Thème : Agir – transmettre et stocker de l’information Type de ressources : Documentaires Notions et contenus : Transmission : - Par câble - Par fibre optique : notion de mode ; - Transmission hertzienne Débit binaire Atténuations Compétence travaillée ou évaluée : Extraire et exploiter Nature de l’activité : Activité documentaire Résumé (en 5 lignes au plus) : Caractériser une transmission numérique par son débit binaire Caractériser une transmission par son débit binaire Evaluer l’affaiblissement d’un signal à l’aide du coefficient d’atténuation Mots clefs : transmission, atténuation, débit binaire Académie où a été produite la ressource : TOULOUSE Physique-Chimie Transmettre et stocker l’information Table des matières 1. 1. 2. 3. 2. 3. Documents de travail : Les différents types de transmission ........................................................... 3 Le câble: ...................................................................................................................................... 3 La fibre optique : .......................................................................................................................... 4 La transmission hertzienne :........................................................................................................ 6 Documents illustrant des notions du programmes : ......................................................................... 7 Exemples d’activités basées sur les documents : ............................................................................ 7 1. Avec des questions guidées : « Extraire et exploiter l’information » : ..................................... 7 2. Exemple de questions demandant de construire une démarche scientifique : ....................... 7 Procédés physiques de transmission Notions et contenus Compétences exigibles Procédés physiques de transmission Transmission : - par câble ; - par fibre optique : notion de mode ; - transmission hertzienne. Exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission. Caractériser une transmission numérique par son débit binaire. Débit binaire. Évaluer l’affaiblissement d’un signal à l’aide du coefficient d’atténuation. Atténuations. 1. Documents de travail : Les différents types de transmission 1. Le câble: a. Doc 1 : Calcul de l’atténuation : La méthode de calcul théorique "officielle" est celle de l’ARCEP. Pour l’ARCEP, l’affaiblissement d’une ligne au regard de son calibre et de sa longueur pour fréquence de signal de 300kHz est estimé en utilisant les règles suivantes : Calibre du câble Coefficient d’atténuation dB/km 4/10 5/10 6/10 8/10 -15 -12,4 - 10,3 -7,9 L’atténuation totale est égale à la somme des atténuations linéiques multipliées par les longueurs par calibre fournies dans la base de données, à laquelle il convient de rajouter un affaiblissement estimé à 1.5 dB pour les connexions (branchement, jarretiérage). Atténuation = (longueur à 4/10)*15 + (longueur à 5/10)*12,4 + (longueur à 6/10)*10,3 + (longueur à 8/10)*7,9 + 1,5 Cette méthode de calcul sert de référence officielle pour les calculs théoriques. b. Doc 2 : Atténuation et débit : 2. La fibre optique : a. Doc 3 : les différents types de fibres optiques : mode de transmission b. Doc 4 : Simulateur mettant en évidence les différents modes de propagation http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/optiqueGeo/dioptres/fibre_optique.html c. Doc 5: Calcul du coefficient d’atténuation de propagation : Soient P0 et PL les puissances à l’entrée et à la sortie d’une fibre de longueur L. L’atténuation linéaire se traduit alors par une décroissance exponentielle de la puissance en fonction de la longueur de fibre (Loi de Beer-Lambert) : PL = P0. e-L où est le coefficient d’atténuation linéaire. On utilise souvent le coefficient dB exprimé en dB/km et relié à par dB = 4,343. (4,343= 10 ) ln( 10) L’atténuation du signal dépend de la nature de la fibre essentiellement en fonction de sa nature (monomode ou multimode). Le choix de la fibre optique utilisée est principalement imposé par la longueur d’onde du signal transmis. Ainsi, pour des signaux de longueur d’onde entre 800nm et 1300nm, on est contraint d’utiliser une fibre multimode, alors que pour des signaux de longueur d’onde de 1280 à 1640 nm, on peut utiliser une fibre monomode. L’atténuation d’une fibre optique s’exprime en dB/km et est définie par : dB = P 1 10 Log( 0 ) L PL d. Doc 6 : Affaiblissement de la lumière en fonction de la longueur d’onde de la source Les émetteurs utilisés sont de trois types: - Les LED Light Emitting Diode qui fonctionnent dans l'infrarouge (850nm). C'est ce qui est utilisé pour le standard Ethernet FOIRL. - Les diodes à infrarouge qui émettent dans l'invisible à 1300nm - Les lasers, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d'onde est 1310 nm ou 1550nm 3. La transmission hertzienne : a. Doc 7 : Facteur pouvant influencer la propagation : Lorsqu'elle se propage, l’onde hertzienne subit principalement trois types d’atténuations : Celle correspondant à son rayonnement en espace libre, laquelle est inévitable et toujours fixe (de l'ordre de 140 dB en général) et parfois aggravée par la présence d'obstacles. Celle provenant des variations aléatoires des conditions climatologiques : guidage et précipitations (déperditions pouvant atteindre une trentaine de dB). Celles engendrées par certains phénomènes d’interférences, conséquences de la réflexion principale ou de multi-trajets, de perturbations électromagnétiques, brouillages, fading... (déperditions pouvant atteindre une trentaine de dB). b. Doc 8 : Propriétés des milieux L'affaiblissement de la puissance du signal est en grande partie du aux propriétés des milieux traversés par l'onde. Voici un tableau donnant les niveaux d'atténuation pour différents matériaux : Matériaux Air Bois Plastique Verre Verre teinté Eau Etres vivants Briques Plâtre Céramique Papier Béton Métal Affaiblissement Aucun Faible Faible Faible Moyen Moyen Moyen Moyen Moyen Elevé Elevé Elevé Très élevé c. Nom de Nom la norme 802.11a 802.11b Exemples Espace ouvert, cour intérieure Porte, plancher, cloison Cloison Vitres non teintées Vitres teintées Aquarium, fontaine Foule, animaux, humains, végétation Murs Cloisons Carrelage Rouleaux de papier Murs porteurs, étages, piliers Béton armé, miroirs, armoire métallique, cage d'ascenseur Le WIFFI : Description La norme 802.11a (baptisé WiFi 5) permet d'obtenir un haut débit (54 Mbps Wifi5 théoriques, 30 Mbps réels). La norme 802.11a spécifie 8 canaux radio dans la bande de fréquence des 5 GHz. La norme 802.11b est la norme la plus répandue actuellement. Elle propose un débit théorique de 11 Mbps (6 Mbps rééls) avec une portée pouvant aller jusqu'à Wifi 300 mètres dans un environnement dégagé. La plage de fréquence utilisée est la bande des 2.4 GHz, avec 3 canaux radio disponibles. La norme 802.11b permet d'obtenir un débit théorique de 11 Mbps, pour une portée d'environ une cinquantaine de mètres en intérieur et jusqu'à 200 mètres en extérieur (et même au-delà avec des antennes directionnelles). Débit théorique 11 Mbits/s 5,5 Mbits/s 2 Mbits/s 1 Mbit/s Portée(en intérieur) 50 m 75 m 100 m 150 m Portée(à l'extérieur) 200 m 300 m 400 m 500 m 2. Documents illustrant des notions du programme : Fibre optique : Notions de modes : Doc 3 et doc 4 3. Exemples d’activités basées sur les documents : 1. Avec des questions guidées : « Extraire et exploiter l’information » : Déterminer la valeur du plus grand affaiblissement pour qu’une transmission par ADSL ait un débit maximum. Déterminer sur quelle distance de câble de calibre 5/10 on peut transmettre un signal par ADSL avec un débit maximal (on considère un signal de fréquence 300kHz) Quel câble choisir pour transmettre l’information le plus loin possible par ADSL avec un débit maximal. Déterminer cette distance.Quel serait alors le débit par ADSL2+ 2. Exemple de questions demandant de construire une démarche scientifique : Exemple n°1 : « Caractériser une transmission numérique par son débit » Peut-on transmettre une information avec un câble 8/10 sur une distance de 4,0 km avec un débit de 7Mbps par ADSL- le passage à la technologie ADSL2+ peut-elle modifier le problème ? Justifier. Quelle est l’intérêt de la technologie ADSL2+ ? Est-elle intéressante quelle que soit la distance de transmission ? Exemple n°2 : « Exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission » Argumenter le choix de support de transmission à faire (câble ou fibre optique) pour transmettre un signal sur 20 km ? Exemple 3 : « Exploiter des informations pour comparer différents types de transmission » Dans le cas d’une réception satellitaire, identifier la chaîne de transmission ainsi que les différents supports permettant de transmettre l’information reçue par la parabole aux différents ordinateurs de cette maison? Exemple 4 : On considère que si la puissance du signal reçu est supérieure à 1% de la puissance habituelle initialement injectée dans la fibre cela suffit pour le détecter et le lire. Déterminer sur quelle distance en utilisant une lumière de 1300 nm, on pourra transmettre l’information par fibre optique.