La couche physique

Sommaire Rappel structure en couches Présentation Milieux de transmission Signaux, ondes, analyse de Fourier Fitrage des fréquences Modulation Conversion analogique-numérique et réciproque Taux de transmission Théorie de l’information Standards et interfaces

Rappel structure en couches La pile de protocoles est structurée en couches, chaque couche prend des données de la couche supérieure, les traite et les fournit à la couche inférieure, ayant un dialogue uniquement avec sa couche correspondante

Rappel de la structure en couche Couche application Couche présentation Couche session Couche transport Couche réseau Couche liaison de données Couche physique Couche application Couche présentation Couche session Couche transport Couche réseau Couche liaison de données Couche physique

Présentation Assure l’interface avec le matériel Prend en charge la bonne conversion des signaux digitaux en signaux analogiques, la modulation, l’émission physique sur la ligne de communication La réception, le filtrage du bruit, et la reconversion en signaux digitaux

Milieux de transmission Câbles électriques Fibres optiques Espaces, ondes électro-magnétiques

Câbles électriques Câbles simples (dans l’air) Utilisés tout au début de l’époque des communications électriques (télégraphe …) Début du XXème : trop grande agglomération Problème de dégradation, parasitage Passage à des câbles enterrés

Câbles électriques Paire torsadée Compensation des perturbations par les champs des deux fils enroulés Deux types : blindés et non-blindés Utilisée à grande échelle pour connecter des appareils téléphoniques individuels au réseau, les ordinateurs dans un réseau local Bon marché

Câbles électriques Câble coaxial Très bonne protection contre les signaux, grâce à l’écran formé par la gaine métallique Prix plus élevé, mais très large bande passante, avec des fréquences élevées qui peuvent être transmises Utilisé dans certains réseaux locaux, dans la télévision, et dans les lignes plus importantes de téléphonie

Fibres optiques Beaucoups d’avantages : bande passante plus large, sensibilité réduite aux perturbations, difficulté d’écoute intempestive, coût réduit de fabrication L’interconnexion : passive, active, mécanique, par soudage ou collage, ou fusion Transmission : laser ou LED, monomode ou multimode

Ondes électromagnétiques Transmission de surface – antennes « en vue » Transmission réfléchie sur la ionosphère pour certaines longueurs d’onde Transmission par satellite – large couverture, mais possibilité d’écoute et latence élevée (trajet) Réseaux cellulaires

Signaux, ondes, analyse de Fourier Il est possible de décomposer tout signal (vu comme fonction du temps) en une somme infinie de fonctions trigonométriques usuelles, et d’en calculer les coefficients

Filtrages des fréquences Tout canal de transmission a des limitations pour ce qui est des fréquences qu’il laisse passer C’est la Bande Passante

Modulation Processus par lequel on encode l’information dans les paramètres du signal Plusieurs types Amplitude : Fréquence : Phase :

Modulation - suite Pour les signaux numériques à transmettre, le nombre de valeurs distinctes du paramètre modifié donne, en logarithme, le taux de compression On peut aussi combiner ces types et il faut alors compter, pour le taux de transmission, le nombre total de valeurs combinaisons possibles

Conversion analogique-numérique Les réseaux de communication utilisent depuis longtemps cette technique car : Les signaux analogiques sont atténués, distordus, perturbés par le bruit Les signaux numériques sont plus faciles à reconstituer même après des perturbations La conversion comporte une phase d’échantillonage qui doit être faite à une fréquence supérieure au double de la fréquence la plus haute (théorème Nyquist)

Modalités de conversion analogique-numérique Modulations de codes pulsés : numérisation logarithmique pour densifier les zones de petites amplitudes Modulations différentielle de codes pulsés : on envoie non pas la valeur numérisée, mais la différence entre deux échantillons successifs (gain dû à une certaine redondance)

Modulation delta : on envoie seulement un bit, codant le signe de la différence entre les échantillons Modulation delta à variation continue de la pente : on envoie un bit, codifiant la pente d’évolution du signal

Conversion numérique-numérique Différentes nécessités selon l’endroit : intérieur d’un ordinateur, lignes de communication courtes, longues … Nécessité impérative de synchronisation: bits spéciaux, ou recodification de l’information Caractéristiques : Signal polarisé ou non (± ou non) Signaux bipolaires (trois valeurs) Inversion alternée : changement de codification en cas de 1 (resp. 0) successifs Compromis : simplicité, facilité de synchro., détection, correction d’erreurs

Quelques codes utilisés

Comparaison NRZ – simple, efficace, mais pas de synchronisation en cas de séquences longues RZ – moins efficace, mais bonne synchronisation Manchester – bonne synchronisation, moins efficace que NRZ AMI bipolaire - détection de violation de parité mais pas synchonisation si séquence de 0 CMI – sensible à la désynchronisation

Capacités de transmission Le taux effectif de transmission de changements des paramètres du signal (baud) Le nombre de bits (éventuellement plus élevé si un baud représente plusieurs bits) Limitation de Nyquist – capacité Cs sans bruit, bande passante W et L niveaux pour les bauds : Cs = 2W. log2 L

Limitation Shannon - capacité Cb avec bruit de puissance N, par rapport au signal de puissance S et une bande passante W : Cb = W. log2 (1+S/N)

Théorie de l’information - Shannon Dans cette théorie, l’information n’est pas à confondre avec la signification. L’information mesure la liberté de choix parmi plusieurs messages, au niveau « syntaxique », sans se soucier du contenu des messages ; ce concept s’applique donc à la situation de choix en général et pas seulement à des messages individuels

Théorie de l’information Arbitrairement, la situation où il y a seulement deux messages possibles, avec une chance égale, a une unité d’information, appelé bit De manière générale, lorsque les probabilités d’apparition ne sont plus équivalentes, l’information peut être mesurée par une fonction d’entropie :