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Introduction Dans notre sujet du jour, nous aborderons maintenant, après avoir vu les principaux supports de transmission de l'article précédent, un bref rappel de la transmission en bande de base et des codages et les grands types de modulations, tout ceci sans rentrer dans le détail de la théorie du signal du théorème de Fourier et de ses transformées. Nous parlerons aussi des notions sur le canal, le multiplexage et ses types, de manière à aborder les nouvelles techniques comme l'exemple de l'ADSL dans le prochain article. 1. Transmission en bande de base Il convient de bien différencier l'information de la transmission. L'information est représentative de faits, de données. Ces données peuvent être d'origine analogique ou numérique représentées par une suite binaire. Une information analogique peut être numérisée, par exemple la vidéo. Et inversement, des données numériques peuvent être transformées en signaux analogiques. Un signal est dit "numérique" lorsque son amplitude ne prend que des valeurs discrètes par intervalle. Il est dit "analogique" lorsque son amplitude varie de manière continue dans le temps. Le signal binaire n'est généralement pas transmis directement sur la ligne et différents codages numériques sont utilisés pour différentes raisons : la récupération de l'horloge nécessaire en transmission synchrone est facilitée par des séquences qui présentent des changements d'état fréquents et évitent ainsi les longues suites de 1 ou de 0. Le spectre d'un signal binaire est concentré sur les fréquences basses (BF) qui sont les plus affaiblies sur la ligne. Les perturbations subies par un signal sont proportionnelles à la largeur de sa bande de fréquence. La transmission est dite en "bande de base" si elle ne subit aucune transposition de fréquence par modulation. Les fréquences initiales du signal émis sont donc préservées. La transmission en bande de base ne peut donc, par essence, être utilisée que sur support cuivre. Les signaux en bande de base sont sujets à une atténuation dont l'importance dépend du support employé et doivent donc être régénérés périodiquement sur une longue distance. Une autre caractéristique de la bande de base est l'impossibilité de différencier plusieurs communications sur un même support. Par exemple, notre paire de cuivre a une bande passante de 300 Hz à 3400 Hz, donc tous les signaux de fréquence inférieure à 300 Hz ou supérieure à 3400 Hz seront éliminées. L'affaiblissement du signal est tel qu'au-delà de 5 Km il est difficilement exploitable. 1.2 Les codages en bande de base Voici quelques exemples de codages non détaillés de l'information pour une transmission en bande de base, et l'exemple plus détaillé du codage MTL3 utilisé sur les supports tels que le 10/100 Base TX ou le 100 Base T4, notre quatre paires de cuivre torsadées.
Codage en bande de base MLT3 1.3 Les modulations 1. L'amplitude en fonction du temps (visible grâce à un oscilloscope à balayage linéaire). 2. Les amplitudes du fondamental et des harmoniques en fonction de leurs fréquences : le spectre du signal (visible grâce à un analyseur de spectre). Si la porteuse peut être isolée par le récepteur, la modulation d'une fréquence porteuse fait apparaître un spectre dont il faut tenir compte pour la bande passante des circuits et des câbles et pour la protection contre les brouillages. Nous avons vu plus haut que le principal problème de la transmission en bande de base est la dégradation du signal très rapide en fonction de la distance parcourue, elle n'est donc utilisée qu'en réseau local (moins de 5 km). Il serait en effet trop coûteux de prévoir des répétiteurs pour régénérer régulièrement le signal. C'est pourquoi sur les longues distances on émet un signal sinusoïdal qui, même s'il est affaibli, sera facilement décodable par le récepteur. Ce signal sinusoïdal est obtenu grâce à un modem (modulateur-démodulateur) qui est un équipement électronique capable de prendre en entrée un signal en bande de base pour en faire un signal sinusoïdal (modulation) et l'inverse à savoir restituer un signal carré à partir d'un signal sinusoïdal (démodulation). Autrement dit, il permet de passer de signaux numériques discrets (0 ou 1) à des signaux analogiques continus. La modulation est donc la variation périodique du signal sinusoïdal porteur par le signal modulant à transmettre ; il est donc possible de faire varier l'amplitude de façon continue ou (discontinue, modulation par impulsion), la fréquence et la phase instantanée. 1.4 Modulation de fréquence ou FSK (Frequency Shift Keying) 1.5 Modulation de phase ou PSK (Phase Shift Keying) 1.6 Modulation d'amplitude ou ASK (Amplitude Shift Keying) La modulation d'amplitude s'applique en faisant varier l'amplitude du signal en fonction des bits à coder. 2. Spectres usuels Les spectres sont de plusieurs types :
La parole vue de l'oscilloscope La parole vue de l'analyseur de spectre 3. Modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) C'est une technique qui emploie une combinaison de modulation de phase et d'amplitude, elle est largement employée par les modems pour leur permettre d'offrir des débits binaires élevés. C'est une méthode de modulation d'amplitude de deux porteuses en quadrature (quatre niveaux d'amplitude). A la base, une astuce d'électronicien, d'utiliser non pas une, mais deux porteuses rigoureusement de même fréquence. Elles sont déphasées de 90° et lorsque l'on additionne deux porteuses de fréquence f0 en quadrature, on obtient une seule porteuse, toujours de fréquence f0, ou l'on reconstitue les deux porteuses initiales à partir de la résultante. L'intérêt de la méthode est que la porteuse résultante n'a pas changé de fréquence, mais comme les deux "sous-porteuses" en quadrature vont être modulées indépendamment l'une de l'autre, on peut transporter deux fois plus d'informations par cellule. Prenons par exemple un signal modulé QAM avec 3 bits transmis par baud. Une telle modulation requiert donc 23 soit 8 combinaisons binaires différentes. Dans notre exemple, nous prendrons deux amplitudes combinées avec quatre décalages de phase différents. La table de correspondance pourra être du type : 3.1 Modulation TCM (Trellis Coded Modulation) Il existe également une variante de la modulation QAM, la modulation codée en treillis : ce type de modulation est utilisé pour les modems rapides (V32, V34, V90). C'est une technique qui emploie une combinaison de modulation de phase et d'amplitude, elle est largement employée par les modems pour leur permettre d'offrir des débits binaires élevés. 4. Notion de canal D'après ce qui précède, une transmission utilisant une modulation donnée occupe une portion continue du spectre radioélectrique centrée sur la fréquence porteuse : la "voie" ou "canal radioélectrique". Sa largeur est importante, elle détermine en effet l'espacement entre fréquences porteuses pour éviter les brouillages et la largeur de la bande passante. 5. Le multiplexage Le multiplexage consiste à faire transiter sur une seule et même ligne de liaison, dite voie haute vitesse, des communications appartenant à plusieurs paires d'équipements émetteurs et récepteurs. Chaque émetteur (récepteur) est raccordé à un multiplexeur (démultiplexeur) par une liaison dit voie basse vitesse. Plusieurs techniques sont possibles : 5.1 Le multiplexage fréquentiel FDM (Frequency Division Multiplexing) Il consiste à affecter à chaque voie basse vitesse une bande passante particulière sur la voie haute vitesse en s'assurant qu'aucune bande passante de voie basse vitesse ne se chevauche. Le multiplexeur prend chaque signal de voie basse vitesse et le remet sur la voie haute vitesse dans la plage de fréquences prévues. Ainsi, plusieurs transmissions peuvent être faites simultanément, chacune sur une bande de fréquences particulières, et à l'arrivée le démultiplexeur est capable de discriminer chaque signal de la voie haute vitesse pour l'aiguiller sur la bonne voie basse vitesse. 5.2 Le multiplexage temporel TDMA (Time Division Multiplexing Access) Il partage dans le temps l'utilisation de la voie haute vitesse en l'attribuant successivement aux différentes voies basse vitesse même si celles-ci n'ont rien à émettre. Suivant les techniques chaque intervalle de temps attribué à une voie lui permettra de transmettre 1 ou plusieurs bits. 5.3 Le multiplexage statistique ATDM (Asyncronous Time Division Multiplexing) Il améliore le multiplexage temporel en n'attribuant la voie haute vitesse qu'aux voies basse vitesse qui ont effectivement quelque chose à transmettre. En ne transmettant pas les silences des voies basses, cette technique implantée dans des concentrateurs améliore grandement le débit global des transmissions mais elle fait appel à des protocoles de plus haut niveau et est basée sur des moyennes statistiques des débits de chaque ligne basse vitesse. 5.4 Le Multiplexage WDM/DWDM (Wavelength Division Multiplexing)/(Dense Wavelength Division Multiplexing) A l'inverse de la technologie TDM qui n'utilise qu'une seule longueur d'onde par fibre optique, la technologie WDM met en oeuvre un multiplexage de longueurs d'onde. L'idée est d'injecter simultanément dans une fibre optique plusieurs trains de signaux numériques sur des longueurs d'onde distinctes. La technologie WDM est dite DWDM lorsque l'espacement utilisé est égal ou inférieur à 0,8 nm ou lorsque plus de 16 canaux sont utilisés. Des tests ont déjà été effectués avec des espacements de 0,4 et 0,2 nm. Conclusion En conclusion, j'espère que vous ne vous êtes pas endormis par la technique ; une petite révision "en survol" ne nuit jamais. Cet article de base sur la radio nous servira à mieux comprendre notre prochain article : l'exemple de l'ADSL.
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