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Transmission numérique d'informations - Introduction


Bienvenue dans l'ère du tout numérique !
Aujourd'hui, la majeure partie de l'information que nous utilisons est sous forme numérique. La circulation de cette information se fait elle aussi, logiquement, par le biais de signaux numériques.

Grâce à l'industrialisation de masse des processeurs et de l'ordinateur depuis les années 80, une révolution numérique s'est produite pour certaines technologies et services qui exploitent le calcul numérique (tels que télévision numérique, radio numérique, téléphonie numérique, cinéma numérique, DVD, baladeurs numériques, etc).
L'information est maintenant dans la plupart des cas véhiculée sous forme numérique que ce soit sur support filaire, fibres optiques par exemple, ou en radio, réseaux cellulaires ou réseaux locaux sans fil.

Un signal numérique, par opposition à un signal analogique, est un signal qui a été quantifié et échantillonné.
Un signal analogique, le son en sortie d'un haut parleur par exemple, est un signal continu pouvant prendre une infinité de valeur à chaque instant. Mathématiquement, un signal analogique est une fonction réelle continue définie sur un intervalle de nombres réels (un intervalle de temps en général).
Numériser un signal analogique consiste à en prélever des échantillons à certains instants, on parle alors d'échantillonnage, et à donner une valeur numérique, donc à une certaine précision fixée, de chacun de ces échantillons. On parle pour cette deuxième étape de quantification.

Les systèmes automatisés et informatisés traîtent et délivrent des informations numériques, très souvent sous forme de messages binaires Par exemple, le code ASCII, American Standard Code for Information Interchange, qui donne un code binaire à chacun des caractères de l'alphabet, est la norme la plus répandue de codage de texte en informatique.

Numérisation d'un signal analogique:


Le signal analogique (bleu) est échantillonné à intervalles réguliers.
Seuls les valeurs prélevées sont conservées (rouge).

Ici, le signal numérique est alors: [ -0,0371 0,0691 0,0558 -0,0533 ... ]

Un signal numérique est simplement, en quelques sortes, une suite de nombres, d'où sa dénomination de "numérique" (la traduction anglaise de nombre, ou chiffre, est "digit", ce qui a donné de la même façon chez les anglophones la qualification de "digital" pour de tels signaux et systèmes).

Pour autant, si la numérisation d'un signal analogique n'est pas une opération relevant d'une grande complexité (du moins, en omettant des questions telles que le codage de ces nombres, en nombres binaires par exemple, la précision du signal numérisé par rapport à son original analogique, ou encore telle que la possibilité de pouvoir retrouver après coup le signal analogique à partir de ses échantillons ... ), la communication: émission - transmission - réception, de ces signaux numériques est moins évidente.


Transmission d'un signal d'un émetteur jusqu'au récepteur


Une fois le signal numérisé, il est apte à être envoyé vers son destinataire via un organe d'émission (une carte réseau d'un ordinateur ou une antenne d'émission par exemple) puis un canal de transmission.
Ce canal peut-être tout simplement (pas en ce qui concerne son étude) l'air: c'est le cas par exemple des communications GSM, WIFI, ainsi que toutes les communications infrarouges (les télécommandes de télévision, chaîne HiFi, voiture, ...): après le tout numérique vient le tout sans-fils !
Toutes sortes de câbles permettent néanmoins encore de véhiculer un signal d'un point à un autre (bifilaire, coaxial, fibre optique, ...).
Les caractéristiques souhaitées pour le système de communication complet sont bien sûr à la base du choix du support de transmission: préférence pour un haut débit de transmission, pour une plus grande fiabilité, pour un coût moindre ... mais aussi plus simplement, pourrait-on envisager par exemple une communication filaire entre téléphones portables, ou entre un avion et sa tour de contrôle ?

Dans les pages qui suivent, les simulations sont réalisées en considérant une transmission des signaux en espace libre.
Pour cela, ces simulations intègrent une modélisation de la propagation d'ondes en espace libre. Les détails théoriques, numériques et informatiques de ces simulations peuvent être trouvés à cette page (et plus particulièrement les simulations bidimensionnelles)


Le but plus général des quelques pages qui suivent est de présenter les grands principes fondamentaux d'une chaîne complète de communication numérique: depuis le message à transmettre, son codage en un signal prêt à être envoyé, sa transmission dans l'air, sa réception, et enfin la détection du message original dans le signal reçu (éventuellement après une phase de filtrage).

L'ensemble des illustrations et animations sont réalisées par des simulations sur des cas concrets à l'aide du logiciel de calcul Matlab.


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