Protocoles Réseaux. Matthieu Picantin. Signal numérique Signal variant de manière discontinue dans le temps. Signal analogique

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1 Préambule Le modèle hybride Proocoles Réseaux Mahieu Picanin Couche 5 Applicaion Inerface 4 Transpor Proocole d'applicaion Proocole de ranspor Fronière du sous-réseau de communicaion Applicaion Transpor message 3 Réseau Réseau Réseau paque Proocoles inernes au sous-réseau LIAFA CNRS UMR 789 Universié Paris 7 Denis Didero 2 Liaison Liaison Liaison Liaison rame 6 mars 29 Physique Hôe A Physique Pon Physique Roueur Proocole de couche réseau hôe-roueur eur Proocole de couche liaison de données hôe-pon Physique Hôe B bi Nom des uniés échangées Proocole de couche physique hôe-pon / 36 2 / 36 Préambule Rôle de la couche physique Bande de base vs large bande Objecif Transpor d un flo de bis d une machine à une aure sur un canal de communicaion Mainien e désacivaion des connecions physiques Signal numérique Signal varian de manière disconinue dans le emps Technologie de la ransmission Connaîre le suppor (avec ou sans guide physique, ec) Définir la echnologie uilisée pour la ransmission Conrôler les aspecs opiques, élecriques & mécaniques Signal analogique Signal varian de manière coninue dans le emps 3 / 36 4 / 36

2 Bande de base vs large bande Perurbaions de la ransmission Signaux numériques (baseband) Mise en oeuvre rès simple e peu coûeuse Adapés à la ransmission de données Débis rès élevés seulemen sur de coures disances Signaux analogiques (broadband) Mise en oeuvre plus complexe (e coûeuse) Moins adapés à la ransmission de données Débis élevés sur de longues disances Aénuaion Elle dépend de la fréquence e de la puiss. reçue disance : A= log (en db) puiss. émise Disorsion emporelle Elle es due aux différenes viesses des harmoniques Brui Il s agi d énergies parasies : brui hermique, diaphonie, brui impulsif aénuaion 5 / 36 6 / 36 Bande passane Analyse de Fourier P P f c f (en Hz) f (en Hz) Filres passe bas naurels Au delà d une ceraine fréquence, on observe une rop fore aénuaion Filres passe hau arificiels On inerdi les rès basses fréquences rop perurbées par le brui Série de Fourier Toue foncion T -périodique g se décompose comme g() = 2 a + a n cos(2πnf) + b n sin(2πnf) n= n= Bande passane Inervalle de fréquences pour lequel le signal es aénué dans une limie raisonnable P 3 db bande passane (en Hz) f (en Hz) la fréquence fondamenale es f = T les ampliudes des harmoniques son a n = 2 T T g() cos(2πnf)d e b n = 2 T les ampliudes efficaces son a 2 n+b 2 n 2 T g() sin(2πnf)d 7 / 36 8 / 36

3 Analyse de Fourier Analyse de Fourier emps T 2 harmonique 2 harmoniques Harmoniques ransmissibles Soi b le débi binaire (en bi/s) e H la bande passane (en Hz) Il fau 8/b secondes pour ransmere l oce La fréquence fondamenale f es b/8 (en Hz) Le nombre d harmoniques ransmissibles es environ 8H/b ampliudes efficaces nombre d'harmoniques harmoniques 8 harmoniques Harmoniques ransmissibles pour H = 3 khz b (bi/s) T (ms) 26,67 6,67,67,83,2 f (Hz) 37, # harmoniques / 36 / 36 iesse de modulaion alence Temps élémenaire Fracion (emporelle) du signal représenan la ransmission d une même informaion alence Nombre d éas différens que peu prendre un signal Signal de valence 2 Signal de valence 4 emps élémenaire iesse de modulaion (exprimée en Baud) Nombre de emps élémenaires ransmis par unié de emps alence, viesse de modulaion e débi Si la valence es = 2 m e la viesse de modulaion es R, alors le débi binaire es le produi R m, soi R log 2 / 36 2 / 36

4 Limiaion du débi Théorème de Nyquis (canal parfai) Pour une bande passane H (en Hz) e une valence débi binaire maximal = 2H log 2 (en bi/s) Théorème de Shannon (canal bruié) Pour une bande passane H (en Hz) S e un rappor signal sur brui log N (en db) débi binaire maximal = H log 2 (+ S N ) (en bi/s) Exemple Un canal ayan une bande passane de 3 khz e exemp de brui ne peu ransmere un signal numérique à un débi excédan 6 kbi/s Exemple Un canal de 6 khz don le rappor signal sur brui es de 2dB ne peu ransmere un signal à un débi supérieur à 4 kbi/s Transmission synchrone de bis ous les bis ransmis calés sur une même synchronisaion par régénéraion du signal d à la récepion par uilisaion de séquences de synchronisaion le signal doi présener de nombreuses ransiions Codage en bande de base choix du emps élémenaire choix de la valence choix des éas 3 / 36 4 / 36 Code ou-ou-rien Code NRZ (Non Reurn o Zero) Problème : composane coninue non-nulle = échauffemen pas effe de Joule Problème 2 : pas de disincion enre e pas de ransmission Problème : désynchronisaion possible sur de longues séquences ideniques Problème 2 : dépendance vis-à-vis de la polarié 5 / 36 6 / 36

5 Code NRZI (Non Reurn o Zero Invered) Code RZ (Reurn o Zero) Principe : ransiion seulemen si Si : = sur la période, Si : fron monan en débu, descendan en milieu de période 7 / 36 8 / 36 Code bipolaire Code biphase ou Mancheser Avanage : indépendan de la polarié Problèmes de désynchronisaion e de déecion de ransmission Principe : XOR enre les données e l C es le codage uilisé pour Eherne à Mbi/s 9 / 36 2 / 36

6 Code Mancheser différeniel Code Miller Une ransiion à chaque demi-période Une ransiion au débu de la période seulemen si Avanage : indépendan de la polarié Une ransiion à chaque demi-période si, Une ransiion en fin de la période si suivi de 2 / / 36 Modulaion Obligaoire au délà de quelques kilomères Uilisaion d un (modulaeur-démodulaeur) Modulaion d ampliude liaison coure liaison longue Principaux ypes de modulaion Le bu es de moduler une onde poreuse en modifian une de ses caracérisiques modulaion d ampliude modulaion de fréquence modulaion de phase 23 / / 36

7 Modulaion de fréquence Modulaion de phase liaison coure liaison longue liaison coure liaison longue 25 / / 36 Modulaion de phase en quadraure Modulaion d ampliude en quadraure de phase QAM-6 QAM / / 36

8 Muliplexage Modulaion avec codage en reillis 9 9 Problémaique évoluion de la demande de bande passane coû d insallaion e d enreien d une ligne indépendan de son débi Soluions echniques 8 8 muliplexage fréquenciel (FDM) le specre des fréquences disponibles es divisé en bandes plus éroies don chacune es affecée à l usage exclusif d une communicaion bis muliplexage emporel (TDM) chaque communicaion bénéficie de la oalié de la bande passane mais pendan un laps de emps limié 29 / 36 3 / 36 Muliplexage Muliplexage Muliplexage fréquenciel (FDM Frequency Division Muliplexing) groupe primaire = 2 4Hz (5+3+5) de 6 à 8 khz groupe secondaire = 5 groupes primaires = 6 voies groupe eriaire = 5 groupes secondaires = 3 voies Muliplexage en longueur d ondes (WDM Wavelengh Division Muliplexing) principe du FDM mais uilisaion de la diffracion (mécanisme passif) inéressan (signaux opiques limiés au Gbi/s vs bandes de 25THz) Aénuaion Canal Canal 2 Canal (Hz) Bandes passanes originales (khz) Bandes des fréquences ransposées 6 Canal 2 Canal Canal 3 64 Canal muliplexé (khz) 3 / 36 Fibre Fibre 2 Fibre 3 Fibre 4 Specre fibre Specre fibre 2 Muliplexeur opique Specre fibre Fibre longue disance paragée Specre fibre 4 Séparaeur opique Filre Specre sur la fibre paragée / 36

9 Muliplexage Muliplexage Muliplexage par répariion en fréquences orhogonales (OFDM) uilisaion opimale de la bande de fréquence allouée par orhogonalisaion des poreuses bonne immunié conre l évanouissemen de propagaion muliraje faible complexié de l algorihme de muliplicié de la modulaion diminuion du aux d erreur par codage e enrelacemen adapé Principe OFDM : émeeur vs récepeur x Re DAC x fc s[n] FFT - x n-2 Im x n- DAC π/2 r() Nombreuses applicaions radiodiffusion pour la élévision numérique erresre (normes DB, ec) ADC Re y inerne pour l ADSL (norme G.DMT) réseaux sans-fil (normes 82.a, 82.g, 82.n, 82.6, ec) réseaux mobiles de nouvelle généraion (4G). r() π/2 fc ADC Im FFT y y n-2 y n- ^s[n] 33 / / 36 Muliplexage Muliplexage Accès Muliple par Division de Code (CDMA) procédé d éalemen de specre : emps de ransmission d un bi divisé en m inervalles appelés chips (m = 64 ou 28) un code unique S de m bis (chip sequence) aribué à chaque saion s pour ransmere, s envoie sa chip sequence S pour ransmere, s envoie son complémen S le récepeur dispose du code uilisé par la saion émerice les codes on des propriéés permean à ou récepeur de récupérer le signal qui lui es desiné Accès Muliple par Division de Code (CDMA) noaion bipolaire : noé e noé + produi inerne normalisé : S T = m P m i= S it i chip sequences 2-à-2 orhogonales : S T = pour chaque {S, T } propriéés : S T = S T = S S = = S S recouvremen du signal au niveau du récepeur il doi connaîre la séquence uilisée par l émeeur b il calcule le produi inerne normalisé de la séquence reçue R e de la chip sequence B de l émeeur par exemple R B = (A + B + C) B = A B + B B + C B = B B = + ou bien R B = (A + B + C) B = A B + B B + C B = B B = 35 / / 36