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7/22/2019 Transmission_coaxiale.pdf

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Cours B11 - TRANSMISSION DES TELECOMMUNICATIONS - Partie 2 - Chapitre 4

Le cble coaxial

- Deux conducteurs concentriques- Dilectrique entre les 2 conducteurs- Deux impdances 50 et 75

d

conducteur intrieur conducteur extrieur

dilectrique ou air

D


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Le cble coaxial

Les principaux types de cbles utiliss en tlphonie en France :

- Cble : 2,6/9,5 mm 4 paires coaxiales,de bande passante maximale 12 MHz (2700 voies)

- Cble : 1,2/4,4 mm avec de 4 28 paires coaxiales,de bande passante maximale 12 MHz (2700 voies)

- Cble 3,7/13,5 mm avec de 4 10 paires coaxiales,

de bande passante maximale 60 MHz (10 800 voies)

Le rapport des diamtres D/d est constant et gal 3,6


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Le cble coaxial

- Toute la gamme basse des hyperfrquences (1-12 GHz) sous forme decbles souples- Au del de la bande X, cble semi-rigide (jusqu 60 GHz)

Le cble coaxial possde des caractristiques suprieures celles de lapaire torsade :

dbit plus levpeu sensible aux perturbations lectromagntiques


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Le cble coaxial

En transmission numrique, utilisation de cbles dimpdance 50

pour les rseaux locaux sur des distances de lordre du km, des dbits de

34 140 Mbits/s.

En transmission analogique, utilisation de cbles dimpdance 75 , sur

des liaisons longues distances, pour des signaux de 1,3 60 MHz.

Amplification et rgnration, des signaux laide de rpteurs

espacs rgulirement (2 9 km en moyenne).

C'est un support difficile poser (poids, rigidit) et raccorder (nombred'pissures, connectique dlicate).


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Le cble coaxialIl sest beaucoup dvelopp dans les annes 1970 pour les lignes

numriques grande distance (LGD).

- Remplac dans les rseaux longue distance par la fibre optique(attnuation, encombrement et cot infrieur du fait de sa grande

capacit et de la grande distance entre rpteurs)

- Concurrenc dans les rseaux locaux informatiques haut dbitpar la paire torsade (plus souple et moins chre), les quipementsd'extrmit compensant l'attnuation.

Principale application du cble coaxial : la distribution vido.


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Le cble coaxial

Rseaux locaux haut dbit,Distribution vido, Feeder dantennes

Applications

levCot des installations

faibleCot des interfaces

levCot du support

correcteConfidentialit

faibleSensibilit la diaphonie etaux brouillages

faible, mais augmente avec la frquenceAttnuation

leve (centaines de MHz)Bande passante


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Le cble coaxialQuelques standards en matire de cblage :

- 10 base 5 - Thick Ethernet : premier cble Ethernet standardisappel aussi Yellow cable, ou tuyau darrosage.Cble coaxial blind de 50 , termin par une charge de mmeimpdance, de diamtre de prs de 2 cm, utilisable sur des distancesde 500 m sans r-amplification du signal lectrique.

- 10 base 2 - Thin Ethernet : cble coaxial fin de 50 , appel aussiCheaperNet. La longueur maximale sans rpteur est de 185 m.


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R : rsistance linique

L : inductance liniqueC : capacit liniqueG : conductance linique

avec G = C tan, avec langle de perte du dilectrique

Modle

Le cble coaxial

v v + dv

i i + di

dz

R L

C G


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Le cble coaxial

: constante de propagation : attnuation linique (Np/m)

pertes mtalliques (effet de peau)

pertes dilectriques : dphasage linique (rad/m)

distorsion ou non suivant leur relation en fonction de la frquence.

L'quation des tlgraphistes admet comme rsultat : V =Vet

==== ++++ j ==== R ++++ jL(((( )))) G++++ jC(((( ))))


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Le cble coaxial

Limpdance caractristique Zc

Les constantes1, i1,2, i2 sont dtermines par les conditions initiales.Elles sont lies par limpdance caractristique Zc.

Z quelconque

Rflexion de londe incidente

Zc ====1i1

==== 2i2

====R++++ jL

G++++ jC

2 ==== 1 avec ==== Z ZcZ++++ Zc

Zc ligne detransmission1 2


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Le cble coaxial

Rflexion totale, = 1,si lextrmit de la ligne est en court-circuit ou en circuit ouvert.

Pas de rflexion, = 0,si lextrmit de la ligne est charge sur limpdance caractristique.

2 ==== 1 avec ====Z Zc

Z++++ Zc

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Coefficient de rflexionOn pose =

V aller

V retour

Le taux d'onde stationnaire TOS est gal

V aller- V retour

V aller + V retour =V aller

V aller

1- V retour/ V aller

1+ V retour/V aller

1+

1-TOS =

En tout endroit, on a Z =I aller- I retour

V aller + V retour

I aller

V aller

1- I retour/ I aller

1+ V retour/V aller= Zc

1-

1+ =

Z

Zc

TOS =

V aller

V retour

G

V min

Vmax

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Le cble coaxial

Cas idal de la ligne sans pertes :

Le conducteur est suppos parfait R = 0 et le dilectrique parfait G = 0

La constante de propagation devient alors simplement :

Soit un affaiblissement nul : = 0

==== jL(((( )))) jC(((( )))) ==== j LC

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Le cble coaxialLigne faible pertes

Si laffaiblissement d R et la conductance G est faible, alorsG = 0 et R


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Le cble coaxialLes pertes dans les conducteurs mtalliques - Effet de peau.

- En courant continu, la densit de courant dans un conducteur est uniforme.- En courant alternatif, densit de courant nest plus uniforme.Tout se passe comme si le courant se concentrait dans une peau situe la surface externe du conducteur.

lpaisseur de peau :

avec = 0 r permabilit du matriau (H.m-1) : conductivit du matriau conducteur (m)-1

====1

f

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Le cble coaxialLes pertes dans les conducteurs mtalliques - Effet de peau

Si le conducteur est du cuivre,alors = 4 10-7 H.m-1 ( = 0 r )

= 5.85 107 (m)-1

Lattnuation due aux pertes mtalliques augmente avec la frquence

suivant une loi en

2 m9,3 m0,65 mm9,3 mm

1 GHz50 MHz10 kHz50 Hzf

f

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Le cble coaxialLes pertes dans les dilectriques

La conductance linique G (terme trs faible) est due au dplacement descharges dans le dilectrique, non parfait, qui spare les conducteurs.

- Avec les matriaux du type tflon, on peut considrer ces pertes

comme ngligeables aux frquences infrieures 100 MHz.- Jusqu 1 GHz, leur influence est ngligeable devant les pertes pareffet de peau.

Lattnuation due aux pertes dilectriques augmente avec la frquencesuivant une loi en f. Cette attnuation ne devient prpondrante quen trshaute frquence, lorsque G nest plus ngligeable.

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Le cble coaxial

r1

r2

r, l, c, rsistance, inductance et capacit liniques

r ====1

2

f0r

1

r1 1++++

1

r2 2

(((())))

++++,,,, .m1

(((( ))))l ====

0r2

Logr2r1

!!!!

""""

####$$$$

%%%%

&&&&

c ====20r

Logr

2r1

!!!!

""""####

$$$$

%%%%&&&&

avec0 ====

1

36.109F.m1

0 ==== 4..107

H.m1

----

....////

0000////

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Le cble coaxial

Si r2 est constant, est minimum pour

Si r = 1 (air), alors

Cependant, cette condition nest pas critique.

r1r2 r ==== 1

2f

1r1 1

++++ 1r2 2

(((())))

++++,,,, .m1(((( ))))

ddr1

==== 0

r2

r1==== 3.6

2 3 4 5 6 7

1,2

/min

1,1

1r2r1

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Le cble coaxialSi r1 = 0.05 cm, r2 = 1 cm, r = 2.3 et tan = 5.10

-4

alors

57%12%31%1,231010

29%19%52%2,35.10-110912%23%65%6.10-2108

4%25%71%1,75.10-2107

1%26%73%5,3.10-3106

isolanttube

extrieurfil central

f(Hz)

Pourcentage des pertesAttnuationtotale

(dB/m)

r1

r2

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Le cble coaxial

2,5.10-43.10-43.10-4pour f = 1 GHz

2.10-41.10-42.10-4pour f = 100 MHz

2.10-41.10-42.10-4pour f = 1 MHz

facteur de perte

10-1510-1610-15 (m)-1

2,12,562,26r

tflonpolystyrnepolythylne

Matriaux utiliss

comme isolant

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Le cble coaxialUne ligne de transmission est un guide propageant au moins un mode

de type TEM.Le spectre de frquences est discret pour les guides ferms

Notion de mode :

Il existe 4 familles de mode :- Les modes TE (transverse electric)- Les modes TM (transverse magnetic)- Les modes TEM (transverse electric-magnetic)- Les modes hybrides HE

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Le cble coaxialSi lnergie na quune seule possibilit (mode de propagation) de se

propager dans la bande de frquence utilise, alors le guide est monomode,sinon le fonctionnement est multi-modal.

Lnergie de la source est rpartie sur un nombre important de modes quise propagent indpendamment les uns des autres.

Rq : Un guide nest pas naturellement monomode ou multimode, mais sonfonctionnement dpend du rapport entre ses dimensions physiques et lalongueur donde utilise.

Ex : Un guide monomode dans la bande X (8,3;12,4 GHz) est multimode au-dessus de 12,4 GHz, et trs fortement multimode dans les bandesmillimtriques.

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Les rseaux coaxiaux dedistribution TV

Objectif : Permettre de recevoir la TV dans des zones non couvertes par ladiffusion hertzienne (valles de l'est des USA, en France dans les Vosges)

Trs rapidement, la bande transmise (VHF soit 120 - 330 MHz) va devenirVHF + UHF soit 120 MHz - 860 MHz.

Les matriels utiliss sont principalement les suivants (hors cbles) :

- amplificateurs rguls ou non

- rpartiteurs

- points de branchement

- tlalimentations avec injecteur et stop-courant.

Plusieurs structures de rseau peuvent tre imagines.

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Structure type Amrique du Nord : longue chane en transport,

2 3 amplis en distribution.

Ttede

rseau

Amplis de distribution

Amplis de transport (trunk)

Niveau faible

Niveau fort

Distributeur

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Structure 0G : 6 amplis en cascade entre la TdR et l'abonn au maximum.

Point de Branchement

Tte

de

rseau

Distributeur

Distributeur

Distributeur

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Ingnierie des rseaux de distribution TV

Plan de frquences

470 - 860 MHzUHF

120 - 340 MHz

217 - 300 MHz

300 - 470 MHz

VHF

VHF super bande

VHF hyper bande

88 - 107 MHzFM

47 - 85 MHzVoie numrique PB!!!!Ab

10 - 30 MHzVoie numrique Ab!!!!PB

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Cumul des rapports S/B

Cumul des IM3

Cumul des IM2

10 log 10

1

10

S

B

"# %

&1

10 log 10

IM 2

10

"#

%&1

(C/N)5,58 MHz = (C/N)1MHz - 7,5 dB ( soit 10 log 5,58)(S/B)5,58 MHz = (C/N)5,58 MHz + 2,8 dB (gain de modulation)

La pondration ajoute 9 dB au S/B : (S/B)W = (C/N)1MHz - 4,2 dB

20 log 10

IM3

20

"#

%&1


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4 dB 860 MHzERaccordement1/2

5,5 - 10,5 dB 860 MHzERaccordement1/2 disym.

8 dB 860 MHzERaccordement1/4

AffaiblissementTypeUtilisationModle

E

E

E

3,5/12

3,5/12

3,5/12

3,5/12

0,75/4,8

1,7/6,9

4,1/16

4,9/19,4

7,3/28,8

16 dB 860 MHz (typ : 25m)Raccordement1/16

8 dB 860 MHzRaccordement1/4

4 dB 860 MHzRaccordement1/2

1,5 dB 860 MHzDistributionInjecteur

9 dB 860 MHzDistribution1/4

5,5 - 10,5 dB 860 MHzDistribution1/2 disym.

5 dB 860 MHzDistribution1/2

26 dB/100m 860 MHzRaccordementCble C6

10,9 dB/100m 860 MHzDistributionCble B4

4,9 dB/100m 860 MHzRpartitionCble A2



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Le premier et le dernier amplis ne sont jamais rguls. Le dernier est

termin en connectique E. Cette connectique est incompatible avec le courantde tlalimentation : il faut utiliser du 3,5/12 en distribution.

Tous les amplis sont rgls au mme niveau de sortie (maintenance plusaise) et sans penchette. Seul l'ampli terminal est compens afin que le

niveau soit constant dans la bande l'arrive chez l'abonn.Le nombre d'amplis en cascade est gnralement limit par l'IM3.

On limite 5 le nombre de passifs derrire l'ampli terminal. Dans cesconditions, l'ondulation n'est pas prise en compte dans les calculs.

La rgulation des amplis est assure par deux frquences pilote.

Nota : 0dBV = -108,7 dBm = puissance d'une tension de 1V sur 75

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Performances la tte de rseau :

-Niveau : 69 dBV

-(C/N)5,58 = 64 dB

-IM2 = 70 dB pour 54 canaux


Performances la prise d'abonn :

-Niveau : 60 dBV

-(C/N)5,58 = 47 dB



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C/N = NS - (F+G+Bth)

IM2 = 60 + (N'S0-NS-C') - E

IM3 = 52 + 2 (NS0-NS-C)

F est le facteur de bruit (10 dB)

G est le gain (32 dB 860 MHz)

Bth est le bruit thermique (2,4 dbV)

NS est le niveau de sortie (110 dBV)NS0 est le niveau de sortie n1 = 15 porteuses pour IM3 = 52 dB (122 dBV)

N'S0 est le niveau de sortie n1 = 15 porteuses pour IM2 = 60 dB (120 dBV)

C = C' = 10 log (n2/n1) n2 tant le nombre de canaux rellement utiliss

E = NS860 - NS120 = 5 dB pour le seul dernier ampli

Pour un amplificateur

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Ingnierie d'un rseaux de distribution TV

54 canaux

45 abonns

30 abonns

15 abonns

200 m

400 m 200 m

100 m

100 m

50 m

100 m400 m

250 m

200 m

400 m

200 m 200 m

100 m 200 m

300 m

100 m

200 m

Ch ChChCh

Ch Ch Ch

Ch Ch

TdR

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Modem cble

Comparaison des performances du service DSL de SBC ,avec celles dunmodem cble de Excite@homesuite des tests faits dans la rgion de la baiede San Francisco.

Tlchargement de 150 000 pages partir de 40 sites Web populaires : lemodem cble est plus rapide dans la journe, mais plus lent aux heures depointe que le DSL.

Jou rne S oi r e!

DS L 4.30s 3.55s

Mode m cble 3.68s 3.97s

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Modem cble

Flux descendant dun modem cble de type DOCSIS (Data Over CableService Interface Specification) transmet un dbit de 36 Mbit/s avec unecapacit utilisable de 27 Mbit/s

Le circuit 27 Mbit/s est partag vers tout le groupe dusagers : engnral infrieur 500, en moyenne 125 utilisateurs dont un tiers sont enactivit, soit environ 40.

Cela fait 675 kbit/s par abonn.

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Modem cbleEn technique numrique, lexploitant capte plusieurs chanes de

tlvision, compresse les signaux et les met ensuite sur un canal de 8 MHz.

Chez labonn, un botier dcodeur permet de dcrypter lestransmissions numriques et de les retransmettre en tlvision analogique.

Les systmes numriques pouvant compresser 6 10 chanes sur unebande de frquence de 8 MHz, il y a donc un total potentiel d'environ 1000chanes de tlvision sur un systme de 750 MHz.

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Modem cble

Scurit :Le modem cble a accs toutes les trames sur le canal en aval, mais

il filtre toutes celles qui ne lui sont pas destines.

Visionner les images de quelquun dautre impliquerait dedsassembler le modem cble et disoler le signal aprs quil a tdmodul, mais avant quil ne passe par le systme de reconnaissancedadresse.

- matriel perfectionn- comprhension pousse de la structure physique du modem

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Modem cble

Scurit :Le modem DSL ne fournit en gnral pas de cryptage. Il "suffit" dobtenir

laccs physique dune ligne extrieure.

Aussi, dans tous les cas, labonn devra utiliser un tunnel protg assu-rant la scurit depuis la source jusquau destinataire.

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Bibliographie

- Dmystification des modems cble par M. FinneranDigital Communications and Services, n6, octobre 2000, pp. 47-50

- Propagation, Rayonnement, Electromagntisme - Cours B8Electronique CNAM, J. Salset, M. Terr

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