Cours Réseaux de Communication Couche physique

Cours Reseauxde Communi-

cationCouche

physique

Dr A.DJEFFAL

Couchephysique

Modes detransmission

Signaltransmis

Caracteristiquesd’une ligne decommunica-tion

Supports detransmission

Codage del’information

Multiplexage

Cours Reseaux de CommunicationCouche physique

Dr A. DJEFFAL

2eme annee LMD

2019-2020

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Couche physiqueRole de la couche physique

Transformer une suite de bits en signaux (et inversement)

Determiner la facon selon laquelle les bits sont transportessur le support physique.

Introduire les bits 0 et 1 sur le support sous une formespecifique, reconnaissable par le recepteur.

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Couche physiqueComposants utilises

Cables, fibres, ...

Prises, connecteurs, ...

Cartes reseau

Repeteurs, multiplexeurs, ...

Modems, concentrateurs, ...

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Couche physiqueObjectif du chapitre

Etude des supports de transmission et leurscaracteristiques,

Etude des methodes utilisees pour la transmission desinformations

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Modes de transmissionTransmission en parallele

Bits envoyes sur fils distincts

Problemes de synchronisation ! !

Convient pour les courtes distances

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Modes de transmissionTransmission en serie

Bits envoyes les uns apres les autres

Utilise dans la reseaux informatiques

Asynchrone ou synchrone.

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Modes de transmissionTransmission en serie asynchrone

Transmettre n’importe quand

Ne depend pas d’intervalles de temps precis

Bit START et bit STOP

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Modes de transmissionTransmission en serie synchrone

Convention sur un intervalle de temps elementaireconstant

Transmettre en debut d’intervalle pour une duree d’unintervalle par information

Hauts debits

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Modes de transmissionTransmission en simplexe

Une partie est toujours emettrice et l’autre est toujoursreceptrice

Donnees circulent toujours dans le meme sens

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Modes de transmissionTransmission en half duplex

Canal exploite a l’alternat pour l’emission

Emetteur et recepteur emettent mais pas en meme temps

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Modes de transmissionTransmission en full duplex

Bidirectionnelle simultanee

Partage de la bande passante

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Signal transmisSignal

Vehicule d’information

Propage sous forme d’onde resultant de la propagationd’un phenomene vibratoire.

3 types d’ondes :

ondes electriques (cables, fils, ...),ondes radio (faisceau hertzien, satellite),ondes lumineuses (fibres optiques, infrarouge).

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Signal transmisSignal

Forme sinusoıdale

y(t) = Asin(2πft+ ϕ)

A : amplitude, f : frequence, ϕ : phase.

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Signal transmisSignal analogique

Variation continue

Niveaux de valeurs proportionnels aux valeurs del’information (son, image)

Longues distances

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Signal transmisSignal numerique

Forme carree

Variation discontinue

Faible nombre de niveaux de valeurs fixes

Courtes distances

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Caracteristiques d’une ligne de communicationBande passante

La bande passante d’une voie est la plage de frequence surlaquelle la voie est capable de transmettre des signaux sans queleur affaiblissement soit trop important.

W = fmax − fmin

fmin : frequence plus basse , fmax plus haute

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Caracteristiques d’une ligne de communicationRapidite de modulation R

Nombre de symboles transmis par unite de temps

R = 1∆ bauds

∆ duree de l’intervalle separant deux valeurs significatives

Critere de Nyquist :

Rmax = 2Fmax

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Caracteristiques d’une ligne de communicationCapacite de transmission C

C = 2W (bauds)

Shannon (1949) : C depend du rapport Signal/Bruit

C = Wlog2(1 + SN )

Souvent le rapport Signal/Bruit est donne en decibels tel que :

(S/B)db = 10log10( SB )

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Caracteristiques d’une ligne de communicationTaux d’erreur

Probabilite de perte ou d’alteration d’une information (1 bit).Exemple 10−9

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Caracteristiques d’une ligne de communicationDebit binaire D

Nombre de bit transmis par unite de temps ( 512 Kbits/s, 1Gigabit/s)

D = R× log2(V )

V valence du signal : nombre des etats significatifs

Exercice : Si la duree d’un bit est 20ms, quel est le debitbinaire ?

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Caracteristiques d’une ligne de communicationDelai de propagation Tp

Temps necessaire a un signal pour parcourir un support d’unpoint a un autre

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Supports de transmissionDeux familles

Supports a guide physique

Courants electriques : paires torsadees, cables coaxiauxLumiere : Fibres optique

Supports sans guide physique

Ondes electromagnetiques : Faisceaux hertziens, OndesradioelectriquesLumiere : Laser, infrarouge

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Supports de transmission a guide physiquePaires torsades (1)

Paire torsadee (Twisted Pair) : paire enroulee RJ11 :telephone, RJ45 : reseaux informatiques

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Raccordement : connecteurs RJ45, Pince RJ45

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Inconvenients :

Affaiblissement du courant,

Utilisation des repeteurs

Avantages :

Technique maitrisee,

Facilite de connexion,

Ajout de nouveaux equipements,

Faible cout,

Point a point et Diffusion

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Types :

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Categories :

Categorie 3 : Bande passante 16MHz, utilisee pour latelephonie.

Categorie 5 : Bande passante 100MHz, Debit 100MB/ssur 100m utilisee pour la telephonie et les reseaux

Categorie 6 : Bande passante 250MHz, Debit GB/s sur100m utilisee pour les reseaux

Categorie 6a : Bande passante 500MHz, Debit 10GB/s sur100m

Categorie 7 : Bande passante 600Mhz, Debit 10GB/s

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Supports de transmission a guide physiqueCable coaxial (1)

Deux conducteurs cylindriques de meme axe separes par unisolant, le tout etant protege par une gaine plastique.

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Types :

Cable 75 Ω, dit ”large bande” (broadband) utilise pour latransmission analogique : c’est le cable de television !

Cable 50 Ω, dit ”bande de base” (baseband) generalementutilise pour transmettre des signaux numeriques. Il permetune bande passante de quelques centaines de MHz et desdebits allant jusqu’a 2Gbit/s.

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Raccordement : prises vampires pour les gros cables et lesfiches BNC (British Naval Connector) pour les cables fins.

Inconvenient : un peu cher.

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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Composition)

Comprend un cœur, dans lequel se propage la lumiere emise parune diode electroluminescente ou une source laser, et une gaineoptique dont l’indice de refraction garantit que le signallumineux reste dans la fibre.

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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Principe)

Systeme de transmission par fibre optique :

un emetteur de lumiere (transmetteur), constitue d’unediode electroluminescente (LED, Light Emitting Diode) oud’une diode LASER (Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation), qui transforme les impulsionselectriques en impulsions lumineuses ;

un recepteur de lumiere, constitue d’une photodiode detype PIN (Positive Intrinsic Negative) qui traduit lesimpulsions lumineuses en signaux electriques ;

une fibre optique.

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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Principe)

Systeme de transmission par fibre optique :

Systeme unidirectionnel : 2 fibres pour 1 liaison.

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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Types)

1. Fibre multimode a saut d’indice :

Le cœur d’indice de refraction n1 est entoure d’une gained’indice n2.

La variation d’indice entre le cœur et la gaine est brutale(saut d’indice).

La propagation s’y fait par reflexion totale a l’interfacecœur/gaine.

Le diametre du cœur est important ce qui lui permetd’admettre plusieurs rayons qui se propagent sur deschemins differents ou modes de propagation.

La porte des rayons etant de 10 km.

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2. Fibre multimode a gradient d’indice :

L’indice du cœur decroit de facon continue, depuis lecentre du cœur jusqu’a l’interface cœur/gaine suivant uneloi parabolique.

Tous les rayons sont focalises au centre de la fibre, ils ontune trajectoire proche de la sinusoıde.

La dispersion etant reduite ce qui autorise des porteesd’environ 50 km.

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3. Fibre monomode :

Le diametre du cœur est reduit a 8 µm.

Cette reduction, peut etre telle que, pour une longueurd’onde donnee, la fibre n’admette plus qu’un seul rayon.

La fibre est alors dite monomode et la distancefranchissable est de l’ordre de 100 km.

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Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Connecteurs)

Raccordement : connecteurs SC (Subscriber Connector), ST(Straight Tip), FC (Fiber Connector), LC (Lucent Connector).

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Multiplexage

Supports de transmission a guide physiqueFibre optique (Avantages)

Fibre optique Pt a Pt, mais :

Debits allant jusqu’a 50 GBit/s (debit theorique 50TBit/s),

Transmission simultanee de tres nombreux canaux detelevision, de telephone,...

Insensible aux parasites electromagnetiques,

Diametre exterieure est de l’ordre de 0,1 mm,

Poids de quelques grammes au kilometre.

Difficile a pirater.

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Supports sans guide physiqueOndes electromagnetiques (1)

Se propagent dans l’atmosphere,

Souplesse de mouvement,

Sans cout de pose de cables.

Principe :

Antenne rayonne une energie

Recueillie par une autre antenne.

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Chaque type d’application ⇒ bande de frequence differente ⇒Espace de frequences gere par des organismes nationaux etinternationaux.

Les hautes frequences : grandes distances,

basses frequences : recepteurs geographiquement disperses.

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Faisceaux hertziens :

Utilisation de frequences tres elevees (de 2 GHz a 15 GHzet jusqu’a 40 GHz)

Stations placees en hauteur : visibilite directe,

Transmission par satellite, chaınes de television ou arteresde transmission longue distance

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Ondes radioelectriques :

Frequences comprises entre 10 kHz et 2 GHz,

Emetteur diffuse,recepteurs disperses geographiquement,

Interferences

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Supports sans guide physiqueOndes lumineuses

Infrarouges et lasers,

Cas particulier des liaisons hertziennes, semblable a la fibreoptique,

Interconnecter 2 reseaux prives sur courte distance,

Debits pouvant depasser 1 GBit/s

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Multiplexage

Codage de l’informationCircuit de donnees

Un equipement est place aux extremites pour transmettreles donnees,

Fabrication et recuperation des signaux,

Transparent a l’utilisateur

2 Codecs (modems) + Support de transmission = Circuitde donnees

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UTI appellations normalisees

Modem et codec ETCD (Equipement de Terminaison duCircuit de Donnees)

Ordinateur ETTD (equipement terminal de traitement desdonnees)

ETTD envoie regulierement des 0 et 1 a l’ETCD

ETCD convertit en signal et envoie Message synchrone

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ETCD convertit en signal et envoie Message synchrone,

Intervalles egaux pour tous les symboles,

Coıncident avec l’horloge transmise,

Si courte distance : transmission numerique (en bande debase)

Si longue distance : Transmission analogique (en bandetransposee ou large bande)

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Multiplexage

Codage de l’informationTransmission en bande de base

Signal numerique (debit ↑ + 1 Mbit/s , portee ↓ Quelquescentaines de metres (LAN))

Paires torsadees, Cable coaxial, Fibre

Utilisation des repeteurs

Longue suites 0 et 1 (silences) ⇒ Perte de synchronisation

Codage : introduire des changements d’etat frequentspour eviter les silences

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Code unipolaire : Le signal est transmis sans le moindrechangement.

Probleme : distinguer le cas de 0 du cas d’absenced’information

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Code NRZ (No return to zero) : +a : 1 ; −a : 0

Probleme : Silences

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Code NRZI (No return to zero inverted) : meme etat : 1 ;changer d’etat : 0

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Code Manchester (biphase) : XOR entre l’horloge et lesdonnees ( ↑ : 0 ; ↓ : 1)

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Code Manchester differentiel :

transition systematique au milieu de chaque bit,

a la fin du bit :

1 : pas de transition,0 : transition

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Multiplexage


Code Miller :

1 : transition au milieu du bit ;

0 : pas transition au milieu du bit ;

transition a la fin d’un bit 0 si le bit suivant est 0

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Multiplexage

Codage de l’informationModulation (large bande)

Distance + centaines de metres ⇒ Bande de base nonfiable,

Il faut moduler le signal : forme sinusoıdale (porteuse)

Ni fronts montants ni descendants : portee plus grande

ETCD : Modem (modulateur-demodulateur)

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Multiplexage

Codage de l’informationModulation (large bande)

Types de modulation :

modulation d’amplitude, ou ASK (Amplitude-ShiftKeying) ;

modulation de phase, ou PSK (Phase-Shift Keying) ;

modulation de frequence, ou FSK (Frequency ShiftKeying).

modulation Combinee.

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Codage de l’informationModulation d’amplitude

ASK (Amplitude-Shift Keying) : modifier l’amplitude

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Multiplexage

Codage de l’informationModulation de phase

PSK (Phase-Shift Keying) : signal commence a des phasesdifferentes

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Multiplexage

Codage de l’informationModulation de phase

PSK (Phase-Shift Keying) : signal commence a des phasesdifferentes

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Codage de l’informationModulation de frequence

FSK (Frequency Shift Keying) : modifier la frequence

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Multiplexage

Codage de l’informationModulation combinee

Modulation par phase et amplitude (PSK + AM) :combiner phase et amplitude

00 : phase de π et amplitude de 3

01 : phase de π et amplitude de 6

10 : phase de 0 et amplitude de 3

11 : phase de 0 et amplitude de 6

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Multiplexage


Modulation par phase amplitude (PSK + AM) : combinerphase et amplitude

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Modulation par phase et amplitude (PSK + AM) :modulation en amplitude a porteuse en quadrature (MAQ, ouQAM Quadrature Amplitude Modulation)

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Multiplexage


En treillis

Debits eleves,

Resistance aux erreurs par codage de Gray (2 codesadjacents ⇒ 1 bit different)

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Multiplexage

Codage de l’informationTransmission ADSL

Transmission ADSL :

RTC : bande passante limite, mauvais rapport signal/bruit⇒ debit dizaines de kbit/s

Asymetric Digital Subscriber Line : plusieurs Mbit/s sur 5km

Voix et donnees simultanement

6= bandes de frequences : bande de 1.1 MHZ subdivisee encannaux de 4KHZ

Flux montant (upstream) :640 kbit/s & Flux descendant(downstream) : 2 Mbit/s

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Codage de l’informationTransmission ADSL

Debit peut atteindre 20 Mbits/s avec des versions tel queADSL2 et ADSL2+

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Multiplexage

Codage de l’informationModems

Modems normalises : UIT a mis les normes des modems

norme modulation debit

V.21 frequence 300 bit/sV.26 phase 2 400 bit/sV.32 phase/amplitude 9 600 bit/s

V.32bis phase/amplitude 14 400 bit/sV.34 phase/amplitude 28 800 bit/s

V.34bis phase/amplitude 33 600 bit/sV.90 phase/amplitude 56 000 bit/s

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MultiplexagePrincipe

Faire transiter sur une seule liaison (haute vitesse), descommunications de plusieurs emetteurs et recepteurs

Multiplexeur - Demultiplexeur

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Multiplexage

MultiplexageMultiplexage temporel TDMA (Time Division Multiplexing Access)

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MultiplexageMultiplexage frequentiel FDM (Frequency Division Multiplexing)

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Multiplexage

MultiplexageMultiplexage statistique ATDM (Asyncronous Time Division Multiplexing)

n’attribuer la voie haute vitesse qu’aux voies basse vitessequi ont effectivement quelque chose a transmettre

pas des silences des voies basses

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