La transmission sans fil utilise en réalité un seul médium: L’espace ouvert libre. Les configurations très variées des lignes que l’on rencontre dans les différents cas de
communications amènent à parler plusieurs média. Contrairement aux médias guidés dans lesquels le signal suit le chemin du câble, les ondes électromagnétiques se propagent dans
plusieurs directions dans les média de transmission sans fil. Ces directions dépendent de la nature des ondes, c’est-à-dire des fréquences utilisées. C’est ainsi qu’on a notamment (Figure 5) les ondes radio qui sont omnidirectionnelles et se propagent dans toutes les
directions (360°) autour de l’antenne de transmission, alors que les microondes sont des ondes directionnelles qui se propagent dans la direction d’orientation de l’antenne. Sur un autre plan on distingue aussi terrestres (ground waves) qui se propagent selon la courbure de la terre et les ondes ionosphériques (sky waves) qui se propagent en augmentant d’altitude à partir de l’antenne de transmission.
Les ondes radios sont les ondes dont les fréquences sont inférieures à 1000 MHz (ou 1 GHz).
Elles ont été utilisées depuis longtemps dans les réseaux de télécommunications, notamment pour réaliser les lignes d’interconnexion là où l’installation de câbles était difficile à réaliser. Les technologies de réseaux cellulaires de première et de deuxième génération ont également utilisé les fréquences radio (autour de 900 MHz pour le GSM). Les ondes de fréquences au-delà de 1000 MHz sont appelées fréquences microondes. Les canaux de transmission sans fil connaissent des imperfections spécifiques (différentes de celles qui caractérisent les média guidés) telles que l’affaiblissement (fading) rapide ou lent, l’ombrage (shadowing), la diffraction, la propagation de multiples composants, etc. Ces phénomènes ont pour effet la dégradation de l’énergie et des distorsions diverses du signal pendant la propagation. En somme, la modélisation des canaux sans fil est plus complexe.
Occupation du spectre électromagnétique de la terre
(Source: http://img.over-blog-kiwi.com/0/26/45/16/201211/ob_7d7985_ob-a9bc97-ob-b6111a 479be053e564b47c62d5d9c249-18-.jpg)
Les communications par satellite appartiennent aux communications microondes et jouent un rôle particulier dans la transmission sans fil. Un satellite est une station de relais située dans l’espace et qui peut relayer les ondes électromagnétiques d’un point à l’autre à la surface de la terre. Les satellites géostationnaires qui sont situés sur l’orbite géostationnaire (36 000 km d’altitude) ou géosynchrone ont été les premiers satellites utilisés en technologie de communication. Ces satellites ont permis d’étendre les réseaux de télécommunications à certaines zones difficilement accessibles du globe et d’interconnecter les continents. Depuis
plusieurs années les communications entre les continents se déroulement davantage sur les câbles sous-marins. Cependant les satellites gardent un rôle et sont promus à un avenir en télécommunications. En effet, des satellites de bas et moyens orbites (Low Earth Obit (LEO) et Medium Earth Orbit (MEO)) ont été introduits comme moyen d’offrir les services de communications modernes à tous les endroits du globe. Ces satellites étant plus proches de la terre (environ 700 km d’altitude), ils peuvent directement communiquer avec des terminaux de petite taille. L’inconvénient de ces satellites non géostationnaires c’est qu’ils sont mobiles par rapport à un observateur (utilisateur) à la surface de la terre, raison pour laquelle on doit utiliser forcément plusieurs satellites dans une constellation: Lorsqu’un satellite s’éloigne de l’utilisateur, la communication doit basculer sur le prochain satellite de la constellation, lequel doit être à ce moment suffisamment proche.
2.2.3 Capacité du canal: Théorème de Shannon
Le théorème de Shannon est un précieux outil utilisé dans le dimensionnement des lignes de transmission. C’est un résultat établi par l’ingénieur américain Claude Elwood Shannon, alors qu’il était employé aux Laboratoires Bell.
Les systèmes de transmission rencontrés dans la pratique contiennent toujours du bruit. La question qui s’impose est donc celle de savoir si on peut transmettre de l’information dans un canal bruité et la récupérer sans distorsion à la sortie du canal. Shannon répond par l’affirmative et indique que cela est possible si la vitesse de transmission reste en deçà de la capacité du canal. Cette capacité est donc une borne supérieure pour la vitesse et dépend du niveau de bruit présent dans le canal. Ce niveau est mesuré par le ratio signal/bruit (anglais:
Signal-to-Noise Ratio).
Par exemple, une ligne dans un réseau téléphonique commuté ancien transporte des fréquences entre 300 Hz et 3400 Hz. Le ratio entre le signal et le bruit est généralement de 30 dB. L’application du théorème de Shannon permet de trouver la capacité-limite de la transmission digitale sur une telle ligne. Nous avons:
B=3400 Hz - 300 Hz =3100 Hz,
SNR=30 dB → 10〖log〗_10 (S/N)=30 ⇔ 〖log〗_10 (S/N)=3 →S/N=1000.
D’où C=3100⋅〖log〗_2 (1+1000)=30898 Bit/s≈31 kBit/s.
C’est bien à cette vitesse de transmission environ que les modems conçus pour la transmission de données sur les lignes téléphoniques (Normes UIT-T série V) ont vu leur capacité plafonner.
Claude Elwood Shannon (1916-2001)
(Source: http://blms.oxfordjournals.org/content/46/2/435/embed/inline-graphic-1.gif)
Conclusion
Dans le cadre de la communication en réseau l’information qui circule entre les partenaires est transportée par des signaux. Les signaux offrent des paramètres qu’on peut faire varier pour exprimer de l’information. Par ailleurs, les signaux circulent dans les média de transmission dont plusieurs types ont été mis au point au fil de l’évolution de la technologie de communication. Les résultats de Shannon permettent de calculer la capacité-limite qui peut être atteinte sur une ligne de transmission donnée. La fibre optique représente le médium de transmission de l’heure et de l’avenir: La capacité de transmission exploitée sur les fibres de nos jours ne représente qu’une infime partie de la capacité maximale de ce médium.
Évaluation
1. Quelle est la couche du modèle de référence OSI qui regroupe les fonctions de transmission de l’information?
2. Qu’est-ce qu’un signal?
3. Quelle différence faites-vous entre un signal d’information et un signal porteur?
4. Citez les paramètres d’un signal qui peuvent servir à exprimer de l’information et illustrez-les à l’exemple d’une sinusoïde!
5. L’unité de la fréquence c’est le Hz (Hertz). Informez-vous sur l’oeuvre et la vie de Heinrich Hetz et rédigez en cinq lignes un condensé des informations qui auront le plus retenu votre attention. Quelques liens:
• http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites/Hommes/her/Heinrich%20Hertz.pdf
• http://www.photoniques.com/articles/photon/pdf/2011/06/photon201156p21.pdf 6. Définissez la notion de médium de transmission?
7. Quelle différence faites-vous entre un médium guidé et un médium non guidé?
8. Décrivez la structure de chacun des média de transmission suivants: Câble coaxial, fibre optique, câble à paires torsadées.
9. Dressez un tableau de comparaison du câble coaxial, de la fibre optique, et du câble à paires torsadées sur la base des critères suivants: Taille, largeur de bande disponible, atténuation du signal, immunité aux interférences externes, diaphonie, nature du signal transporté.
10. Quel est le principe physique qui permet de transmettre le signal dans la fibre optique?
11. Citez les différents types de fibres optiques et classez-les par ordre croissant de performance!
12. Citez les composants utilisés comme source du signal dans la transmission sur fibre optique et classez-les par ordre croissant de performance!
13. La transmission optique utilise les photodiodes comme récepteurs. Décrivez le fonctionnement d’une photodiode.
14. Quelle est la différence entre les micro-ondes et les ondes radio?
15. Quel est le rôle des satellites en technologie de communication? Quels types de satellites rencontre-t-on aujourd’hui dans le domaine?
16. Énoncez le théorème de Shannon!
Activité 2.3 - Lignes de transmission et connectivité
Introduction
La mise de machines en réseau commence par la création de liaisons physiques de communication entre les différentes machines. Ces liaisons, encore appelées lignes de connexion, comprennent le médium de transmission dans lequel se propagent les signaux et des équipements spécialisés pour générer, modifier, transmettre et recevoir les signaux.
Détails de l’activité
Plusieurs configurations de liaisons physiques sont possibles:
• Liaison directe,
• Liaison point-à-point,
• Liaison multipoint.
Dans une liaison directe la source et la destination sont directement reliées entre elles: Il n’y a pas de station intermédiaire. Une liaison point-à-point est d’abord une liaison directe. En plus, la source et la destination sont les seuls appareils à utiliser la liaison. Dans une liaison multipoint plusieurs (plus de deux) appareils utilisent la liaison. La Figure illustre une liaison point-à-point et un cas de liaison multipoint.
La fonction primaire d’un réseau c’est de permettre aux appareils et aux utilisateurs de ceux-ci d’être connectés entre eux et de pouvoir communiquer. Les attentes des utilisateurs par rapport à la connectivité (ou connexité) offerte par les réseaux sont nombreuses. En plus d’une liaison transparente entre les machines, il faut notamment maintenir la confidentialité et l’intégrité des données et assurer l’accessibilité des systèmes. C’est-à-dire que les réseaux doivent permettre aux usagers d’accéder aux informations indépendamment de leur position géographique, sans toutefois les exposer à plus de risques intrinsèques.
Par ailleurs, le réseau doit pouvoir supporter la croissance du parc informatique de l’entreprise en permettant d’intégrer plus de nœuds, de faire face à la croissance du volume de trafic, et éventuellement de réagir à l’extension de la couverture géographique, sans nécessité de changer radicalement sa structure et sans demander d’investissements supplémentaires considérables. La capacité d’une infrastructure réseau à s’adapter à l’évolution des exigences est appelée évolutivité.
Liaison point-à-point et liaison multipoint
Conclusion
Les lignes de transmission créent la connectivité pour les utilisateurs: Ils deviennent connectés et peuvent communiquer avec les autres utilisateurs du réseau. Les configurations physiques de ces lignes varient d’un cas d’application à l’autre. On a notamment les liaisons point-à-point que l’on rencontre au niveau de l’interconnexion de deux réseaux ou dans la boucle locale radio. Les liaisons Multipoint ont dominé au début des réseaux locaux avec la topologie en bus. On les rencontre de nos jours dans les boucles locales radio et dans les réseaux sans fil.
Évaluation
1. Quelles sont les configurations des liaisons physiques possibles qu’on peut rencontrer en technologie de communication?
2. Qu’entend-on par connectivité?
3. Expliquez les exigences de transparence et de sécurité vis-à-vis de la connectivité que les usagers attendent des réseaux!
4. Définissez la notion d’évolutivité!
5. Comment les exigences d’une entreprise envers l’infrastructure réseau peuvent-elles évoluer?
6. Lequel des deux cas suivants demande-t-il moins d’efforts lorsqu’on a de nouvelles machines à intégrer dans le réseau:
7. Les connexions sont de types point-à-point, 8. Les connexions sont de types multipoint.
Activité 2.4 - Codage ligne et imperfections de transmission
Introduction
L’une des fonctions clés de la carte d’interface réseau c’est de générer le signal lors de la transmission et de capter le signal qui arrive au bout du câble. Dans cette activité nous allons découvrir la position et le rôle du codage ligne dans le processus de préparation et de transmission de l’information. Quelques exemples de techniques de codage ligne sont ensuite présentées. L’activité s’achève par la présentation des principales imperfections qui affectent le signal au cours de sa propagation à l’intérieur du canal de communication.
Détails de l’activité
2.4.1 Codage ligne
Le codage ligne est effectué par deux circuits fonctionnels appelés émetteur et récepteur respectivement. L’émetteur doit générer un signal dont les caractéristiques sont adaptées au canal de transmission physique à utiliser et qui doit exprimer les données (bits) que l’on veut transmettre. Les règles de correspondance entre le signal et les données sont fixées par le
code ligne utilisé. En d’autres termes, lors de la transmission l’émetteur réalise le codage ligne qui consiste à faire correspondre les bits présentés à son entrée au signal qu’il génère à sa sortie. La Figure montre la position du codage ligne. Il intervient après le codage source qui consiste à modifier la configuration de la suite de bits à transmettre, avec pour objectif de la rendre résistante aux erreurs de transmission inévitables dans le canal. Nous allons aborder le codage source lors de la présentation sur la couche de liaison de données.
Le codage source et le codage ligne
Le signal généré après le codage ligne est un signal digital. C’est le signal d’information qui peut être directement injecté dans le canal de transmission ou qui peut encore subir d’autres transformations avant la transmission (modulation). Plusieurs techniques de codage ligne ont été mises au point au fil du développement de la technologie de communication. La Figure montre trois exemples de ces techniques.
Le paramètre de base du codage ligne c’est la durée d’un bit ou intervalle ou période de bit.
Il s’agit de la durée de temps pendant laquelle l’émetteur doit générer l’élément du signal traduisant un 0 ou un 1 binaire. L’axe de temps est donc découpé en périodes de bit. La capacité de transmission est inversement proportionnelle à la période de bit. Prenons par exemple la ligne E1 de la hiérarchie PDH, la technologie Ethernet et Fast Ethernet dont les vitesses de transmission sont de 2, 10 et 100 Mbit/s, respectivement. Ces vitesses nécessitent des périodes de bit différentes:
Pour E1: T=1/V=1/(2⋅〖10〗^6⋅bit⋅s^(-1) )=0,5⋅〖10〗^(-6) µs/bit=0,5 µs/bit.
Pour Ethernet: T=1/V=1/(10⋅〖10〗^6⋅bit⋅s^(-1) )=0,1⋅〖10〗^(-6) µs/bit=0,1 µs/bit.
Pour Fast Ethernet: T=1/V=1/(100⋅〖10〗^6⋅bit⋅s^(-1) )=0,01⋅〖10〗^(-6) µs/bit=0,01 µs/bit.
T désigne la période de bit et V la vitesse de transmission. Si les technologies des réseaux et de communication ont pu connaître une augmentation considérable de la capacité de transmission au fil des années c’est parce que les progrès de l’électronique des semi-conducteurs ont permis de fabriquer des circuits de transmission et de réception pouvant utiliser de très courtes périodes de bit.