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11/09/2023 La couche physique...

11/09/2023 La couche physique Objectifs – Se préoccupe de la communication La couche physique matérielle entre émetteurs et un récepteur Sources: Le média de http://arsene.perez-mas.pagesperso-orange.fr/index.html communication est https://members.loria.fr/ABelaid/Teaching.html formé par les câbles et les matériels d’interconnexion Le média de communication Le média de communication Est composé d'un câble dans lequel transite La paire torsadée: un signal – Pour compenser des perturbations par les champs des – Au début de l’époque des communications deux fils enroulés électriques (télégraphe …) – La paire torsadée est utilisée pour Câbles simples (dans l’air) connecter: – Plus tard des appareils téléphoniques De grandes agglomérations se sont formées individuels au réseau – Problème de dégradation, parasitage des ordinateurs dans un réseau – Passage à des câbles enterrés local – Faible coût Le média de communication Le média de communication Le câble coaxial: Fibre optique : – Très bonne protection des – Guide d'onde qui exploite les signaux, grâce à l’écran formé par la gaine métallique propriétés réfractrices de la – Prix plus élevé, mais très large lumière bande passante, avec des – Bande passante plus large fréquences élevées – Sensibilité réduite aux – Utilisé dans certains réseaux locaux, dans la télévision, et perturbations – Coût réduit de fabrication Source: http://www.transistek.com/ dans les lignes plus Source: importantes de téléphonie http://www.journaldugeek.com/ 1  11/09/2023 Le média de communication Base théorique de la transmission Ondes électromagnétiques L'information transmise est un signal – Une antenne émettrice (fil électrique) envoie de l'énergie et une antenne Une onde électromagnétique réceptrice en reçoit une partie – Se propage dans un canal (liaison) – On trouve aujourd'hui la transmission – Ses variations représentent des informations par satellite – large couverture, mais possibilité d’écoute et latence élevée (trajet) Très utilisées pour les réseaux cellulaires Source : http://www.acteurdurable.org Transmission de données numériques Transmission d’un signal analogique Exemple de transmission de la lettre « A » Mesure de la tension à la sortie d’un microphone 0 1 0 0 0 0 0 1 Tension qui varie de façon continue Comment représenter ce signal avec des bits -> Numérisation du signal Fréquence d’échantillonnage Fréquence d’échantillonnage Échantillonnage fin Échantillonnage grossier Fréquence d'échantillonnage fe = 1/T (en Hertz) Avec T le temps en seconde entre 2 échantillons Théorème de Shannon: pour reconstruire un signal de sortie de manière fidèle au signal d'entrée, il faut choisir une fréquence d'échantillonnage au moins deux fois supérieure à la fréquence maximale contenue dans le signal d'entrée. 2  11/09/2023 Fréquence d’échantillonnage Fréquence d’échantillonnage Théorème de Shannon: pour reconstruire un Quelques fréquences d'échantillonnage signal de sortie de manière fidèle au signal d'entrée, il faut choisir une fréquence normalisées : d'échantillonnage au moins deux fois supérieure à – 32 kHz : pour la radio FM en numérique la fréquence maximale contenue dans le signal – 44.1 kHz : pour l'audio professionnelle et les d'entrée. compacte-disques Exemple: notre oreille perçoit les sons environ jusqu'à 20 000 Hz, il faut donc une fréquence – 48 kHz : pour les enregistreurs numériques multi- d'échantillonnage au moins de l'ordre de 40 000 pistes professionnelles et l'enregistrement grand Hz pour obtenir une qualité satisfaisante (qualité public (DAT, MiniDisc...) CD audio) Quantification Quantification Signal analogique codé sur 2 bits: Signal analogique codé sur 3 bits 0 à 2,5 V, le code sera « 00 » 2,5 V à 5 V, le code sera « 01 » 5 V à 7,5 V, le code sera « 10 » 7,5 V à 10 V, le code sera « 11 » Quantification Valence du signal Valence : nombre d'états (variations) possibles d'un signal transmis Exemple 1 – Les états possibles: 0 et 1 – Valence V=2 – Nombre de bits B pour représenter tous les états B=log2(V) = log2(2) = 1 Signal analogique codé sur 4 bits 3  11/09/2023 Quelques rappels Valence du signal Exemple 2 – Les états possibles: 0, 1, 2 et 3 – Valence du signal V=4 – Nombre de bits B pour représenter tous les états : B = log2(4) = 2 – La valeur des bits possibles: 00, 01, 10 et 11 – La séquence de bits: 00 11 11 01 00 00 10 00 3 2 1 0 Valence du signal Largeur de bande passante Exemple 3 Bande passante – Nombre d’états V=16 – Désigne la bande de fréquences de – Nombre de bits B pour représenter tous les états: signaux sinusoïdaux qu'un milieu (fibre B = log2(16) = 4 optique, câble Ethernet, ondes radio) est capable de transmettre sans déformation – Une bande de fréquences : [f min ; f max ] – La largeur de la bande passante est: H = f max - f min Largeur de bande passante Débit maximal théorique Les fréquences du WiFi sont les bandes Conséquences sur le débit binaire – 2,45 GHz (2 400-2 483,5 MHz) – Le débit binaire est une mesure de la – 5 GHz (5 150-5 350 MHz) quantité de données numériques transmises par unité de temps Quelle est la bande dont la largeur est la plus – Le débit maximal théorique d'après Nyquist est : large ? Dmax = 2 × H × log2(V) = 2 × H × B 4  11/09/2023 Débit maximal théorique Débit maximal théorique Dmax = 2 × H × log2(V) = 2 × H × B Les fréquences du WiFi sont les bandes – 2,45 GHz (2 400-2 483,5 MHz) – 5 GHz (5 150-5 350 MHz) Dmax: débit maximal en bits par seconde H: bande passante en Hz Quel est le Wifi qui offre le débit le plus B: nombre de bits pour représenter un important ? échantillon Débit: V: valence (nombre d’états) du signal – WiFi 2.4 gHz: 54 Mbits/s – WiFi 5 gHz: 1300 Mbit/s. Effet du bruit parasite Quantification du bruit Tout support est sujet à un bruit parasite – Câble Ethernet: Résistance électrique qui affaiblit la tension au niveau du récepteur Champ magnétique qui déforme le signal – Ondes radio: Récepteur ne capture qu’une partie des ondes de l’émetteur Récepteur capte des ondes venant d’autres émetteurs Signal à Signal à la l’entrée sortie affaiblie par le bruit Quantification du bruit Effet du bruit parasite 5  11/09/2023 Effet du bruit parasite sur la Effet du bruit parasite transmission Valeur de la valence maximale Vmax pour une ligne dont le bruit tend vers 0 ? Tend vers l’infini Valeur de Vmax pour une ligne dont la puissance du bruit est égale à la puissance du signal ? Sqrt(2)=1.414… Valeur de Vmax pour une ligne dont la puissance du bruit est égale à la moitié de la puissance du signal ? Sqrt(3)=1.732… Valeur de Vmax pour une ligne dont la puissance du bruit tend vers l’infini ? Tend vers 1 6