant la transmission

Dépend de la qualité de la transmission, de la charge du réseau, etc.

Exemples :• 10-3 = mauvaise liaison• 10-13 = réseau de faible étendue avec un support de très

bonne qualité. Autres taux d’erreurs :

• taux d’erreurs du message• taux d’établissement de la connexion• taux de disponibilité : MTBF (“Mean Time Between

Failure”)