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Partie Agir : Défis du XXIème siècle
CHAP 21-COURS Transmission de l’information
Objectifs :
Sur quels principes repose la transmission d’informations ?
 Identifier les éléments d’une chaîne de transmission d’informations
 Exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission
1. PROCEDES PHYSIQUES DE TRANSMISSION
1.1 Transmission par ondes électromagnétiques
Les armées utilisaient des signaux visuels pour faire circuler les ordres de poste en poste.
En 1794, les frères Chappe mettaient au point un «télégraphe optique » fondé sur un réseau de stations.
Chacune comportait un mât et trois règles mobiles qui codaient, par leur disposition, les mots d'un lexique.
Cette transmission d'information par signaux visuels exploitait la propagation de la lumière, cas particulier
d'ondes électromagnétiques dont la célérité de propagation est très élevée, proche de c = 3,00.108 m.s-1.
Aujourd'hui, elles sont devenues le support quasi unique de transmission d'un signal, depuis un émetteur
jusqu'à un récepteur.
1.2. La propagation libre
La propagation libre d'une onde électromagnétique se fait sans support prévu à cet effet : elle peut
se faire dans l'atmosphère.
Selon les fréquences f utilisées, et les longueurs d'ondes associées λ, plusieurs bandes sont définies
- La propagation libre est exploitée en particulier par la radio et la télévision hertzienne, ainsi que par les
réseaux sans fils de téléphonie (gsm) ou informatique (wifi).
- La propagation libre permet à un émetteur d'envoyer à de nombreux récepteurs une information sans utiliser
de fil. Elle reste toutefois sensible aux perturbations.
- Un canal de transmission pour une transmission hertzienne est défini par une bande de fréquence
(en Hz) dont la largeur se nomme bande passante du canal.
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- Des systèmes émettant simultanément dans des bandes de fréquences identiques peuvent se gêner
mutuellement. Pour éviter tout brouillage, les canaux de transmission doivent donc être partagés.
- Ainsi, la propagation libre doit être encadrée par une autorité de régulation qui régit l'attribution et
l'utilisation de canaux : puissance émise, type de communication admissible, forme des signaux, etc
- Les possibilités d'utilisation des bandes de fréquences hertziennes arrivant à saturation, la France est passée
en 2011 à la télévision numérique terrestre (TNT) qui utilise des bandes de fréquences plus étroites.
1.3 Propagation guidée
La propagation guidée utilise un guide d'onde, appelé canal de transmission, dans lequel l'onde se
propage.
Ex : Un câble électrique ou une fibre optique sont des guides d'onde.
- La bande passante du guide d'onde est l'intervalle de fréquences pour lesquelles la qualité du
signal transmis par ce guide est considérée comme satisfaisante.
- La largeur de la bande passante s'exprime en hertz.
Ex :
La bande passante du câble de téléphonie est [300 Hz ; 3400 Hz] : sa largeur est donc 3 400 - 300 = 3100 Hz.
a) Transmission par câble à paire torsadée
Le câble à paire torsadée est constitué de deux fils de cuivre dans un isolant, entrelacés en torsade
(doc. 10). Ce câble est employé en informatique, en particulier pour le transfert à haut débit, mais
aussi pour les lignes téléphoniques.
Ex :
Le câble de connexion « RJ45 », qui sert souvent pour relier un
ordinateur à une « box » ADSL, est un câble à paire torsadée.
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b) Transmission par câble coaxial
Un câble coaxial est constitué d'un conducteur central, appelé « âme » et d'une tresse métallique,
appelée « masse », séparés par un isolant plastique, la « gaine » (doc. 11).
Grâce à la géométrie particulière de ce câble, les ondes électromagnétiques hertziennes s'y
propagent entre l'âme et la masse, sans créer de perturbation à l'extérieur du câble.
La bande passante d'un câble coaxial correspond aux fréquences comprises entre 1,8 MHz et
quelques GHz.
Ex : es câbles coaxiaux relient en particulier les télévisions aux antennes installées sur le toit des habitations.
c) Transmission par fibre optique
- Les informations sont transmises dans les fibres optiques sous forme d'ondes électromagnétiques
(radiations) visibles ou proches du visible.
- Les radiations se propagent sur de très longues distances avec très peu d'atténuation.
- Elles sont insensibles aux perturbations électromagnétiques.
- Une fibre optique se compose de trois parties : la protection en plastique, la gaine et le cœur.
- L'indice de réfraction du cœur est supérieur à celui de la gaine.
On distingue plusieurs types de fibres :
c.1. Les fibres multimodales (doc. 3a et 3b)
A saut d’indice
A gradient d’indice
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- Les radiations subissent des réflexions successives dans la fibre.
- Le trajet de la radiation est donc supérieur â la longueur de la fibre.
- Des radiations émises simultanément peuvent avoir des trajets (modes) différents et donc des
durées de parcours différentes.
- Le signal en sortie est dégradé par rapport au signal d'entrée, car il s'étale dans le temps.
- Les fibres multimodales à saut d'indice ne sont plus utilisées aujourd'hui.
- Les fibres multimodales à gradient d'indice sont utilisées sur de courtes distances.
c.2. Les fibres monomodales (doc. 3c)
- Le signal subit peu de réflexions successives.
- L'étalement dans le temps du signal de sortie par rapport au signal d'entrée est plus faible que
dans le cas d'une fibre multimodale.
- Les fibres monomodales, difficiles à mettre en œuvre, sont utilisées sur des longues distances
(réseaux sous-marins).
2. CARACTERISTIQUES D'UNE TRANSMISSION
2.1 Signal et bruit
- Toute transmission implique la superposition au signal transmis de perturbations non désirées, appelées «
bruit » ou parasites.
- Le bruit gêne la bonne réception du signal.
- Il dépend des caractéristiques du canal de transmission.
- En un endroit de la chaîne de transmission, le rapport signal sur bruit rsignal/bruit en décibel (dB) est le quotient
de la puissance du signal Psignal sur celle du bruit Pbruit :
𝑷
rsignal/bruit = 10.log( 𝑷𝑺𝒊𝒈𝒏𝒂𝒍)
𝒃𝒓𝒖𝒊𝒕
rsignal/bruit : en décibel (dB)
Psignal et Pbruit en Watt (W)
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2.2 Atténuation
- La puissance du signal reçu Ps(reçu) est plus faible que celle du signal émis Ps(émis) :
il y a affaiblissement du signal et on dit que la transmission se fait avec une certaine atténuation.
- En particulier, la puissance d'un signal le long d'un canal de transmission homogène (un câble coaxial, une
fibre optique ou bien l'atmosphère pour les ondes hertziennes) décroît de façon exponentielle avec la distance
d séparant l'émetteur et le récepteur
L’atténuation en dB est défini par :
𝑷𝑺(𝒓𝒆ç𝒖)
AdB = -10.log(𝑷
𝒔(é𝒎𝒊𝒔)
) = αdB.d
AdB : L’atténuation en décibel (dB)
Ps(reçu) Ps(émis) : en Watt (W)
αdB : coefficient d’atténuation (dB. m-1)
d : distance entre l’émetteur et le récepteur
(m)
Ex :
Dans des fils téléphoniques pour l'ADSL, le coefficient d'atténuation en décibel αdB = 15 dB.km-1.
2.3. Débit binaire
- Les signaux numériques sont constitués d'une suite de bits, des nombres binaires
- Le débit binaire (ou bitrate) est la quantité d'information qui transite par unité de temps sur un canal de
transmission.
- Il s'exprime en bits par seconde (bps).
𝑵
D = 𝜟𝒕
D : Bitrate (bps)
N : nombre de bits
𝜟𝒕 : temps (s)
Ex :
Les ports USB autorisent un débit binaire de 12 Mbit.s-1 en ce qui concerne la technologie USB1 et 480 Mbit.s-1
pour l'USB2 et 4800 pour l'USB3
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3. CHAINES DE TRANSMISSION DE L'INFORMATION
Une chaîne de transmission est formée des nombreux éléments qui assurent la transmission d'un signal
physique.
3.1 Transducteurs
- Les transducteurs sont les parties d'une chaîne de transmission qui transforment une
grandeur physique en un signal électrique, et réciproquement.
- Ils opèrent donc une « traduction ».
Ex :
Un microphone transforme un signal sonore périodique en un signal électrique de même fréquence.
Inversement, un haut-parleur transforme le signal électrique en signal sonore.
3.2 Modulateurs et démodulateurs
- Un signal peut parfois être envoyé directement dans un canal de transmission.
Ex :
La bande passante du câble de téléphonie [300 Hz ; 3400 Hz] est assez bien adaptée à la transmission d'un
signal sonore (entre 20 Hz et 20 kHz).
- Mais, la plupart du temps, le canal utilisé nécessite la transmission d'ondes électromagnétiques de fréquences
très différentes de celle du signal initial.
- Il faut donc effectuer une transposition de fréquence, de façon à créer un nouveau signal
susceptible d'être transmis.
- Cette transposition se fait avant l'émetteur, grâce à un modulateur.
- Après réception, l'opération inverse est effectuée par un démodulateur.
Ex :
Pour être diffusé par la radio, le signal (doc. 16a) est :
- Transposé dans un canal de fréquence 30 kHz à 300 kHz par
modulation d'amplitude ou « AM » (doc. 16b),
- Transposé dans un canal de fréquence et de 87,5 MHz à 107,5 MHz
par modulation de fréquence ou « FM » (doc. 16c).
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3.3 Multiplexage
Pour que plusieurs signaux empruntent le même canal, il faut répartir l'accès des divers émetteurs à celui-ci.
C'est le principe du multiplexage.
Il peut s'agir en particulier :
- D'un multiplexage temporel lorsque des paquets
d'information transitent les uns après les autres sur le
canal utilisé (doc. 17a) ;
- d'un multiplexage fréquentiel lorsque les informations
transitent simultanément mais avec des fréquences
différentes sur le canal utilisé (doc. 17b).
Ex :
- Plusieurs chaînes de télévision sont diffusées sur le même canal de la télévision numérique terrestre (TNT).
- Le protocole «TCP-IP » utilisé par Internet est un autre exemple de multiplexage temporel.
- Sur une fibre optique, le multiplexage fréquentiel consiste à faire passer simultanément plusieurs rayons de
différentes longueurs d'onde.
3.4 Conversion analogique-numérique
Lorsque l'information est transmise sous forme de signal numérique :
- L'émetteur doit opérer une conversion analogique-numérique, grâce à un CAN (cf chap 21).
- Le récepteur devra faire une conversion numérique-analogique.