Abstract¶
Dans le domaine des télécommunications, la transmission efficace et fiable des données est essentielle. Chaque système de communication vise à transmettre des informations d’une source à une destination via diverses étapes de traitement et un support physique. Comprendre ces étapes et leurs rôles dans l’optimisation des performances est fondamental pour concevoir des systèmes modernes. ELE3701A - Éléments de télécommunications, explore ces concepts en profondeur. Cette première section présente le contenu du cours et donne des définitions étayées par des exemples pratiques.
Introduction¶
Un système de communication établit le pont de communication entre l’émetteur et le récepteur. Pour établir ce pont de communication entre l’émetteur et le récepteur, il faut d’abord avoir un message à envoyer. Ce message provient de la source d’information, et vise à être récupéré à la destination. L’objectif de cette section est d’identifier des éléments fondamentaux d’un lien de communication point à point (O1).
Un système de communication se compose de cinq éléments (sous-systèmes) fondamentaux :
la source
l’émetteur
le multiplexeur
le canal
le démultiplexeur
le récepteur
la destination
Figure 1:Éléments fondamentaux d’un modèle de système de communication point à point
Notez que chaque élément possède des signaux d’entrée et de sortie, comme l’indique la figure. Chaque élément peut être considéré comme un système distinct. Vous trouverez ci-dessous les explications détaillées de chaque élément.
Source¶
- Définition: Source
- En télécommunications, une source est l’origine des signaux de message à transmettre, tels que des données numériques, de la voix, des images ou des vidéos.
- entrée : Aucune
- sortie : Signal de message
La nature de ces signaux détermine leur traitement initial. Le signal de message à la sortie de la source peut être analogique ou numérique. Une source continue (continous source) génère des signaux de messages analogiques, c’est-à-dire que le signal à la sortie prend des valeurs continues en amplitude et dans le temps. Une source discrète (discrete source) génère des signaux numériques, qui prend des valeurs continues en amplitude et est discrète dans le temps.
Exemple d’une source continue :¶
- Voix humaine :
Émetteur (Transmitter)¶
- Définition: Émetteur
- L’émetteur est un composant essentiel qui prépare les données de la source pour les transmettre via un canal. Selon la nature des signaux de message et le type de communication, un émetteur peut être classé en deux types principaux; communications analogiques et communications numériques.
- entrée : Signal de message
- sortie : Signal émis
- Définition: Émetteur pour communications analogiques
- Un émetteur pour communications analogiques traite des signaux continus, tels que des signaux électriques, acoustiques ou lumineux, qui varient de manière continue dans le temps et l’amplitude. La fonction fondamentale est modulation analogique. Avec modulations les signaux générés par une source analogique (par exemple, un microphone) sont convertis en signaux modulés analogiques pour être transmis.
- entrée : Signal de message (analogique)
- sortie : Signal émis (analogique)
- Définition: Émetteur pour communications numériques
- Un émetteur pour communications numériques traite des signaux discrets où les données sont codées sous forme de bits (0 et 1). Ces bits sont ensuite modifiés pour être adaptés à la transmission. Les fonctions sont le codage de source (pour la compréhension), le codage de canal (pour aider à récupérer les erreurs qui seront induites par le canal) et la modulation numérique (pour aider à transférer les signaux sur de longues distances).
- entrée : Signal de message (numérique)
- sortie : Signal émis (numérique)
- Définition: Codage de source
- Le codage de source (source coding) est utilisé pour compresser les données dans le plus petit nombre de bits. Elle supprime les bits inutiles. L’objectif est d’utiliser un nombre réduit de bits pour représenter le même message.
- entrée : Signal de message (numériques, binaires)
- sortie : Signal de message compressé (numériques, binaires)
- Définition: Code de canal
- Le codage de canal (channel coding) est utilisé pour la détection ou la correction des erreurs de bit. Dans un codeur de canal, nous ajoutons des bits au signal à transmettre. Ces bits sont les bits de correction d’erreurs et sont inclus selon un code particulier qui détermine ses règles de calcul. En utilisant ces bits supplémentaires, le récepteur peut être en mesure de corriger l’erreur de bit.
- entrée : Signal de message (numériques, binaires)
- sortie : Signal de message doté de parités (numériques, binaires)
- Definition: Modulation numérique
- Ensuite, les bits à la sortie du codeur de canal seront modulés par le modulateur. Ce système est nommé modulation numérique (digital modulation).
Ici, le signal à transmettre est modulé par une onde porteuse (carrier wave, a.k.a. carrier). Une onde porteuse est utilisée pour la transmission efficace de données sur de longues distances. Les signaux cosinus sont utilisés comme ondes porteuses. Les ondes cosinus et sinus sont des fonctions propres de systèmes linéaires invariants dans le temps. Les messages peuvent être inclus dans l’amplitude, la phase ou la fréquence de l’onde porteuse.
Si la source est discrète, nous pouvons directement utiliser un codeur de source. Si la source génère des signaux analogiques, il faut utiliser un convertisseur analogique-numérique (Analog to digital converter; A/N) avant d’utiliser un codeur de source.
- Définition: Convertisseur analogique-numérique
- Un A/N convertit un signal analogique continu en un signal numérique discret, pour qu’il soit traité et transmis efficacement (exemple: lorsqu’un son est enregistré pour un podcast, il est transformé en signal numérique).
- entrée : Signal de message (analogique)
- sortie : Signal de message (numérique)
Multiplexeur (Multiplexer)¶
- Définition: Multiplexeur
- Le multiplexeur (MUX) permet de combiner les signaux de plusieurs utilisateurs en un seul signal pour une transmission efficace sur un canal commun. Il joue un rôle crucial dans l’optimisation de l’utilisation des ressources
- entrée : Signaux émis de plusieurs utilisateurs
- sortie : Un seul signal émis (combiné)
Canal (Channel)¶
- Définition: Canal
- Le canal (channel) est le support physique par lequel le signal est transmis entre l’émetteur et le récepteur. Il peut introduire du bruit et des distorsions affectant la qualité de la transmission.
- entrée : Signal émis
- sortie : Signal reçu
Démultiplexeur¶
- Définition: Démultiplexeur
- Le démultiplexeur (DEMUX) sépare un signal combiné provenant de plusieurs utilisateurs en plusieurs flux individuels. Il est utilisé en complément du multiplexeur pour reconstituer les signaux d’origine une fois la transmission terminée.
- entrée : Un seul signal reçu
- sortie : Signaux reçus de plusieurs utilisateurs
Récepteur (Receiver)¶
- Définition: Récepteur
- Le récepteur (receiver) récupère et traite le signal reçu pour restaurer les informations originales. Il joue alors un rôle clé en récupérant le signal, en corrigeant les erreurs et en reconstruisant les messages originaux.
- entrée : Signal reçu
- sortie : Signal de message estimé
Au récepteur, les fonctions d’émetteur sont répétées dans l’ordre inverse. Il doit donc être configuré en fonction de l’émetteur analogique ou numérique sélectionné. L’objectif est de reproduire le plus correctement possible le signal du message à la destination (donc nous voulons : Signal de message estimé ≈ Signal de message )
Destination¶
- Définition: Destination
- La destination est le point final où les informations sont utilisées. Cela peut être un utilisateur humain ou un autre système.
Ressources de communication : Puissance (Power) et Largeur de Bande (Bandwith)¶
Dans les systèmes de communication, la puissance et la largeur de bande sont deux ressources fondamentales nécessaires à la transmission et à la réception des informations. Une gestion efficace de ces ressources est essentielle pour garantir la fiabilité, la capacité et la qualité des communications. Une utilisation efficace de la puissance et de la largeur de bande permet de minimiser les pertes et de réduire l’empreinte carbone pour une conception durable.
Puissance¶
- Définition: Puissance
- La puissance d’un signal est nécessaire pour transmettre des signaux à travers un canal de communication. Elle est cruciale pour surmonter l’atténuation, le bruit et d’autres dégradations dans le canal.
Une puissance de transmission suffisante permet au signal de se propager jusqu’au récepteur sans être complètement dégradé par le bruit ou l’atténuation.
Une puissance plus élevée améliore le rapport signal-bruit (Signal-to-noise-ratio; SNR), ce qui entraine une meilleure qualité du signal et un taux d’erreurs réduit. En plus, une puissance accrue permet aux systèmes de communication, comme les tours cellulaires ou les satellites, de couvrir de plus grandes zones.
Largeur de bande¶
- Définition: Largeur de bande
- La largeur de bande correspond à l’étendue des fréquences disponibles pour la transmission d’un signal.
Elle détermine le débit maximal que peut atteindre un système de communication numérique. Une plus grande largeur de bande permet un débit de données plus élevé. Une largeur de bande suffisante garantit que le signal transmis n’est pas déformé ou limité par une allocation de fréquence insuffisante.
Résumé¶
En résumé, les systèmes de communication modernes reposent sur des éléments bien définis, allant de la source à la destination et protégés par des mécanismes de correction des erreurs. Chacune de ces étapes est essentielle pour assurer une communication efficace et fiable, malgré les contraintes imposées par les caractéristiques physiques des canaux et les besoins en ressources limitées. Ces bases permettent d’aborder les défis plus complexes liés à la conception de réseaux et de systèmes avancés.