SECTION 1 : Fonctionnement et limites du RTC
I. Fonctionnement du RTC
I.1 Les principes de la transmission de la voix
I.1.1 Fréquences vocales.
La téléphonie classique "sur cuivre" utilise
largement quelques propriétés de la sensibilité
physiologique aux ondes radio électriques.
Si l'oreille humaine est sensible à une gamme de
fréquences étendue, allant des infrasons jusqu'aux ultrasons, une
plage beaucoup plus réduite de fréquences suffit pour reconnaitre
une voix. Cela vient de la courbe de répartition de l'énergie
associée à chaque fréquence. Cette courbe atteint son
maximum vers 800 Hz.
Figure 1 : fréquence vocale sur une
ligne
Le cerveau a une capacité d'interprétation du
signal qui lui permet de reconstituer la signification des phrases
prononcées, même avec un signal très dégradé.
La ligne de transmission peut donc être de qualité
médiocre.
Enlever les "basses fréquences", inférieures
à 300 Hz, et les "hautes fréquences",
supérieures à 3400 Hz, enlève
relativement peu d'énergie au signal. L'oreille n'entendra qu'assez peu
de différence. La bande passante "utile" est donc très
réduite.
La transmission analogique de la voix sur fils
téléphoniques impose de perdre de toutes façons les hautes
et les basses fréquences : la bande passante est étroite et cela
suffit.
Les normes en vigueur dans le monde de la
téléphonie fixe, érigées par
l'UITT, fixent la plage de numérisation
de 300 Hz à 3400 Hz, avec une fréquence
d'échantillonnage de 8 KHz.
I.1.2 La numérisation de la voix
> Première opération :
échantillonnage.
La norme fixe l'échantillonnage à 8
KHz. Cela correspond à une prise d'échantillon toutes
les 1/8000s = 125 microsecondes.
Le théorème de Shannon fixe la fréquence
maximale Fmax d'un signal échantillonné
à la fréquence d'échantillonnage par
2Fmax<Fe. Un échantillonnage à
8 KHz permet donc la transmission d'un signal
de 4KHz. Le signal vocal analogique 300- 3400
Hz passera bien.
> Deuxième opération :
numérisation.
L'amplitude mesurée du signal (pris toutes les 125
microsecondes) est codée sur n bits, donc en 2n classes.
L'approximation de la valeur analogique par une valeur numérique
discrète provoque une distorsion du son, dite bruit de quantification.
Pour limiter ce bruit, l'on choisit un nombre de classes
élevé.
En transmission téléphonique, le nombre de classes
est de 28=256 niveaux, ce qui correspond à un codage sur un
octet.
> Troisième opération :
codage.
L'erreur relative de quantification vaut en moyenne (1/2 *
amplitude max / 256) / valeur_du_signal. Pour une amplitude forte, cette
fonction est négligeable, mais pour une amplitude faible l'erreur
relative devient très grande.
Il est hors de question de numériser sur 16 bits pour
régler cette difficulté, ce serait trop coûteux. Le
remède au problème de la trop grande sensibilité aux
basses amplitudes consiste à prendre une loi de quantification
logarithmique. L'effet obtenu est alors équivalent à une
compression.
I.1.3 Modulation du signal.
Comment transmettre du binaire sur une ligne électrique
? En électronique, la transmission des signaux carrés pour
représenter des valeurs binaires est impossible. L'atténuation du
signal élargit les fronts montant et descendants de l'onde, le signal
est donc difficile à identifier à l'arrivée.
Pour coder les valeurs binaires en signaux électriques,
nous disposons de trois types de modulation des signaux sinusoïdaux :
> Modulation de fréquence
Figure 2 : modulation de
fréquence
> Modulation de phase
Figure 3 : modulation de phase
> Modulation d'amplitude
Figure 4 : modulation d'amplitude
I.2 La téléphonie numérique
La commutation temporelle repose sur le principe suivant : la
plage retenue pour la voix va jusque 3,4 KHz. Pour reproduire correctement un
signal vocal dont la fréquence maximale est de 4KHz, il suffit
d'échantillonner l'amplitude du signal à une fréquence de
2x4KHz, donc échantillonné à 8 KHz; la modulation de
l'amplitude se fait sur 256 niveaux, représentables sur 8 bits. Le temps
entre deux prises d'échantillons est alors de 1/2x4KHz égal
à 125 microsecondes, soit 8 échantillons par milliseconde. Un (1)
octet doit être transmis toutes les 125 microsecondes. 8 bits
divisés par 125 microsecondes = 64 Kbps. C'est le débit universel
retenu pour la transmission numérique de la voix. C'est par abus de
langage que l'on parle de bande passante de 8KHz. La bande passante ne peut
être définie que pour un signal analogique. Pour un signal
numérique, l'on devrait parler de débit binaire équivalent
à la transmission du même signal en analogique.
L'intervalle de temps séparant deux prises
d'échantillon est fixé à 125 microsecondes, c'est ce que
l'on appelle IT (un intervalle de temps). Si la durée de prise
d'échantillon reste faible, 4 microsecondes par exemple, alors l'on peut
multiplexer 125/4 = 32 signaux dans un même IT. En réalité
l'on ne multiplexe pour le téléphone que 30 voies, les deux
restantes étant consacrées à la signalisation. L'IT 0 sert
à la synchronisation, l'IT 16 transporte la signalisation des 30 autres
IT. Le débit binaire de la ligne sera de 1/125x10-3 secondes
x 32 voies x 8 bits = 2048 Kbps, soit 2 Mbps.
II. Limites du RTC
Même si le système téléphonique
repose un jour sur un réseau de fibre optique de bout en bout d'une
capacité de plusieurs Gbit/s, il ne permettra toujours pas de satisfaire
une catégorie croissante d'utilisateurs, à savoir les personnes
en mouvement. Chacun de nous s'attend aujourd'hui à pouvoir
téléphoner où qu'il se trouve : en avion, en voiture,
à la piscine, ou dans un parc entrain de faire son jogging. D'ici
quelques années, on trouvera normal de pouvoir envoyer des courriers
électroniques et de surfer sur internet à partir de tous ces
lieux, et d'autres encore.
De même nous notons le coût trop
élevé du cuivre et les vols répétés des ces
derniers sur les lignes d'abonnés entraînant plusieurs
désagréments au niveau de la communication.
Pour ces raisons, la téléphonie mobile
présente des intérêts énormes en offrant plusieurs
technologies de communication telles que le CDMA et d'autres.
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