Transport de l'Information 20/02/2007  Patrick ABATI 
Liste des cours

Généralités
Modulation d'amplitude
Modulation de phase
Modulation de fréquence
Modulation QAM
Modulation DTM
Modèle TCP/IP
Protocole IP
Formats audio et vidéo
Fonctionnement d'un CODEC audio
Plus...


 Généralités 

Divers procédés de modulation sont utilisés, tant dans le domaine hertzien que dans le domaine câblé, pour transporter les informations numériques. Ces techniques permettent la transmission sur de grandes distances et l'augmentation du débit par l'utilisation simultanée de plusieurs canaux sur un même support.
La modulation consiste à transporter le signal utile à l'aide d'un autre signal appelé porteuse, de fréquence plus élevée.
La démodulation permet de réceptionner le signal utile, en le séparant de sa porteuse.

MODEM

D'autre part, le transport de la voix sur les réseaux modernes implique la transformation du signal analogique en numérique. Le flux "voix" est ensuite découpé en fragments de taille réduite, compressé (codecs), puis transporté dans une trame IP (téléphonie IP). La télévision par IP utilise les mêmes principes de compression et de transport.


 Modulation d'amplitude 

ASK

ASK : Amplitude Shift Keying

Dans l'exemple ci-contre
la porteuse est multipliée par 1
si le bit à transmettre est 1
ou par 0,5
si le bit à transmettre est 0


OOK

OOK : On Off Keying
C'est une modulation tout ou rien

Dans l'exemple ci-contre
la porteuse est multipliée par 1
si le bit à transmettre est 1
ou par 0
si le bit à transmettre est 0


 Modulation de phase 

BPSK

PSK : Phase Shift Keying

BPSK : Binary Phase Shift Keying

Dans l'exemple ci-contre
la porteuse est multipliée par 1
si le bit à transmettre est 1
ou par -1
si le bit à transmettre est 0
ce qui correspond à un déphasage de 180°


 Modulation de fréquence 

FSK

FSK : Frequency Shift Keying

Dans l'exemple ci-contre
la porteuse a une fréquence F1
si le bit à transmettre est 1
et F0 = 2 x F1
si le bit à transmettre est 0

Dans le cas du Minitel (V23) :
F0 = 2100 Hz
F1 = 1300 Hz


 Modulation QAM 

QAM

QAM : Quadrature Amplitude Modulation
C'est l'association d'une modulation d'amplitude
et d'une modulation de phase
2 porteuses de même fréquence
sont déphasées de 90°
La modulation d'amplitude se fait sur 2 niveaux
(par exemple 1 et 0,5)
Chaque porteuse peut avoir un déphasage 0° ou 180°
Chaque porteuse peut transporter
4 informations différentes (soit 2 bits) par cellule
Les deux porteuses peuvent transporter
4 bits (16 informations différentes) par cellule
d'où le nom de QAM 16
(Il existe aussi QAM 64, QAM 128...)


Taux de modulation porteuse 1
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1 1 1 1 1
Taux de modulation porteuse 2
0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1 1
Déphasage porteuse 1
0 0 180 180 0 0 180 180 0 0 180 180 0 0 180 180
Déphasage porteuse 2
0 180 0 180 0 180 0 180 0 180 0 180 0 180 0 180
Information de la cellule
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

 Modulation DTM 

DMT

DMT : Discrete Multi Tone

L'exemple ci-contre concerne la technologie ADSL

La modulation divise la bande passante
en 256 canaux (bandes) de 4 kHz
espacés de 300 Hz

Chaque canal modulé par une méthode QAM
transporte une partie du signal à transmettre

Le premier canal transporte la voix
POTS (Plain Old Telephone Service)

Une bande libre de 5 canaux permet la séparation
des signaux voix et données par mise en place
d'un filtre sur chaque prise téléphonique

Suivent ensuite les bandes
d'émission (voie montante)
et de réception (voie descendante)


 Modèle TCP/IP 

Le modèle TCP/IP comporte 4 couches qui peuvent chacune utiliser différents protocoles :
- accès réseau (Ethernet, PPP, Token ring...)
- Internet (IP, ARP...)
- transport (TCP, UDP...)
-
application (SMTP, POP, FTP, HTTP, SIP...)


 Trame IP 

Le protocole IP fait partie de la couche Internet. Une trame IP est constituée d'un entête suivi des données (data)

trame ip

Version indique le numéro de version (IPV4, IPV6...)

IHL indique la longueur de l'entête (en mots de 32 bits)

Type of Service permet une gestion de qualité de service

Total Length indique la longueur totale de la trame en octets
sur 16 bits (maximum 65535 octets, entête comprise)

Identification indique le numéro d'identification du fragment

Flags indique l'état de la fragmentation

Fragment Offset indique le numéro d'ordre du fragment

TTL indique la durée de vie maximale de la trame (en secondes)

Protocol indique le type de données data ( TCP, UDP...)

Header Checksum représente la validité de l'entête

Les adresses Source et Destination sont codées sur 32 bits
(exemple: 192.168.0.54)

Le champ Options contient 0 à 40 octets

Le champ Padding complète la ligne Option à 32 bits

data contient les données (minimum 1 octet)

Cette trame IP est ensuite encapsulée dans un protocole transport de plus haut niveau (TCP, UDP...) lui-même encapsulé dans un protocole application (SIP* pour la téléphonie sur IP...)

*SIP (Session Initiation Protocol) est un protocole standard et ouvert de VoIP (Voice Over IP) indépendant du protocole de transport.


 Formats audio et vidéo 

Le transport du son et de l'image implique la compression des données par la machine émettrice. A la réception, les données sont décompressées sur la machine hôte. C'est le rôle des codecs (codeur-décodeur) : ils encodent les flux pour la transmission, le stockage ou le cryptage et ils décodent ces flux pour l'édition ou le visionnage. Le but premier des codecs est de pouvoir traiter un maximum de données avec un minimum de ressources. Ils sont utilisés pour des applications comme la téléphonie ou la télévision.

Exemple de codecs vidéo :
MPEG (Moving Picture Experts Group) est un groupe de plusieurs normes ISO
DivX
XviD (libre)
Theora (libre)

Exemple de codecs audio :
MP3
Vorbis (libre)
G711, G723, G726, G729


 Fonctionnement d'un CODEC audio 

G711 est une norme de compression audio de l' UIT (Union Internationale des Télécommunications). Ce codec utilise la MIC (Modulation par Impulsions Codées) ou PCM (Pulse Coded Modulation).

Quantification
La quantification est le processus qui permet d'associer des valeurs discrètes, aux amplitudes des échantillons obtenus dans le processus d'échantillonnage. Elle se fait sur 8 bits dans le codec G711.

quantification

La fréquence d'échantillonnage doit être d'au moins 2 x f soit 7 kHz (en téléphonie, la bande passante est limitée à 3500 Hz). La fréquence d'échantillonnage est de 8 kHz dans le codec G711.

Dans le cas d'une quantification linéaire, on utilise un certain nombre de valeurs discrètes (256 valeurs, soit 8 bits pour le G711) pour représenter approximativement l'amplitude des échantillons. Le processus de quantification introduit donc nécessairement une erreur, d'autant plus grande relativement, que l'amplitude de l'échantillon est faible.

Dans le cas d'une quantification non linéaire, les intervalles de valeurs discrètes sont d'autant plus larges que la valeur du signal est faible : c'est le cas du codage logarithmique utilisé dans le codec G711.

Codage logarithmique
Le codec G711 utilise une loi de codage (A-law) de type logarithmique. Cette technique de codage a été développée car l’oreille fait la différence entre deux sons correspondant à 0,3V et 0,4V mais ne fait pas la différence entre deux sons correspondant à 4,3V et 4,4V.
La loi A utilise 16 segments (qui peuvent être ramenés à 13 si l'on considère que les segments de 7 à 10 sont alignés et n'en forment qu'un), distribués comme suit :

A law


 Plus... 
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Anatomie d'une connexion ADSL
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Entête IP
Union internationale des télécommunications
SIP, la révolution Internet dans la téléphonie
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