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La Transmission en bande de base

Généralités

 

La transmission est dite en bande de base lorsque le signal ne subit pas de transposition en fréquence. Dans ce cas le signal présente souvent un aspect rectangulaire, car la fonction de modulation simple utilisée est rectangulaire.
Un signal de transmission contient plus d'une fréquence unique c'est-à-dire qu'il pourrait y avoir plusieurs différentes fréquences liées ensemble ou bien superposés les unes les autres. La transmission en bande de base consiste à transmettre directement les signaux numériques (suites de bits) sur le support, sur des distances limitées ( de l'ordre de 30Km). Le signal en bande de base ne subit pas de transposition de fréquence et se réduit à un signal simple codé. La figure ci-dessous résume le principe de la transmission des données en bande de base.

 
 

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Le codeur dans la bande de base transforme la suite de bit en une suite de symbole prise dans un alphabet fini de q symboles.

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Les di ont tous, le même intervalle significatif égal ou multiple de T (intervalle élémentaire).
Un tel procédé simple et peu coûteux ne peut être employé que si le support introduit par le décalage en fréquence (en particulier, on ne doit pas traverser de transformateurs d'isolement provoquent des coupures de circuits, ni d'élément introduisant un décalage d'horloge comme les amplificateurs). On utilise donc en général sur des câbles à grande bande passante. Le débit maximum que l'on peut obtenir dépend de la longueur du câble et de sa section. La transmission en bande de base est désormais très largement utilisée, puis qu'elle est utilisée dans les réseaux locaux.

  • Toute transmission numérique est caractérisée par le débit linaire (D)
  • Débit du moment en baud (M)
  • Les nombres d'état par moment (m niveaux) d'amplitude m valeurs de phase.
  • La capacité du canal C=B.log2(1+S/N)

Tout canal réel comporte les imperfections qui se traduisent dans le domaine temporel, pour les réponses indicielles et dans le domaine fréquentiel par l'affaiblissement ou fonction de transfert.

 

Intérêt du codage en bande de base

Si l'on considère le signal numérique de la figure précédente, on peut remarquer les caractéristiques suivantes:

  • Son spectre est illimité (puisque les fronts sont raides : droit) mais concentré au tour de la fréquence nulle, or beaucoup de support ne laisse pas passer les composantes continues.
  • Sa valeur moyenne est égale à ½ et l'on préfère généralement les signaux à valeur moyenne nulle.
  • Si le signal comporte les longues suites de bits identiques, il peut se poser des problèmes d'horloge du côté du récepteur. En effet nous savons que l'équipement terminal de communication de données (ETCD) récepteur comporte un organe de décision utilisant un échantillonneur.
    Pour bien fonctionner, l'échantillonneur doit connaître l'intervalle significatif.

 


Les différents codages en bande de base

 

Avant l'injection des informations dans un canal, un codage est nécessaire. Le choix d'un code est fonction du spectre de ce code, la bande passante disponible du bruit et interférence du canal, du contrôle de la performance, de la tenue en horloge et la fiabilité de la réalisation.

 

Le codage à deux niveaux

 

Le code unipolaire

 

Si on a "1"=4V et "0"=0, alors la forme la plus simple de codage consiste à utiliser deux niveau pour coder le 1 logique et 0.

Exemple:

Une suite 01100011 peut être représentée comme suite

 
 

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On s'aperçoit que ce code contient une composante continue égale à 2V.
(4x4)/8 = 2V ; La puissance dissipée sur une résistance de 1 ohm égale 8W
(42+42+42+42)/8 = 8W

 

Code NRZ : Non Remise à Zéro

 

Par convention, si ai=0 alors, le signal vaut -a.
Si ai=1 alors, le signal vaut +a, donc pour la suite binaire 01100011 on trouve.

 
 

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Si on a a=2 et -a=-2, on constate que la composante continue est nulle si on a une séquence contenant le même nombre de 1 et 0. D'autre part la puissance dissipe ici est 4W soit la moitié que celui du code unipolaire.
De plus on risque d'avoir de sérieux problème de synchronisation puisque le signal sera constant pendant une longue suite de bit identique, et présente par contre une bonne résistance au bruit, car le codage est à 2 niveaux.

 

Code Manchester : Biphasé

 

Le principe de ce codage est d'introduire dans le signal des transitions au milieu de l'intervalle significatif.

 
 

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Par exemple on peut prendre un front montant pour ai=0 et un front descendant pour ai=1
Ce code convient bien pour la synchronisation entre l'émetteur et le récepteur même s'il a l'inconvénient de nécessiter d'une bande passante plus large.

 

Le codage bipolaire simple (d'ordre 1) : Attenuating Mark Inversion (AMI)

 

Dans ce type de codage, le signal transmis vaut 0 lorsque la données ai vaut 0 et elle vaut alternativement +a ou -a lorsque la donnée vaut 1. Si donc on veut transmettre 01011000 on trouve

 
 

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On peut remarquer que si deux signaux de même polarité se succèdent, il y'a violation d'alternance bipolaire. Par contre il est plus sensible au bruit que le codage à 2 niveaux que lorsque l'on dit transmettre une longue suite de 0, on peut avoir des problèmes d'horloge.

 

Le code BNZS : Binary NZero Substitation

 

La principale limitation de code AMI est sa dépendance d'une densité minimale de 1, des améliorations ont été qu'une séquence de n intervient, on remplace par une autre de n caractères contenant une ou plusieurs violations de l'alternance bipolaire.
Celle-ci a pour effet d'augmenter le nombre de 1 logique dans le train binaire et par conséquence augmenter le nombre de transmission. Dans cette catégorie de code, on peut citer B3Z5, B6Z5, HDB3

 

Les codes bipolaire à haute densité d'ordre n (BHDn)

 

Le code (BHDn) sont variants des codes bipolaires simples enfin d'éviter de longues suites de 0. Lorsque les données contiennent une suite de 0, cette séquence est remplacée par une séquence de remplissage que le récepteur doit repérer et remplacer par la suite de 0 initiale. Dans un code (BHDn), il y'a au plus n intervalles de temps sans impulsion et la séquence de remplissage est de longueur de n+1. Pour être repéré par le récepteur, la séquence de remplissage viole l'alternance de +a et -a pour transmettre les 1. Le code bipolaire le plus employé est le code BHD3.
Soit la suite de bit à transmettre 01010001000001.

 
 
 
 

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La suite de remplissage sert à limiter le nombre d'intervalle contiguë d'amplitude nulle dans une suite de bits données. Le récepteur doit repérer cette séquence et la remplacer par une suite de 0.
Quelques convenions sont à respecter:

  • Dans un code BHDn, il y'a au plus n intervalles sans impulsion.
  • Dans la séquence de remplissage est de longueur n+1. La séquence de remplissage doit toujours être connue sans ambiguïté comme une suite de 0.
  • On alterne les violes : un viole positif doit être suivi d'un viole négatif pour que le signal demeure à valeur moyenne du signal nul.
  • Les premiers éléments de la séquence de remplissage sont appelés bits de bourrage. Sa valeur est soit +a, soit -a de telle sorte que la parité du viole soit différente de seule du viole précédent et que la séquence de bourrage soit reconnue sans ambiguïté. Le bit de bourrage permet de distinguer un bit de viole d'un bit 1. Il peut donc dans certains cas être codé comme un bit 1 mais la séquence de remplissage entière doit être interprétée comme une suite de 0. Le récepteur ne peut donc connaître le cas posteriori, le nombre de bit 0 transmis par l'émetteur.

Le code PST : Pair Selected Temary

 

Il y'a le code 4B3T : 4bits into 3 ternary

 

Les critères de choix d'un codage

 

Les codages et leur adaptation de support: Les supports de transmission coupent brutalement les fréquences au voisinage de la fréquence nulle.
Le codage le plus mal adapté est le NRZ puisque la naissance est concentrée dans les basses fréquences. Le codage biphasé à un spectre particulièrement large et ne peut être envisagé sur les supports en large bande (exemple: câble coaxial, câble croisé). On préfère en général le code bipolaire qui pour une même largeur de bande permet un débit au moins 2 fois plus élevé.

 

Les codages et résistances aux bruits

 

Nous avons vu que la sensibilité au bruit est directement liée au nombre de niveau du signal. On remarquera que les codes bipolaires de valence 3 sont plus sensibles aux erreurs que le codage à 2 niveaux.

 

Le codage et les problèmes d'horloge

 

Nous avons vu que le nombre suite de bits identiques complique la tâche du récepteur lorsque l'horloge est reconstituée à partir de transmission du signal.
Les codes BHDn apporte une réponse à ce problème mais ces techniques peuvent rendre le décodage des données impossible en cas d'erreur (un viole intempestif à cause d'un bruit introduira une série d'erreur)
Aucune méthode de codage pour les transmission en bande de base n'est à priori parfaite donc le type de codage doit être choisi en fonction des paramètres connus du support. Avec l'avènement des réseaux locaux seul un petit nombre de codage en bande de base sont réellement employé.

 

Régénération

 

Il faut rappeler qu'un canal est caractérisé par sa fonction de transfert dans les domaines fréquentiels ou par sa réponse indicielle dans le domaine temporaire. Il est également caractérisé par la densité spectrale du bruit et par la diaphonie.

 

Confusion inter symbole

 

Nous avons considéré que les impulsions sont rectangulaires dans un canal de transmission en bande de base par crête mais en réalité la bande passante d'un canal de transmission est toujours limitée, ce qui induit un étalement dans le temps des impulsions acheminées dans ce canal. Ce défaut entraîne un recouvrement entre l'impulsion correspondante à des périodes d'échantillonnage adjacentes. Il peut en résulter une ambiguïté des réceptions puisqu'on ne sait quelle valeur attribuer à l'échantillon parasite transmis par le canal.
Ce phénomène de recouvrement est appelé confusion inter symbole (inter symbole interférence ISI), il provoque une diaphonie sur les liaisons multiplexes.

 
 

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Principe de la régénération

 

La régénération consiste á reconstituer le signal aussi fidèlement que possible après qu'il ait été affaibli, perturbé ou déformé par son passage au canal.
L'information ainsi régénérée est donnée au destinataire dans le cas d'un régénérateur terminal ou transmis plus loin dans le cas d'un régénérateur intermédiaire.

 

Fonction d'un régénérateur

 
 

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Dans le régénérateur, on peut retrouver les blocs ci-dessous. Un régénérateur comporte les 4 blocs fonctionnels suivants:

  • Un égaliseur
  • Un amplificateur
  • Echantillonneur
  • Organe à décision

Chaque type de codage a son régénérateur.

 

Egalisation

 

C'est une remise en forme du signal reçu de façon à éliminer tant que possible l'interférence entre les symboles : le bruit thermique à spectre étendu.

 

Amplification

 

Elle est nécessaire pour compenser l'affaiblissement du canal. Elle permet également de faciliter l'échantillonnage et la discrimination (sélection).

 

L'échantillonnage

 

Avec une fréquence d'horloge extraite avec précision du signal reçu, il faut prélever les échantillons du signal.

 

Organe de décision

 

Un organe à seuil servant à la prise de décision pour les valeurs à chaque échantillon.

 

Le pas de régénération

 

Le pas de régénération est la distance entre deux régénérateurs. Il dépend:

  • Du support utilisé
  • Du compromis entre le tau d'erreur, affaiblissement, gain des amplificateurs, etc.
  • Des contraintes externes: localisation.