transmission du signal - Académie d`Aix

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S.T.S Informatique et Réseaux pour l’Industrie et les Services techniques
Physique appliquée : Réflexions pédagogiques.
Thème VI
version du 27/02/03
Thème VI. TRANSMISSION DU SIGNAL.
VI.1. Propagation d’un signal.
Propriétés d’une onde électromagnétique (longueur d’onde, fréquence, affaiblissement, dispersion…)
Vitesse de transmission d’un système numérique.
VI.2. Transmission d’un signal par câble.
Ligne fermée sur son impédance caractéristique.
VI.3. Transmission d’un signal par fibre optique.
Propriétés et utilisation des fibres optiques.
VI.4. Modulation et démodulation du signal à transmettre.
Notion de modulation et démodulation d'un signal modulé : cas d’un signal numérique.
VI.1. Propagation d’un signal.
VI.2. Transmission d’un signal par câble.
VI.3. Transmission d’un signal par fibre optique.
Eléments d’analyse du programme :
Il s'agit d'être aussi proche que possible des réalités industrielles du moment et de permettre de bien saisir l'importance
du choix du standard de transmission et du câble utilisé : en effet, de nombreux dysfonctionnements constatés dans les systèmes
ont pour cause le non-respect des caractéristiques des câbles utilisés, l'inadéquation des résistances de terminaison et de
protection, la non-prise en compte de la tension de mode commun.
La transmission d’un signal numérique est caractérisée par une vitesse appelée encore débit qui s’exprime
différemment selon le mode de transmission :
- le débit est exprimé en bauds dans le cas d’une transmission par une porteuse modulée (cela correspond à
une vitesse de modulation)
- le débit est exprimé en bits/s dans le cas d’une transmission en bande de base (transmission directe du signal
information).
Dans le cas d’une transmission en bande de base, les systèmes de communication et les réseaux locaux utilisent des
signaux dont on donne ci-dessous trois exemples de types de codage.
 Le codage NRZ (No Return to Zéro) qui associe respectivement les tensions - 5 V et + 5 V aux éléments
binaires 0 et 1.
 Le codage NRZI (No Return to Zéro Inverted) qui associe les tensions - 5 V et + 5 V aux éléments
binaires 0 et 1 d’après la règle suivante :
 Si le bit est à 1, alors la tension présente est égale à la valeur de la tension correspondant au bit
précédent.
 Si le bit est à 0, alors la tension présente est égale à la valeur opposée de la tension
correspondant au bit précédent.
 Le codage Manchester 1 qui associe les fronts de transition entre les tensions - 5 V et + 5 V aux éléments
binaires 0 et 1 d’après la règle suivante :
 Si le bit est à 1, alors le front est montant : transition de - 5 V à + 5 V.
 Si le bit est à 0, alors le front est descendant : transition de + 5 V à - 5 V.
Document issu d’un travail collectif dirigé par Joëlle JACQ IA-IPR Académie d’Aix-Marseille
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Physique appliquée : Réflexions pédagogiques.
Thème VI
version du 27/02/03
Propositions didactiques :
Aucun prérequis issu des classes de baccalauréat n’est nécessaire pour le thème VI.1 ce qui ne signifie pas qu’on doive
le placer en premier dans l’ordre chronologique du traitement du programme.
Le professeur présentera un panorama des fréquences des ondes électromagnétiques utiles dans les domaines
rencontrés par le technicien de cette spécialité de B.T.S (visible, infra-rouge, ondes hertziennes …) et il décrira l’organisation
d'une chaîne de transmission au moyen d’un schéma fonctionnel limité à ses organes principaux (voir synoptique). La notion de
propagation pourra être illustrée par l’exemple d’une transmission relayée par satellite.
Il serait intéressant de montrer la différence entre une ligne bifilaire et une ligne coaxiale en donnant des exemples
d’application. Le professeur présentera, au moment où il en a besoin, les composants utiles à partir de leurs caractéristiques : il
pourra donner le modèle électrique d’entrée et de sortie d’un câble chargé par son impédance caractéristique afin de l’exploiter.
L’étude des fibres optiques sera centrée sur la comparaison entre les possibilités des transmissions optiques et celles
des transmissions électriques. Les fibres optiques actuelles sont, soit mono-modes (par exemple pour les câbles
transatlantiques), soit multimodes (par exemple pour la domotique et le transport). Elles sont à gradient d’indice ou à saut
d’indice, mais, pour des raisons de simplicité, le principe physique de fonctionnement d’une fibre optique sera décrit en se
limitant au cas de la fibre à saut d’indice.
Propositions d’activités au laboratoire pour les étudiants sur l’ensemble des thèmes VI.2 et VI.3 (3 séances de 2h) :
T.P n°VI.2.a : liaison par câble électrique
Les étudiants mettront en œuvre une liaison par câble électrique : pour mesurer la vitesse de propagation et le retard
apporté, pour mettre en évidence des phénomènes de réflexion à l'extrémité d’une ligne quand il n’y a pas d’adaptation
d’impédance, et mettre qualitativement en évidence l’affaiblissement et la dispersion apportés par cette ligne.
T.P n°VI.3.a : liaison par fibre optique.
Les étudiants mettront en œuvre une liaison par fibre optique, pour mettre en évidence en particulier les limites
imposées par la bande passante du récepteur. Ce TP peut aussi être l’occasion de la mise en œuvre d’un comparateur pour le
conditionnement du signal.
T.P n°VI.3.b : transmission numérique.
Les étudiants mettront en œuvre une transmission numérique (exemple liaison RS232) dans le but d’en dégager les
propriétés fondamentales.
VI.4. Modulation et démodulation du signal à transmettre.
Propositions didactiques :
Les prérequis utiles pour le thème VI.4 sont des savoir-faire théoriques et expérimentaux acquis dans la partie
électronique de signal du programme de cette S.T.S.
Le professeur profitera d’une expérience de cours portant sur la modulation d’amplitude (et non la modulation de
fréquence) pour installer le vocabulaire et le formalisme relatifs aux opérations de modulation et de démodulation : signal HF
modulé, signal BF modulant, porteuse HF, signal BF obtenu par démodulation. Il n’y a pas lieu de justifier la composition
spectrale du signal modulé par l’exploitation de formules trigonométriques : il est en revanche primordial de montrer aux
étudiants la réalité de l’encombrement spectral du signal modulé.
Le professeur présentera ensuite un rapide panorama des différents types de modulation d’un signal analogique
(amplitude, phase, fréquence) et d’un signal numérique. Il insistera sur l’intérêt de la modulation, puis sur celui de la
démodulation d'un signal modulé.
Document issu d’un travail collectif dirigé par Joëlle JACQ IA-IPR Académie d’Aix-Marseille
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Physique appliquée : Réflexions pédagogiques.
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Thème VI
Propositions d’activités au laboratoire pour les étudiants (2 séances de 2h) :
T.P n°VI.4.a : modulation et démodulation, étude utilisant une maquette.
Les étudiants mettront en œuvre une maquette dédiée permettant de réaliser les opérations de modulation et de
démodulation (FSK, de préférence, pour des raisons de simplicité) ; ils observeront le spectre d'une onde modulée en
fréquence.
Même si pour des raisons de simplicité, la modulation FSK sert de support à cette étude, on ne manquera pas de citer
et de montrer d’autres types de modulateurs-démodulateurs, parmi les plus couramment utilisés actuellement.
T.P n°VI.4.b : modulation et démodulation, étude utilisant un logiciel de simulation.
Les étudiants créeront un signal modulé en amplitude ou en fréquence au moyen d’un logiciel pour étudier ses
propriétés.
Signal porteur
ou porteuse
(Haute fréquence)
Signal informatif :
signal modulant
(Basse fréquence)
Emetteur
Signal
modulé
MODULATEUR
Milieu de
transmission
Signal
modulé
Récepteur
DEMODULATEUR
Signal démodulé :
signal image du
signal informatif
(Basse fréquence)
Porteuse
reconstituée
localement si
nécessaire
(Haute fréquence)
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