A) transmission de l`information
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Terminale S Enseignement spécifique Date : TRANSMETTRE ET STOCKER L’INFORMATION Propagation libre et propagation guidée. Transmission : - par câble ; - par fibre optique : notion de mode ;- transmission hertzienne. Débit binaire. Atténuations. Stockage optique Écriture et lecture des données sur un disque optique. Capacités de stockage A) transmission de l'information 1) La chaîne de transmission de l'information La chaine de transmission de l'information contient: - un encodeur qui code l'information à transmettre - un canal de transmission composé d'un émetteur qui envoie l'information codée et d'un récepteur qui reçoit l'information - un décodeur qui décode l'information. 2) Le canal de transmission La propagation du signal peut se faire de 2 manières: 2.1) Propagation guidée: les signaux utilisent une ligne de transmission entre l'émetteur et le récepteur. >>>Les câbles électriques sont utilisés pour transmettre des informations. Ce type de ligne est utilisé pour les courtes distances car l'amortissement du signal est important et les champs électromagnétiques déforment le signal transmis. ( exemple ADSL, signaux de télévision (cables coaxiales). Transmission guidée par câble Un câble est constitué d'au moins 2 fils électriques réunis dans une enveloppe. La grandeur physique transportée est une tension ou un courant électrique. Il existe 2 types de câble: - le câble torsadé utilisé pour les liaisons Ethernet, téléphoniques ... L'atténuation 'A' y est importante et le débit numérique D est faible. - le câble coaxial, utilisé pour relier une antenne satellite ou hertzienne à un téléviseur. 2.2) Propagation guidée par fibres optiques. Les informations sont transmises sous forme de radiations visibles ou proche du visible dans des tubes de verres souples. La fibre optique est composée de 3 parties: - la protection en plastique - la gaine - le cœur -1- La grandeur physique transportée est l’intensité lumineuse. Dans une fibre optique - le rayonnement visible est peu atténué à l'intérieur du cœur de la fibre optique - le rayonnement n'est pas altéré par le rayonnement électromagnétique. Les rayonnements se réfléchissent en se propageant à l'intérieur de la fibre optique. Très peu de rayons s'échappent de la fibre. 2.3) Propagation libre: Les OEM (ondes électromagnétiques hertziennes) peuvent se déplacer dans toutes les directions dans le vide ou dans l’air (cas des ondes émises puis reçues par une antenne). On les utilise, par exemple, dans la téléphonie mobile.Il s’agit d’une transmission libre hertzienne. Les ondes hertziennes sont des ondes électromagnétiques dont les longueurs d'onde sont comprises entre 10-3 m et 104 m. On les classes en 2 catégories, les micro-ondes et les ondes radio. 10 3 m λ 10 2 m 10 2 m λ 10 1 m microondes plage de longueur d'onde 10 1 m λ 10 0 m 102 m λ 103 m onde s radio 10 0 m λ 101 m 101 m λ 102 m communication par satellites radar télévision, téléphones portables Wifi radio FM radio ondes courtes radio ondes moyennes La transmission hertzienne est une transmission libre entre une antenne émettrice d'OEM et une antenne réceptrice. Les ondes hertziennes peuvent être reçues par des récepteurs mobiles -2- B) Caractéristiques pour évaluer la qualité de la transmission 1) Atténuation d'un signal Toute transmission de signal s'accompagne d'une perte de puissance. Il y a amortissement.du signal par perte d’énergie au cours de la transmission. L'atténuation A d'u signal se propageant dans un câble ou une fibre optique est égale à: A 10 . log Pe Ps ou bien ……………….. Pe: puissance fournie par l'émetteur en watt (W) Ps: puissance reçue par le récepteur en watt (W) A: atténuation en décibel (dB) Exercice : exprimer Ps en fonction des autres grandeurs physiques Le coefficient d'atténuation linéique est égale au rapport de l'atténuation A sur la longueur du fil: α α: A L coefficient d'atténuation linéique en décibel par mètre (dB.m-1) A: atténuation en décibel (dB) L: longueur du fil (m) En fonction de l'atténuation A d'u signal se propageant dans un câble ou une fibre optique est égale à: A .............. L Application Pour une fibre optique, = 2,00x10-4 dB.m-1; câble coaxial utilisé pour les antennes satellites α = 0,20 dB.m-1. Si l’atténuation est A = 10dB , calculer la longueur L correspondant à cette atténuation. …….. C) Le débit binaire D Le débit binaire caractérise la vitesse de transmission d'un signal. Plus le débit est important plus la transmission est rapide Le débit binaire est le nombre de bits N transférés par la durée t de la transmission, entre une source et son destinataire: -3- D N N Fe avec Fe fréquence d’échantillonnage. t Unités: D (bit.s-1), N(bit); t (s) Applications techniques : >>> Un cable TV Un câble coaxial a un coefficient d'atténuation de 0,17 dB.m-1 à 100 MHz; son débit est de 10 Mbit.s-1, sa portée est de 100 m. >>> Un lecteur de DVD ( Digital Versatile Disc) Un DVD renferme 4,4 Go de données , calculer le débit binaire sachant que la lecture du DVD dure 1h30. Calcul du nombre de bits N = …………………………………………4,4.109*8=3,5109 bits La durée est de 1h30= 5400 s donc le débit est D =………………= 3,5109 /5400 = 6,5.105 bits/s On télécharge un CD contenant 640 Mio de données avec une transmission de débit D = 4,0 Mio.s-1. Quelle est la durée mise pour télécharger le CD? D N N 640 x 2 20 t 1280 s t D 4,0 x 2 20 t 1,3x103 s 21 minutes -4- 1 Mio = 220 octets, 1 octet = 8 bits; D) Stockage des données sur un disque optique 1) Structure d'un disque optique Sur un disque optique (CD, DVD, BD) l'information numérique est stockée par une succession de creux et de plats disposés sur une piste La piste en spirale fait 5,7 km de long. La tète de lecture d'un disque optique est formée d'une diode laser et de surface réfléchissante. 2) Principe du codage d'un CD Lorsque le faisceau laser arrive sur un plat ( ou un creux) il se forme des interférences constructives entre les faisceaux réfléchis. Le système optique attribue une tension haute donc un bit égal à la valeur 1. Lorsque le faisceau tombe sur un creux une partie de la lumière est réfléchie par le creux et une autre partie est réfléchie par le plat. Le laser chevauche à la fois le creux et le plat. Le creux à une profondeur égale à λ / 4 . La lumière qu'il réfléchit parcourt, après l'aller retour, une distance ………………….de plus que la lumière réfléchit par le plat. L'interférence entre les 2 faisceaux réfléchis est destructive. Le système optique attribue la valeur O au bit. -5- Rappel : Conditions d’interférences Conclusion: le principe de lecture d'un disque optique est basé sur l'interférence constructive (bit = 1) ou destructive (bit = 0) des faisceaux laser réfléchis par la surface du disque 3) Capacité d'un disque de stockage a) Longueur de la piste, nombre de cuvettes et capacité de stockage Pour un disque blu-ray, la piste en spirale a une longueur d’environ L = 27 km et une cuvette espacée de la suivante d’ environ 0,14 µm. Combien de bits peut-on stocker sur un cd blu-ray. N= 27.103/0.14.10-6 = 1,9.1011 bits -6- Quelle est la capacité en octet et en Go Capacité en octets = N/8 =2,4.1010 octets =……………………..= 24 Go b) Débit binaire et durée de lecture du disque. Un disque blu ray stocke 46 Go , le débit du lecteur est D = 0,02Gbit.s-1 Quelle est la durée du DVD ? N = 46*109*8 = 3,7.1011 bits Dt = N/ D = 3,7.1011/ 0,02.109 = 1,8.104 s = 5,1h c) Augmentation de la capacité d’un disque Pour augmenter la capacité de stockage d'un CD, il suffit d'allonger la piste. Il faut resserrer l’écart entre les pistes en spirale donc diminuer la largeur des creux et des plats. Le faisceau laser doit être le plus fin possible pour ne pas intercepter deux lignes contigües de creux et de plats. Plus la longueur d'onde est faible plus le diamètre du rayon laser est faible. Pour un DVD Blue-ray (BD) de capacité de stockage 23 Go il sera nécessaire d'avoir un diamètre d de faisceau plus faible que pour un CD de capacité de stockage de 700 Mo. type de support capacité de stockage longueur d'onde utilisée CD DVD BD 700 Mo 4,7 Go 23 Go λ 780 nm λ 650 nm λ 405 nm Attention, réduire la taille du faisceau et sa longueur d’onde accentue le phénomène de diffraction -7- -8-
