Réseaux de Communication - Chapitre 3 : Signal et support de transmission PDF

Réseaux de Communication Chapitre 3 : Signal et support de transmission Mis-à-jour par: équipe réseau-télécom Version 2023-2024 1 Sommaire Système de communication Information, données, signal Bande fréquentiel vs. Bande passan...

Réseaux de Communication Chapitre 3 : Signal et support de transmission Mis-à-jour par: équipe réseau-télécom Version 2023-2024 1 Sommaire Système de communication Information, données, signal Bande fréquentiel vs. Bande passante Supports de transmission Sources de perturbation dans un support de transmission 2 Système de communication Sens de Transmission Signal Emetteur Récepteur Support de transmission 3  Information, donnée et signal Information Message, connaissances, savoir, des pensées à partager … Nature des informations transmises Images Vidé Données alphanumériques, textes et o Parole humaine / Audio, Son Hi-Fi Voix autres données structurées en un 4 ensemble de caractères, Information, donnée et signal Donnée La donnée est la représentation de l’information que l’on cherche à transmettre. Elle peut être sous forme numérique (valeurs discrètes) ou analogique (valeurs continues dans un intervalle). Signal Un signal de forme numérique ou analogique a pour principale fonction de transporter la donnée. La donnée est dite encodée sur le signal afin que celui-ci puisse la transporter. 5  Bande de fréquence du signal Représentations d’un signal Afin d’étudier les caractéristiques d’un signal analogique ou numérique, deux représentations sont possibles: Représentation temporelle: Observer les variations des amplitudes du signal en fonction du temps. Représentation fréquentielle: Observer les variations des amplitudes en fonction des différentes fréquences du signal. Cette représentation fréquentielle est appelée spectre. Exemple 1: x(t)=Asin( 2πft) Variation temporelle Variation fréquentielle  Bande de fréquence du signal Représentations d’un signal Exemple 2: x(t)= A1cos( 2πf1t)+ A2cos( 2πf2t)+ A3cos( 2πf3t)+ A4cos( 2πf4t) Variation temporelle Variation fréquentielle  Bande de fréquence du signal Représentations d’un signal Exemple 3: Le signal de la voix humaine en téléphonie occupent plusieurs fréquences qui varient entre Fsmin =300Hz et Fsmax =3400 Hertz. Cette intervalle est appelé bande fréquentielle du signal. Bande fréquentielle Fsmin =300Hz Fsmax =3400Hz Variation temporelle Variation fréquentielle Bande de fréquence du signal Représentations d’un signal Exemple 4: Un signal numérique (suite d’impulsion électrique). Variation temporelle Variation fréquentielle Bande de fréquence d’un signal (Bfs) La bande de fréquence d’un signal, ou encore largeur de bande du signal, est la zone de fréquence qu’utilise ce signal pour circuler 9  Support de transmission Qu’est ce qu’un support de transmission? Pour que deux équipements réseau communiquent entre eux, il faut qu'ils soient reliés par un support physique qui leur permet de transmettre et de recevoir des signaux porteurs d'information. 10  Bande passante du support de transmission Bande Passante (BP) Un signal est transmis sur un canal physique de communication. La bande de fréquence qu’autorise le canal physique de communication est appelée bande passante. Une bande passante est définie sur [Fcmin , Fcmax] occupe une largeur de bande W: largeur de bande = borne supérieure – borne inférieure Wc = Fcmax – Fcmin Bande passante 11 Bande de fréquence vs bande passante Soient Wc et Ws les largeurs de bandes relatives à BP et Bfs Il faut s’assurer que les fréquences occupées par le signal sont autorisées (supportées) par le canal Bfs ⊂ BP BP Exemples Bfs Le signal de la voix humaine occupent les fréquence de 300 à 3400 Hertz, soit une bande de fréquence de largeur Ws =3100 Hertz. La paire torsadée utilisée dans les réseaux RTCP présente une bande passante de 0Hz à ~1MHz, soit une bande de largeur Wc =1MHz. Fcmin Fsmin Fsmax Fcmax 12 Débit Exemple: Calculons le temps de transmission d'un message de 512 octets en sortie d'une carte réseau fonctionnant à 100 Mbps 13  Classification des supports de transmission Un support de transmission, peut être filaire (ou guidé) comme les câbles réseau composé de fils de cuivre (paire torsadée, câble coaxial) ou de fibre optique. Le support de transmission peut être aussi sans fils (non guidé), tel que les ondes et la lumière. Supports de transmission Câblés Sans fils Paire Câble Fibre Onde Radio Lumière torsadée coaxial Optique 14  Les supports de transmissions câblés 15  Support filaire : Paire torsadée La paire torsadée : câble constitué à l’origine de fils de cuivre isolés et enroulés l’un sur l’autre Connecteur RJ45 Connecteur RJ11 Applications Les câbles contiennent : 1 paire (desserte téléphonique: connecteur RJ11), 4 paires (réseaux locaux: connecteur RJ 45), ou plusieurs dizaines de paires (câble téléphonique). 16 Support filaire : Paire torsadée Avantages Connexion facile Faible coût Inconvénients Faible immunité aux bruits Bande passante limitée (KHz à MHz) Taux d’erreur élevé BER ~10-5 Applications Lignes téléphoniques Réseaux bas ou moyens débits Hauts débits à très courte distance 17  Support filaire : Paire torsadée UTP : Unshielded Twisted Pairs La paire est composée de deux conducteurs métalliques entremêlés. Le signal transmis correspond à la tension entre les deux fils STP : Shielded Twisted Pairs La paire est entourée d’une feuille d’aluminium augmentant l’immunité contre les perturbations électromagnétiques Exemple 10 base T , 100 base T , 1000 base T , 10G base T Débit en Twisted paire 18 Mbit/s  Support filaire : Câble coaxial Le câble coaxial : constitué d’un conducteur intérieur en cuivre entouré d’un conducteur extérieur, en cuivre ou aluminium Applications Exemple : 10base2 : 10Mbit/s, transmission en bande de base, Réseaux locaux haut débit longueur maximale d’un segment ~200m (185m) Distribution vidéo ( câble TV) 10base5 : 10Mbit/s, transmission en bande de base, longueur maximale d’un segment 500m 19 Support filaire : Câble coaxial Avantages Meilleures performances que la paire torsadée : affaiblissement moindre, transmission de signaux de fréquences plus élevées, Sensibilité faible aux bruits (gaines d’isolations épaisses) Bande passante élevée (centaines de MHz) La capacité de transmission dépend de sa longueur Sur 1 km, un débit de plusieurs centaines de Mbit/s peut être atteint BER ~ 10-9 Inconvénients Coût élevé Support très encombrant Sur des distances supérieures à 10 km, l’atténuation des signaux réduit considérablement les débits possibles 20  Support filaire : Fibre optique La fibre optique: Filament de silice ou de matière plastique permettant de transporter un rayonnement optique Applications Liaisons internationales, interurbaines ou des raccordements d’abonnés 21  Support filaire : Fibre optique Un système de transmission par fibre optique met en œuvre : un émetteur est une source de lumière LED ou LASER un récepteur de lumière est un capteur photovoltaïque (photoresistance) Exemple 100 base FX: Débit 100Mbits/s 22 Support filaire : Fibre optique Avantages Très grande bande passante (GHz) => très haut débit Faible poids, très petite taille, grande souplesse Sécurité électrique (utilisation sous fortes tensions) et électromagnétique => les perturbations électromagnétiques n’impactent pas la transmission lumineuse Taux d’erreur faible BER~10-15 Confidentialité élevée pas de risque d’interception du signal par une tierce personne Coût assez faible du câble Inconvénients Cout élevé des émetteurs récepteurs selon leurs qualités Sensibilité au bruit des équipements d’émission et de réception Les émetteurs et récepteurs doivent être de très bonne qualité pour distinguer les signaux émis à haut débit 23 Les supports de transmission sans fils 24  Les ondes radios Une onde radioélectrique, communément abrégée en onde radio, est une onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 300 GHz. Adaptées au transport de signaux issus de la voix et de l'image, les ondes radio permettent les radiocommunications (talkie- walkies, téléphone sans fil, téléphonie mobile…), la radiodiffusion et les radars. Pour plus d’informations sur les spectres: https://www.youtube.com/watch?v=uiD8tpYa8oA 25  Les ondes radios Les ondes radio sont largement utilisées pour la communication sans fil, y compris : Radio et télévision : Pour transmettre des signaux audios et vidéo. Téléphonie mobile : Utilisées dans les communications cellulaires (3G, 4G, 5G). Wi-Fi, Bluetooth, NFC, Zigbee : Pour les connexions sans fil à courte portée. Radar et navigation : Dans les systèmes de détection et de localisation. Satellites : Pour les communications spatiales. 26  Les ondes radios Avantages Portée et couverture: Les ondes radio peuvent couvrir de longues distances selon leur type, même dans des environnements difficiles comme les zones montagneuses ou les environnements urbains avec de nombreux obstacles. Les systèmes satellitaires utilisant des ondes radio peuvent assurer une couverture mondiale. Capacité à traverser les obstacles: Contrairement aux ondes optiques ou infrarouges, les ondes radio peuvent traverser certains obstacles comme les bâtiments, les arbres ou d'autres structures, ce qui permet une utilisation en intérieur et en extérieur. Faible coût: ils ne nécessitent pas de câbles physiques, ce qui peut réduire les coûts d'installation, en particulier dans des zones difficiles d'accès. Les dispositifs qui utilisent les ondes radio, comme les téléphones portables ou les radios, sont généralement peu coûteux et largement disponibles. 27  Les ondes radios Inconvénients: Interférences: En cas de mauvaise gestion du spectre, les ondes radio sont sujettes à des interférences dues à d'autres émetteurs, des appareils électroniques ou même des conditions atmosphériques. Sécurité: Les transmissions radio peuvent être interceptées facilement, car elles se propagent dans l'air. Cela nécessite des mesures de cryptage et de protection pour éviter les interceptions non autorisées, notamment dans les communications sensibles. Régulation du spectre : Le spectre des ondes radio est une ressource limitée et régulée par les autorités gouvernementales L'obtention de licences pour certaines fréquences peut être coûteuse et complexe. Sensibilité à la congestion : Lorsque de nombreux utilisateurs partagent une même bande de fréquences, comme dans le cas des réseaux Wi-Fi dans des zones densément peuplées, cela peut entraîner une congestion du réseau et des vitesses de connexion plus faibles. 28  La lumière Infrarouge (IR) : Utilisé pour les télécommunications à courte distance, souvent pour les connexions point à point entre des dispositifs. Exemple: la télécommande. Li-Fi (Light Fidelity)Principe : Le Li-Fi utilise la lumière visible, généralement émise par des ampoules LED, pour transmettre des données. Les ampoules LED peuvent s'allumer et s'éteindre à des vitesses extrêmement rapides (invisibles à l'œil humain), ce qui permet d'encoder des informations dans le faisceau lumineux. Applications : Connexions Internet à l'intérieur (bureaux, maisons, hôpitaux), espaces où les ondes radio ne sont pas autorisées (comme les avions ou les environnements sensibles aux interférences). 29  La lumière FSO (Free Space Optics) : La communication FSO utilise des faisceaux lumineux dans le spectre visible ou infrarouge pour transmettre des données à travers l'air libre (espace libre), sans nécessiter de fibre optique ou de câbles. Elle est utilisée pour des communications point à point entre deux émetteurs/récepteurs situés à distance. Applications : Liaisons point à point dans les zones urbaines, connexions entre bâtiments où les câbles sont difficiles à installer, communication entre satellites. 30  La lumière Avantages: - Débit élevé de données - Absence d'interférences électromagnétiques - Difficile à intercepter donc plus sécurisé - Disponibilité du spectre lumineux Inconvénients: - Nécessité d'une ligne de vue directe - Sensibilité aux conditions environnementales - Incompatibilité avec les environnements soumis à des changements fréquents de lumière - Complexité d’installation et de maintenance 31 Sources de perturbation Question : Signal reçu R(t) ≠ signal émis S(t)? Réponse : Un signal durant sa transmission subit différentes déformations dues aux caractéristiques du support de transmission et de l'environnement. Les types de perturbation : Attenuation Bruit Distortion 32 Sources de perturbation Signal Signal Information message émis reçu Émetteur + Récepteur message Destination source Source de perturbations 33  Sources de perturbation Atténuation ou affaiblissement L'affaiblissement d'un signal est du aux caractéristiques du support : résistance, dispersion de l'onde hertzienne,... Pour compenser cet affaiblissement, on utilise des amplificateurs 34 Sources de perturbation Bruit : Signaux parasites qui se superposent au signal transporté et qui donnent, en définitive, un signal déformé Signal Bruit Signal +bruit Moments d’échantillonnage Données reçues Données émises 35 Sources de perturbation Bruit : On distingue 2 types de bruit : Bruit déterministe : comportement connu et prévisible. Exemple: bruit de quantification Bruit aléatoire : comportement inconnu et imprévisible. Exemple: interférence avec les autres systèmes, agitation thermique des électrons, perturbation environnementale. Pour remédier au bruit, on procède aux techniques de filtrage Permettent de limiter l’impact du bruit sans l’éliminer 36  Sources de perturbation Distorsion : Modification de l’une ou plusieurs composantes du signal : amplitude, phase ou fréquence. Distorsion d’amplitude Due à l’impédance du support de transmission, Engendre un affaiblissement du signal qui varie en fonction de la fréquence. Solution : égalisateur qui amplifie en fonction de la fréquence. Distorsion de phase Due au fait que la vitesse de propagation varie en fonction de la fréquence du signal. Engendre une perte de synchronisation. Solution : resynchronisation. Distorsion de fréquence Due au filtrage de certaines fréquences par le support de transmission ainsi que les équipements d'extrémité qui sont caractérisés par leur Bandes Passantes. 37 Solution : une transmission par transposition de fréquences. Merci pour votre attention 38