Chapitre 2 : Techniques de Transmission des données

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1 Techniques de l information et de la communication Chapitre 2 : Techniques de Transmission des données Objectifs du chapitre Le but d un réseau est de transmettre des informations d un ordinateur à un autre. Pour cela il faut dans un premier temps décider du type de codage de la donnée à envoyer, c est-à-dire sa représentation informatique. Celle-ci sera différente selon le type de données, car il peut s agir de : données sonores, données textuelles, données graphiques, données vidéo... Introduction Transporter de l information d un point à un autre nécessite que soit établie une série de conventions concernant la représentation logique des données, les paramètres physiques de la transmission (niveau électrique, rythme de l émission...) et le mode de contrôle de l échange. Cet ensemble de conventions constitue le protocole1 de transmission, il qualifie une transmission et définit ses possibilités d emploi Généralité et notions de base Représentations de la logique binaire Représentation des signaux Il existe plusieurs façons de coder les valeurs 0 et 1. La plus simple, que nous adopterons dans la suite, est appelée logique positive et consiste à représenter 1 par la présence d'une tension (par exemple +5v) et 0 par une tension nulle. Génération d'un signal Il est facile de fournir de tels signaux à un circuit : il suffit d'un interrupteur à deux positions (utilisé pour les va-et-vient) ; dans une position la sortie de l'interrupteur transmettra la tension+v, dans l'autre 0v (voir figure 2.1)

2 Les flux d information L acheminement, dans un même réseau, d informations aussi différentes que les données informatiques, la voix ou la vidéo implique que chacune de ces catégories d information ait une représentation identique vis-à-vis du système de transmission et que le réseau puisse prendre en compte les contraintes spécifiques à chaque type de flux d information (figure 2.1) Les NTIC : Nouvelles Technologies de l'information et de la Fig 1. Le réseau et les différents flux d information Caractéristiques des réseaux de transmission Notion de débit binaire Le débit binaire mesure le nombre d éléments binaires transitant sur le canal de transmission pendant l unité de temps (figure 2.2).Le débit binaire s exprime par la relation : Figure 2.2 Schématisation d un système de transmission. Notion de taux d erreur Les signaux transmis sur un canal peuvent être perturbés par des phénomènes électriques ou électromagnétiques désignés sous le terme générique de bruit. Le bruit est un phénomène qui dénature le signal et introduit des erreurs. On appelle taux d erreur binaire (Te ou BER, Bit Error Rate) le rapport du nombre de bits reçus en erreur au nombre de bits total transmis.

3 Types d informations Les informations transmises peuvent être réparties en deux grandes catégories selon ce qu elles représentent et les transformations qu elles subissent pour être traitées dans les systèmes informatiques. On distingue : Les données discrètes, L information correspond à l assemblage d une suite d éléments indépendants les uns des autres (suite discontinue de valeurs) et dénombrables (ensemble fini). Par exemple, un texte est une association de mots eux-mêmes composés de lettres (symboles élémentaires). Les données continues ou analogiques : Résultent de la variation continue d un phénomène physique : température, voix, image... Un capteur fournit une tension électrique proportionnelle à l amplitude du phénomène physique analysé : signal analogique (signal qui varie de manière analogue au phénomène physique). Un signal analogique peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle déterminé (bornes) Traitement de signal Définition Un signal est la représentation physique d une information (température, pression, absorbance, ). Pour transmettre un signal d un lieu à un autre on utilise une chaîne de transmission composée : - d un encodeur - d un canal de transmission (émetteur, milieu de transmission, récepteur) - d un décodeur

4 1. Le micro (encodeur) d un téléphone analogique convertit le signal sonore en signal électrique. 2. Une ligne téléphonique (ligne filaire) achemine le signal électrique vers un autre téléphone analogique. 3. Le haut-parleur (décodeur) de ce dernier téléphone convertit le signal électrique en signal sonore. Dans cet exemple, le signal sonore émis, le signal reçu, ainsi que le signal électrique circulant dans le fil sont des signaux analogiques car ils varient de façon continue dans le temps. Le son est une variation de pression continue dans le temps. Le signal électrique fabriqué par le micro varie aussi de manière continue Types des signaux (Signal analogique, signal numérique)

5 Numérisation d un signal Numériser un signal analogique consiste à transformer les grandeurs continues dans le temps en des grandeurs discontinues qui varient par palier en prenant des valeurs à intervalle de temps régulier : période d échantillonnage Te. Cette numérisation est assurée par un Convertisseur Analogique-Numérique (C.A.N.). La numérisation d un signal nécessite trois étapes : L échantillonnage La quantification Le codage Etape 1 : L échantillonnage On appelle période d échantillonnage Te (en s), le temps entre deux msesure succéssives. La fréquence d échantillonnage fe, correspond au nombre de mesures effectuées par seconde. Théorème de Shannon : Pour un signal périodique (comme un son) la fréquence d échantionnage fe doit être au moins le double de la fréquence maximale fmax du signal : fe > fmax

6 Etape 3 : La quantification Un signal numérique ne peut prendre que certaines valeurs : c est la quantification. Elle s exprime en bits Cette quantification est assurée par un convertisseur (CAN). Chaque valeur est arrondie à la valeur permise la plus proche par défaut. On appelle alors résolution ou pas l écart (constant) entre deux valeurs permises successives. Remarque : Un bit (de l anglais binary digit) est un chiffre binaire (0 ou 1). C est la plus petite unité de numérisation. On définit alors un multiple du bit : l octet. Un octet est un ensemble de 8 bits. On peut donc quantifier 28 = 256 valeurs avec un octet. Par exemple B Plus la quantification est grande, plus l amplitude du signal numérique sera proche de celle du signal analogique. Exemple : Quantification sur différents support de sons :

7 Calibre et le pas d un CAN : On appelle calibre l intervalle des valeurs mesurables des tensions analogiques à numériser (par exemple ±5 V). On appelle plage d un convertisseur, la largeur de l intervalle entre la plus petite et la plus grande valeur du calibre. (pour un calibre de ±5 V, la plage est alors de 10 V). Le pas p d un convertisseur de n bits et de plage donnée, est alors défini par : Etape 3 : le codage On appelle codage la transformation des différentes valeurs quantifiées en langage binaire.

8 2.4. Les supports de transmission.. TD N 2.1- Partie 1 du chapitre 2 (Technologies de la transmission des données) Exercice 1 : Donnez la nature des signaux suivants (avec justification et schématisation) 1- Onde acoustique : courant délivrer par un microphone (parole, musique, ) 2- Signaux géophysiques : vibrations sismiques 3- Tension aux bornes d'un condensateur en charge 4- ondes lumineuses (par fibres optiques). 5- La représentation physique d une logique binaire (câble électrique) Exercice 2 : (Exemple de représentation d un signal) Représentez physiquement (signal) les portes logique suivantes : Exercice 3 : (Problème d échantillonnage) La durée de l enregistrement d un son est de 3,0 s. Le signal sonore est facilement reconstitué à partir de son enregistrement numérique si la période d échantillonnage lors de l enregistrement est dix fois plus petite que la période du signal. 1- Déterminer le nombre d échantillon pris lors de cet enregistrement avec une période d échantillonnage de Te = 1, 0 ms. 1- Déterminer la période minimale et la fréquence maximale du signal qu il est possible de reconstruire correctement ainsi Exercice 4 : Problème de quantification La notice d un circuit intégré indique que le convertisseur a 22 bits, que le temps de conversion est de 80 ms et que la plage d entrée est de + 5,0 V. La fréquence d échantillonnage est de 12,0 Hz. 1- Déterminer le nombre de pas disponibles avec la tension d entrée indiquée.

9 2- Déterminer la période d échantillonnage. 3- Pourquoi la période d échantillonnage doit-elle être supérieure au temps mis par le C.A.N. pour traiter une conversion? Est-ce le cas ici? Exercice 5 : Application de numérisation d un signal analogique On veut numériser le signal m t A Asin 2 ft Où (A = 4.9, f = 120 Hz fréquence de signal ) avec une fréquence d'échantillonnage fe = 1000 Hz ( Te = 1 ms). Les valeurs du signal seront codés sur 3 bits, elles ne peuvent prendre que les valeurs (0,1,2,3,4,5,6,7). Questions: Appliquer le problème en répondant aux questions suivantes : 1- Représenter le signal analogique par un graphe 2- Déterminer l ensemble des valeurs possibles qui peut prendre le signal digital (numérique) 3- Représenter le signal digital obtenu par un graphe