Les données sont généralement transmises en série, c’est-à-dire que les informations numé- riques (voix, données, . . . ) sont envoyées bit par bit, à l’inverse de la transmission en parallèle dans laquelle plusieurs bits sont envoyés en même temps. Cette dernière technique requiert au moins une paire de fils pour chaque bit transmis en parallèle et une logique plus complexe. Les coûts de tels câbles et des composants associés sont trop importants pour envisager de la mettre en œuvre dans le cadre des réseaux longues distances.
Les communications numériques reposent sur la capacité des émetteurs et des récepteurs à connaître le début et la durée de chaque bit transmis afin de déterminer la valeur binaire de l’information. De plus, les signaux peuvent être altérés par affaiblissement ou consécutivement à des perturbations électromagnétiques. Pour permettre la synchronisation de l’horloge du ré- cepteur sur celle de l’émetteur, deux approches sont utilisées : la transmissionasynchroneet la transmissionsynchrone.
6.5.1 Transmission asynchrone
Cette première méthode consiste à transmettre les bits par groupes, appeléscaractères, de 5 à 8 bits, ce qui permet au récepteur de se synchroniser au début de chaque caractère. Quand aucun caractère n’est transmis, la ligne est en état d’attente. Cet état est représenté par un signal continu de valeur1, c’est-à-dire une tension négative.
L’intervalle de temps qui sépare l’envoi de chaque mot est aléatoire et dépend de l’émetteur (figure6.10). Le début d’un caractère est signalé par une valeur binaire0(bitstart) suivie de 5 à
8 bits composant le caractère. Un bit de parité suit le caractère et permet de détecter une erreur de transmission sur le principe suivant : l’émetteur positionne ce bit à 1 si le nombre total de valeurs binaires 1 présentes dans le caractère (et y compris le bit de parité lui-même) est pair. Une autre convention positionne ce bit si le même nombre total est impair. On distingue alors la paritépaireet la paritéimpaire.
Données
Start Stop
n n + 1 n + 2
t
FIG. 6.10 – Transmission asynchrone.
Un dernier bit, appelé bit stopet de valeur binaire 1, clôt le groupe de bits transmis. Ce bit est en réalité du même niveau de tension que le signal représentant l’état d’attente. L’émetteur
transmettra donc ce signal jusqu’au prochain caractère à émettre, la longueur du signal étant d’au moins 1 à 2 équivalents temps bits.
Cette méthode autorise des divergences d’horloge de l’ordre de 5%. Par exemple, si le récep- teur est 5% plus lent ou plus rapide que l’émetteur, l’échantillonnage de 8 bits d’information sera décalé de 45% mais sera toujours correct. Les composants sont donc simples à fabriquer et donc bon marché.
Par contre, l’inconvénient de cette méthode est dû au surcoût, appeléoverhead, c’est-à-dire au nombre de bits de contrôle (de 2 à 4) nécessaires pour transporter un caractère. Par exemple, pour transporter un caractère de 8 bits il faut ajouter un bitstart, un bit de parité (conseillé, bien qu’optionnel), un bitstopde longueur 2, soit en tout 4 bits supplémentaires, ce qui représente un surcoût de près de 33%. Au mieux, l’overhead est de 20% pour 8 bits de données transmis sans parité.
6.5.2 Transmission synchrone
La transmission synchrone permet de transmettre un bloc de bits d’information, appelétrame, sous la forme d’un flot continu de bits sans bit de synchronisationstartetstop. Les données sont rythmées par une horloge qui assure un temps constant entre chaque bit envoyé, mais aussi entre chaque mot (cf. figure 6.11). La synchronisation des horloges est obtenue soit en générant un signal sur une ligne séparée, soit en utilisant les signaux de données comme référence d’horloge. La dernière méthode est la plus utilisée car elle permet d’utiliser moins de fils.
Données n n + 1 t n + 2 n + 3 n − 1 FIG. 6.11 – Transmission synchrone.
Ce type de transmission implique un autre niveau de synchronisation pour déterminer le début et la fin d’une trame. Un préambule, et subsidiairement un postambule, doivent être générés au début et à la fin d’une trame. De plus, le bit de parité ne suffit plus pour détecter les erreurs, car le nombre de bits est trop important. Ces techniques font partie de protocoles comme le protocole HDLC(High Data Level Control).
Cette méthode présente les avantages et les inconvénients inverses de la transmission asyn- chrone : le surcoût généré est d’environ 1% pour des trames de 1000 bits. Par contre, la logique de contrôle est plus complexe et fait appel à des logiciels de niveau supérieur.
l’asynchrone.
En règle générale, le récepteur doit reconstituer l’horloge si elle n’est pas transmise. Il utilise pour cela des techniques de récupération d’horloge ou récupération de rythme qui permettent d’extraire celle-ci à partir du signal reçu.
Chapitre 7
Modulation numérique et modems
7.1 Introduction
L’utilisation des modulations numériques répond à deux impératifs :
– lorsque la transmission des signaux numériques en bande de base n’est pas possible (dans l’air ou sur les lignes téléphoniques), on est obligé de translater le spectre de la bande de base vers les hautes fréquences : il faut réaliser une modulation,
– la demande en plages de fréquences augmente considérablement, alors que le spectre en espace libre est une ressource partagée. Le numérique utilise plus efficacement ces plages car son encombrement est réduit grâce à des techniques de compression de données et de modulations adaptées.
Le principe de la réalisation de la modulation numérique est le même que dans le cas des mo- dulations analogiques : le mélangeur équilibré en est la pièce centrale. La qualité de la liaison se chiffre aussi à l’aide du rapport signal à bruit, mais ces dégradations entraînent des erreurs de transmission, ce qui entraîne la réception de bits erronés. Aussi, la quantité utilisée pour chiffrer la qualité de la transmission est la probabilité d’erreur, qui est une fonction du rapport signal à bruit.
7.1.1 Modulation cohérente ou incohérente
On peut distinguer deux grandes classes de modulation numérique, qui possèdent chacune des propriétés particulières :
– la modulation cohérente : la fréquence de la porteuse est un multiple entier du rythme d’émission1/Tb,
– la modulation incohérente : la fréquence de la porteuse n’est pas un multiple entier du rythme d’émission1/Tb.
Dans le premier cas, la modulation peut être vue comme un cas particulier de codage en ligne à l’émission en bande de base ; l’onde de mise en forme est tout simplement un signal sinusoïdal périodique. Toutefois, la modulation cohérente exige une synchronisation parfaite entre la source
lation incohérente. On devine que la conception du récepteur sera guidée par d’autres principes et qu’elle demandera un soin tout particulier.
7.1.2 Démodulation cohérente ou incohérente
Il ne faudrait pas confondre la nomenclature du type de modulation avec le principe utilisé dans certains démodulateurs utilisant une reconstitution de la porteuse pour démoduler le signal reçu. Ainsi, on définit également unedémodulation cohérente, pour laquelle le récepteur dispose de la fréquence et de la phase instantanées en permanence, et une démodulation incohérente, pour laquelle cette information n’est pas disponible.