Chaîne de transmission numérique

Le but d’un système de communication à distance est de transmettre de l’information d’un point à un ou plusieurs points. Le système se compose de trois grandes parties: un émetteur, un récepteur et le milieu de propagation appelé « canal de propagation». L’émetteur a pour objectif d’adapter l’information de la source avant de transmettre à travers un canal de propagation. En effet, à partir du signal reçu, le récepteur fait l’opération pour récupérer l’information de la source.les opérations duales effectuées à l’émetteur et au récepteur sont le codage et le décodage de source, le codage et le décodage de canal, la modulation et la démodulation. Nous allons maintenant d’écrire brièvement les différentes fonctions mises en œuvre dans la chaine de transmission.

Notons que ces fonctions peuvent traiter l’information de façon individuelle ou collective qui dépend de la conception appliquée.

Pour réaliser une transmission numérique [44], le message à transmettre doit être mis enforme numérique. Si la source délivre un message analogique tel que le signal de parole ou le signal d’image, il est indispensable de le numériser. Lorsque le message analogique est échantillonné, le théorème de Shannon doit être respecté. Chaque échantillon est quantifié et puis convertie sur des éléments binaires.

Le codage de source permet de compresser l’information moins utile sans perte d’information de façon à réduire le cout de la bande passante de la communication. Cette séquence binaire compressée de sortie du codeur de source est appelée séquence d’information. Dans ce qui suit, nous supposons que la séquence d’information est une suite d’éléments binaires indépendants et identiquement distribués sur l’alphabet {0, 1}. Le nombre de données binaires émis par unité de temps défini le débit binaire D = 1/Tb bit/s ou Tb est la durée d’un bit en seconde. La quantité d’information, l’entropie, se mesure à partir de la probabilité respective des éléments binaires. Notons qu’il existe l’opération inverse de ce codage de source utilisée au récepteur.

Après la numérisation et le codage de source, il existe une fonction spécifique pour des transmissions numériques qui permet d’améliorer la qualité de transmission. Cette fonction est appelée « codage de canal» qui a pour objectif de détecter et/ou corriger des erreurs en réception. Le codage de canal insère des éléments binaires dans la séquence d’information.

Des éléments binaires ajoutés sont appelés « Redondance ». Cette opération mène alors à une réduction du débit utile binaire de la transmission. Le décodage de canal doit connaitre le type de codage utilisé à l’émission pour corriger des erreurs correctement. Sinon, il est possible de créer des erreurs en plus, lors de la sortie du décodage du canal. Notons que certains types de codage ne sont pas très utilisés, car ils augmentent la complexité du système en émission et en réception.

Dans le cadre de transmission sans fil, une antenne émettrice ou un réseau d’antennes permet de transformer les signaux analogiques en des ondes électromagnétiques. Le signal émis se propage à travers le milieu de propagation qui subit des perturbations. Le milieu de propagation est caractérisé par plusieurs effets qui seront présenté ultérieurement. Au récepteur, une autre antenne ou un réseau d’antennes consiste à convertir les ondes électromagnétiques en des signaux analogiques.

Le bruit est considéré comme une perturbation aléatoire qui vient de l’extérieur et de l’intérieur du récepteur. Le bruit externe est causé par des systèmes industriels (moteur, ligne à haute tension, etc. . .) ou par les interférences des signaux des autres utilisateurs dans le cas d’un système multiutilisateurs. Le bruit thermique (bruit interne) vient de l’agitation thermique des électrons des dispositifs électroniques, dont la puissance est proportionnelle à la température. Le bruit considéré ici est modélisé par un processus aléatoire gaussien à moyenne nulle, stationnaire, indépendant du signal émis avec une densité spectrale de puissance mono-latérale N0. Une autre source de bruit particulière est le bruit de quantification qui apparaît au niveau de l’opération d’échantillonnage-quantification du fait de la transformation du signal analogique en un signal numérique.

Le récepteur a pour objectif de reconstituer au mieux, le message émis a partir du signal reçu. Il comprend des circuits d’amplification, de changement de fréquence et de démodulation. Le démodulateur extrait l’information de la porteuse et restitue le signal en bande de base. Chaque échantillon est converti en données binaires à partir d’un circuit de décision. Le décodeur de canal exploite la redondance introduite par le codeur de canal pour détecter et puis corriger (si possible) les erreurs de transmission. Le décodeur de source reçoit une séquence de données provenant du décodeur de canal. En connaissant le traitement réalisé par le codeur de source, il reconstitue le message original. En présence possible d’erreurs en sortie du décodeur de canal, le message décodé n’est pas exactement identique au message délivré par la source.

Canaux de transmission

Définition du canal :
En communication, un canal est un medium physique qui est utilisé pour la transmission d’un signal de la source vers la destination. Quelque soit le mode de transmission, il y a toujours des perturbations aléatoires non prévisible, qui affectent le signal transmis avant d’atteindre la réception.

Propriété d’un canal radio :
Les systèmes de transmissions numériques sont limités en performances et en capacité à cause de deux facteurs liés au canal de transmission [22] :

Bruit additif :
Le bruit est un signal parasite, aléatoire et non désiré se superposant aux signaux utiles. C’est l’un des problèmes les plus rencontré dans la transmission. Il est généré par les composantes internes du système de communication et principalement par le bloc radio fréquence du récepteur. Il est modélisé par un bruit blanc gaussien additif (BBGA) à puissance constante.

L’évanouissement :
Un signal émis par une antenne radio se propage soit dans toutes les directions (si l’antenne est omnidirectionnelle), soit dans un ensemble de directions bien précis, si l’antenne est directive. Le signal émis subit des réflexions, des réfractions, des diffusions autour des obstacles se trouvant dans l’environnement de propagation entre la source et la destination.

Comme exemples des obstacles, nous citons les bâtiments, les arbres, les voitures, pour l’environnement d’extérieur, sinon pour l’intérieur, nous citons les meubles, les murs etc. Ainsi, le récepteur voit des versions multiples du signal émis, de puissances atténuées et avec certains retards. L’évanouissement que connaît une communication sans-fil est en fait une atténuation de la puissance du signal perceptible due à diverses causes selon le type d’évanouissement rencontré. On peut les regrouper en trois catégories, la perte de puissance en propagation libre, l’ombrage, et l’évanouissement. La première consiste en fait, à la perte de puissance au fur et à mesure que le signal électromagnétique se propage dans l’espace. La seconde quant à elle, est due à la présence d’obstacles fixes dans le chemin de propagation d’un signal radio. Enfin, la troisième catégorie est l’évanouissement proprement dit, qui se compose d’effets combinés de multiples parcours de propagation, de mouvements rapides des unités émettrices et réceptrices, et enfin, des obstacles. La dernière catégorie énoncée est celle qui nous intéresse. Cet évanouissement décrit les fluctuations rapides de l’amplitude du signal reçu sur une courte période de temps. Ce phénomène est causé par l’interférence d’au moins deux versions du signal transmis qui arrivent au récepteur avec un léger décalage temporel. La résultante peut grandement varier en amplitude et en phase tout dépendamment de multiples facteurs tels que l’intensité, le délai entre les ondes, etc. La performance du système peut donc être très dégradée par l’évanouissement, mais heureusement, plusieurs techniques peuvent aider à la contrer.

Les types d’évanouissement :
Les multiples versions du signal dû aux interférences constructives et destructives causent des fluctuations rapides du signal sur des petites périodes.