Chapitre 2 Couche physique Plan Introduction Lisaison

Communication simplex
Chapitre 2
• Unidirectionelle
• Exemple : radio / té lé vision
Couche physique
Emetteur
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Couche physique
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Plan
•
•
•
•
•
•
•
Ré cepteur
Couche physique
Communication half duplex
• Bidirectionelle à l'alternat
• Exemple : voie ferré e
Introduction
Transmission numé rique et codage
Transmission analogique et modulation
Cas de figures de transmission
Dé formation des signaux
Caracté ristiques de transmission
Multiplexage
Temps t
Emetteur
Ré cepteur
Temps t+1
Ré cepteur
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Emetteur
Couche physique
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Communication full duplex
• Bidirectionelle
• Exemple : té lé phone
Introduction
Emetteur /
Ré cepteur
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Emetteur /
Ré cepteur
Couche physique
Lisaison physique
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Types de transmission
• É tablit une connexion physique entre deux
é quipements.
• Modes d'exploitation :
• Parallèle
–Utilisable sur de courtes distances
–Problèmes de synchronisation
• Sé rie
–simplex
–half duplex
–full duplex
–Synchrone
• Synchronisation assuré e constamment
–Asynchrone
• Synchronisation assuré e à chaque é mission
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Couche physique
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Transmission numé rique
Transmission asynchrone
• Transmission caractère par caractère
• La synchronisation s’effectue à chaque
é mission de caractère
• Structure de la transmission asynchrone
= transmission en bande de base
• Valide sur des distances
–Courtes (quelque kms) sur un support en cuivre
–Longue (30 kms) sur un support optique
–1 bit start
–7 ou 8 bits de donné es (en gé né ral)
–1 bit de parité
–1 bit stop
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Couche physique
• Mais le signal peut passer par plusieurs
gé né rateurs (ré pé teurs)
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•
•
•
•
•
•
• numé riques
–ré seaux locaux
–artères à longue distance du RTC
• analogiques
–desserte locale du RTC
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Types de codage
Types de signaux
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NRZ (Non Return to Zero)
NRZI (NRZ Inverted)
Manchester
Manchester diffé rentiel
Miller
Bipolaire simple
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Codage NRZ
• Technique la plus simple
• Principe
Transmission numé rique
et codage
–bit de donné e à 0 : tension -a volts
–bit de donné e à 1 : tension +a volts
• Inconvé nient : pas de transitions lorsque de
longues successions de 0 ou de 1 ⇒
difficulté de synchronisation
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• Variante du codage NRZ
• Principe :
• Repré sentation
–Deux niveaux de tension
–Impulsion ou non de lumière
–Bit de donné e à 0 : la tension est inversé e
–Bit de donné e à 1 : la tension reste la mê me
• Utilisation d'un codage pour la transmission
–Maximiser le nombre de changements d'é tats
–Diminuer la largeur de bande
–Transposer celle-ci vers des fré quences é levé es
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Codage NRZI
Signaux numé riques
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• Avantage si le signal reste de longues
pé riodes à 0.
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Codage Manchester
• Principe :
Transmission analogique
et modulation
–Une transition est introduite au milieu de
l'intervalle significatif
–Bit de donné e à 0 : un front descendant
–Bit de donné e à 1 : un front montant
• Avantage : dé cale le spectre du signal vers
des fré quences plus é levé es.
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Codage Manchester diffé rentiel
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Signaux analogiques
• Principe :
• Repré sentation
–Signal é lé mentaire g(t) = A sin(f*t + ϕ)
–Une transition est introduite au milieu de
l'intervalle significatif
–Bit de donné e à 0 : une transition au dé but de
l’intervalle
–Bit de donné e à 1 : pas de transition au dé but de
l’intervalle
• g(t) amplitude à l'instant t
• A amplitude maximale
• f : fré quence (en hertz) = nombre de pé riodes ou
oscillations par seconde
• t : temps (en secondes)
• ϕ : phase (dé calage par rapport à l'origine)
• Avantage : meilleur immunité au bruit
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Couche physique
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Couche physique
Codage de Miller
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Exemples
• Principe
–Bit de donné e à 0 : une transition à la fin de
l’intervalle si le bit suivant est aussi un 0
–Bit de donné e à 1 : une transition au milieu de
l’intervalle
plot(sin(x), x=0..6*Pi);
plot(2*sin(x), x=0..6*Pi);
plot(sin(2*x), x=0..6*Pi);
• Le spectre associé à ce codage est très
é troit.
plot(sin(x+Pi/2), x=0..6*Pi);
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plot(sin(2*x+Pi), x=0..6*Pi);
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Transmission analogique
Codage bipolaire simple (d’ordre 1)
• Codage à 3 niveaux
• Principe
plot(4*sin(3*x), x=0..6*Pi);
= transmission par modulation
• Le signal analogique repré sente une forme
sinusoïdale appelé e porteuse
• On module un ou plusieurs paramètres de ce
signal pour transporter l'information
–Bit de donné e à 0 : niveau 0 volt
–Bit de donné e à 1 : niveau +a volts et -a volts en
alternance
• Permet de grandes vitesses de transmission
mais sensible au bruit
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Modulation
Modulation de fré quence
• Types de modulation
1,5
–Modulation d'amplitude
–Modulation de fré quence
–Modulation de phase
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
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Modulation d'amplitude
Modulation de phase
• PSK (Phase Shift Keying)
• Exemple : modulation à 4 niveaux de phase
• ASK (Amplitude Shift Keying)
• Exemple : modulation à 2 niveaux
d'amplitude
–Phase de 0° pour 01
–Phase de 90° pour 00
–Phase de 180° pour 10
–Phase de 270° pour 11
–amplitude 1 pour coder 0
–amplitude 2 pour coder 1
• Peu utilisé e telle quelle
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• La modulation de phase est la plus
employé e dans les modems
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Modulation de phase
Modulation d'amplitude
2,5
1,5
2
1
1,5
1
0,5
0,5
0
0
-0,5
-1
-0,5
-1,5
-2
-1
-2,5
-1,5
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Modulation de fré quence
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Diagramme spatial
• FSK (Frequency Shift Keying)
• Exemple : modulation à 2 niveaux de
fré quence
00
90°
–Un niveau de fré quence pour 0
–Un niveau de fré quence pour 1
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0° 01
10 180°
• Ce type de modulation ré clame de grandes
largeurs de bande passante
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270°
11
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É chantillonnage
• Elle consiste à pré lever des é chantillons du
signal à une cadence dé terminé e.
• Thé orème de Shannon
Cas de figures de transmission
–Fe ≥ 2*Fmax
–La fréquence d’é chantillonnage Fe doit ê tre au
moins le double de la fré quence maximale
Fmax du signal à é chantillonner
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Transmission d’un signal
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Quantification/Codage
• Quatre situations possibles selon que
• L’amplitude de chaque é chantillon est
quantifié e.
• Le codage de l’é chantillon sur n bits est
alors obtenu.
• Exemples de codages
–le signal d’origine est
• numé rique
• ou analogique
–et que le transfert s’effectue sous une forme
• numé rique
• ou analogique
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–Codage MIC sur 8 bits
–Codage Compact disc sur 16 bits
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Exercice
Signal analogique / transfert analogique
• C’est le cas de la transmission du son et de
l’image té lé diffusé s.
• Une technique de modulation est utilisé e.
Pré lever 10 é chantillons et coder sur 4 bits
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• Modulation par Impulsions Codé es
• Il s’agit de la technique de numé risation la plus
ré pandue.
• Le signal vocal (Fmax ≤ 4000) est é chantillonné
toutes les 125 µs, soit 8000 fois par seconde, et
codé sur 8 bits.
• Le dé bit est alors de 64 Kbps (Numé ris).
• PCM : version amé ricaine (codage sur 7 bits)
• C’est le cas du ré seau té lé phonique Numé ris
• Il s’agit de la « Numé risation » du signal au
moyen d’une conversion analogique-numé rique en
é mission et d’une conversion inverse en ré ception
• Deux opé rations sont né cessaires à l’é mission :
– É chantillonnage
– Quantification/codage
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MIC
Signal analogique / transfert numé rique
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Affaiblissement
Signal numé rique / transfert analogique
•
•
•
•
•
• Utilisation de modems
• Ceux-ci permettent d’adapter le signal au
moyen d’une conversion numé riqueanalogique par modulation en é mission et
d’une conversion inverse par dé modulation
en ré ception
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Perte de puissance du signal é mis
A = 10 log10(Psource/Pdestination)
Exprimé en dé cibel
Gain = inverse de l'affaiblissement
Utilisation d'amplificateurs ou ré pé teurs
pour contrer l'affaiblissement
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Distorsion
Signal numé rique / transfert numé rique
• Distorsion d'amplitude
• Utilisation de codeurs
• Ceux-ci permettent d’adapter le signal au
moyen d’un codage en bande de base.
–Augmentation ou diminution de l'amplitude
normale du signal
• Distorsion de phase
–Dé phasage intempestif du signal par rapport à
la porteuse
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Bruits
• Bruits blancs
–Agitation thermique dans les conducteurs
Dé formation des signaux
• Bruits impulsifs
–Signaux parasites
–Diaphonie entre voies
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Type de dé formations
• Affaiblissement
• Distorsion
• Bruits
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Caracté ristiques de transmission
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Formule de Shannon
Intervalle significatif
• Capacité maximale Cmax d'un support de largeur
de bande W
• Cmax = W log2(1+ S/N) où :
• Intervalle significatif (en secondes) T
–duré e pendant laquelle le signal ne varie pas
• Rapidité de modulation R (en bauds)
– S puissance du signal
– N puissance du bruit
–nombre d'intervalles significatifs par seconde
• Pour le té lé phone :
R = 1/T
Cmax= 31000 b/s si S/N = 1000 (30 db)
Cmax = 20000 b/s si S/N = 100 (20 db)
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Valence et dé bit
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Vitesse de propagation
• Valence V
• Fonction de :
–nombre de niveaux significatifs d'un signal
(modulé )
–La nature du support
–La distance
–La fré quence du signal
• Vitesse de transmission ou dé bit binaire D
–Nombre de bits transmis en une seconde
• Transmission radioé lectrique par satellite
–300 000 km/s
D = R*log2(V)
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Bande passante
• Temps de propagation Tp
–Temps né cessaire à un signal pour parcourir un
support d'un point à un autre
• Temps de transmission Tt
–Dé lai qui s'é coule entre le dé but et la fin de la
transmission d'un message sur une ligne
–té lé phone : de 300 à 3400 hz
–amplificateur
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Calcul de temps
• Largeur de bande (bandwith)
• C'est l'intervalle de fré quences pour lequel
les signaux subissent un affaiblissement
infé rieur ou é gal à 3db.
• Exemples
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Couche physique
• Temps d'acheminement
–Ta = Tp + Tt
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Critère de Nyquist
• Rapidité de modulation maximale Rmax sur
un support dont la largeur de bande est W.
Multiplexage
Rmax = 2*W
• Pour le té lé phone :
Rmax= 2*3100 = 6200 bauds
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Principe
Exemple 2/2
• Le RTC possède une structure hié rarchique
donné e par le tableau suivant :
• Partager le mê me canal de communication.
liaisons
basse capacité
liaisons
basse capacité
liaison
haute capacité
Groupe
primaire
multiplexeur
multiplexeur
• Inté rê t : point de vue é conomique.
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Nombre de voies Bande passante
12
60-108 khz
secondaire
60 (12*5)
312-552 khz
tertiaire
300 (60*5)
812-2044 khz
quaternaire
900 (300*3)
8616-12338 khz
Couche physique
Types de multiplexage
Multiplexage temporel
• Le partage de la ligne à haut dé bit peut ê tre
effectué par une technique de :
• La bande passante de la ligne à haut dé bit
est affecté e pé riodiquement à chaque ligne à
bas dé bit pendant des intervalles de temps
(IT) constants.
• Ce type de multiplexage est utilisé :
–Multiplexage fré quentiel
(FDM : Frequency Division Multiplexing)
–Multiplexage temporel
(TDM : Time Division Multiplexing)
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–pour la transmission de signaux numé riques,
–En considé rant la possibilité de transmettre 1
bit ou 1 caractère par IT.
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Couche physique
Multiplexage fré quentiel
Signalisation
• La bande passante de la ligne à haut dé bit est
divisé e en sous-bandes à l’aide de techniques de
modulation et de filtrage.
• Pour limiter les interfé rences, une bande de garde
est né cessaire entre chaque canal.
• Ce type de multiplexage est utilisé :
• Les informations de service sont appelé es
signalisation. Elles concernent la gestion de
la transmission.
• La signalisation concernant un canal peut
ê tre placé e :
– pour la transmission de signaux analogiques,
– par câble ou voie hertzienne,
– pour des applications telles que le té lé phone, la radio ou
la té lé vision.
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–avec les donné es (signalisation dans la bande),
–sur un canal sé paré (signalisation hors bande).
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Transmission entre deux
ordinateurs
Exemple 1/2
• Le groupe primaire du RTC correspond à un
multiplexage de 12 voies.
3100 Hz
900 Hz
60 KHz
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108 KHz
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Exemple 1/2
• Un codage MIC permet d’effectuer la
transmission d’un signal analogique (par
exemple, la voix) sur liaison numé rique.
• Un multiplexage MIC de base est constitué
en Europe (technique E1) de :
–30 voies basse vitesse,
–1 voie de synchronisation,
–1 voie de signalisation.
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Exemple 2/2
• La structure de la trame MIC est dé finie
comme suit :
verrouillage de trame
= synchronisation
signalisation
8 bits
IT 0
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voie 1
IT 1
…
voie 15
IT 15
voie 16
IT 16
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IT 17
…
voie 30
IT 31
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