2-Technique de Transmission

8/8/2019 2-Technique de Transmission

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s Techniques de transmissions

____B. Cousin et C. Viho - IFSIC -Universit Rennes I 36

Chapitre 2 : Techniques de transmission /site/w3e/WWW/www-new/htdocs/armor/lesmembres/cousin/Enseignement/Reseaux-generalites/Cours/2.fm - 1 juin 2001 18:29

Plan- 1. Introduction p37- 2. Phnomnes caractrisant les supports de communication p38- 3. lments intervenant dans la transmission p43- 4. Modulation p45- 5. Le Codage p51- 6. Conclusion p68

Bibliographie- A.Tanenbaum, Rseaux, InterEditions, 1997.- H. Nussbaumer, Tlinformatique - tome 1, Presses polytechniques romandes, 1987.- C. Macchi, J-F.Guibert, Tlinformatique, Dunod, 1983.- S. Pierre, M. Couture, Tlcommunications et transmission de donnes, Eyrolles, 1993.

- A. Glavieux, M. Joindot, Communications numriques, Masson, 1996.


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1. Introduction

Les supports de communication ne sont pas parfaits.- les principaux phnomnes : affaiblissement, dphasage, bruits.

Les dfauts du support limitent la transmission (dbitet tendue)

==>Adapter les techniques de transmission aux caractristiques du support !Deux grandes techniques de transmission :

- transposition en frquence (modulation en frquence, amplitude ou phase)- en bande de base : codes de transmission de donnes

Machine A Machine B

Support de transmission utilis

Suite binaire Suite binaire

Signal sous une forme adapte au support

parasitesmise reue


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2. Phnomnes caractrisant les supports de communication

2.1. AffaiblissementTransformation de lamplitude du signal : V e2ift -> |K(f)|.V e2ift

- analyse temporelle et frquentielle dun signal transmis (spectre frquentiel) :

Laffaiblissement crot plus vite que la distance- amplicateur de signal dans la liaison (de gain 1/|K(f)|)

Laffaiblissement varie en fonction de la frquence :- ex : proportionnel f sur les paires mtalliques- utilisation du support dans la plage de frquence o laffaiblissement est constant :

. la largeur de la bande passante du support (f = f2-f1) !

V(t)

t

signal mis

signal reu

A(f)

f

f

gabarit

A(f) = -10 log10|K(f)|[dB]

3

6bon

mauvais

f1 f2


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2.2. Le dphasage

Dformation de la phase du signal : V e2i

ft

-> V e2i

ft-i

(f)

Le dphasage varie en fonction de la frquence !- temps de propagation de groupe(f) = 1/2 . d (f)/ d f - dtection difcile des instants signicatifs (lhorloge) : t1- t1 !=t2- t2- utilisation dune plage de frquence o le dphasage est constant

V(t)

t

signal mis

signal reu

(f)

f f t1 t1 t2 t2

signal reconstituV

V/2

[s]

bon

mauvais


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2.3. Les phnomnes perturbateurs

Bruit blanc : agitation thermique,- de faible puissance,- sur une large plage de frquences.

Bruit impulsif : organes lectromcaniques, microcoupures- forte puissance,- dure faible,- peu prsent dans les rseaux numriques.

Diaphonie : couplage parasite entre lignes voisines - influence lectromagntique- placement des cbles, blindage, bre optique !

Echo : rflexion du signal due une dsadaptation dimpdance- suppresseur dcho.- ex : cblage tlphonique 4 ls/2 ls


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2.4. Modlisation du support de transmission

La bande passantedun support de communication correspond la plage de frquences o il pr-sente les meilleurs caractristiques de transmission.

- o le gain est non nul ! (gain = 1/affaiblissement)

- malheureusement en gnral le gain nest jamais tout--fait nul !La bande passante n dcibels (dB) est la plage de frquences dans laquelle le rapport S/B (appel

le rapport signal sur bruit) vrifie :- S/B = 10 log10(Ps/Pb)


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3. lments intervenant dans la transmission

3.1. Les principaux lmentsLETCD (quipement terminal de communication de donnes)

- quipement spcique charg dadapter les donnes transmettre au support de communication

LETTD (quipement terminal de traitement de donnes)- lordinateur !

Le support de transmission

support de

transmission

ETCDd(t) s(t)metteur

machine A

ETTDmetteur

ETCD d(t)s(t)rcepteur

machine B

ETTDrcepteur

voie (ou circuit) de donnesmodemmodem

j o n c t i o n

j o n c t i o n


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3.2. Fonctions de lETCD

Deux transformations fondamentales sont dfinies :- lecodage: bits>symboles- lamodulation: symboles>signal

. les symboles peuvent tre une fonction continue ou une suite de valeurs

. la transformation applique peut tre trs simple (pour le codage en BdB)A lmission

A la rception

codeur modulateur{d k }k s(t)

ETCD metteur

{a j } j=a(t)suite binaireenvoye signalmissignal modul

dmodulateur dcodeur {d k }k s(t) = f(s(t) ) + b(t) a(t) = {a j} j

ETCD rcepteur

signalreu signal dmodul suite binairereue


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4. Modulation

Le modulateurtransforme un signal initial quelconquea(t) en un signals(t) adapt au support decommunication employ.

Le signals(t) est obtenu en faisant varier les paramtres dune onde gnralement sinusodale- s(t) = A cos(2 f t - ).

. le signal sinusodal est centr autour dune frquence f o appele onde de rfrence ouporteuse

Trois types lmentaires de modulation partransposition en frquence:. modulation damplitude(lorsque les variations portent sur A)

. modulation de frquence(lorsque les variations portent sur f )

. modulation de phase(lorsque les variations portent sur)

La transposition en frquence autorise le multiplexage temporel :

f f 0

spectres initiaux spectres transposs en frquence

f 1 f 2


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Lorsque la fonction de modulation existe la transmission est diteanalogique. En fait de ce cas, ona une transformation dune fonction continue en une autre fonction continue.

La transmission est dite enbande de baselorsque le signal ne subit pas (peu) de transposition enfrquence. Dans ce cas, le signal prsente souvent un aspect rectangulaire car la fonction de modultion simple utilise est rectangulaire.

On peut transformer une fonction discrte {dk} en fonction continue d(t) laide de la relation sui-vante :

0 tant linstant initial, la rapidit de modulation tant 1/T et RT(t) tant la fonction rectangulairesur lintervalle [0,T] dfinit ainsi :

Par abus de langage, on parle detransmission numriquelorsque une fonction discrte (suite bi-naire) est transforme en fonction continue lors de lmission et rciproquement lors de la rceptio

d t( ) dk RT t kT 0( )k =

k =

=

R t( ) 1 t 0 T,[ ],

0 t 0 T,[ ],=


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4.1. Modulation damplitude

Signal :s(t) = A(t) cos(2 f o t - o)- avec A(t) = K + a(t) et a(t) {-a,+a} ... ou a(t) [-a,+a] !

Technique lectroniquement simple mais sensible au bruit.

-a +a -a

t

s(t)

K+a

K-a1/f 0

o

f B f 0 f 0+Bf 0-B

spectre du signal initialspectre du signal modul

f B f 0 f 0+Bf 0-B

spectre du signal initialspectre du signal modul

BLU : Bande latrale uniqueModulation en double bande


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4.2. Modulation de frquence

Signal :s(t) = A 0 cos(2 f (t) t - o)- avec f(t) = f 0 + a(t) et a(t) {-w,+w}... ou a(t) [-w,+w] !

Difficult maintenir la phase.

Utilise par la technique de multiplexage frquentiel.

+w-w

t

s(t)

-A0

1/f0-w 1/f0+w

+w


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4.3. Modulation de phase

Signal :s(t) = A 0 cos(2 f o t - (t))- avec (t) = 0 + a(t) et a(t) {k/n} pour n symboles ... ou a(t) [- ,+ ] !

4.4. Modulation complexe

Modulation en quadrature (MAQ)- modulation en phase et en amplitude- par exemple :

codage MAQ A0 A10 00 01

1 10 11

0

t

s(t)

-A01/f0

/2 /2


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5. Le Codage

Le codeurtransforme une suite{d k }k 0 initiale gnralement binaire (de bits) en une suite code{ak }k 0 (de symboles) gnralement binaire ou ternaire.

Le dcodeur fait lopration inverse.

Le but du codage est dadapter la suite de bits transmettre aux caractristiques de la transmissio

Sil ny a pas de modulation par transposition en frquence, le codage est diten bande de base:- la plage de frquences utilise par le signal issu de la suite code est la mme que celle de l

suite initiale.

- dans ce cas, le modulateur module partir dune fonction rectangulaire.. {ak }k 0 -> a(t)


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Exemples :

0

+a

a2(t)

t

t01

3

-1

-3

a1(t)

Signal en bande de base

n i v e a u x

priode significative

(devalenceN = 4)

2Codage plusieurs niveaux

{dk} = (1---1---0---1--- 0---0---0---1---1---0---1--- 1--- 1---0--- 0---1)

1Codage binaire(devalenceN = 2)

suite binaire initiale


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5.1. Dbit binaire et rapidit de modulation

Ledbit binaireD dune voie de donnes est le nombre maximum de bits di transmis par secondesur cette voie.

La rapidit de modulationR (exprime en bauds) mesure le nombre maximum de symboles (l-ments de modulation) transmis par seconde

Remarque: Gnralement, 1/ est un multiple de 1/T et le nombre de niveaux N est choisi de tellesorte que a(t) et d(t) aient le mme dbit dinformation. On a alors :

D =1T

bits/s

R = 1

bauds

D =1T =

log2(N) = R.log2(N) bits/s

T h i d i i


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5.2. Les principales qualits dun code- largeur de sa plage de frquences

. la plus troite possible- rpartition frquentielle de la puissance

. peu de puissance aux faibles frquences, aucune la frquence nulle- codage de lhorloge

. frquence sufsante des transitions

. synchronisation de lhorloge du rcepteur sur le signal reu- rsistance au bruit

. espacement des niveaux- complexit du codage

. cot et vitesse de codage- dpendance la polarit

. facilit dinstallation- quilibrage

. mesure approximative de linuence du codage sur des symboles successifs

. Running Digital Sequence : RDS({ak}) =k ak .

. RDS({ak}) = max(abs{RDS({a j}) tel que {a j} sous-suite valide de {ak}}).

T h i d t i i


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5.3. Les codes usuels utiliss en bande de base

Les codes deux niveaux:- codeNRZ(Non Return to Zero)- codeNRZI (Non Return to Zero Invert)- codebiphase

- codebiphase diffrentiel- codede Miller

Les codes trois niveaux:- codeRZ(Return to Zero)- codebipolaire(simple)- codebipolaire entrelac dordre 2- codesbipolaires haute densit dordre n(BHDn)

Les codes par blocs:- codenB/mB- codenB/mT

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5.4. CodeNRZ(Non Return to Zero)

Exemple :

Code simple, utilis couramment entre lordinateur et ses priphriques.

RDS(NRZ) =spectre :

01

dk

0=( ) ak

a[ ]=( )dk 1=( ) ak a[ ]=( )

0

+a

t

a(t){d

k} = (1---1---0---1--- 0---0---0---1---1---0---1--- 1--- 1---0--- 0---1)

Codage NRZ


-aRDS({ak, k


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5.6. CodeNRZI(Non Return to Zero Invert)

Exemple :

Code binaire, indpendant de la polarit, adapt la transmission photonique.

RDS(NRZI) =

01

ou

ou !dk 0=( ) ak k k[ , ]=( ) k k( ) k k 1=( )( ) dk 1=( ) ak k k[ , ]=( ) k k=( ) k k 1=( )( )

k a a{ , } 0 a=( ),( )

0

+a

t

a(t){dk} = (1---1---0---1--- 0---0---0---1---1---0---1--- 1--- 1---0--- 0---1)

Codage NRZI


-a


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5.8. Codebiphase

Autres dnominations : Manchester, biphase_L(evel), -> codage 1B/2B.

Exemple :

Code binaire, quilibr, conservation de lhorloge, mais spectre trs large (le double).

RDS(biphase) = 0 !

Spectre :

Codage utilis par Ethernet.

0

1d

k0=( ) a

ka a[ , ]=( )

dk 1=( ) ak a a[ , ]=( )

0

+a

t

a(t){dk} = (1---1---0---1--- 0---0---0---1---1---0---1--- 1--- 1---0--- 0---1)

Codage biphase


-a

X f ( ) T 2a( ) ft( ) ( )2 ft 2 ( )sin 4 =



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q


5.9. Codebiphase diffrentiel

Autres dnominations : Manchester diffrentiel, FSK : frequency shift keying, FM : frequencmodulation, biphase_M(ark) ou biphase_S(pace)

Exemple :

Identique au code Manchester + indpendance de la polaritProblme sil y a corruption dun des symboles : la suite est mal dcodeRDS(biphase_diff) = 0Codage utilis par Token Ring.

0

1

ou

ou !dk 0=( ) ak k k[ , ]=( ) k k( ) k k 1( )( ) dk 1=( ) ak k k[ , ]=( ) k k( ) k k 1=( )( )

k a a{ , } 0 a=( ) 0 a=( ), ,( )

0+a

t

a(t){dk} = (1---1---0---1--- 0---0---0---1---1---0---1--- 1--- 1---0--- 0---1)

Codage biphase


-a



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q


5.10. Codebipolairesimple notation : d1 j le jmebit de la sous-suite des bits 1

Autres dnominations : AMI Alternate Mark InversionExemple :

Code ternaire, quilibr, indpendant de la polarit, drive de lhorloge (suite de 0)spectre :RDS(bipolaire) = aUtilis par le systme de tlphonie numrique PCM sur le ligne de transmission T1.

0

1 alternativementdk 0=( ) ak 0=( )

dk 1=( ) dm1

ak a[ ]=( ) m 2n 1 n N( ),+=

ak a[ ]=( ) m 2n n N( ),=

0+a

t

a(t){dk} = (1---1---0---1--- 0---0---0---1---1---0---1--- 1--- 1---0--- 0---1)

Codage bipolaire


-a

X f ( ) T a ft( ) ( )2 ft( )sin 4 =


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5.12. Codebipolaire haute densit dordren (BHDn)

Mme codage que le code bipolaire + une transformation des sui-tes de plus den zros.- base sur la violation de lalternance :bit de viol(not V)

Une suite conscutive den+1 bits 0 est code par :(a) suite den zros suivis dun bit de viol : [000...00][000...0V](b) suite forme dunbit de bourrage(not B),n-1 zros, suivis dun bit de viol; les bits B et V ayant mme polarit : [000...00][B00...0V]

Pour assurer lquilibrage :On choisit la forme (a) si le nombre de bits 1 suivant le dernier bit de viol est impair, la forme (b) sinon.

Remarques :. le premier bit un (suivant un bit de viol) est cod avec la valeur inverse du bit de viol

qui le prcde. On considre que la suite est conventionnellement prcde dun bit de viol.. Dans une trs longue suite de zros tous les blocs successifs (sauf parfois le premier)

sont cods dans la forme (b).

RDS(BDH3) = 2a

0

1 alternativement!!


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6. Conclusion

Adaptation des techniques de transmission aux caractristiques du support de communication.

La modulation par transposition en frquence :- module des signaux analogiques ou numriques

De trs nombreux codes de transmission existent (NRZ, biphase, bipolaire, etc.), chacun possdacertaines des caractristiques voulues, mais pas toutes.

Ne pas confondre avec les codes de transmission (appels channel coding) avec les codes applcatifs (appels source coding) :

dembrouillage de protection contre les erreurs (dtection et auto-correction) de compression (LZW, RLE, GZ, etc.) de reprsentation (ASCII, DCB, complment 2, etc) de chiffrement (MC5, PGP, etc.)

dauthentication de hachage (hash code) etc.Les techniques de transmission ne suffisent pas assurer que les communications se droulent san

aucune erreur. Cest pourquoi des techniques de protection contre les erreurs sont dveloppes.

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