Chaîne de transmission d`informations

Physique-chimie terminale S
Chapitre 22 : Transmission de l’information
Cours :
Au XXIe siècle, les réseaux de communication sont multiples.
Ce chapitre étudie la transmission de l’information, à la fois dans le principe d’une chaîne de
transmission et dans les modes de transmission des différents signaux.
Chaîne de transmission de l’information :
De la source au destinataire…
Une chaîne de transmission d’information peut être symbolisée par différents éléments sous forme
d’un schéma ou les différents blocs représentent une fonction lors des transmissions de
l’information.
La transmission est :
Analogique si le signal transmis est analogique,
Numérique si le signal transmis est numérique.
Mais il peut u avoir transmission numérique d’un message analogique, lorsque l’émetteur effectue
une conversion analogique-numérique.
1.2 Canal de transmission :
Le canal de transmission est la voie par laquelle le signal se propage.
Le bruit est extérieur au canal, il est dû à différents phénomènes pouvant perturber le signal dans
le canal de transmission.
La propagation est :
Guidée lorsque les signaux utilisent une ligne de transmission entre l’émetteur et récepteur : câble
pour guider les ondes électriques, fibre optique pour les ondes lumineuses…
Libre lorsque les ondes peuvent se propager dans toutes les directions offertes par le milieu.
Exemple : télécommande infrarouge, transmission par ultrason dans l’eau (sonar), réseau Wi-Fi
… utilisent la propagation.
Les différentes fonctions de l’émetteur et du récepteur :
Les émetteurs regroupent de nombreuses fonctions en plus de l’émission proprement dite du signal.
Les récepteurs correspondants doivent posséder la fonction inverse.
-
La modulation permet de décaler les fréquences d’émission dans différentes bandes de
fréquences plus élevés (canaux fréquentiels).
La conversion analogique-numérique (vue au chapitre 21) est utilisée dans la transmission, car les signaux
numériques sont peu influencés par le bruit et admettent le cryptage et la compression.
Le cryptage permet de coder le message pour que seul le récepteur capable de le décrypter puisse le
comprendre –fig. 4).
La compression diminue la taille des fichiers numériques.
Le multiplexage est une fonction de partage permettant de faire communiquer plusieurs émetteursrécepteurs à travers le même canal de transmission et sur la même bande de fréquence.
Qualité d’une transmission :
2.1 Atténuations :
Phénomène d’atténuation :
L’atténuation d’une onde dans le canal de transmission dépend des caractéristiques de l’onde et de
celles du canal. Deux phénomènes en sont principalement responsables.
L’absorption : lors de la propagation d’une onde électromagnétique dans un milieu, une partie de
l’énergie transportée est absorbée par le milieu et évacuée par transfert thermique. Dans un fil
électrique, par exemple, l’absorption est liée à l’effet Joule (fig. 5).
La diffusion : une onde qui se propage peut entrer en interaction avec des petits objets, ce qui a
pour conséquence de diffuser une partie de l’énergie de l’onde dans de multiples Directions (fig.
6).
Coefficient d’atténuation d’un canal de transmission :
L’atténuation d’une ligne de transmission guidée peut être caractérisée par son
coefficient d’atténuation linéaire 𝝰db, exprimé en décibels par mètre (dB. M-1).la puissance ps de
l’onde en sortie d’une digne de longueur L est reliée à la puissance pe d’entrée par :
ps = pe 10-𝝰 dbL/10 (fig. 7).
𝑷𝒆
La grandeur A = 10log 𝑷𝒔 qui s’écrit aussi A = 𝝰db L
Est appelée atténuation de la ligne et est exprimée en dB.
2.2 Débit binaire :
Le débit binaire est le nombre de bits transférés chaque seconde d’une source vers un destinataire.
L’unité est notée bit.s-1 ou bps.
Le débit s’écrit :
D=
𝟏
𝑻𝒃
ou Tb, en secondes, est la durée de transmission d’un bit.
Types de transmission :
Les ondes hertziennes appartiennent à la famille des ondes électromagnétiques et le domaine de
longueurs d’onde est compris entre 10-3 m et 104 m. (fig. 9).
La transmission hertzienne est une transmission libre entre une antenne émettant une onde
électromagnétique et une antenne réceptrice. (fig. 10).
Elle peut être dirigée lorsque l’onde électromagnétique est émise dans une direction particulière
(certains réseaux sans fils, faisceaux hertziens terrestres, faisceaux satellites) ou non dirigée dans
le cas du rayonnement des ondes dans toutes les directions (téléphonie cellulaire, radio, télévision,
réseau Wi-Fi …) (fig. 11).
3.2 Transmission par câble :
Un câble est constitué d’au moins deux fils électriques réunis dans une même enveloppe. La
grandeur physique qui transporte l’information est une grandeur électrique (tension ou intensité).
Il existe deux types de câbles utilisés pour la transmission :
Les câbles torsadés sont utilisés pour des liaisons Ethernet, téléphoniques… (fig. 12.). ils sont
souvent blindés pour éviter le bruit.
Les câbles coaxiaux sont encore parfois utilisés, notamment pour relier une antenne satellite ou
hertzienne à un téléviseur (fig. 13). Leur constitution fait qu’ils ne rayonnent pas et sont peu
sensibles au bruit.
Type de ligne
Coefficient d’atténuation typique et Débit typique
fréquence
et portée
1,5 dB.m-1 à 1KHz
Quelques dizaine de Kbit.s-1 sur 100
Ligne téléphonique
catégorie 1
Ligne pour transmission numérique 0,22 dB.m-1 à 100MHz
de catégorie 5
Ligne de transmission numérique, 0,175 dB.m-1 à 100 MHz
téléphone, TV TNT de catégorie 7a
Câble coaxial
0,17 dB.m-1 à 100 MHz
Fig. 14 : quelques caractéristiques de divers câbles.
Quelques centaines de Mbit.s-1 sur
100m
10 Gbit.s-1 sur 100m
10 Mbit.s-1 sur 100m
3.3 Transmission par fibre optique :
Une fibre optique est un fil de verre ou de plastique transmettant des ondes électromagnétiques
allant du visible à l’infrarouge (fig. 15). Ainsi le signal se propage à la vitesse de la lumière dans
le milieu en question. Réfléchie et réfracter, la lumière se retrouve ainsi confinée dans la fibre.
La fibre optique est un milieu dispersif pour la lumière, c’est-à-dire que la célérité de l’onde y
dépend de sa fréquence. Pour éviter que le signal ne parvienne disperser ou récepteur, la source
utilisée doit être monochromatique.
Les différents trajets lumineux dans la fibre sont appelés modes :
Une fibre monomode transmet un signal sur un seul mode ; elle ne peut être utilisée qu’en ligne
droite (fig. 16.a).
Une fibre multimode à saut indice (fig. 16.b) est composée d’un cœur et d’une gaine d’indices de
réfractions différents. La distance parcourue par le rayon dans la fibre dépend donc de l’angle
d’entrée. Une même partie du signal peut ainsi sortir de la fibre à plusieurs instants différents.
Dans une fibre multimode à gradient d’indice (fig. 16.c), l’indice de réfraction varie continûment
entre le cœur et l’extérieur, de sorte que la lumière est constamment déviée vers le centre. Comme
l’indice de réfraction est plus élevé au centre, le mode empruntant le chemin le plus court (au
centre) voyage à la vitesse la plus petite et celui qui parcourt le chemin le plus long a la vitesse la
plus élevée. Ainsi, le décalage temporel du signal est limité.
L’atténuation de la fibre optique étant faible, la transmission des signaux peut se faire sur de très
longues distances (fig. 17).
Type de fibre
Monomode
Atténuation (en dB.Km-1)
Pour λ = 1550 nm
0,2
Débit maximal
Supérieure à 10 Gbit.s-1
Multimode à saut d’indice
4
50 Mbit.s-1
Multimode à gradient d’indice
1
1 Gbit.s-1
Fig. 17 : type de fibre et caractéristiques associées.
L’atténuation dépend de la longueur d’onde d’émission de la source. Les transmissions s’effectuent
dans l’infrarouge, où l’atténuation et minimale.
TESTEZ VOS CONNAISSANCES
QCM : Pour les tests 2, 3, 5,7 à 11 choisir la(les) bonne (s) réponse (s) en justifiant
1. Chaine de transmission de l’information :
a. Citer les éléments d’une chaîne de transmission.
b. Indiquer la différence entre une transmission guidée et une transmission non
guidée.
c. Indiquer ce que représente le bruit dans une chaîne de transmission.
2. De l’émetteur au récepteur :
Dans une chaîne de transmission entre l’émetteur et le récepteur, il y a :
a. Du bruit.
b. Rien.
c. Le canal de transmission.
d. De l’eau.
3. Bruit :
Le bruit qui agit sur le canal de transmission :
a.
b.
c.
d.
Est toujours un son.
Est une perturbation extérieure.
Est toujours une onde électromagnétique.
Dépend de la nature du canal.
4. Fibre optique :
a. Qu’est-ce qu’une fibre optique ?
Quel type de source est nécessaire ?
b. Expliquer à l’aide d’un schéma la notion de mode d’une fibre optique.
5. Transmission guidée ou non :
Représente une transmission guidée :
a. La transmission par câble torsadé Ethernet d’un réseau informatique.
b. La transmission infrarouge d’une télécommande de télévision.
c. La liaison Wi-Fi d’un ordinateur portable.
d. La liaison par fibre optique entre deux bâtiments.
6. Qualité d’une transmission :
a. Citer les deux phénomènes à l’origine de l’atténuation dans un canal de
transmission.
b. Donner l’unité du coefficient d’atténuation linéaire.
c. Donner la relation liant l’atténuation au coefficient d’atténuation linéaire et à la
longueur du canal.
d. Définir le débit binaire.
7. Coefficient d’atténuation :
L’atténuation d’un câble coaxial est de 17 dB pour 100m. Cela signifie que :
a. Son coefficient d’atténuation est 1,7 dB.m-1.
b. Son coefficient d’atténuation est 1,7.102 dB.Km-1.
c. L’atténuation pour 200 m de câble est de 34 dB.
d. L’atténuation pour 500 m de câble est de 96 dB.
8. Atténuation :
Pour une atténuation de 20 dB, le pourcentage de puissance reçue par le récepteur par
rapport à la puissance émise est de :
a. 20%.
b. 1%.
c. 10%.
d. 5%.
9. Atténuation d’une fibre optique :
L’atténuation d’une fibre optique est A = 11,0 dB pour 55,0 Km. Le coefficient
d’atténuation est :
a. 605 dB.Km-1.
b. 0,200 dB.m-1.
c. 0,550 dB.Km-1.
d. 0,200 dB.Km-1.
10. Débit binaire :
Un fichier de 10 Mo = 80,106 bit est téléchargé en 15 secondes.
a. Impossible à calculer sans connaître les caractéristiques de la connexion.
b. 6,7.105 bit.s-1.
c. 5,3 Mbit.s-1.
d. 15 Mbit.s-1.
11. Durée de transmission d’un bit :
Le débit binaire d’une transmission est 321 Kbit.s-1.
La durée élémentaire d’un bit est :
a. 3,12 ms.
b. 24,9 µs.
c. 3,21 µs.
d. 3,12 µs.
Exercices / résolus :
Etude d’une fibre optique :
Enoncé :
Une fibre multimode à gradient d’indice est utilisée dans les communications locales (fig. 1).
Dans le cœur de la fibre, l’indice de réfraction est plus élevé au centre et diminue continûment
jusqu’à la gaine (fig. 2).
Donnée :
𝒄
La célérité de la lumière dans un milieu d’indice N et V = 𝒏, où c = 3,00.108 m.s-1.
Rappeler la différence entre une fibre monomode et une fibre multimode.
Deux rayons lumineux sont représentés (fig. 1). Lequel parcourt la distance la plus longue ?
Cette fibre permet néanmoins que les deux rayons ne soient pas décalés temporellement à la sortie.
En utilisant la figure 2, expliquer pourquoi.
Calculer la vitesse de propagation du rayon confondu avec l’axe central de la fibre.
Une telle fibre optique a une longueur L = 3,00Km. Sa capacité maximale de débit numérique est
1,0Gbit.s-1.
Tous les rayons sont supposés arriver en même temps à la sortie, quelle que soit leur inclinaison
initiale. Une séquence de 64 Mbit est envoyée de l’émetteur. Déterminer la durée d’émission té de
la séquence et sa durée de propagation tp.
Comparer les deux durées et comparer.
Résolution :
Dans une fibre multimode, les rayons lumineux peuvent suivre différents chemins. Une fibre
monomode n’offre qu’un seul chemin optique.
Le rayon lumineux parcourant la distance la plus grande est le rayon 1.
Le rayon 2 reste proche de l’axe, où l’indice de réfraction est maximal. Sa vitesse de propagation
est donc globalement plus petite que celle du rayon 1, qui voyage plus loin de l’axe. Ainsi, le rayon
1 a un trajet plus long que le rayon 2, mais le parcourt plus vite, ce qui permet aux deux rayons
d’arriver à peu près en même temps.
La vitesse du rayon dur l’axe est : V =
𝟑,𝟎𝟎.𝟏𝟎 8
𝟏,𝟓𝟎
= 2,0.108 m.s-1.
La durée de propagation a pour valeur : Tp = =
𝑳
𝑽
𝟑,𝟎𝟎.𝟏𝟎 3
= = 𝟐,𝟎𝟏.𝟏𝟎 𝟖 = 14,9 µs.
La durée d’émission té dépend du débit que peut imposer la source et accepter la ligne de transmission.
La durée d’émission de 1,0.109 bits est de une seconde : la durée d’émission de 64 Mbits est donc
𝟔𝟒.𝟏𝟎 𝟔
té = = 𝟏,𝟎.𝟏𝟎 𝟗 = 64 ms.
Comme tp < té, la durée de propagation peut être négligée devant la durée d’émission.
B la liaison ADSL (BAC) :
Enoncé :
La liaison ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, liaison numérique asymétrique) est l’une
des liaisons internet les plus utilisées en France.
Contrairement aux liaisons par fibre optique ou par câble, qui portent le nom du type de ligne, la
liaison ADSL porte le nom du mode de communication utilisé. Cette connexion passe par les câbles
du réseau téléphonique (fig. 3).
L’être humain entend des sons dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 KHz, mais une
conversation n’est compréhensible que pour des fréquences comprises entre 300 Hz et 3400 Hz.
Cette bande est celle des communications téléphoniques.
Chaîne de transmission :
Une installation ADSL simple est représentée sur la figure 4.
Schéma à dessiner (fig. 4).
Elle montre le lien entre l’abonné et l’autocommutateur, qui est le centre d’acheminement des
signaux. Les filtres permettent la séparation des signaux du téléphone et ceux de l’ADSL. Les
commutateurs, téléphoniques et DSLAM, permettent de relier les différents abonnés au réseau
téléphoniques et internet.
Combien y a t il de canaux physiques entre l’abonné et l’autocommutateur ? combien de signaux
doivent passer par cette ligne ?
Pour la liaison internet, quel élément du schéma joue le rôle de l’émetteur-récepteur permettant la
connexion au canal du PC ?
Mode de transmission :
La liaison par le câble téléphonique doit pouvoir faire passer plusieurs signaux venant de l’abonné,
à la fois. Le canal physique, le câble téléphonique, est donc partagé en 256 canaux fréquentiels :
c’est le multiplexage.
Chaque canal possède une bande de fréquence de 4312,5Hz permettant de faire passer des données
(fig. 5).
Le canal 0 va de 0 à 4312,5 Hz, le canal 1 va de 4312,5 Hz à 8625,0 Hz, et ainsi de suite jusqu’au
canal 255.
Les canaux de 1 à 15 sont en général inutilisés afin de protéger le canal 0 des perturbations pouvant
venir de ces canaux. Les canaux 16 à 31 sont réservés au transfert des données montantes (de
l’abonné vers internet) et les canaux 32 à 255 à celui des données descendantes (internet vers
l’abonné).
Quel signal est transmis dans le canal fréquentiel 0 ? Cela est-il conforme au domaine de fréquence
des conversations humaines ?
Chaque canal fréquentiel est capable de transférer 32,00 Kbit durant une seconde. Déterminer le
débit binaire maximum pour le transférer des données descendant. Faire de même pour le transfert
des données montantes et justifier que ce type de connexion soit qualifié d’asymétriques.
Lorsque l’atténuation de la ligne est grande, les signaux de fréquence élevée ne sont pas
correctement transmis.
Quelle est la conséquence de l’atténuation sur les canaux fréquentiels ?sur le débit ?
Coefficient d’atténuation (en dB.Km-1)
0,4
15,0
0,5
12,4
0,6
10,3
0,8
7,90
Fig. 6 : coefficient d’atténuation en fonction du diamètre des fils.
Diamètre(en mm)
Débit d’une ligne ADSL et atténuation :
L’évolution de l’ADSL, nommée ADSL 2+, permet des débits plus élevés grâce à l’exploitation de
256 canaux supplémentaire dans les fréquences plus élevées. Il est donc nécessaire que la
connexion ne soit pas trop atténuée.
Cette liaison est réalisée avec un câble utilisant une paire de fils de cuivre de différents diamètres.
Le coefficient d’atténuation dépend du diamètre du fil de cuivre utilisé et est donné dans le tableau
figure 6.
L’ADSL utilise le réseau par fils de téléphone : c’est un réseau de câble ancien, faisant coexister
plusieurs diamètres de fils, correspondant aux remplacements successifs des différents tronçons
pour améliorer les transmissions.
Un abonné est situé à 4460 m de l’autocommutateur. La ligne est composée de 1423 m de câble
0,4 mm, de 2481 m de câble 0,6 mm et 560 m de câble 0,8 mm. Déterminer l’atténuation de sa
connexion.
A l’aide de la figure 7, déterminer le débit que cet utilisateur peut espérer obtenir. Est-il intéressant,
pour lui, de souscrire un abonnement ADSL 2+, sachant que celui-ci est plus onéreux que
l’abonnement ADSL ?
Résolution :
1.
a. il y a un seul canal physique entre l’abonné et le commutateur.
Deux signaux doivent y passer : celui du téléphone et celui de
l’ADSL.
b. Le modem est la fonction émetteur-récepteur permettant de
connecter le PC à l’autocommutateur.
2.
a. Le canal 0 transmet le signal vocal engendré par le téléphone.
La bande de fréquence 300Hz-3400Hz des signaux vocaux est
bien contenue dans le canal fréquentiel 0, de largeur 4312,5 Hz,
donc le signal du téléphone peut y être transmis.
b. Le débit d’un canal étant de 32,00 Kbit.s-1, alors pour les 16
canaux du flux montant il y a un débit maximum 16 x 32,00 =
512,0Kbit.s-1. Pour les 224 canaux du flux descendant, le débit
maximal est 224 x 32,00 = 7,168 Mbit.s-1.
Les débits ne sont pas les mêmes, donc cette liaison est
asymétrique.
c. Si les fréquences élevées ne passent pas, les canaux
correspondants ne fonctionnent pas. Le débit est ainsi réduit par
le manque de canaux.
3.
a. L’atténuation d’une portion de ligne de longueur L s’écrit
A = 𝝰 dB L
En additionnant les atténuations des différentes portions de la
ligne composite, cela donne une atténuation globale :
A = 15,0 x 1,423 + 2,481 x 10,3 + 0,560 x 7,90 = 51,3 dB.
b. D’après le graphe de la figure 7, pour une atténuation de 51,3dB,
les débits des deux technologies sont les mêmes : 2,5 Mbit.s-1.
c. Il n’y a pas d’avantage à payer l’ADSL 2+ dans ce cas.
Application :
Chaîne de transmission d’informations :
1. Le téléphone en pots de yaourt :
a. Mettre sous la forme de chaîne de transmission la situation suivante en précisant le
rôle de chacun.
b. Cette chaîne de transmission autorise-t-elle un dialogue simultané entre les deux
personnes ? sinon que faudrait-il faire pour le permettre ?
(Schéma à dessiner).
2. Conversation :
a. Représenté la chaîne de transmission correspondant à la communication orale entre
une personne parlant et une autre l’écoutant.
Placer sur cette chaîne les termes suivants :
Air, cerveau, oreille, signal sonore émis, signal sonore reçu, bruit ambiant, liaison
nerveuse, organe vocal.
b. Comment cette chaîne est-elle modifiée lorsqu’il s’agit d’un échange vocal entre les
deux personnes parlant en même temps ? pourquoi cela risque-t-il d’être
incompréhensible ?
3. Téléphone filaire (résolu) :
Le canal de transmission est le milieu physique faisant le lien entre l’émetteur et le
récepteur.
a. Lors d’une conversation par téléphone filaire, sous quelle forme se trouve le canal ?
b. Des ondes sonores, produites par exemple par la rue où se trouve le fils de téléphone,
peuvent-elles créer du bruit influençant la transmission ?
4. Une chaîne de transmission :
Les éléments d’une chaîne de transmission simple sont :
La source, l’émetteur, le canal de transmission, le bruit, le récepteur et le destinataire.
Pour les exemples suivants, déterminer les différents éléments de la chaîne.
a. Une radiocommande de voiture jouet.
b. Une télécommande de télévision.
c. La commande d’une imprimante par une connexion USB.
Procédés physiques de transmission
5. Message numérique :
Une tension et son message numérique en bits sont représentés sur la figue suivante.
(Schéma à dessiner)
a. Déterminer la période Tb d’un élément binaire.
b. En déduire le débit binaire.
6. Fibre optique et atténuation :
Le coefficient d’atténuation d’une fibre optique est de 4,0dB.Km-1.
1. Déterminer l’atténuation pour une distance de 1,0 Km puis de 20 Km.
2. Exprimer les pertes (différence entre la puissance émise et la puissance reçue) en
pourcentage de la puissance émise au bout de ces deux distances.
7. Capacité d’un canal :
Un canal a pour capacité 50 Kbit.s-1 : c’est le débit maximum qu’il peut transmettre.
Calculer la durée nécessaire pour transmettre 68 Mbit de données.
8. Atténuation d’un câble :
Un câble à paire torsadée de longueur L a une atténuation de 1,7 dB.Km-1 à 1 KHz.
a. Quelle est sa longueur si son atténuation est de 25 dB ?
b. La puissance d’entrée est Pe = 100 mW. Déterminer la puissance Ps reçue par le
récepteur.
9. Durée d’émission :
Un fichier audio MP3 de 4,0 Mo est envoyé.
a. Quelle est la taille du fichier en mégabits ?
b. Quelle est la durée d’émission sur une ligne de transmission permettant un débit
maximum à 4,0 Mbit.s-1 ?
c. Que devient cette durée si le débit est de 16 Mbit.s-1 ?
10. niveau de transmission :
Trois lignes de transmission ne diffèrent que par leur longueur. A la sortie, la puissance du signal
est égale à 50 % de la puissance d'entrée pour l'une, 10 % pour la deuxième et 1,0 % pour la
troisième.
a. déterminer, en décibel, l'atténuation.
b. la ligne où 50 % de la puissance est transmise a une longueur de 10 m. calculé son coefficient
d'atténuation.
c. les deux autres lignes ayant le même coefficient d'atténuation, en déduire leurs longueurs.
Entraînement :
11. le réseau de téléphonie mobile (compétence):
Identifier les éléments d'une chaîne de transmission.
Des liaisons de téléphone mobile à téléphone sont représentées sur la figure suivante.
Les signaux dans les différentes liaisons sont numériques
(Schéma à dessiner)
a. Quel est le rôle joué par les commutateurs ?
b. Représenter la chaîne de transmission pour la liaison d'un téléphone portable vers un téléphone
fixe.
c. Citer sous quelle forme se trouve les différents canaux physiques présents sur cette figure.
d. Quelle fonction est nécessaire au téléphone afin de transformer le signal sonore en un signal
numérique compatible avec le réseau ?
12. Etude d'une fibre optique (compétence) :
Exploiter les définitions de l'atténuation et du débit.
Une liaison par fibre optique est utilisée pour relier deux bâtiments distants de 20 Km. Cette liaison
permet un débit binaire de 10 Gbit.s-1.
La puissance d'émission de la source est 1,00 mW, la puissance reçue par le récepteur est 12,0µW.
a. Déterminer l’atténuation au niveau du récepteur.
b. En déduire le coefficient d’atténuation de cette fibre.
c. Exprimer les pertes (différence entre la puissance émise et la puissance reçue) de la fibre optique
en pourcentage.
d. Déterminer la durée de transfert d’un fichier de 40 Go.
13. Transmission ADSL (compétence) :
Exploiter les définitions de l’atténuation et du débit.
Une transmission ADSL2+ utilise un câble bifilaire. Un utilisateur constate un débit binaire en
téléchargement de 25 Mbit.s-1.
Le coefficient d’atténuation de son câble est 7,9 dB.Km-1.
a. Calculer la distance séparant l’émetteur du récepteur pour que l’atténuation du signal soit au
maximum de 45 dB.
b. Calculer la durée de transfert d’un fichier de 640 Mo.
14. un record du monde (compétence) :
Exploiter les définitions de l’atténuation et du débit.
En 2011, le record de débit de transmission a été obtenu par les équipes de scientifiques allemand :
Il s’établit à 3250 Go.s-1. Ils ont utilisé une fibre optique monomode sur une distance de 50 Km.
Le coefficient d’atténuation de la fibre optique utilisée est de 0,20 dB.Km-1.
a. Déterminer le débit binaire en Tbit.s-1.
b. En déduire la durée d’un élément binaire.
c. Rappeler les avantages et les inconvénients à utiliser une fibre monomode.
d. Déterminer l’atténuation du signal en sortie de la fibre.
15. le format Thunderbolt (compétence) :
Exploiter la définition du débit.
Le format de connexion Thunderbolt est déjà utilisé sur certains ordinateurs pour des liaisons
locales rapides. Le débit de cette connexion est de 10 Gbit.s-1 et devrait évoluer vers 100 Gbit.s-1
avec l’utilisation de la fibre optique.
La longueur de la ligne de transmission est limitée à 3,0m.
a. Déterminer la durée de transfert du contenu d’un DVD de 4,70 Go avec la technologie
Thunderbolt actuelle.
b. si la technologie de la fibre optique n’est pas utilisée, quel peut être le support de la transmission ?
c. la puissance transmise dépend fortement de la fréquence et donc du débit. Expliquer pourquoi la
ligne de transmission en Thunderbolt ne mesure que 3,0 m.
16. Transmission par fax (compétence) :
Exploiter la définition du débit binaire.
Une image de format A4 (21,0 cm x 29,7 cm) est transférée par fax.
L’image est en noir et blanc, codée sur un bit par pixel.
Données :
. 1 ppp = 1 pixel par pouce.
. 1 pouce = 2,54 cm.
a. Déterminer le nombre de pixels composant l’image pour une résolution de 300 ppp.
En déduire la taille du fichier à transmettre.
d. Déterminer la durée de transfert pour un débit de 14400 bit.s-1.
c. Comment transférer l’image plus rapidement ?
Approfondissement :
17. Multiplexage :
Les fonctions multiplexeur et démultiplexeur sont données sur la figue suivante.
(Schéma à dessiner)
Une méthode de multiplexage des signaux consiste à décomposer chaque signal en paquets de bits
de durée fixe et à les envoyer alternativement.
a. Quel est l’intérêt du multiplexage ?
b. Le débit binaire maximum du canal est 1,0 Mbit.s-1. En déduire le débit binaire pour chaque
signal.
Quelle est la conséquence du multiplexage sur le débit ?
18. Télévision numérique :
Une image vidéo utilisée dans la télévision est composée par trois signaux analogiques : un signal
de luminance et deux signaux de chrominance.
Ils sont échantillonnés afin de les convertir en des signaux numériques.
Le signal de luminance est échantillonné à une fréquence de 13,5 MHz et les signaux de
chrominances sont échantillonnés à 6,75 MHz.
Chaque échantillon est numérisé et codé sur 10 bits.
a. Déterminer le nombre d’échantillons par seconde à convertir pour le signal de luminance.
Faire de même pour les signaux de chrominance.
b. Déterminer le nombre de bits convertis en une seconde pour les deux types de signaux.
c. En déduire le débit nécessaire à la transmission d’une image numérique.
d. le débit dans un canal hertzien de la TNT est de 4,0 Mbit.s-1. Quelle fonction diminue le débit
binaire ?
19. notion de canal fréquentiel :
La figue suivante représente la communication entre un téléphone GSM et un émetteur-récepteur
d’une antenne relais.
(Schéma à dessiner)
a. Expliquer pourquoi un téléphone doit contenir à la fois un émetteur et un récepteur.
b. Combine de canaux physiques de transmission existe-il entre le téléphone et l’antenne relais ?
c. En déduire la nécessité de l’existence de deux canaux fréquentiels permettant de faire passer les
données.
20. Test d’un câble :
Un réflectomètre est un instrument électronique utilisé pour caractériser et localiser les défauts
dans les câbles.
Une impulsion électrique est émise à une extrémité du câble par le réflectomètre (fig. 1). La tension
aux bornes des deux fils du câble est mesurée à la même extrémité : elle permet de déterminer s’il
existe un défaut ou une discontinuité dans le câble.
Si aucun écho ne revient, cela signifie que le signal est transmis correctement. Cet exercice étudie
le principe de mesure de ce réflectomètre.
(Schéma à dessiner)
1. Caractéristiques d’un câble par réflectomètre :
Une mesure est effectuée afin de déterminer la célérité des ondes électriques dans un câble. Le
réflectomètre est placé à l’entrée d’un câble de longueur L = 100m ouvert à son autre extrémité.
Dans c cas, l’onde électrique est totalement réfléchie à l’extrémité de la ligne. Le signal enregistré
par le réflectomètre est représenté sur la fugure2.
(Schéma à dessiner).
a. En utilisant la figure 1, Justifier que l’impulsion initiale ne soit pas enregistrée à t = 0.
b. Mesurer l’intervalle de temps ɽ entre l’émission et la réception de l’impulsion réfléchie.
c. En déduire la célérité de l’onde dans le câble.
d. Expliquer pourquoi l’amplitude de l’impulsion réfléchie est plus petite que celle de l’impulsion
émise.
e. Déterminer l’atténuation du câble dans ce cas sachant que l’atténuation en tension s’écrit :
(Ui)max
A = 20 log (Ur)max où (Ui)max est la tension maximale de l’impulsion incidente et (Ur)max est la
tension maximale de l’impulsion réfléchie.
2. Vérification d’une installation :
Une baie de brassage est une armoire dans laquelle se fond les interconnexions d’un réseau. C’est
l’endroit où sont effectués les tests lors de problème de connexion sur des câbles. Le réflectomètre
est alors un outil indispensable.
Le constructeur des câbles électriques dans le câble est de 2,07.108 m.s-1.
a. Une première connexion est testée (fig. 3).
(Schéma à dessiner)
Y a-t-il des défauts sur ce câble ? Justifier.
Est-il possible de déterminer la longueur du câble ?
Que faudrait-il faire sur la connexion pour mesurer cette longueur avec le réflectomètre ?
b. une seconde connexion est testée (fig. 4)
(Schéma à dessiner).
Y a-t-il des défauts sur ce câble ? Justifier. Si oui ; déterminer la distance qui sépare l’oscilloscope
du ou des défauts.
21. Transmission par une fibre optique monomode :
Une fibre optique monomode est conçue pour transporter un très fin faisceau de lumière (un seul
mode). Son cœur (le centre de la fibre optique) est plus petit que celui des autres fibres : seulement
10 µm de diamètre (fig. 1). En utilisant des amplificateurs optiques et des dispositifs de
compensation de la dispersion, les lignes de transmission peuvent s’étendre sur des milliers de
Kilomètres à 40 Gbit.s-1. Le coût de la fibre monomode est moins élevé que celui de la fibre à
gradient d’indice car elle est plus simple à fabriquer.
Néanmoins, la pose d’une fibre monomode est chère.
(Schéma à dessiner)
Données :
. Célérité de la lumière dans le vide C = 3,00.108 ms-1
. 1 octet = 8 bits.
1. le choix de la longueur d’onde :
Le choix de la longueur d’onde de la source est important dans le cas de la fibre optique monomode.
En effet, le facteur limitant d’une telle fibre est l’atténuation du milieu, due aux phénomènes
absorption et de diffusion. Les variations du coefficient d’atténuation en fonction de la longueur
d’onde émise sont représentées sur la figue 2.
(Schéma à dessiner).
a. Dans quel domaine des ondes électromagnétiques se situent les radiations utilisées avec cette
fibre ? Pourquoi n’utilise-t- on pas de la lumière visible ?
b. Donner une évaluation des limites des deux bandes de longueur d’onde à l’intérieur desquelles
l’atténuation dans la fibre est la plus faible.
c. Déterminer l’atténuation pour une lumière de longueur d’onde λ = 1550 nm. Justifier le choix de
l’utilisation de cette longueur d’onde comme source d’émission.
2. L’atténuation :
La source d’émission a une longueur d’onde λ = 1550 nm. L’onde électromagnétique voyage à
travers une fibre optique monomode, dont le coefficient d’atténuation à cette longueur d’onde est
αdB = 0,140 dB.Km-1.
A la sortie de la fibre optique, le capteur a un seuil de détection de puissance lumineuse Pmin = mW
à cette longueur d’onde.
a. Déterminer l’atténuation de la fibre optique si sa longueur est L = 10 Km.
b. La puissance lumineuse d’une source à l’entrée d’une telle fibre optique est Pe = 250 mW.
Calculer la puissance Ps en sortie de cette fibre.
c. La transmission peut –être fonctionner ? Justifier.
3. débit binaire :
La fibre optique monomode possède un débit élevé de l’ordre 10 Gbit.s-1. L’atténuation de ce type
de fibre étant faible, une fibre monomode est utilisée surtout pour des transmissions sur de longues
distances. Un fichier de 1,00 Mo est envoyé à l’aide d’une fibre de 30 Km.
L’indice de réfraction du verre composant le cœur de la fibre est N = 1,45.
c
a. En utilisant la relation n = v , déterminer la vitesse V de propagation de la lumière dans le verre
de cette fibre.
b. En déduire la durée ɽ que met une impulsion à parcourir la distance L = 30Km.
c. En utilisant le débit binaire de la fibre, calculer la durée d’un élément binaire Tb que transmet
cette fibre.
d. En déduire la durée du paquet de bits du fichier transporté.
e. Calculer la durée totale de transmission de l’ensemble du paquet.
22. les différentes émissions radio :
La radiodiffusion consiste à transmettre un signal audio par les ondes électromagnétiques
voyageant dans l’air. L’émetteur doit transposer le signal à émettre dans une bande de fréquences,
appelée canal fréquentiel. Cette opération s’appelle la modulation.
Les grandes ondes (canaux compris entre 150 KHz et 260 KHz) sont utilisées par les stations de
radio en modulation d’amplitude (AM), pour des communications à moyenne distante (500 à 1000
Km). La longueur optimale de l’antenne émettrice doit être de l’ordre de grandeur du quart de la
longueur d’onde de l’onde à émettre.
Les ondes ultra-courtes (87,5 KHz à 108 KHz) sont utilisées en modulation de fréquence (FM). La
qualité radio est meilleur que pour les grandes ondes, elle permet notamment la transmission en
stéréo. La longueur d’une antenne radio de type FM doit être de l’ordre de grandeur de la moitié
de la longueur d’onde de l’onde à l’émettre. La portée d’une antenne relais est voisine de 20 Km.
Ces stations radio diffusent en analogique.
La radio numérique terrestre (174 MHz à 230 MHz) est à l’étude en France en 2012. Chaque canal
fréquentiel pourrait faire passer près de neuf stations radios passant par un organisme chargé de les
multiplexer. Le débit binaire de ce type de station radio est limité et la qualité de la transmission
est préservée grâce à la compression des signaux numériques.
1. étude préliminaire : l’onde radio
Les ondes hertziennes font partie des ondes électromagnétiques dont une partie du spectre est donné
ci-dessous : (Schéma à dessiner).
a. Dans quel domaine (A ou B) se situe la lumière visible ? Justifier la réponse.
b. Recopier la figue précédente et la compléter avec les différents domaines des radios cités dans
le texte. Appartiennent-ils tous au domaine des ondes hertziennes ?
2. La transmission radio grande ondes :
France inter en grandes ondes émet à 162 KHz (centre du canal) grâce à deux antennes de hauteur
350 m. La taille d’un canal fréquentiel en grande ondes est de 10 KHz.
a. Combien de canaux fréquentiel est-il possible de placer dans la bande réservée aux grandes
ondes ?
b. Donner la bande de fréquence correspondant au canal de France inter. En déduire les longueurs
d’ondes émises par l’émetteur de France inter en AM.
c. Vérifier que l’antenne est adaptée.
3. La radio FM :
Les ondes ultra-courtes des stations radio FM ont une portée limitée. Il existe ainsi de nombreuses
antennes relais locales, dont les émetteurs sont de faibles puissances comparées à la puissance d’un
émetteur grandes-ondes.
La taille d’un canal fréquentiel en FM est de 200 KHZ.
a. Déterminer le nombre de canaux qu’il est possible de placer sur cette bande FM.
b. Estimer la taille d’une antenne radio FM en prenant pour valeur une fréquence intermédiaire.
c. Déterminer la chaîne de transmission entre la source et le destinataire d’une transmission FM.
d. Résumer les avantages et les inconvénients d’une transmission par radio FM par rapport à la
radio grandes-ondes.
4. La radio numérique terrestre :
La radio numérique terrestre existe en Allemagne et aux États-Unis.
a. Quelle fonction numérique de l’émetteur permet de multiplier le nombre de transmission dans le
canal ?
b. une seconde d’un son en qualité CD stéréo impose normalement un débit 2,47 Mbit.s-1.
Quelle fonction est nécessaire pour diminuer le débit numérique et permettre l’émission à 128
Kbit.s-1 ?
Rédiger une synthèse de documents
23. Evolution des transmissions :
Les débits binaire des transmissions ne font que progresser mais restent néanmoins insuffisant pour
transférer de gros fichiers, comme les films, sans recourir à des traitements informatiques. En vous
appuyant sur l’activité 1 p.552 et sur le DOC 2 de la page ci-contre, vous expliquerez les avantages
liés aux apports dans la transmission des données des nouvelles fonctions numériques suivantes :
compression, multiplexage et cryptage. Votre exposé ne dépassera pas une page et pourra
comporter des schémas illustratifs.