Signal reçu. Canal de. transmission. Onde dans l air électromagnétique analogique

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1 1 I. Transmission de l information. Thème : Défis du XXI ème siècle. Partie : Transmettre et stocker de l information. Cours 33 : Procédés physiques de transmission et de stockage optique 1. Procédés physiques de transmission. Message émis Signal émis Signal reçu Message reçu Source Emetteur Canal de transmission Destinataire Situation A : Deux enfants communiquent à l aide de pots de yaourt reliés par un fil tendu. Situation B : Une maman converse avec sa fille à l aide d un téléphone portable. Situation C : Un gendarme communique par talkie-walkie avec la gendarmerie. 2. Compléter le tableau suivant : Source Canal de Type de Nature du Destinataire Situation Emetteur transmission propagation signal du canal A enfant pot fil mécanique analogique pot enfant B maman portable Onde dans l air électromagnétique numérique portable fille C gendarme 3. Caractéristiques d une transmission. Onde dans l air électromagnétique analogique Figure 1 : Chaine de transmission Talkiewalkie Talkiewalkie gendarme Atténuation du signal : Question : Quel est le coefficient d atténuation linéique d un câble dont la perte de puissance est de 10% sur 200 m. P A log P A L Soit S E 10 = 10 log (1 /0,9) = 0,46 db = 0,46 / 200 = 2, db/m 1. La voix humaine pour la téléphonie doit être numérisée à 8 khz et sur 1 octet. a. Que représentent ces deux valeurs? 8 khz est la fréquence d échantillonnage 1 octet (8 bits) est la quantification b. Montrer que le canal de transmission doit alors avoir un débit binaire d au moins 64 kbit/s fois par seconde, on doit transmettre 8 bits soit 8000x8 = bits/s soit 64 kbits/s 2. La norme informatique «USB2» autorise un transfert de 480 Mbit/s. On désire charger 200 images de 3,0 Mo chacune sur une clé USB2. Un modèle annonce un débit de 30 Mo/s. Déterminer la durée du transfert de données. 200x3=600 Mo à transmettre. t = N/D = 600/30 = 20 s.

2 2 II. Les modes de propagation. 1. La propagation guidée. Une propagation guidée de l information peut se faire soit par câble électrique soit par fibre optique. Propagation par câble électrique L information y circule sous forme d un courant électrique. Leur débit dépend de la «catégorie» du câble. On utilise aujourd hui principalement les câbles de catégorie 5. Le débit, pour un signal de 100 MHz, est de 100 Mbit/s et l atténuation d environ 22 db pour 100 mètres. Propagation par fibre optique La fibre optique reste aujourd hui le support de transmission le plus apprécié. La fibre optique est constituée d un cœur, d une gaine optique et d une enveloppe protectrice. Elle utilise le phénomène physique de la réflexion totale : la lumière est «piégée» dans le cœur de la fibre et s y propage par réflexions successives. Figure 3 : Coupe d une fibre optique Question : Quelles sont les conditions sur les indices de réfraction de la gaine optique et du cœur afin d obtenir le phénomène de réflexion totale? Réponse : L indice de la gaine doit avoir une valeur inférieure à l indice du cœur. ng < nc Il existe deux grands types de fibres optiques : les monomodes et les multimodes. Extraits de documentations techniques : Canal Câble torsadé (catégorie 5) Fibre multimode à gradient d indice Fibre monomode Débit binaire 100 Mbit/s 1 Gbit/s Supérieur à 10 Gbit/s Coût par mètre et par Mbit/s Atténuation Faible Elevé Très élevé 0,22 db/m 3,2 db/km à 800 nm 1,1 db/km à 1300 nm 0,35 db/km à 1300 nm 0,19 db/km à 1550 nm Inconvénients Débit faible au-delà de 100 m Sensibilité aux bruits électromagnétiques La dispersion su signal limite la distance à environ 0,5 km Fibre ne supportant que de très faibles courbures. a. Pourquoi préfère-t-on un câble aux fibres pour des liaisons courtes? moins cher et atténuation faible. b. Pourquoi l atténuation est-elle la plus faible pour une fibre monomode? La propagation est pratiquement directe. c. Dans quel domaine d ondes les fibres optiques sont-elles utilisées? I.R (> 800 nm) d. Deux bâtiments distants de 40 km sont reliés par une ligne de communication. Les récepteurs peuvent détecter des signaux de puissance minimale égale à 5% de la puissance du signal émis. Déterminer l atténuation d une telle ligne et en déduire la fibre à choisir et la longueur d onde du signal à utiliser. α = A = 10 log P E L L P S α = 10 1 log 40 0,05 α = 0,32 db.km -1 Il faut une fibre monomode à nm (avec nm on a une perte de 0,35 db)

3 3 Figure 6 II.2 Propagation libre GBF Les électrons oscillent dans le fil branché sur le GBF et créent un champ électromagnétique qui se propage autour de ce fil (antenne émettrice) jusqu au fil récepteur (antenne réceptrice). C est la transmission hertzienne. Les ondes hertziennes utilisées appartiennent à la famille des ondes électromagnétiques. Leur longueur d onde est comprise entre 10-3 m et 10 4 m III. Stockage de l information. 1. Comment sont stockées les données sur un disque? Figure 7 : Ondes hertziennes Sur un CD pressé, l information numérique est stockée par une succession de creux et de plats disposés sur une piste lue à partir du centre du CD. Le faisceau laser émis par la photodiode du lecteur de disque possède une longueur d onde. On souhaite avoir, comme sur le schéma une différence de marche telle que l on obtienne une interférence destructive. Pour avoir une interférence destructive, la différence de marche L doit être égale à (2k+1). λ 2 L correspond à un aller et retour du faisceau lumineux, soit L = 2d Pour k = 0, on a donc 2d = λ 2 soit d = λ 4 La différence de hauteur entre un creux et un plat du support (CD par exemple) est de /4 Figure 8 : Piste d un CD Piste Plat Creux Plat Figure 9 : Structure d un disque CD Polycarbonate Métallisation Vernis Le changement de tension est codé «1» et une tension constante est codée «0». a. Combien de bits sont codés sur ce bout de piste? 15 bits (si on ne tient pas compte des extrémités) b. Le terme «creux» pour les trous formés par la matrice est-il judicieux? Non, car pour le laser c est l inverse. c. Retrouver le nombre binaire (15 chiffres) sur cette partie de disque

4 4 2. Comment sont lues les données sur un disque? Figure 10 : lecture d un disque /4 =d a. L intensité captée est-elle alors maximale ou minimale? b. Situation 2 de la figure 11 se trouve-t-on alors? c. Interférences constructives (d = k). Situation 1 Situation 2 Figure 11 L intensité lumineuse reçue par le capteur est alors convertie en la tension électrique (figure 12). (page suivante). 2 Tension (V) 1 0 Temps Figure Compléter les données numériques lues par le capteur à l aide du graphe. Le principe de la lecture des disques optiques gravés industriellement (pressage) repose sur le phénomène d interférence entre les rayons du laser réfléchis par les différentes zones du disque. 3. Capacité de stockage. La capacité de stockage est donc liée à la longueur de la piste qui spirale du centre du support vers son bord. Ainsi, pour augmenter la capacité de stockage, il faut augmenter la longueur de la piste. Pour disposer d une piste plus longue sans agrandir le disque support, on rapproche les lignes de la piste de manière à resserrer la spirale. Figure 13 Le faisceau laser incident doit alors être plus fin pour ne pas lire simultanément deux lignes. Le diamètre d du faisceau laser sur le support est donné par la relation :

5 5 d, 22 NA 1 avec NA l ouverture numérique qui dépend de l émetteur laser. Figure 14 Ainsi, pour diminuer le diamètre du faisceau de manière à pouvoir rapprocher les lignes de codes (et donc augmenter la capacité de stockage), il faut utiliser un laser de longueur d onde plus petite. a. Déterminer le diamètre de la tâche du laser sur un CD. Ce diamètre est-il compatible avec l écartement des lignes sur le CD (1,6 µm) d = 1, = 2,1 m 0,45 Condition : d < 2 1,6 m d < 3,2 m b. Même question avec le Blu-ray et ses lignes séparées de 0,30 µm. d = 1, = 0,58 m 0,85 Condition : d < 2 30 m d < 0,60 m Correction du sujet oral du second groupe