Procédés de transmission de l'information et stockage optique
Introduction :
Ce cours porte sur le thème de l’information, et plus précisément sur les procédés physiques de transmission et de stockage optique.
Dans un premier temps nous définirons ce qu’est la transmission d’information. Puis nous aborderons les différents types de propagation de l’information et leurs contraintes. Enfin nous nous intéresserons au stockage optique.
Transmission d’information
Transmission d’information
Définition
Information :
Une information est une modification de l’environnement qui peut être captée par un sens.
Exemple
Par exemple un goût salé, l’eau chaude, le bruit, un panneau lumineux ou une odeur de carotte.
Définition
Chaîne de transmission :
Une chaîne de transmission est l’ensemble des dispositifs permettant le transfert de l’information, il comprend cinq éléments : une source, un émetteur, un canal de transmission, un récepteur et un destinataire.
Exemple
Lorsque quelqu’un vous adresse la parole :
- La source est la personne qui vous parle.
- Ses cordes vocales sont émettrices.
- Le canal de transmission est l’air.
- Le récepteur est votre tympan.
- Le destinataire c’est vous (votre cerveau).
L’émetteur et le récepteur permettent de convertir le message en un signal facile à transmettre.
Propagation de l’information
Propagation de l’information
Propagation libre
Propagation libre
Définition
Propagation d’un signal :
La propagation d’un signal est libre quand le signal peut aller dans toutes les directions.
On peut utiliser en exemple une transmission WIFI entre un ordinateur et une box.
Cette transmission peut utiliser une onde électromagnétique de fréquence élevée comme support. Ces ondes sont en général des ondes radio (ondes hertziennes).
Définition
Modulation :
La modulation est une modification d’une ou plusieurs caractéristiques de l’onde radio pour l’adapter au canal et éviter les interférences.
Propagation guidée
Propagation guidée
Définition
Propagation guidée :
Une propagation est guidée quand le signal est contraint de se déplacer dans un seul sens.
- Transmission par câble : seulement dans le cas où il s’agit de signaux électriques comme un câble téléphonique.
- Transmission par fibre optique : si ce sont des signaux lumineux qui se propagent le long d’une fibre optique.
À retenir
Une fibre optique est composée d’un cœur et d’une gaine d’indice optique plus faible. Ainsi la lumière est piégée à l’intérieur.
Définition
Modes de propagation :
Lorsque la lumière se propage dans la fibre, il n’y a que certains chemins qui peuvent encore être utilisés. Ils sont appelés les modes de propagation de la fibre.
Débit binaire
Débit binaire
Définition
Débit binaire D :
Lorsqu’on transmet des signaux numérisés, le débit binaire D est le nombre de bits transmis par unité de temps (en $\text{bits} \cdot \text{s}^{-1}$) : $D = N \cdot k \cdot f_e$
$N$, le nombre de signaux, $k$ le nombre de bits utilisés et $f_e$ la fréquence d’échantillonnage.
Lors de la transmission d’un très grand nombre de données on pourra comprimer le signal pour diminuer le nombre de bits contenus.
Exemple
Le débit binaire d’un CD audio est de $1,41\ \text{Mbit} \cdot \text{s}^{-1}$, celui d’une clé USB 2.0 est de $480\ \text{Mbit} \cdot \text{s}^{-1}$ par exemple.
Atténuation du signal
Atténuation du signal
Définition
Atténuation d'un signal :
L’atténuation d’un signal est la diminution de l’amplitude du signal au cours de la transmission de celui-ci. C’est la perte d’énergie au cours de la propagation du signal, elle dépend de la distance parcourue et de la résistance du milieu dans lequel le signal se propage.
On ne peut donc pas écouter une station radio parisienne à Toulouse avec les mêmes fréquences qu’à Paris.
On peut évaluer le signal par le coefficient d’atténuation linéique.
Définition
Coefficient d’atténuation linéique :
Entre le point d’entrée $A$ et le point de sortie $B$, distants de $d$ (en $\text{m}$), le coefficient d’atténuation linéique, exprimé en $\text{dB}\cdot\text{m}^{-1}$ est :
$\begin{aligned} \alpha&=-\dfrac{10}{d} \times\log\Big(\dfrac{P_B}{P_A}\Big) \\ &=\dfrac{10}{d} \times\log\Big(\dfrac{P_A}{P_B}\Big) \end{aligned}$
où $P_A$ et $P_B$ sont les puissances aux points $A$ et $B$ (en $\text{W}$).
Définition
L’atténuation d’un signal pendant sa transmission est la diminution de sa puissance le long du canal de transmission.
Stockage optique
Stockage optique
Écriture et lecture de données sur un support
Écriture et lecture de données sur un support
Définition
Stockage optique :
Le stockage optique est une technologie qui consiste à écrire et lire des informations en utilisant des phénomènes optiques.
On peut prendre en exemple le CD (compact disc), le DVD (digital versatile disc) ou le disque Blu-ray.
Les informations y sont codées en langage binaire et inscrites sur une piste en spirale. Sur un disque il y a plusieurs pistes, des successions de creux et de plats (de l’ordre du micromètre) pour les disques pré-enregistrés et de zones opaques et transparentes pour les disques enregistrables.
- Pour lire les informations, on utilise la réflexion et les interférences entre lumières monochromatiques.
- Un faisceau LASER incident est envoyé sur le disque et parcourt une piste, il est réfléchi par la surface métallique de la piste.
- Lorsque le faisceau LASER est sur un creux ou un plat, le faisceau est réfléchi et l’intensité est constante. Cela codera pour un bit 0
- Lorsque le faisceau passe d’un creux à un plat, les faisceaux réfléchis par le creux et par le plat sont en opposition de phase. Il y a interférence destructive. Cela codera pour un bit 1.
Lecture des données codées grâce à la réflexion et les interférences entre les lumières monochromatiques
En rouge on peut voir une réflexion sur un plat donc un 0, et en bleu une réflexion sur un creux donc un 0, et en jaune une interférence destructive donc un 1.
Capacité de stockage
Capacité de stockage
Définition
Capacité de stockage :
La capacité de stockage est la quantité d’informations que peut contenir un support de stockage.
Par exemple, un CD a une capacité de $0,7\ \text{Go}$, un DVD $4,7\ \text{Go}$ et celle d’un Blu-ray est de $25\ \text{Go}$.
Un octet étant l’association de 8 bits (d’où son nom), un gigaoctet est donc égal à $8 \times 10^9$ bits. En langage informatique, il faut imaginer qu’un bit est une lettre (qui peut avoir les valeurs 0 ou 1) et que les paquets de bits sont des mots. Un octet est un « mot» de 8 lettres (bits).
À retenir
Pour augmenter la capacité de stockage d’un CD et donc passer à un DVD de la même taille il faut diminuer la taille des creux et des plats et les rapprocher. Pour pouvoir les lire il faut diminuer la longueur d’onde du LASER, car le LASER se concentre en une tache de diffraction de dimensions proportionnelles à la longueur d’onde du LASER.
Exemple
La longueur d’onde du LASER d’un lecteur CD est de $780\ \text{nm}$, celle d’un lecteur DVD est de $650\ \text{nm}$ et celle d’un Blu-ray est de $405\ \text{nm}$ (le bleu d’où le blu).