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Transmission numérique des données

 

Transmission numérique des données

Un réseau informatique est conçu pour envoyer des informations d'un point à un autre. Ces informations doivent être converties en signal numérique ou en signal analogique pour la transmission. Si les données sont numériques, nous devons utiliser des techniques de conversion numérique-numérique, des méthodes qui convertissent les données numériques en signaux numériques. Si les données sont analogiques, nous devons utiliser des techniques de conversion analogique-numérique, des méthodes qui transforment un signal analogique en un signal numérique.

Conversion numérique-numérique

Si nos données sont numériques et que nous devons transmettre un signal numérique, nous pouvons utiliser la conversion numérique-numérique pour changer les données numériques en signal numérique. Bien qu'il existe de nombreuses techniques pour le faire, dans sa forme la plus simple, un bit ou un groupe de bits est représenté par un niveau de signal, comme illustré dans la figure ci-dessous.

La conversion implique trois techniques : le codage de ligne, le codage de bloc et le brouillage. Le codage de ligne est toujours nécessaire ; le codage par bloc et le brouillage peuvent être nécessaires ou non.

Codage de ligne

C'est le processus utilisé pour convertir les données numériques en signaux numériques. Supposons que les données soient sous forme de texte, de nombres, d'audio ou de vidéo et qu'elles soient stockées sous la forme d'une séquence de bits dans l'ordinateur. Ainsi, le processus de codage de ligne convertit la séquence de bits en un signal numérique.

Côté émetteur, les données numériques sont codées en signaux numériques, et côté récepteur, les données numériques sont recréées en décodant le signal numérique.

Il existe trois types de schémas de codage de ligne disponibles :

  •  Encodage unipolaire
  •  Encodage polaire
  •  Encodage bipolaire
Encodage unipolaire

Les schémas de codage unipolaire utilisent un seul niveau de tension pour représenter les données. Dans ce cas, pour représenter 1, une haute tension est transmise et pour représenter 0, aucune tension n'est transmise. Il est également appelé Unipolar-Non-return-to-zero(NRZ), car il n'y a pas de condition de repos (Le signal ne revient pas à zéro au milieu du bit), c'est-à-dire qu'il représente 1 ou 0.

Encodage polaire

Le schéma de codage polaire utilise plusieurs niveaux de tension pour représenter les valeurs binaires. Les encodages polaires sont disponibles en quatre types :

  •  Polar Non-Return to Zero (Polar NRZ) : Il utilise deux niveaux de tension différents pour représenter les valeurs binaires. Généralement, la tension positive représente 1 et la valeur négative représente 0. C'est aussi NRZ car il n'y a pas de condition de repos. Le schéma NRZ a deux variantes ; NRZ-L et NRZ-I. NRZ-L change le niveau de tension lorsqu'un bit différent est rencontré alors que NRZ-I change la tension lorsqu'un 1 est rencontré.

  •  Return to Zero (RZ) : Le problème avec NRZ est que le récepteur ne peut pas conclure quand un bit s'est terminé et quand le bit suivant commence, dans le cas où les horloges de l'émetteur et du récepteur ne sont pas synchronisées. RZ utilise trois niveaux de tension, une tension positive pour représenter 1, une tension négative pour représenter 0, et une tension nulle pour aucun. Les signaux changent pendant les bits et non entre les bits. 

  •  Manchester : Ce schéma de codage est une combinaison de RZ et NRZ-L. La tension reste à un niveau pendant la première moitié et passe à l'autre niveau pendant la seconde moitié. La transition dans la seconde moitié. La transition au milieu du bit assure la synchronisation.
  •  Differential Manchester : Ce schéma combine les idées de RZ et NRZ-I. Il y a toujours une transition au milieu du bit, mais les valeurs des bits sont déterminées au début du bit. Si le bit suivant est 0, il y a une transition ; si le bit suivant est 1, il n'y en a pas.

Encodage bipolaire

Dans le codage bipolaire (parfois appelé binaire à plusieurs niveaux), il existe trois niveaux de tension : positif, négatif et zéro. Le niveau de tension pour un élément de données est à zéro, tandis que le niveau de tension pour l'autre élément alterne entre positif et négatif.

Il existe deux variantes de l'encodage bipolaire : AMI et pseudo-ternaire.

  •  AMI (Alternate Mark Inversion) : Signifie simplement inversion alternée de 1. Dans ce cas, la tension neutre de zéro représente le bit 0 tandis que les bits 1 sont représentés par des tensions positives et négatives alternées.
  •  Pseudo-ternaire : Dans ce cas, le bit 1 est codé comme une tension nulle tandis que le bit 0 est codé comme des tensions positives et négatives alternées.

Codage par blocs

Pour garantir la précision de la trame de données reçue, des bits redondants sont utilisés. Par exemple, en parité paire, un bit de parité est ajouté pour que le nombre de 1 dans la trame soit pair. De cette façon, le nombre de bits d'origine est augmenté. C'est ce qu'on appelle le codage par blocs.

Le codage par blocs est représenté par une notation à barres obliques, mB/nB, ce qui signifie que le bloc de m bits est remplacé par un bloc de n bits lorsque n > m. Le codage par blocs comporte trois étapes :

  •  Division
  •  Substitution
  •  Combinaison

Une fois le codage par bloc terminé, il est codé en ligne pour la transmission.

Brouillage

Nous pouvons modifier le codage de ligne et de bloc en incluant le brouillage. Il est important de noter que le brouillage par opposition au codage par blocs se fait principalement au moment de l'encodage. Le système doit principalement insérer les impulsions requises sur la base des règles de brouillage.

Il existe deux techniques courantes utilisées pour le brouillage :

  •  B8ZS(Bipolaire avec substitution de 8 zéros) 
  •  HDB3(High-Density Bipolar 3-zero) 
B8ZS(Bipolaire avec substitution de 8 zéros)

Avec cette technique, huit tensions consécutives de niveau zéro sont remplacées par la séquence 000VB0VB. Dans cette séquence, V représente principalement une violation et il s'agit essentiellement d'une tension non nulle qui enfreint la règle d'encodage AMI. Le B dans la séquence donnée indique Bipolaire, ce qui signifie simplement un niveau de tension non nul selon la règle AMI.

HDB3(High-Density Bipolar 3-zero)

Cette technique est plus conservatrice que la B8ZS et dans celle-ci quatre tensions consécutives de niveau zéro sont remplacées par une séquence de 000V ou B00V. La raison principale de deux substitutions différentes est de maintenir un nombre pair d'impulsions non nulles après chaque substitution. Il existe deux règles à cet effet, qui sont les suivantes :

  1. Si le nombre d'impulsions non nulles après la dernière substitution est impair, nous utiliserons le modèle de substitution 000V, ce qui rendra le nombre total d'impulsions non nulles pair.
  2. Si le nombre d'impulsions non nulles après la dernière substitution est pair, nous utiliserons le modèle de substitution B00V et le nombre total d'impulsions non nulles sera alors pair.

Conversion analogique-numérique

Parfois, nous avons un signal analogique tel que celui créé par un microphone ou une caméra. La tendance actuelle est de changer un signal analogique en données numériques car le signal numérique est moins sensible au bruit. Bien qu'il existe plusieurs techniques pour le faire, la plus simple consiste à échantillonner le signal analogique pour créer des données numériques et convertir les données numériques en signal numérique.

Les données analogiques sont un flux continu de données dans la forme d'onde, tandis que les données numériques sont discrètes. Pour convertir l'onde analogique en données numériques, nous utilisons la modulation par impulsions et codage (PCM).

Le PCM est l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour convertir des données analogiques en format numérique. Elle comporte trois étapes :

  •  L'échantillonnage.
  •  Quantification.
  •  Le codage.
L'échantillonnage

Le signal analogique est échantillonné tous les T intervalles. Le facteur le plus important de l'échantillonnage est la fréquence à laquelle le signal analogique est échantillonné. Selon le théorème de Nyquist, la fréquence d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieure à la fréquence la plus élevée du signal.

Quantification

L'échantillonnage produit une forme discrète de signal analogique continu. Chaque modèle discret montre l'amplitude du signal analogique à cet instant. La quantification se fait entre la valeur d'amplitude maximale et la valeur d'amplitude minimale. La quantification est une approximation de la valeur analogique instantanée.

Le codage

Lors de l'encodage, chaque valeur approchée est ensuite convertie au format binaire.

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Rédigé par ESSADDOUKI Mostafa
ESSADDOUKI
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