Word 2007

Chapitre 16 : Transmission et stockage de
l’information
1. Chaine de transmission d’informations
Définition :
Une chaîne de transmission est l'ensemble des dispositifs permettant le transport d'une information. Elle comprend
trois éléments essentiels : une source, un canal de transmission et un destinataire.
La source et le destinataire émettent et reçoivent une information dont les caractéristiques ne permettent
généralement pas une transmission aisée à grande vitesse. Il est donc nécessaire de convertir l’information en une
grandeur physique adapté au canal de transmission, appelée signal.
A RETENIR :
L’entrée et la sortie d’un canal de transmission sont constitués de deux dispositifs appelés « émetteur » et
« récepteur » qui convertissent l’information à transmettre en un signal qui pourra être acheminé par le canal de
transmission et inversement.
2. Les différents canaux de transmission
Lorsqu’un signal émis par une source se propage vers un ou plusieurs destinataires via un canal de transmission, il
peut le faire de deux manières différentes : par propagation libre ou propagation guidée.
2.1. Propagation libre
On parle de propagation libre lorsque le signal peut se propager librement dans toutes les directions de l’espace qui
lui sont offert.
Exemples : propagation des signaux entre un téléphone portable et une antenne relais, propagation des ondes
radio…
Remarque : une information peut être transmise dans l’air en utilisant une onde électromagnétique de fréquence
élevée comme support. On parle alors d’ondes hertziennes qui utilisent deux techniques de transmission : la
modulation de fréquence (FM) ou la modulation d’amplitude (AM).
2.2. Propagation guidée
La propagation d’un signal est dite guidée lorsqu’il est contraint de se déplacer dans un espace limité.
 Transmission guidée dans un câble :
Lorsque l’information peut être transmise sous la forme d’un signal électrique, ce signal peut être guidé le long d’un
conducteur électrique (câble coaxial (ci-après), par exemple).
 Transmission guidée par fibre optique :
Lorsque l’information peut être transmise sous la forme d’un signal lumineux, ce signal peut être guidé le long d’une
fibre optique.
La fibre optique permet de transmettre des données sous forme
d’impulsions lumineuses avec un débit nettement supérieur à celui des
autres supports de transmissions filaires. La fibre optique est constituée
d’un cœur, d’une gaine optique et d’une enveloppe protectrice.
La fibre optique utilise le phénomène physique de la réflexion totale : la lumière est « piégée » dans le cœur et se
propage en se réfléchissant à l’intérieur.
Il existe 2 grands types de fibres optiques : les monomodes et les multimodes.
-
La fibre optique multimode a un cœur assez volumineux, ce qui lui permet de transporter plusieurs
informations (plusieurs modes) simultanément. Il existe deux sortes de fibre multimode : celle à saut
d’indice et celles à gradient d’indice. Les fibres multimodes sont souvent utilisées en réseaux locaux.
-
La fibre monomode a un cœur très fin et ne peut transporter qu’un seul signal, à une distance beaucoup
plus longue que celle de la fibre multimode. Elle est utilisée dans des réseaux à longue distance.
3. Transmission d’un signal
3.1. Atténuation d’un signal
La propagation de signaux peut s’accompagner de différentes perturbations, comme la distorsion du signal
(modification de la fréquence pendant la transmission), l’apparition de « bruits » (signaux aléatoires qui se
superposent au signal transmis) ou l’atténuation du signal.
Définitions :
- On appelle atténuation d’un signal électrique, l’affaiblissement de l’amplitude du signal au cours de la
transmission. Elle se note A et s’exprime en décibel (symbole : dB) :
P 
A  10  log  E 
 PS 
-
PE  puissance du signal en entrée du câble (en W)

PS  puissance du signal en sortie du câble (en W)
On appelle coefficient d’atténuation linéique d’un câble coaxial, l’atténuation par unité de longueur que subit un
signal électrique dans ce câble. Il se note  et s’exprime en décibel par mètre (symbole : dB.m–1) :

PE  puissance du signal en entrée (en W)
P  puissance du signal en sortie (en W)
 S

L  longueur du câble (en m)
  coefficient d'atténuation (en dB.m 1 )

P 
A 1
  10  log  E 
L L
 PS 
3.2. Débit binaire
Lors de la transmission d’un signal numérique, un paramètre important pour le caractériser est la quantité de
données qu’il véhicule par unité de temps. On définit alors le débit binaire, qui correspond au nombre de bits
transmis par seconde (c'est-à-dire le nombre de 0 ou de 1 transmis par unité de temps). Il s’exprime en bit par
seconde (symbole : bit/s ou bps), bit rate (ou bitrate) en anglais.
n
D
t
n  nombre de bits transmis

t  durée de la transmission (en s)
D  débit binaire (en bit/s)

Remarque : multiples et sous-multiples fréquemment utilisés
-
Le kilobit par seconde (kbit/s) : 103 bit/s ;
Le mégabit par seconde (Mbit/s) : 106 bit/s ;
Le gigabit par seconde (Gbit/s) : 109 bit/s ;
Le térabit par seconde (Tbit/s) : 1012 bit/s.
- 1 kibibit par seconde (kibit/s) : 1 024 bit/s = 210 bit/s = 128 o/s ;
- 1 mébibit par seconde (Mibit/s) = 1 048 576 bit/s
= 220 bit/s
= 131 072 o/s = 128 kio/s
= 1024 kibit/s
Comme un octet correspond à 8 bits, on exprime aussi un débit en octet par seconde, ou avec ses multiples :
-
Multiple en puissance de 10 :




-
1 ko = 103 octets = 1 000 octets
1 Mo = 106 octets = 1 000 000 octets
1 Go = 109 octets = 1 000 000 000 octets
1 To = 1012 octets
le kilooctet par seconde (ko/s) ;
le mégaoctet par seconde (Mo/s) ;
le gigaoctet par seconde (Go/s) ;
etc.
Multiples en puissances de 2 (multiples normalisés) :




1 kio = 210 octets = 1 024 octets
1 Mio = 220 octets = 1 048 576 octets
1 Gio = 230 octets = 1 073 741 824 octets
1 Tio = 240 octets
le kibioctet par seconde (kio/s) ;
le mébioctet par seconde (Mio/s)
le gibioctet par seconde (Gio/s) ;
etc.
Exemples :
Canal de transmission
Câble coaxial
Fibre optique
Débit
10 Mbit/s, 100 Mbit/s et 1 Gbit/s
100 Gbit/s, bientôt 1 Tbit/s
Pour aller plus loin :
-
Wikipedia.org (Débit binaire) ;
Wikipedia.org (Multiples et multiples normalisés de l'octet).
4. Stockage optique
4.1. Constitution d’un disque optique
Le CD (Compact Disc) est un disque optique permettant de stocker des informations numériques. Les données sont
inscrites sur une piste en spirale, partant du centre vers l'extérieur du disque :
Le disque est composé de quatre couches :
une couche en polymère servant de support aux informations imprimées
une couche de laque acrylique anti-UV créant un film protecteur pour les données
une fine pellicule métallique (alu, or ou argent) constituant la couche réfléchissante
un substrat en matière plastique (polycarbonate) pourvu de bosses obtenues par pressage
Rappel :
La piste d’un CD est une succession de creux (pits) et de plats (lands). Chaque creux a une profondeur de 0,12 µm et
une largeur de 0,6 µm. La taille d'un bit sur le CD est normalisée, sa taille est de 0,278 µm.
Les deux états possibles (1 ou 0) sont :
-
Le 1 qui correspond à une transition entre un creux et un plat ;
Le 0 qui correspond à une zone sans discontinuité : un creux ou un plat.
4.2. Lecture des données d’un disque optique
Le laser utilisé pour la lecture des données sur
CD a une longueur d'onde standard de 780 nm,
c'est à dire dans l'infrarouge proche.
Le faisceau émis par le laser va être réfléchi par
une lame semi-réfléchissante en direction du CD.
Une lentille permet de focaliser le faisceau afin
de lire avec précision les données. Le signal est
ensuite réfléchi par le CD, traverse la lame et
arrive sur le récepteur (photodiode) qui mesure
la quantité de lumière reçue.
La profondeur d'un creux a été choisie pour Lorsque le laser va se réfléchir sur un plat ou dans un
correspondre à un quart de la longueur d'onde du creux, les signaux seront « en phase », les interférences
rayonnement laser.
seront constructives et le signal reçu par la photodiode
sera maximal.
Comme le faisceau laser fait un aller/retour, le décalage
entre un creux et un plat correspondra donc à une On comprend pourquoi les valeurs binaires (0 et 1)
différence de marche d’une demi-longueur d'onde.
correspondent respectivement à une continuité entre
Cela va représenter un déphasage du signal d'une demi- deux plats ou deux creux (0) et à un front entre un plat et
un creux (1).
période.
L'interférence entre le signal venant d'un creux et celui
venant d'un plat va être destructive, la photodiode
recevra donc un signal très faible.
4.3. Capacité de stockage sur disque optique
La quantité de données numériques qu’on peut inscrire sur un disque dépend principalement de la taille du spot.
À cause des phénomènes de diffraction, ce spot n’est jamais un point mais est caractérisé par son diamètre d.
On définit l'ouverture numérique (Numerical Aperture) par :
NA  sin  α  
D
2
 D 2
2
f2
On définit alors le diamètre du spot par :
d  1, 22
λ
NA
D = diamètre du faisceau laser incident
d = diamètre du spot sur le disque
f = distance focale de la lentille convergente
 = angle du cône lumineux émergent de la lentille
4.4. Du CD au Blu-ray
Si l'on souhaite augmenter la densité de données sur un disque, il faut tenir compte du phénomène de diffraction.
Car le spot n’est pas ponctuel mais a la forme d'un disque de diamètre d (cf. § 4.3).
Ainsi, pour augmenter la densité des informations sur le disque, il faut diminuer la taille du spot :
-
en diminuant la longueur d’onde du laser ;
en augmentant l’ouverture numérique de la lentille, c’est-à-dire en diminuant sa distance focale.
Comparaison des trois principaux supports de stockage optique