Pour les 3IEL et les 4IEL

Table des matières

• chap 1 – Aperçu des systèmes
  • analogique
  • numérique
  • code binaire
  • support de l’information
• chap 2 – Bases de la téléphonie
• chap 3 – Introduction domestique
• chap 4 – Technique de raccordement
• chap 5 – Terminaux
• chap 6 – Composants et appareils complémentaires
• chap 7 – Câblage universel
• chap 8 – fibre optique
• chap 9 – Services supplémentaires
• chap 10 – Technologies large bande
• chap 11 – Réseaux
• chap 12 – Autocommutateur d’usager
• chap 13 – Communication sans fil
• chap 14 – Système coaxiaux
• chap 15 – Système de transmission
• chap 16 – DIT

Support de cours – Müller

Télématique – Müller – site web…

• chap 1 – Aperçu des systèmes
• chap 2 – Bases de la téléphonie
• chap 3 – Introduction domestique
• chap 4 – Technique de raccordement
• chap 5 – Terminaux
• chap 6 – Composants et appareils complémentaires
• chap 7 – Câblage universel
• chap 8 – fibre optique
• chap 9 – Services supplémentaires
• chap 10 – Technologies large bande
• chap 11 – Réseaux
• chap 12 – Autocommutateur d’usager
• chap 13 – Communication sans fil
• chap 14 – Système coaxiaux
• chap 15 – Système de transmission
• chap 16 – DIT

Chap 1 – Aperçu des systèmes

Le pdf chap 1 – Aperçu des systèmes

• pilotage de l’énergie par l’information

• notion de signal. => électricité

Analogique

• analogique VS numérique

Analogique = le monde physique réel.

On converti des grandeurs physiques en d’autres grandeurs physiques. Par exemple le son est une onde de compression de l’air. Un micro transforme ces compressions en signal électrique.

Donc on a de l’air qui bouge, qui fait bouger une membrane, qui fait bouger un électro-aimant, qui induit un courant et crée une tension.

Cette tension est similaire au mouvement de l’air, mais c’est une autre grandeur physique.

Tout comme on fait des analogies entre un circuit électrique et un circuit hydraulique.

L’enregistrement du son se faisait par une aiguille qui marque la vibration du son sur un cylindre. Tout d’abord un cylindre recouvert d’étain.
Puis on va utiliser des cylindres recouvert de cire d’abeille.

Ensuite avec l’invention du gramophone, l’enregistrement se fait sur des disques, notamment en vinyl.

La vibration issue de la compression du son est enregistrée sous forme de sillon dans le disque vinyl.

La lecture se fait avec une aiguille qui capte la vibration puis l’amplifie et la transmet à un haut parleur.

A noter, qu’il est possible d’écouter la musique sur un disque vinyl avec juste une épingle et un cône en papier.

Numérique

Quand on parle de numérique, il s’agit de l’enregistrement d’une grandeur physique sous forme d’un code numérique.

La transformation d’un signal analogique en signal numérique se fait par deux opération:

• l’échantillonnage
• la quantification

Ceci consiste à intervalle temporel régulier, à prélever la valeur d’un échantillon du signal à analogique et de noter sa valeur dans un code, ici le code binaire.

Le nombre de niveaux disponibles – donc la précision du son – dépend du nombre de bit sur lesquels ont quantifie le signal.

Voici un aperçu du son quantifié sur 8 Bits:

Le son 8 Bits est une sort de son « pixelisé ». C’était la capacité maximale des console de jeu d’il y a 40 ans…

Actuellement on quantifie la musique sur 32 bits pour un son excellent. Mais malgré tout il y a des fans de son 8 bits. C’est devenu un style.

Code binaire

Le système de numération binaire « moderne » a été publié en 1703 par Gottfried Leibniz qui présente ainsi 25 ans de recherche sur ce sujet. Notamment inspirée par le Yi Jing chinois vieux de plusieurs millénaires.

010101010111

Exercice: essayez de compter en binaire sur les doigts (digital !)

On prend la main droite pour compter.
Le 0 c’est le doigt plié en bas.
Le 1 c’est le doigt levé.

Le pouce représente le premier digit, puis l’index, le second, le majeur le 3ème bit, l’annulaire le 4ème, etc….
On lit de droite à gauche, comme les chiffres indo-arabes habituel. Bit de poids faible à droite, bit de poids fort à gauche.

Hop… c’est parti…

Donc en numérique, on n’enregistre plus directement la forme de la variation d’une grandeur physique, mais on enregistre une suite de nombre qui représente cette variation physique.

Ainsi il est nécessaire de connaitre le code utilisé pour coder l’information.

L’idée de coder de l’information sur un support est la même que celle qui a vu la création de l’écriture.

Voici l’exemple d’une tablette d’argile sumérienne qui enregistre un inventaire.

Il existe de nombreux code. De nos jours c’est surtout le code binaire qui est utilisé en informatique. Pour simplifier un peu on le représente sous forme hexadécimale. Donc en base 16.

HexEd.it est une application web qui permet d’afficher le contenu d’un fichier sous forme hexadécimale.

Observons à quoi ressemblent différents fichiers jpg, png, wave, mp3, txt, php, .exe, html, svg, pdf etc…

Le fichier JPG commence toujours par le nombre magique FF D8 et se termine par FF D9.

Il est nécessaire de connaitre ce code pour reconnaitre une image !

Principe de codage des couleurs d’un pixel

Pour bien comprendre, revenons sur le principe de codage d’une image.

Une image c’est une grille de pixels, on parle d’image « matricielle ». Chaque pixel représente une couleur. Cette couleur doit être codée en bit d’information.

Généralement on code les couleurs en représentation RVB, soit un mélange de proportion de Rouge, Vert et Bleu.

Chaque pixel est codé sur 32 bits. (4 octets) Mais très souvent seuls 24 des 32 bits sont utilisés, comme c’est le cas pour le format bitmap .BMP

Les 24 bits (3 octets) sont décomposée en 3 fois 8 bits:

• 8 bits de rouge
• 8 bits de vert
• 8 bits de bleu

Soit 2⁸ = 256 niveaux par couleur primaire.
Ce qui nous donne 2²⁴ ou 16 777 216 couleurs différentes possible pour chaque pixel.

La représentation des couleurs se fait souvent en hexadécimal (c’est trop long et source d’erreur d’utiliser la notation binaire). Donc chaque couleur primaire est exprimée par 2 caractères.

FF FF FF → 100% Rouge + 100% Vert + 100% Bleu = Blanc
00 00 00 → 0% Rouge + 0% vert + 0% Bleu = Noir
FF FF 00 → 100% Rouge + 100% Vert + 0% Bleu = jaune
66 DD AA → 20.69% Rouge + 44.83% Vert + 34.48% Bleu = Medium Aquamarine

Dans les caractéristiques des images, on parle de profondeur pour indiquer le nombre de bits sur lesquels une couleur est codées.

En PNG, il existe donc plusieurs profils de représentation des couleurs:

• 1 bit donc deux couleurs
• 2 bits en 4 couleurs basiques
• 4 bits permettant de choisir parmi une palette de maximum 16 couleurs contenues dans le fichier
• 8 bits en niveaux de gris (256 niveaux)
• 8 bits permettant de choisir parmi une palette de maximum 256 couleurs contenues dans le fichier (équivalent au format GIF)
• 24 bits, soit 2²⁴ ou 16 777 216 couleurs (couleurs vraies, 256 couleurs par canal RVB).
• 32 bits, soit 2³² ou 4 294 967 296 couleurs.
• 48 bits, soit 2⁴⁸ ou 281 474 976 710 656 couleurs.

Les trois derniers ne sont plus tellement de la compression de données, mais juste une codage d’image.

Si seuls 3 octets sur les 4 octets sont utilisés, pour coder une image, il est assez aisé de réduire la taille d’un fichier BMP. En revanche, le format PNG utiliser le dernier octet pour coder une notion de transparence.

Support de transmission d’un signal

Pour qu’un information se transmette, il lui faut un support. On parle aussi de « Média« . C’est un mot qui signifie, « milieu », « intermédiaire ».

Ainsi « les médias » (radio, TV, journaux) sont des intermédiaires de transmission d’information.

Il existe de nombreux support de transmission de l’information en voici quelques exemples:

• fil de cuivre
• fibre optique
• onde radio
• téléportation quantique ?

Actuellement l’Internet passe majoritairement par des câbles sous-marins entre les continents. (fibre optique)

Les câbles sous-marin ne sont pas très gros, ils comportent entre 8 et 16 paires de fibres optiques, bien enrobées dans de multiples protections. Il y a également une alimentaiton électrique pour régénérer le signal tous les ~50 à 100km.

1. Polyéthylène.
2. Bande de Mylar.
3. Tenseurs en acier.
4. Protection en aluminium pour l’étanchéité.
5. Polycarbonate.
6. Tube en aluminium ou en cuivre.
7. Vaseline.
8. Fibres optiques.

Le multiplexage fréquentiel (DWDM) est utilisé sur les fibres optiques. Ce qui permet dans une même fibre avec un débit de 10Gbit/s de faire passer jusqu’à 160 couleurs différentes.

Le débit atteint ainsi l’ordre de grandeur de 300 à 400 Tbit/s.

De nos jours les principaux acteurs de la pose de câbles sont très souvent les GAFAM. Il semble normal pour facebook et google d’être inquiété d’avoir un business qui repose entièrement sur l’Internet sans en avoir la maitrise.

Cette prise de parts de marché des GAFAM questionne sur la neutralité du net. Par exemple un câble détenu par Google favorise t-il le trafic de youtube au détriment de celui de netflix ?

Sur la Terre l’Internet passe par principalement par des fibres optiques de divers fournisseurs d’accès Internet.

Puis on parle de réseau locaux, des LAN qui équipent l’intérieur des entreprises, écoles, organisations diverses, particuliers, etc..

Internet quantique

En 2017 une équipe chinoise à réalisé la transmission de données entre des photons intriqués sur une distance de 1400 km.

Il est nécessaire d’intriquer des photons puis de les envoyer séparément via un satellite dans les stations émettrice et réceptrice. Puis ces photons vont réagir de façon similaire et instantanément. Ainsi il sont capables de transmettre de l’information.

On ne sait pas très bien comment fonctionne l’intrication quantique, mais l’Internet quantique est déjà en cours de fabrication en Chine.

Télégraphe morse

Samuel Morse était un artiste sculpteur et peintre. Il a fondé et présidé pendant 19 ans le société des Baux-arts de New York.

C’est lors du retour d’un voyage en Europe que Samuel Morse a discuté sur le bateau de l’invention récente de l’électro-aimant (par Ampère) avec le géologue Charles Thomas Jackson.

Il s’est demandé à quoi pourrait bien servir un électro-aiment. Et il a inventé le télégraphe électrique qui a révolutionné le monde.

Comme quoi avec l’avion c’est trop rapide on perd l’occasion de faire des rencontre et des discussions en bateau.

De retour chez lui il a mis au point vers 1834 le télégraphe Morse et le code morse.

L’alphabet est codé par des symboles faits de points et de traits. Il s’agit du code morse.

Le message le plus connu est SOS soit: …/—/…

En 1844 la première ligne de morse et inaugurée entre Whashington et Baltimore (60km). Le premier message est “What hath God wrought“, “ce que Dieu a fait”.

Le Morse est aussi utilisé de façon sans fil, avec la TSF, la Télégraphie Sans Fil. Ceci grâce aux travaux de Marconi qui a fait la première communication sans fil à Salvan en Valais en 1895.

A cette époque on utilise des émetteurs à étincelles. En 1903 la fréquence de 500KHz est normalisée pour la communication en morse entre les navires, surtout comme canal d’écoute de détresse. Ceci de façon obligatoire jusqu’en 1997.

Exercice pratique

Exercice pratique de transmission morse avec des fanions (des feuilles de papier suffisent).

Voici un document pdf à imprimer avec une clé de décodage morse et la base des code de contrôle de transmission.

Pour bien débuter, on va juste choisir une phrase courte à envoyer. (voir un mot)

Puis après chaque lettre envoyée le récepteur va acquitter si il a compris ou non la lettre. Si c’est compris, il faut montrer un fanion, un point. Si c’est pas compris il faut monter un trait, deux fanions, et l’émetteur retransmet la lettre.

C’est la base de ce que l’on appelle un « protocole » de communication. C’est une suite de règles conventionnelles pour effectuer une transmission. (signes de début, de fin, d’acquittement, de correction d’erreur, etc..)

Chap 2 – Bases de la téléphonie

Le pdf: chap 2 – Bases de la téléphonie

Chronologie

Pour se situer temporellement voici une chronologie des télécom.

• 1794 Le télégraphe Chappe relaye des messages via des sémaphores montés sur des tours. Chaque tour est distante de 10 à 15km. Il faut une dizaines de minutes pour transmettre un symbole sur les 200km qui relie Paris à Lille, la première ligne du télégraphe Chappe.
• 1838 Samuel Morse dépose un brevet pour un télégraphe électrique.
• 1845 Ouverture de la première ligne du télégraphe Morse entre Washington et Baltimore. La même année une ligne est aussi mise en fonction entre Paris et Rouen, le long du chemin de fer.
• 1861 L’allemand Philipp Reis, présente son prototype de Telefon à la société de physique de Francfort.
• 1871 L’italo-américain Antonio Meucci, dépose un avertissement de brevet pour son Telettrofono. Il semble que depuis 1849 il travaille sur des prototypes.
• 1876 Le 14 février l’américain Elisha Gray fait une demande de brevet concernant:  la transmission et la réception électrique de la voix humaine. Le même jour l’écossais-canadien Alexander Graham Bell fait également une demande de brevet au bureau américain via son avocat, pour le télégraphe harmonique, comprenant la transmission de sons vocaux. La demande arrive 2 heures après celle de Gray, mais est traitée avant. Graham Bell obtient le brevet du téléphone et pendant un bon siècle il est mentionné comme l’inventeur du téléphone. Alors que l’on voit que l’idée était dans l’air du temps.
• 1880 La Société (privée) des téléphones de Zurich établit le premier réseau téléphonique de Suisse. Il est racheté par la confédération en 1885.
• 1895 L’iltalien Guglielmo Marconi réalise à Salvan dans les alpes suisses, la première liaision de télégraphie sans fil sur 2,4km.
• 1896 Le téléphone est présent dans tous les cantons suisse sous l’égide de la confédération qui détient le monopole comme pour le télégraphe.
• 1901 Marconi réalise la première transmission radio transatlantique entre Terre-Neuve et l’Angleterre.
• 1912 Le premier central téléphonique semi-automatique entre en service à Zurich-Hottingen
• 1923 à 1959 automatisation de la commutation du réseau téléphonique en Suisse. C’est le premier pays a avoir entièrement automatisé son réseau de téléphonie. C’est la fin des Demoiselles du téléphone.

• 1947 Invention du transistor au sein des laboratoires Bell
• 1948 Il y a 500 000 abonnés au téléphone en Suisse.
• 1959 Il y a un million d’abonnés au téléphone en Suisse.
• 1972 La France puis les États-Unis mettent en service les premiers commutateurs électroniques commerciaux.
• 1978 les PTT lancent le Nationales Autotelefon, le NATEL, le premier réseau de téléphonie mobile de Suisse.
• 1983 Officialisation de TCP-IP comme protocole de l’Internet
• 1987 NATEL C. Téléphonie mobile analogique.
• 1988 Telecom PTT lance le premier réseau numérique ISDN.
• 1993 NATEL D. Téléphonie mobile numérique GSM.
• 1998 Libéralisation du marché des télécommunication. Telecom PTT devient Swisscom (1er octobre 1997)
• 2002 Le nombre de téléphone mobile dépasse le nombre de téléphone fixe en suisse.
• 2003 Création de Skype, qui popularise la VOIP surtout depuis 2005. Il est possible de téléphoner gratuitement entre des ordinateurs et au tarif local à l’autre bout du monde en passant par Internet.
• 2007 Annonce de l’iPhone. C’est le début de l’ère du smartphone.
• 2017 Swisscom passe de la téléphonie traditionnelle TDM à la VOIP. (all ip ou NGN)

Principe de fonctionnement du téléphone

Comme nous l’avons vu plus haut, il y a plusieurs techniques de téléphone qui se sont succédées nous allons voir ici leur principe de base.

Téléphone analogique

Le principe du téléphone consiste à capter l’onde acoustique de la parole dans un microphone. Cet appareil transforme le l’onde acoustique en signal électrique. Ce signal est envoyé sur une ligne bifilaire jusqu’au récepteur composé d’un haut parleur qui recrée l’onde acoustique. La bande passante du téléphone permet de transmettre des signaux entre 300Hz et 3,4kHz.

A cela, il faut ajouter un système de sonnerie pour avertir qu’un appel entrant est là.

Le schéma de base d’un téléphone mélange donc 3 types de circuits:

• Le circuit d’appel (quand le téléphone est raccroché) pour alimenter la sonnerie, 70V alternatif, 25Hz
• Le circuit de vocal (quand le téléphone est décroché) qui permet la sélection du numéro et le circuit du micro pour envoyer la voix. Il s’agit d’un petit signal alternatif superposé à une tension continue.
• Le circuit d’écoute (quand le téléphone est décroché) qui permet de recevoir le signal du correspondant et de l’envoyer sur le haut parleur.

Au repos, quand le téléphone est raccroché, on peut mesurer sur la ligne 48V DC. C’est la tension d’alimentation qui vient du central téléphonique.

Quand un appel arrive, la sonnerie se fait via une tension alternative 70V AC à 25Hz.

Une fois que l’on décroche le téléphone. La tension continue passe de 4 à 10V.
Une conversation va ajouter un signal alternatif de l’ordre de 380 mV à cette composante continue.

Pour plus de détail voir le support de cours Müller et le CIE de 2018:

• muller-telephonie_V12_Ch_2
• 180523 JTH-TLM1-Rapport Telephonie Analogique

Réseau commuté

Le réseau de téléphone est dit commuté. Le principe du réseau commuté, c’est construire un circuit entre les abonnés de bout en bout, puis de faire passer l’information. (en opposition au réseau Internet par paquet dans lequel chaque paquet peut emprunter une route différente pour atteindre le terminal)

Pour relier un les abonnés, un Réseau Téléphonique Commuté (ou PSTN: Public Switched Telephone Network) nécessite un commutateur. C’est un central téléphonique.

Lorsqu’un abonné veut appeler un autre. Il décroche son téléphone et se met en communication avec une opératrice au centrale, une demoiselle du téléphone. Le central de téléphone est dans les locaux de la poste. On a une continuité dans les moyens de télécommunication: Poste, Télégraphe, Téléphone.

L’abonné précise le numéro et le central dont dépend l’abonné qu’il souhaite atteindre. L’opératrice va connecter les fiches jack entre les abonnés et réaliser physiquement un circuit entre les deux téléphones.

La fiche mini-jack que l’on utilise encore de nos jours pour connecter les casques audio est une descendante directe de la fiche jack inventée en 1877 pour les commutateurs téléphoniques.

Dès 1923 en Suisse on commence à automatiser les centraux téléphoniques.

On a des commutateurs électro-mécanique. Il est nécessaire d’utiliser un téléphone muni d’un cadrant qui permet la sélection du numéro de téléphone. La sélection se fait par impulsion.

Depuis les années 1970 les premiers commutateurs électroniques arrivent. Ils remplacent les commutateurs électro-mécaniques.

Téléphone numérique

Dans le milieu des années 1980, le réseau de téléphonie se numérise. Il s’agit du passage au Réseau Numérique à Intégration de Service, ISDN en anglais.

Le déploiement de l’ISDN chez les particulier se fait à la fin des années 1990, soit pratiquement en même temps que l’arrivée de l’Internet et des techniques de transmission haut débit analogiques xDSL.

Le principal avantage vu des particuliers pour l’ISDN, c’était d’avoir deux lignes de téléphones en parallèle. Ce qui permettait d’en dédier une à un modem pour avoir une connexion Internet sans couper le téléphone familial.

Pour en savoir plus sur l’ISDN voir une rapport de CIE des télématiciens en 2018:

180523 JTH-TLM1-Rapport Telephonie ISDN1Télécharger

Voix sur IP

Dans les années 2000 la Voip arrive. On change complètement la manière d’aborder la téléphonie. C’est le concept du triple play. Chaque opérateur réseau veux/peux transmettre les 3 principaux services de télécom sur le même réseau. Il s’agit de la téléphonie, de la TV et d’Internet.

C’est une des conséquences de la libéralisation du marché des télécom. Les opérateurs de téléphonies veulent fournir la TV et les câble-opérateurs de TV veulent fournir le téléphone !

Après des essais au début des années 2000 de TOIP, Téléphonie over IP basée sur la suite de protocole H.323 venant du monde des télécom, c’est finalement le monde de l’Internet qui gagne la course avec la VOIP et le protocole SIP plus simple à mettre en oeuvre et qui se lit avec un analyseur logiciel comme Wireshark.

La VOix sur IP s’installe d’abord chez les entreprises, pour gérer les réseaux internes. On remplace les centraux téléphoniques privé PABX par du logiciel sur des ordinateurs standards.

Après avoir conquis le monde des entreprises en interne, la VOIP s’est imposée chez les opérateurs de téléphonie. Ainsi Swisscom est passé au All IP fin 2017.

Ainsi la téléphonie actuelle fonctionne de manière totalement différente. Le réseau commuté synchrone est remplacé par le réseau Internet, donc un réseau par paquet où chaque paquet IP peut potentiellement utiliser un chemin différent. Le temps de parcours n’est pas garanti.

La téléphonie est devenue un service Internet, avec toute la philosophie qui va avec, pour le meilleur et pour le pire.

Voici les différences de philosophie:

• Monde des Telecom → fiable efficace, mais peu de fonctions.
• Monde de l’Internet → best effort, beaucoup de fonctions possibles.

Le monde des Telecom était un monopole étatique, avec une garantie de services public. La libéralisation du marché des télécom, s’est faite en 1997, depuis tout le monde peut faire de la téléphonie. De nombreux services ont émergés. Mais la qualité n’est pas garantie et tout le monde n’a pas les mêmes possibilités de débit et bande passante.

Le routage des appels d’urgence était fiable, il est devenu moins fiable. Il ne faut pas oublier de préciser sa localisation géographique dans la configuration. Mieux vaut appeler les pompiers de son quartier que ceux qui sont à 200km !

FGI-230214-xDSL-Video-2000-PBX-EIB-PSTN-ISDN-IMS-NGN-–-Routage-et-chemins-des-communications-VoiceTélécharger

Le plan du réseau de téléphone actuel peut être visualisé sur l’outil d’information réseau de Swisscom….

Le son est une onde dans l’air

Le son est une onde de compression de l’air.

Nous sommes capables d’entendre des sons de fréquences de 20Hz à 20KHz.

https://www.youtube.com/watch?v=WoPWyXsD81k

Le téléphone, lui, ne véhicule que les sons de 300Hz à 3400Hz.

On appelle ceci la bande passante.

Chap 3 – Introduction domestique

pdf: chap 3 – Introduction domestique

La version numérique du document papier swisscom « point de séparation »

Brochures pdf Swisscom à propos de l’introduction dans les bâtiments…

T+T Introduction diverses – Installation de télécommunication

OIT-Ordonnance sur les Installations de Télécommunication

Légende des symboles utilissé sur les plans de télématiques

Accronymes

• HAK : caisson de raccordement. (xHausanschlusskasten)
• NTS: point de coupure du réseau (téléphone)
• RR: Répartiteur Réseau (aussi HAK sert de NTS par abus de langage)
• PRI: point de remise (téléréseau) (HÜP en allemand: Hausübergabepunkt)
• BEP: Building entry point (fibre optique) (parfois PIB en français)
• GRD: Gestionnaire de Réseau de Distribution
• RE: Répartireur d’étage
• NTP: Network Terminaison Point: terminaison du réseau (prise + Box Internet)
• ONT: Terminaison du réseau optique (fait partie du NTP optique)
• OTO: Prise fibre optique. (fait partie du NTP optique)
  • OTO = Optical Telecommunications Outlet, chez Swisscom
  • OTO = Optical Termination Outlet, chez Sunrise
  • OTO = Optical Termination Outlet, chez Init7
  • OTO = Optical Telecommunication Outlet, chez Salt
• TE: Equipement Terminal. (téléphone, PC, etc..)

Chap 4 – Technique de raccordement

pdf: chap 4 – Technique de raccordement

Présentation UPS

Alimentation sans coupure

La consommation d’énergie de notre société de l’information est un sujet intéressant.

Question à priori:
Est-ce qu’en Suisse on consomme + ou – d’énergie qu’il y a 20 ans ?

Voici quelques chiffres:

Durant la période observée (2002-2021), la consommation totale d’énergie du gros électroménager et des appareils électroniques a baissé de 16,3%, indique l’OFEN. Et ceci malgré l’augmentation simultanée du nombre d’appareils de +41,2%.

https://www.newsd.admin.ch/newsd/message/attachments/74275.pdf

Presque 42% d’appareils en plus qu’en 2002

En 2021, la Suisse comptait 49,3 millions de gros appareils électroménagers, d’appareils informatiques, de bureautique et d’électronique de loisirs en cours d’utilisation, soit 41,2% de plus qu’en 2002 (34,9 millions).

Au total, leur consommation d’électricité s’élevait à 6,5 terawattheures (TWh), soit 11,2% de la consommation totale d’électricité en Suisse. Cela représente également 1,3 TWh ou 16,3% de moins qu’en 2002 (7,8 TWh).

Depuis 2002, les appareils informatiques, de bureautique et d’électronique de loisirs (PC, moniteurs, etc.) ont connu une forte amélioration de leur efficacité: durant cette période, leur consommation a en effet baissé de 53%.

Mais la part des téléviseurs de grande taille (diagonale d’écran supérieure à 32 pouces) fait augmenter la consommation. Ces appareils consomment davantage d’énergie, car ils disposent de fonctions supplémentaires.

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Un gain d’un tiers dans l’électroménager

Pour les appareils électroménagers, le gain d’efficacité énergétique est d’environ 32%. S’agissant du gros électroménager, la consommation par appareil calculée spécifiquement pour l’ensemble des appareils est passée de 387 kilowattheures (kWh) en 2002 à 271 kWh en 2021. En 2002, les appareils électriques consommaient en moyenne environ 130 kWh, contre 47 kWh en 2021.

Cette dernière année, plus de 18,75 millions de gros appareils électroménagers étaient utilisés en Suisse, soit 38,6% de plus qu’en 2002. Durant cette période, leur consommation d’énergie a diminué de 2,9%, passant de 5232 millions à 5077 millions de kWh.

La plus grande consommation provient des cuisinières/fours électriques (1453 millions de kWh), des réfrigérateurs (1049 millions de kWh) ainsi que des sèche-linge (770 millions de kWh).

Onduleurs

Chap 4.10

Support de cours pdf sur les onduleurs-alimentation sans coupure.

Le logiciel Powerchute de APC permet de planifier et gérer la fermeture automatiquement d’un serveur en cas d’incident. En éteignant correctement un serveur on évite la perte de donnée.

L’alimentation sans coupure, porte mal son nom, car souvent le but n’est pas d’assurer un relai longue durée en cas de panne, mais son but est d’assurer l’alimentation des serveurs pour les éteindre correctement.

Exercice: dimensionnez une alimentation sans coupure

Voici un sélecteur d’onduleur fourni par APC qui nous permet de choisir le matériel pour une alimentation sans interruption.

Pour les applications industrielles voici des modèles d’UPS un peu plus gros.

Interfaces multimédia

Dans l’informatique on utilise une multitude de câbles de raccordements et de connecteurs en tous genre. Il est intéressant de savoir en reconnaitre une partie.

Il y a la forme du câble et connecteur à reconnaitre au niveau physique. Il y a également le protocole de communication qui est utilisé.

Parfois un connecteur physique identique peut être utilisé pour plusieurs normes et aussi une seule norme peut être utilisée avec plusieurs types connecteurs physiques (comme c’est le cas avec l’USB.)

Beaucoup de connecteurs spécialisés sont remplacés par des interfaces universelles (voir ci-dessous). Ainsi les connecteurs spécialisés encore utilisés sont:

• HDMI – High Definition Multimedia Interface → multimédia depuis 2003
• Display Port → multimédias depuis 2008. Sans licence à payer.

Depuis 2016, le protocole Display Port est disponible sur les connecteurs USB Type-C compatible Thunderbolt 3.

L’interface universelle

Historiquement, chaque application a son propre connecteur et sa propre norme de communication. Ainsi j’ai un connecteur pour le clavier, un connecteur pour l’écran, un connecteur pour le son, un connecteur pour le réseau, un connecteur pour l’imprimante, etc…

Dans les installations modernes, on simplifie tout. On utilise des bus de communications qui sont sont capables de transmettre tout types d’information.

De nos jours on utilises principalement 2 interfaces universelles:

• le câblage universel de bâtiment – plus souvent appellé « câble ethernet »
• le port/câble USB

A noter que le protocole Ethernet peut aussi passer sur le protocole Thunderbolt qui utilise un connecteur de type USB-C depuis la version Thunderbolt 3.

Pour les ordinateurs moderne, on peut donc toute mettre sur le port USB-C. Même l’alimentation électrique.

Le câblage universel de bâtiment – CUB

Au niveau des réseaux informatiques, c’est le câble souvent nommé Ethernet, avec son connecteurs RJ45 qui est le plus largement utilisé. Il fait partie de ce qu’on appelle le câblage universel.

Le nom officiel du connecteur RJ45 est 8P8C (8 positions et 8 contacts électriques).

Le câblage en paires torsadées de type Ethernet et posé à l’intérieur de bâtiment il a une distance maximale de 100m. Il permet de distribuer un signal entre des prises et un répartiteur d’étage et/ou un répartiteur de bâtiment.

Ce type de câblage est utilisé principalement pour les réseaux informatiques. Donc pour du multimédia, mais également de plus en plus pour des installations audio.

Le chapitre 7 est entièrement dédié au câblage universel.

USB – Universal Serial Bus

C’est depuis l’arrivée du iMac en 1998 qui chamboule pas mal les connecteurs. En effet, l’iMac en plus de n’avoir plus de lecteur disquette, n’a plus non plus de port série. Il utilise pour la première fois uniquement des ports USB.

Le port USB existait déjà sur certains PC depuis 1996 mais il n’existait aucun périphériques. Ainsi Epson est le premier fabriquant à produire une imprimante USB.

L’absence de lecteur disquette va aussi pousser à l’invention de la « clé USB » . pour stocker et partager des données.

Il y a de nombreuses variantes possibles de connecteurs USB. Les plus courants sont:

• USB type A (le normal !)
  • en noir USB 1, lent → 12 Mbit/s
  • en bleu USB 3, rapide → de 5 Gbit/s à 20 Gbit/s
• USB type C (la norme européenne pour charger les smartphones et PC)

Depuis la version 4 du protocole USB, le connecteur utilisé est forcément de l’USB type C.

Alimentation USB

Le port USB est réellement universel, car en plus de transmettre des signaux de données, il est aussi utilisé pour l’alimentation électrique.

De plus en plus les alimentations d’appareils électroniques et informatiques se font via le port USB.

Le port USB-C a été imposé par l’Union Européenne comme alimentation standard pour les smartphones.

Quels sont les caractéristiques de ses alimentations.

USB

Le port USB traditionnel permet à l’origine de fournir une alimentation électrique de 5 V pour un maximum de 500 mA.

Puis la norme a évoluée et avec l’USB 3.1 pour parvenir dans certains cas à 7.5 W (5 V, 1.5 A)

USB-C

Le nouveau connecteur type de l’USB est accompagné d’une nouvelle norme USB Power Delivery qui augment les capacités d’alimentation des ports USB.

On trouve plusieurs profils:

• profil 1 : 5 V et 2 A, soit 10 W
• profil 2 : 5 V et 2 A, et 12 V et 1,5 A, soit 18 W
• profil 3 : 5 V et 2 A, et 12 V et 3 A, soit 36 W
• profil 4 : 5 V et 2 A, 12 V et 3 A, et 20 V et 3 A, soit 60 W
• profil 5 : 5 V et 2 A, 12 V et 3 A, et 20 V et 5 A, soit 100 W

Depuis mai 2021, il y a la norme USB Power Delivery 3.1 qui augmente encore la puissance:

• 28 V et 5 A, soit 140 W
• 36 V et 5 A, soit 180 W
• 48 V et 5 A, soit 240 W

Mais il faut la norme de câbles USB EPR (pour « Extended Power Range »), selon laquelle les câbles pouvant supporter 240 W devront être certifiés pour une tension de 50 V pour un courant de 5 A. Les câbles fabriqués sous les anciennes exigences de 100 W maximum sont maintenant des câbles SPR (pour « Standard Power Range »)

Voir le tableau sur wikipedia pour plus de détail…

L’USB-C devient donc vraiment un moyen d’alimentation électrique Universel. Il comporte une grande plage de tensions et puissances possibles pour couvrir tout types d’appareil électronique.

Cependant, il faut bien vérifier que les alimentations choisies soient compatibles avec la bonne norme USB Power Delivery, ainsi que le budget de puissance à disposition soit suffisant pour alimenter le nombre d’appareil voulus simultanément.

Voici par exemple un chargeur USB à brancher sur la prise allume cigare d’une voiture. On voit la mention de la norme: USB-C PD 3.0 et le budget 119W

PoE – Power over Ethernet

Chap 4.9

Dans le domaine de la consommation d’énergie, tout n’est pas branché sur des prise électriques. Il y a aussi certains équipement qui sont branchés en Power Over Ether via le connecteur RJ45.

C’est notamment le cas de caméras et de téléphones.

Avantage du PoE

• Plus qu’un seul câble à tirer
• Des coûts en moins
• Une facilité d’installation
• De la place en plus dans les armoires

Le principe c’est une alimentation électrique en courant continu, via le câble réseau Ethernet, généralement depuis un switch.

Dans le jargon, il y a deux catégories d’éléments:

• PSE → Power Sourcing Equipement → Fournisseur: switch ou injecteur
• PD → Powered Device → Consommateur: téléphone, caméra, borne wifi, etc…

Normes PoE

Norme historique:

Power over Ethernet et défini depuis 2003 par la norme IEEE 802.3af

• Courant continu sur paires torsadées
• 48 Volts
• Fonctionne sur câbles de catégorie 3, 5, 5e, 6, 7, etc..
• Puissance de 12,95 Watts pour chaque ports. (Maximum de 15,4W sans les pertes en ligne)
• Les PSE, fournisseur d’énergie ont un mécanisme de détection pour éviter d’envoyer du courant à un périphérique non compatible.

Nouvelles normes (2009 et 2018):

Pour augmenter les puissances on utilise des paires supplémentaires.

• PoE+ (IEEE 802.3.at) → jusqu’à 30W
• 4PPoE (IEEE 802.3bt) → jusqu’à 60w ou 100w suivant le type.

4P → 4 Paires torsadées

Un budget de puissance limité

Même si en PoE+ un switch peut délivrer 30w par port, ça ne veut pas dire qu’il peut vraiment délivrer cette puissance en même temps sur tous les ports.

En général un PSE a un « Budget » de puissance maximum qu’il peut délivrer.
Tous les équipements n’ont pas les mêmes besoins en puissance. Il faut donc bien faire attention au dimensionnement de son installation et ne pas dépasser le budget du PSE.

Classe de puissance de « Powered Device »

Chaque équipemment est classé en fonction de ses besoins en puissance.

Alimentation Endpoint et Mid-Span

La norme IEE 802.3af défini 2 sortes de Power Source Equipement: Endpoint et Mid-span.

• Endpoint → switch Ethernet avec alimentation PoE intégrée.
• MidSpan → alimentation intermédiaire entre le switch et l’équipement. (injecteur)

Au passage, il utile de faire le lien avec le chapitre sur les UPS. Il ne faut pas oublier de garantir l’alimentation de secours des équipements en alimentant les injecteurs et switchs avec une alimentation sans coupure.

Alimentation fantome

Avant l’Ethernet 1000BaseT (gigabit) il y avait des paires de cuivre non utilisées. Elles pouvaient servir à l’alimentation électrique.

Mais depuis l’Ethernet 1000BaseT, les 4 paires torsadées d’un câble ethernet sont utilisée pour la communication. Comment est-ce que l’on fait alors ?

On utilise le principe de l’alimentation fantôme: on superpose le signal à une composante continue de 48V qui sert d’alimentation.

On peut utiliser 2 ou 4 paires pour l’alimentation selon le niveau de puissance requis.

Distance limite du PoE

Le Power over Ethernet nécessite les câbles cuivre de l’Ethernet, or la distance maximale de l’Ethernet est de 100m.

Ainsi pour les grandes installation on va utiliser de la fibre optique pour la communication. Ainsi le PoE n’est plus possible directement. On va utiliser un équipement MidSpan et/ou des injecteurs PoE insallés plus proches des équipements alimentés – Powered Device – caméra, access point wifi, etc…

Sécurité – Incendie

Depuis la norme IEEE 802.3bt proposée en 2018, la puissance d’alimentation PoE peut monter à 100W. Il faut donc faire attention aux passages de câbles, il y a facilement un dégagement de chaleur qui peut se faire sur des câbles réseaux!

Le PoE fait son entrée dans le normes électriques depuis les NIBT 2025.

Exercice → Consommation des téléphones voip yealink.

On ne soupçonne pas forcément la consommation en stand-by des téléphones VOIP. A priori, avez-vous une idées de la puissance consommée par un téléphone VOIP yealink ?

Le switch aruba a une interface web qui permet de voir la consommation du PoE.

Mettez en place un montage pour mesurer la consommation d’un téléphone. Testez la consommation au repos et lors d’un appel.

Budget POE

Grâce à l’exercice précédent vous connaissez l’ordre de grandeur de puissance nécessaire pour alimenter un téléphone. Comment dimensionner le switch ?

Il faut savoir que chaque Switch PoE dispose d’un budget de puissance. Il négocie cette puissance.

Même si en PoE+ un switch peut délivrer 30w par port, ça ne veut pas dire qu’il peut vraiment délivrer cette puissance en même temps sur tous les ports.

Donc attention en dimensionnant son installation à ne pas dépasser le budget du Switch.

PoE dans l’éclairage

Le PoE n’est pas que pour des équipements réseau. Maia il tend à être utilisé pour des solutions de luminaires.

C’est notamment la solution de Esylux installée dans les locaux eit.swiss

Internet – LAN – WAN – Box

Il peut être utile de transmettre des informations entre ordinateur. On peut toujours passer une clé USB d’un ordi à un autre. Mais on peut aussi mettre en réseau ses ordinateurs, tablettes, smartphone, etc…

Si on le fait à l’échelle locale (la taille d’un bâtiment) on parle de réseau local. En anglais on utilise le terme de Local Area Network → LAN.

Généralement on relie les machines d’un réseau local par le protocole Ethernet.
La version sans fil d’un réseau local se nomme Wireless LAN → WLAN. Mais très souvent on parle de Wifi. (à l’origine une norme de qualité de WLAN.)

L’équipement qui permet de faire communiquer des machines entre elles sur un LAN s’appelle un Switch. (commutateur en français)

Chaque machine est identifée par une adresse. Il s’agit de l’adresse MAC, elle est composée de 48 bits. On la représente en hexadécimal. Voici un exemple d’adresse MAC: 5E:FF:56:A2:AF:15.

Il s’agit ici d’une adresse de niveau 2 dans le modèle OSI.

Un réseau local c’est pratique, mais c’est limité. Il peut être pratique de créer des réseaux à large échelle = Wide Area Network → WAN.

Il est ainsi possible d’héberger une machine branchée en permanence au réseau pour fournir des services. On l’appelle donc un serveur.

Il existe toute sortes de serveurs:

• serveur de fichiers
• serveur e-mail
• serveur web
• serveur DNS → pour convertir les noms de domaine en adresse IP

On interconnecte les réseaux locaux entre eux au moyen d’un routeurs.

Quand on relie des réseaux entre eux. On fait de l’Inter-network → Internet.

L’Internet c’est donc le réseau des réseaux.

Les réseaux locaux peuvent fonctionner avec des protocoles très différents les uns des autres. (bien que de nos jours l’immense majorité des réseaux locaux est basé sur le même protocole: Ethernet)

Pour faire fonctionner des réseaux différents ensemble on ajoute une couche à notre modèle OSI.

On ajoute ici la couche IP = Internet Protocol.

Chaque machine reçoit une nouvelle adresse. Une adresse de couche 3, une adresse IP. On l’exprime en décimal voici un exemple: 181.174.87.53

Voici une analogie pour bien comprendre les différentes couches réseau:

C’est comme si à l’échelle locale, chacun parle sa langue locale, le français, le suisse-allemand, le portugais, le swahili, le basque, l’espagnol, etc…

Pour se comprendre à l’Inter-national, chacun va parler une nouvelle langue mondialement reconnue. Par exemple l’espéranto.

Donc on a besoin de deux appareils différents pour communiquer en local et sur Internet:

• Le Switch pour son LAN
• Le Routeur pour Internet

Très souvent pour les installations que chacun dispose à la maison, on a regroupé ces appareils dans un même boitier que l’on appelle: la box !

En plus du Routeur et du Switch, la box contient encore d’autres appareils. Notamment un pare-feu (firewall) qui permet de contrôler et filtrer le trafic réseau pour se protéger contre des usages non autorisés.

La plupart des gens se connectent à Internet via un FAI, un Fournisseur d’Accès à Internet. Ces fournisseurs utilisent des réseaux de communications présent avant la généralisation d’Internet, les plus courants sont le réseau de téléphonie et le téléréseau par câble.

Pour acheminer une communication sur ces réseaux, il est nécessaire d’adapter les protocoles de communication, ainsi on va utiliser encore un autre appareil qu’on appelle un modem. (modulation-démodulation)

La box de Swisscom ci-dessus dispose d’un modem capable de se connecter à Internet via le réseau de téléphonie avec le protocole VDSL (port violet, souvent indiqué WAN) ou encore via la fibre optique.

Les ports RJ45 jaune sont les ports du switch de la box. C’est là que l’on branche ses appareils, ordinateur, TV, téléphone VOIP, etc..

La box contient également encore un autre appareil, un access point wifi. C’est l’équivalent du switch, mais pour le réseau sans fil WLAN. Ce qui permet de connecter les appareils mobile, comme les tablettes et smartphone.

VPN

Il peut arriver que d’avoir plusieurs réseaux locaux LAN que l’on a envie de voir comme un seul. C’est le cas par exemple avec des succursales d’une même entreprise qui sont localisées dans des villes différentes.

Pour atteindre des ressources locales, comme des serveurs de fichiers ou des imprimantes, il peut être utile de relier les LAN ensemble. On réalise cette opération avec un tunnel sécurisé à travers Internet. Il s’agit d’un VPN = Virtual Private Network.

Il existe plusieurs types de VPN:

• Le VPN site à site → pour relier des LAN de différentes succursales de façon transparente.
• Le VPN du télétravailleur → pour se connecter depuis chez soi au LAN de son entreprise
• Le VPN des pubs youtube ! → pour faire passer son trafic a travers un LAN dans autre pays et changer ainsi sa géolocalisation.

IoT – Internet of Thing, Internet des choses

L’Internet des Objets est la mise en réseau de plus en plus courante d’un nombre de plus en plus grand d’appareil, d’objets du quotidiens, de capteurs et d’actionneurs.

Ainsi de nouvelles possiblités s’ouvrent pour la gestion à distance, surtout dans les domaines de la domotique et de l’automatisation du bâtiment.

Automatisation

L’automatisation est faite de nombreux capteurs qui transmettent des informations sur le monde physique.

Puis cette information est traitée et sert à la commande d’appareil.

Par exemple, un bâtiment peut capter la vitesse du vent et remonter un store pour le protéger si le vent est trop violent.

Voici des exemples de capteurs :

Commande de chauffage VS régulation de chauffage

Dans le jargon on utilse des termes précis, comme commande, régulation, consigne, PID, nous allons les définir ici.

Nous allons aussi décrire la différence entre commande et régulation.

Commande

Une commande est une action déclenchée par un capteur. Par exemple dans l’écosystème du bus KNX on a plusieurs types d’éléments, dont des capteurs et des actionneurs.

Voici l’exemple de commande de lampe:

Si un détecteur de présence infrarouge détecte une personne dans un couloir, la lumière s’allume.

A l’entrée d’un immeuble, on peut installer une commande par minuterie. On va définir qu’à 18h la lumière du proche d’entrée s’allume.

On peut créer des commandes complexe, en mélangeant, le capteur de présence et la minuterie: la lumière s’allume si le capteur détecte quelqu’un et qu’on est après 18h.

Voici un autre exemple avec un chauffage. J’ai un capteur de température extérieur. Dès que la température extérieur est inférieure à 16°C, j’enclenche le chauffage en tournant la vanne d’un cran.

Exercice: quelles sont les limites de l’approche par la commande dans les exemples ci-dessus ?

L’exemple de la lumière commandée par la minuterie ne dépend pas de la saison. Ainsi fin juin, on va allumer la lumière à 18h alors qu’il fait jour jusqu’à 22h !

Pire ! Fin décembre, alors qu’il fait nuit à 16h30, la lumière ne sera pas allumée avant 18h !

Avec l’exemple du chauffage, il y a aussi un problème. Si je laisse la fenêtre ouverte, le système de commande sera incapable de le voir. Il va ouvrir la vanne de chauffage sur un seul cran et ça ne sera pas suffisant.

On peut aussi imaginer que l’installateur de chauffage pose le même capteur partout dans toutes les maisons. Sans tenir compte de la nature de l’isolation ou de l’ensoleillement du lieu. Il y a des gens qui risquent d’avoir beaucoup trop chaud.

Pour pallier les problèmes de commande on va passer à la régulation.

Régulation

Au lieu de tout simplement donne un ordre de commande. On va donner un retour sur l’effet de la commande.

Notre système de commande régulée, va avoir en entrée le capteur et la valeur de résultat, de sortie du système régulé.

On parle de boucle de rétro-action (feed-back). Je défini la valeur de la consigne que je désire – par exemple 20°C – puis selon la valeur mesurée à la sortie, je vais ajuster la puissance du chauffage pour arriver à la bonne température. Ni trop, ni trop peu.

Ainsi si une fenêtre est ouverte je vais booster le chauffage pour compenser cette perte.

Pour mon commande de lumière, je vais aussi ajouter un capteur de luminosité. Ainsi je peux vérifier si l’allumage de ma lumière est suffisant, si il faut le couper car il fait encore jour ou allumer une deuxième rangée de lampe.

Histoire de la régulation.

La première régulation technique à l’échelle industrielle a été la sécurisation de la machine à vapeur pour ne pas qu’elle explose. C’est le travail conçu par James Watt qui a adapté le fonctionnement du régulateur à boule utilisé dans les moulins à vent pour réguler l’arrivée de grains.

Mode de régulation

Il y a plusieurs manière de concevoir une régulation. On peut tout simplement utiliser le mode interrupeur tout ou rien. C’est souvent les cas avec les lampes.

Mais ce système à ses limites. Il peut y avoir des oscillations, allumer, éteindre, allumer éteindre…

Un ordinateur portable régule la luminosité de l’écran en fonction de la lumière ambiante. Si on utilise une régulation tout ou rien. On voit parfois un souci:

la luminosité de l’écran d’ordinateur baisser car l’écran est trop lumineux. Mais justement le fait que la lumière diminue déclenche l’augmentation de la luminosité, ce qui re-déclenche la diminution et on entre dans une boucle….

On peut avoir le même genre de problème avec des stores qui s’ouvrent et se ferment tout le temps… qui eux même changent la luminosité des la pièce risque d’agir sur les lampes..

Il est nécessaire de réguler ces comportements de régulation !

• hystérésis
• PID – Proportionnel Intégrateur Dérivateur

Pour éviter une boucle, on peut utiliser un seuil de déclenchement différent dans un sens et dans l’autre, à l’allumage et à l’extinction. On a donc une courbe en hystérésis.

La régulation en hystérésis est tout à fait adptée quand on a un système avec beaucoup d’inertie comme un chauffage au bois ou une pompe à chaleur. L’action d’une lampe est instanée. Par contre, on verra l’effet de ce type de chauffage longtemps après l’avoir enclenché.

La régulation proportionnelle comme celle du régulateur a boule comporte quand même des erreurs. Ainsi on pousse encore plus loin le principe de la régulation en réinjectant l’erreur dans la commande avec des notions mathématique, d’intégration et de dérivation.

Avec un mélange de tout ceci, on obtient un régulateur PID.

Un thermostat PID est utilisé pour être au plus proche de la consigne de chauffage donnée. Si le chauffage est rapide comme avec un chauffage électrique ou à gaz, ce type de régulation est adaptée.

Chap 5 – Terminaux

pdf: chap 5 – Terminaux

Chap 6 – Composants et appareils complémentaires

pdf: chap 6 – Composants et appareils complémentaires

Le son est une onde

C’est pas le même type d’onde que les ondes électromagnétique. On parle d’ onde longitudinale, une onde dans laquelle la déformation du milieu se fait dans la même direction que la propagation de l’onde.

Ce n’est pas du tout pareil qu’une l’onde d’un caillou qui tombe dans un lac. Si on observe la propagation de l’onde elle fait des cercles concentriques horizontaux. Alors que la perturbation est verticale, comme on le voit avec les mouvements d’une bouée qui monte et descend au passage de l’onde. Ici on parle d‘onde transversale.

Test de fréquences audibles

https://www.youtube.com/watch?v=WoPWyXsD81k

Microphone

Avant de diffuser le son, il faut l’enregistrer !

Le plus vieil enregistrement sonore d’une voix humaine a été enregistré en 1860 sur le Phonautographe du Français Édouard-Léon Scott de Martinville.

Mais ce n’était que de l’enregistrement. Il a fallu attendre 2008 pour que des chercheurs puissent récupérer ce son et le transformer en son audible de nos jours. Il s’agit du début de la chanson: « Au clair de la lune, mon ami Pierrot…. »

C’est en 1877 que l’américain Thomas Edison dépose le brevet de son phonographe, premier appareil à pouvoir enregistrer et restituer un son.

Pour en savoir plus voici l’Histoire des supports d’enregistrement sonore…

Principe et types de microphones

Le microphone capte le son et va l’enregistrer sur un support via de l’électricité.

• Microphone à charbon.
• microphones électromagnétiques à bobine mobile
• Microphone électrostatique à électret (sorte de condensateur)
• Microphone piézoélectrique

Entrée line, aux, etc..

Il y a 3 types de niveaux qui circulent dans un circuit audio:

• le niveau micro (~1 mV à 100 mV)
• le niveau line (~ 0,5V à 1V . Le niveau d’une ligne téléphonique d’où le nom)
• le niveau haut parleur. (~2V à 140V)

Comme la tension électrique est passablement différente entre tout ces niveaux, il y a des « adaptateurs » pour passer d’un niveau à un autre soit un amplificateur ou plus précisément un pré-amplificateur pour la partie du micro à la ligne.

Ainsi il faut faire attention dans quel connecteur on branche nos appareils, les niveaux ne sont pas forcément adapté.

Si l’on voit sur un appareil, une entrée « micro » et juste à côté une entrée « Line » (ou aux IN), la principale différence à retenir, c’est qu’il y a un pré-amplificateur de micro à dans l’entrée micro.

Prise de son en plein vent

Diffuser le son c’est bien, mais il faut aussi le capter.

Il faut un bon micro, mais aussi quelques accessoires.

Pour prendre le son, il faut aussi atténuer les sons parasites. (le vent par exemple) On utilise pour ceci des bonnettes de micro….

… ou encore dead cat…. (!!!)

Qui veut acheter un chat mort ?

Voici une prise de son en bord de mer avec du vent. Il y a 3 exemples:

• le micro nu
• le micro avec une bonnette en mousse
• le micro avec un chat mort

Tout comme on utilise un chat mort pour capter le son sans le vent, on peut aussi atténuer certains défaut de prononciation.

On utilise le filtre anti-pops (popkiller) qui sert à atténuer les pops qui sont émis au moment de la prononciation de consonnes occlusives. ex: p…. k.. t… d.. g… etc…

Dans les premiers temps on mettait des bas nylon sur un ceintre devant le micro. Puis un commerce s’est développé pour proposer des accessoires plus jolis, mais pas forcément plus efficace.

Voici la chanson « we are the world » enregistrée en 1985 avec des bas nylon !

Voilà un exemple de micro moderne pour podcast, avec un filtre anti-pops…

Enceinte

Les hauts parleurs sont généralement inclus dans une enceinte. Ce n’est pas juste pour faire joli. Ça a aussi une fonction particulière.

Le principe de l‘enceinte est de porter le haut-parleurs, mais pas seulement.

Le son d’un haut parleur est émis en vibrant d’avant en arrière. Si l’on conçoit que du son est porté à l’avant du haut parleur, et bien il se trouve que le déplacement est similaire en arrière, il y a donc aussi du son qui part en arrière du haut parleur (déphasé de 180°).

Enceinte Bass reflex

L’enceinte Bass reflex est reconnaissable par le trou qu’elle a sous le haut parleur. Il s’agit d’un évent.

C’est pas juste un trou pour faire joli. C’est aussi par là que le son est émis.

Le principe de l’enceinte bass reflex est d’utiliser le son de l’arrière pour le renvoyer en avant, en phase avec le son du haut parleur. Ainsi toute l’énergie est utilisable.

Le principe est plus subtile qu’il n’y parait. Car il dépend d’un phénomène de résonance qui dépend de la taille du trou. Un trou simple ne suffit pas. Il faut un tube. Ça nous donne un effet un peu comme quand on souffle dans le goulot d’une bouteille.

Affichage – écran

Comparaison entre une TV cathodique et un écran actuel:

La définition d’image

La définition de l’image est le nombre de points ou pixels que peut afficher un écran. La définition est le produit du nombre de points selon l’horizontale par le nombre de points selon la verticale de l’affichage.

Par exemple: 2 048 × 768 points.

La définition de l’image ne doit pas être confondue avec la résolution de l’image dont on parlera juste après. (Le soucis vient qu’en anglais on parle de Display resolution pour parler de la définition. Des logiciels comme VLC ou yt-dlp utilisent ce terme de « résolution » même pour la définition !)

En bleu on reconnait les formats 16:9 issus du cinéma.
En rouge on voit les formats 4:3 issus de la télévision.

On reconnait quelques formats courants comme le:

• HD 720p
• HD 1080p

La définition de la 4K c’est une définition d’écran proche de 4 000 pixels de large. Les deux résolutions les plus communes sont 3 840 × 2 160 px (télévision, 4K UHD) et 4 096 × 2 160 px (cinéma, 4K DCI).

La résolution d’image

Une fois la proportion de l’image choisie, il faut choisir la densité de pixels que l’on veut. Ce qui nous donne la résolution de l’image.

La définition de l’image nous renseigne sur le nombre de pixel dans les 2 dimensions de l’écran. Mais nous n’avons pas d’information sur la taille du pixel.

Un écran HD peut être celui d’un ordinateur portable de 15″ de diagonale tout comme celui d’une télévision de 32″ de diagonale. On a ici un facteur 2 dans la taille des pixels.

La résolution va donc nous indiquer le nombre de pixel par unité de longueur.

C’est le pouce qui est souvent utilisé comme unité de longueur pour les écrans.
1″ = 2,54 cm

La résolution de l’écran s’exprime en pixels par pouce  [ppp] ou en anglais en [ppi] pixels per inch.

Voici quelques tableaux qui indiquent la taille de la diagonale d’un écran en fonction de sa définition et de sa résolution.

Tube cathodique

L’invention du tube cathodique date de 1907. C’est en bref, un « canon à électrons » dans une tube à vide. Les électrons vont frapper l’écran par l’arrière. L’écran est recouvert de luminophore qui restent lumineux le temps du prochain passage du canon a électron.

Contrairement au cinéma qui affiche une image entière d’une coup, puis une autre, la télévision à tube cathodique affiche des images construites par une balayage.

1. canons à électrons
2. faisceaux d’électrons
3. masque pour séparer les rayons rouge, bleu et vert de l’image affichée
4. couche phosphorescente avec des zones réceptrices pour chaque couleur
5. gros plan sur la face intérieure de l’écran recouverte de phosphore.

Le canon a électrons balaye les luminophores des 625 lignes de l’écran pour construire l’image. (ou d’autres normes de télévision…)

Afin d’éviter un effet de papillotement (et réduire la bande passante en diffusion), le balayage se fait une ligne sur deux à la fréquence de 50Hz (celle du réseau électrique), ce qui correspond à 25 images complètes par seconde. (très proche du cinéma et des ses 24 images par seconde.)

La télévision utilise donc la technique d’images entrelacées.

Les films sur DVD sont souvent entrelacées. Il est nécessaires de les désentrelacer pour les regarder sur un écran moderne à affichage progressif.

En 1926, l’Ecossais John Baird présente procédé inédit de réception d’image sur tube cathodique, le televisor.

Dans les années 1930, des émetteurs commencent à apparaître en Europe et aux USA. En 1936, le monde compte quelque 2000 récepteurs de télévision en usage.

Les jeux olympiques de 1936 à Berlin est le premier événement sportif à être diffusé à la TV, notamment la cérémonie d’ouverture présidée par Adolf Hitler !

Types d’écrans modernes

• L’écran à cristaux liquides (LCD)
• L’écran à diodes électroluminescentes (LED)
• L’écran à diodes électroluminescentes organiques (OLED)
• L’écran à Mini-LED
• L’écran à Micro-LED

Ecran électrophorétique

C’est un type d’écran peu connu, mais intéressant. C’est le « papier électronique« , les écrans des liseuses de bouquin électronique.

Il s’agit de microbille dans un liquide. Les billes sont polarisés en haut ou en bas. Visible ou non.

L’énorme avantage c’est que l’écran ne consomme rien quand il ne change pas !

L’écran n’émet pas de lumière pour être vu. Ainsi il est parfaitement visible en plein soleil, comme une impression d’encre sur papier.

Chap 7 – Câblage universel

Situation de départ

Le bureau d’étude Prototec SA a agrandi ses locaux. Un ancien réduit a été transformé en bureau. C’est ainsi un nouveau local de 8m sur 6m qui doit être équipé pour accueillir 4 places de travail.

Les travaux électriques (courant fort, éclairage, goulottes) sont déjà terminés. Il reste la partie télématique.

Votre mandat est d’installer le câblage universel de communication (CUC).

Cahier des charges provenant du client

• 4 places de travail avec des bureaux fixes.
• Sur chacune des places de travail:
  • 1 téléphone VOIP
  • 1 ordinateur
• → Donc 2 prises RJ45 par place de travail. (8 prises en tout)
• 1 borne Wifi au plafond au centre du local, alimentée en PoE.
  • → 1 prise RJ45 au centre du plafond.
• Tous les raccordements doivent être certifiés Ethernet Gigabit, catégorie 6 minimum.
• Toutes les prises doivent être étiquetées selon les règles de l’art en Suisse.
  • Actuellement dans les autres pièces il y a déjà la convention suivante qui est utilisée: [bâtiment.]niveau.armoire.panneau.connecteur
• Le nouveau câblage doit être raccordé au répartiteur d’étage RE01 existant.
• Le client veut recevoir le procès-verbal de mesure pour chaque liaison à classer dans le dossier d’installation.

Ce qui vous est demandé en tant qu’électricien:

• Choisir le type de câble et les connecteurs adaptés.
• Tirer les câbles du RE01 jusqu’au 9 emplacements de prises.
• Monter et raccorder les prises RJ45 et les ports du panneaux de brassage
• Étiqueter les prises, les ports et les câbles.
• Certifier chaque liaison pour la partie permanent link avec un appareil de mesure: Fluke DSX-5000 CableAnalyzer.
• Remettre les procès-verbaux de mesure et le dossier d’installation au client

La configuration des switchs dans le Répartiteur d’étage RE01, ainsi que l’installation et la configuration des téléphones (adresse IP et service de téléphonie) et de la borne wifi n’est pas demandée. Elle est assurée par des informaticiesns du bâtiment.

Consignes de l’exercice:

• Reformulez avec vos mots : que doit livrer l’électricien à la fin de ce chantier ? (écrire juste 3 à 5 lignes pas plus.)
• Listez ce que vous connaissez déjà à propos du câblage universel et qui sert pour ce chantier. (par exemple: le jargon utilisé, le matériel nécessaire, les longueurs autorisées, les types de câbles et leur nom, le nom des prises, le type d’appareil que j’ai à l’entreprise, etc.. )
• Listez ce que vous avez besoin de savoir pour réaliser ce chantier.
  • Ecrivez au moins 8 questions.
  • Par exemple: « Qu’est-ce que le Permanent link » ?
  • Lisez le même genre de questions pour tous les mots et expressions que vous ne connaissez pas. Les normes, bonnes pratiques, le matériel, les appareils que je dois utiliser, tout ce que je n’ai pas compris, qu’il me semble ne jamais avoir fait, etc…
• Classez vos questions dans les 3 catégories:
  • | A | Généralités du câblage universel : topologie, répartiteurs, distances, étiquetage.
  • | B | Mesures et certification : appareil, permanent link, NEXT, FEXT, ACR
  • | C | Câbles et connecteurs : catégories, S/FTP, U/UTP, RJ45, RJ11, TT83 |
  • si vous savez pas… classez en « Autre ».

Vous avez 15 minutes individuellement pour ce travail.
Ensuite nous mettrons en commun en petits groupes votre travail.

Documentation

Répartiteur d’étage RE01

Consignes en pdf:

Support de cours – câblage universel de communication

pdf: chap 7 – Câblage universel

Et aussi Directive pour le câblage intérieur – USIE

Avec la convergence de tous les systèmes de télécommunication vers Internet, le câblage de couche OSI 1, à tendance à utiliser la même base « Ethernet » avec le connecteur 8P8C dit « RJ45« .

Le même type de câble et de connecteurs permet ainsi de faire passer l’Internet, la téléphonie (VOIP), le circuit audio visuel (HDBaseT), la surveillance (caméra), et les access point wifi pour le réseau sans fil.

Ce type de câblage est également capable d’alimenter à distance des équipements (caméra, téléphone, borne wifi, etc..) via la norme PowerOverEthernet.

On parle donc de câblage universel.
Ce câblage est défini par la norme internationale ISO/IEC 11801 ou dans la norme européenne EN 50173 de même teneur.

Division en secteurs

Le câblage universel est conçu dans une topologie en arbre.

Chaque partie du parcours est divisé en secteurs avec des répartiteurs (armoire de brassage) dédié.

• RS – Répartiteur de Site
• RB – Répartiteur de Bâtiment
• RE – Répartiteur d’Etage
• SR → prise.

Les étiquettes au dessus des prises indiquent la hiérarchie des secteurs ce qui permet de savoir où (dans quelle armoire de brassages) est raccordée chaque prise.

Pour chaque secteur, il y a des spécifications de type et longueur de câble.

A proprement dit le « câblage universel » est la partie permanente de l’installation d’un bâtiment, du répartiteur de site RS à la prise SR.

A ceci s’ajoute un câble de raccordement que l’utilisateur final va tirer entre la prise et son équipement (PC, téléphone, etc…)

Le câble de raccordement ne doit pas être confondu avec le câble « patch » qui sert à raccorder les prises entre elles dans l’armoire de brassage.

Mesure du câblage universel

Il y a deux référentiels de mesures:

• le Permanent Link → la partie installée de façon fixe dans le bâtiment, d’une prise à l’autre.
• le Channel Link → Inclus le câble de raccordement depuis le PC, téléphone de l’utilisateur final, jusqu’au switch.

Catégories et classes

Afin de créer une ligne de transmission de qualité. Il y a des classes qui ont été définies.

Puis il y a des équipements réseaux qui sont conçu selon des catégories et peuvent s’intégrer pour assurer une ligne que l’on peut certifier dans une classe.

• Câble catégorie 6
• Câble catégorie 6a
• Câble catégorie 7
• Câble catégorie 8
• Paire torsadée

Caractéristiques électriques

Chaque câble est capable de transporter des informations jusqu’à une certaine fréquence maximale selon sa qualité. C’est principalement la fréquence qui définit la catégorie.

Atténuation

Une ligne bifilaire a un schéma équivalent composé de résistance et bobine en série et de condensateur et conductance en parallèle. Ce qui signifie que plus on monte en fréquence, moins le signal passe.

• la longueur de la ligne va me faire une résistance toujours plus grande plus la ligne est longue.
• deux conducteurs en parallèle séparés par un isolant, ça me fait un condensateur !
• A cela on ajoute des phénomènes électromagnétiques, on a une bobine.

Plus la fréquence augmente, plus la distance possible diminue.

Diaphonie (cross Talk)

C’est une interférence entre fil à cause de l’induction magnétique. C’est le fait d’entendre une conversation téléphonique qui passe sur le fil d’à côté !

Il y a deux types de diaphonie:

• NEXT → Near End Cross Talk = paradiaphonie
• FEXT → Far End Cross Talk = telediaphonie

ACR – Attenuation to CrossTalk Ratio

La synthèse de toutes ces contraintes électriques peut se dessiner sur un diagramme. On peut ainsi voir pour chaque câble la fréquences à laquelle l’atténuation et la diaphonie se croisent ce qui rend la communication impossible.

La mesure de ces caractéristiques nous indique la réserve de qualité à disposition. Ceci permet de certifier la liaison pour une catégorie donnée.

Sur les appareils de mesure tel que le cables analyzer Fluke DSX 5000, il y a deux types de mesures ACR.

• ACR-N → utilise la paradiaphonie NEXT (donc ACR au loin)
• ACR-F → utilse la télédiaphonie FEXT (donc ACR au début)

Pour en savoir plus sur la mesure de ligne de cuivre avec des appareils FLUKE….

Résistance terminale

Comme pour un nageur dans une piscine, un signal envoyé dans un câble va générer une signal en sens inverse quand il arrive proche du bout du câble.

Ainsi on place une résistance de terminaison de même impédance que la ligne globale afin de simuler une continuité infinie de la ligne.

La valeur de cette résistance de terminaison change suivant la nature du câble:

• 100 ohms pour les pairs torsadées de cuivre
• 75 ohms pour les câbles coaxial (CATV)
• 50 ohms pour les câbles coaxiaux d’appareil de labo, oscilloscope.

Raccordement téléphonique

Quelles sont les possibilités pour « avoir » le téléphone chez soi ?
Historiquement il fallait que la paire de cuivre arrive chez soi. Puis on a dans chaque appartement une prise de téléphone. (Souvent de type TT83 en Suisse ou une prise 8pôles RJ45 pour les bâtiments récents équipé de câblage universel)

Type de connecteurs utilisés en téléphonie en Suisse

Finalement pour la téléphonie analogiques et pour les connexions Internet VDSL seulement 2 fils sont nécessaires. Peut importe le nombre de pôles du connecteur. Souvent il faut jouer avec des adaptateurs, TT83, RJ11, RJ45.. etc.. c’est déroutante vu que seul une paire est nécessaire.

Pour le câblage universel en RJ45 selon la norme EIA/TIA 568, peu importe si le câblage est de type A ou B, c’est toujours les 2 fils du centre qui forment la 1ère paire, donc les deux fils de notre paire de cuivre traditionnelle.

Il y a parfois des guerres de religions entre les différentes types A ou B. L’origine de ces deux normes est floue. Il semble que le type A est compatible avec le brochage USOC (Universal Service Order Codes) 1 paire et 2 paires. Utilisé dans la téléphonie aux USA. Alors que le type B est correspond à l’ancien brochage AT&T 258A (Systimax) aux USA, déjà largement installé dans les années 1990 avant la normalisation EIA/TIA 568 et donc on continue par inertie à l’installer.

Types de câbles

Il existe deux grande familles de câbles de cuivre:

• symétrique → câble à paires torsadées
• asymétrique → câble coaxial (CATV)

Protection des câbles

Pour limiter les perturbations et/ou la diaphonie, on va protéger le câble. Il existe plusieurs technique que l’on peut combiner, ce qui nous donne les différents types de câbles existants.

• TP → Twister Paires, Paires Torsadées.
• S → Shielded, blindage par tresse
• F → Foil, blindage par feuille d’alu

Quand il n’y a pas de blindage on utilise le terme U → Unshielded.

Les câbles peuvent être des agrégations de deux couches. Ainsi la notation se décrit en deux temps, d’abord l’extérieur puis l’intérieur:

XX/XXX

Exemples de câbles et leur dénomination

S/FTP

U/UTP. (ou raccourcis: UTP)

F/UTP

U/FTP

U-UTQ → U72

Indication supplémentaires

NVP → proportion de la vitesse de la lumière. Un NVP de 66% correspond à 0,66* 299 792 458 m/s = 197 863 022 m/s

AWG → Section du câble selon la norme American Wire Gauge. Attention plus le nombre est grand, plus le câbles est petit !
En fait il s’agit du nombre de fois que le câble est passé dans la tréfileuse pour l’étirer.

LSZH → Low Smoke Zero Halogen. Indication pour les pompiers quand ça brûle.

Documentation

Directive pour le câblage universel de communication dans l’État de Vaud….

Synthèse sur la nomenclature des étiquettes RJ45 (pdf)…

Chap 8 – fibre optique

Chap 8 – Fibre optique pdf

Quand la bande passante complète de la ligne téléphonique est bien utilisée, il n’est pas possible d’augmenter les débits sans changer le média de base.

C’est ainsi que les opérateurs réseaux se tournent vers la fibre optique qui a une capacité nettement plus grande. (1 fibre ~ 100 000 communications téléphoniques)

La réfraction

Le principe de fonctionnement de la fibre optique fonctionne grâce au principe physique de la réfraction.

Pour chasser c’est important de connaitre la réfraction !

La lumière c’est une onde électromagnétique. Chaque couleur est caractérisée par sa longueur d’onde. Il existe de la lumière visible et de la lumière invisible, c’est par exemple le cas des Infrarouges. (comme pour les télécommande de TV)

Voici quelques longueurs d’onde caractéristiques utilisées en fibre optique:

On peut ainsi constater que la lumière utilisée dans une fibre optique n’est pas forcément visible !!!

Donc attention, ne jamais regarder dans une fibre, on peut se faire griller la rétine sans même le voir !!!

Multiplexage fréquenciel

Si l’on veut augmenter le débit de transmission d’une fibre optique, on peut créer plusieurs canaux différents en parallèle, dans la même fibre, ceci en utilisant des couleurs différente pour chaque canal.

On parle ici de multiplexage WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Types de fibre

Il existe plusieurs types de fibres optiques:

• A saut d’indice
• multimode
• monomode

On utilise différentes manières de jouer avec la réfraction (et la réflexion) pour tendre vers un seul chemin possible pour la lumière, ce qui nous permet d’avoir une impulsion de sortie très étroite. Ce qui nous permet d’augmenter la densité d’information transmises.

En complément avec le type de fibre, il y a la bonne source de lumière:

• LED
• Laser

Une fibre optique c’est tout petit. 125μm correspond à 1/8 de mm.
Pour comparer, un cheveux c’est 1/10 de mm. On est dans le même ordre de grandeur.

Cependant le coeur de la fibre, c’est encore plus petit. 50μm pour la fibre multimode et 9μm pour la fibre monomode.

Pour bien viser le coeur de la fibre, il est nécessaire de bien positionner la source de lumière.

Fiber To The Home – FTTH

C’est au milieu des années 1980 que les backbones des opérateurs commencent à se poser en fibre optiques. (en 1985 1ère fibre des PTT entre Berne et Neuchâtel)

En 1988, TAT8 la première fibre transatlantique est posée. Avec un débit de 2 × 280 Mbit/s. (~40 000 lignes de téléphones)

Les opérateurs se lancent dans la pose de fibres optiques toujours plus proches de l’utilisateur final, jusque dans chaque appartement: FTTH, Fiber To The Home.

Les étapes intermédiaires sont:

• FTTN – Fiber To The Neighbourhood – Quartier
• FTTC – Fiber To The Curb – Trottoir
• FTTS – Fiber To The Street – Rue
• FTTB – Fiber To The Building – Bâtiment
• FTTH – Fiber To The Home – Domicile, chaque appartement

La dernière partie passe sur des câbles métalliques. Là encore il y a plusieurs possibilités. Du Câblage Universel composé de paires de cuivre torsadées, à la ligne G.Fast, un VDSL Gigabit sur courte distance. (max 100m, sinon 500Mbit/s)

Il y a encore la variante XGS PON utilisée par Swisscom de façon controversée.

La carte du réseau de fibre optique en Suisse nous montre que la majorité des communes ont une possibilité de connexion à 100 Mbit/s ou 500 Mbit/s.

Dans les grandes villes, la connexion est fréquemment à 10Gbit/s.

La couverture n’est pas totalement similaire dans tous les cantons. Bâle ville est couvert à 84% et Neuchâtel à 1%. Ceci pour des problèmes de litiges juridique entre Swisscom est ses concurrents. Traditionnellement Swisscom pose 4 fibres ce qui permet à ses concurrents d’avoir leur propre fibre. Puis Swisscom a voulu passer au multiplexage de fréquences sur une seule fibre. Des petits opérateurs de fibres ont saisi la justices pour montrer leur mécontentement de ne plus avoir leur propre fibre.

Fabrication des fibres optiques

La fabrication d’une fibre optique consiste à faire chauffer un cylindre de verre à ~2300°C. Le verre va fondre et l’on va enrouler ce « cheveux de verre » préalablement protéger dans une gaine.

Pour réaliser l’indice (ou le gradient d’indice) de réfraction voulu, on va injecter dans les verres des gaz qui vont modifier sa nature et donc son indice de réfraction.

BEP – Building Entry Point

Le BEP est le point d’entrée de la fibre dans le bâtiment. On le reconnait à ses cassettes. C’est la fin du réseau de l’opérateur et le début du réseau intérieur de la maison.

Il y a un code de couleur pour les fibres qui arrivent de l’extérieur (outdoor) et un code de couleur pour les fibres à l’intérieur (inhouse).

Prise OTO et FAI

Le concept de la fibre optique FTTH (Fiber To The Home) est d’avoir une fibre optique dans chaque appartement. Ceci se matérialise par une prise OTO (Optical Telecom Outlet) dans chaque appartement.

Suivant l’opérateur choisi, la fibre arrive dans des positions différentes de la prise OTO. Voici les positions les plus courantes:

• La fibre de swisscom est en position 2 de la prise OTO. (plus rarement 3)
• La fibre de Sunrise est en position 1 de la prise OTO.

Le connecteur utilisé sur les prises OTO est un connecteur de type LC / APC (Lucent)

Lorsque l’on veut activer une ligne de fibre optique pour une connexion Internet, les différents Fournisseurs d’Accès Internet demandent le numéro inscrit sur la prise OTO.

Voici des exemples:

• Sunrise prise OTO..
• Swisscom OTO…
• Teleboy…

Ce numéro comporte de nombreuses informations:

Les numéros d’opérateur se retrouve dans la documentation de l’OFCOM. Par exemple Ello a le numéro 335.

Le détail des explications se trouvent dans les Directives de l’OFCOM.

Connecteurs, épissures et pigtail

Connecter des fibres ensemble, n’est pas aussi facile que la connexion de câbles de cuivre.

La fibre optique, c’est du verre. La meilleure manière de connecter des fibres, c’est de réaliser une épissure (une soudure) à ~1700°C grâce à une machine qui positionne la fibre et fait la soudure à l’arc électrique.

Cependant une épissure – même bien faite – c’est une sorte de miroir qui renvoie la lumière vers la source. Donc il existe plusieurs techniques pour minimiser ce phénomène.

Pour couper la fibre, on va éviter de le faire à la main, à la pince !
On utilise une machine que l’on appelle une cliveuse. Cette machine coupe et poli le verre pour une meilleure surface de contact.

Une astuce pour minimiser les réflexions est d’utiliser un polissage avec un angle de 8°, ce qui réfléchi la lumière non pas en face mais de côté et de fait l’atténue. On parle de polissage APC.

Il existe de nombreux type de connecteurs. Le plus courant étant le connecteur LC / APC (vert pour polissage APC) qui est utilisé sur les prises OTO.

La petite partie de fibre qui dépasse le connecteur s’appelle une férule.

Pour réaliser des connecteurs en fibre optique on utilise fréquemment des pigtails. C’est un connecteur déjà tout fait posé sur une fibre de quelques dizaine de cm.

On connecte le pigtail à une fibre plus longue à l’aide du épissure.

Mesure OTDR

Comme toute installation, avant la mise en service, il faut la tester pour vérifier qu’elle est installée en bonne et due forme.

Pour vérifier l’installation on utilise un réflectomètre optique.
On parle de mesure OTDR (Optical Time Division Reflectometer)

Tout comme pour la câblage universel, Fluke fourni aussi des appareils de mesure OTDR.

Chaque problème va apparaitre sur un graphe avec son atténuation.

On peut avoir plusieurs problèmes avec les fibres optiques:

• Encoche
• Réflexions
• Inclusions, air
• Diffusion

Pour la mesure OTDR, on utilise une bobine d’amorçage. Ce qui nous permet de voir le premier connecteur et son atténuation. Dans la même idée on ajoute une bobine de fin, pour tester le dernier connecteur.

Bonne pratique pour la pose de fibre optique

Il est important de suivre les bonnes pratiques pour poser correctement de la fibre optique.
Notamment:

• Une seule fibre par tube. Jamais avec des câbles de cuivre. (sauf pour la POF, la fibre optique en plastique)
• On tire les fibres, on ne les pousses jamais elles cassent sinon. (et attention de respecter la force de traction maximale)
• ne pas courber plus que le rayon de courbure autorisé. (fibre > 30 mm, câble > 300 mm)
• ne pas compresser un câble à fibre optique. (passe câble, bride)
• ne pas marcher sur une fibre, on risque de créer des encoches.

A celà s’ajoute les conseils de sécurité pour les humains:

• Ne jamais regarder dans une fibre
• Attention aux éclats de fibre, c’est du verre et tout petit, ça peut faire de lésion dans la peau et sous la peau !
  • Donc porter des lunettes de protection
  • Donc ne pas manger au même endroit qu’où se coupe des fibres
  • Toujours bien nettoyer

Avantages et inconvénients de la fibre optique

Avantages:

• Débit plus important (grâce à la densité d’information, pas à la vitesse !)
• Pas de perturbation électromagnétiques
• Plus longue distance que le cuivre

Inconvénients:

• Fragile
• Manipulation plus dangereuse
• équipement actifs plus cher
• Matériel d’installation plus technique et onéreux

Documentation à propos de fibres optiques

Voici différents manuels swisscom…

• Manuel FTTH (pdf)
• Manipulation des prises OTO pour fibre optique (pdf)
• Directives techniques de l’OFCOM concernant l’installation de la Fibre optique (PDF)
• Projet FTTH dans le canton de Fribourg

Kahoot fibre optique pour s’entrainer…

Cours fibre…

Regroupement de chapitre – 9-10-11-12

Depuis le passage à la voix sur IP (Voip) il fait sens de regrouper les chapitres 9-10-11-12 dans un même bloc. En effet, la téléphonie et Internet ne sont plus des services séparés. Mais Internet est devenu la base de tous les services en réseaux. Pour le téléphone, pour la télévision et pour tout le web, on utilise Internet.

Internet c’est l’autoroute de l’Information. C’est l’autoroute qui permet de transporter différents services et de relier tout le monde.

Chap 9 – Services supplémentaires

• chap 9 – Services supplémentaires

Services supplémentaires

En plus de la téléphonie de base, il existe de nombreux services supplémentaires. Ces services supplémentaires sont souvent décrits par des acronymes, nous allons en voir ci-dessous.

• ACD → Automatic Call Distribution. Distribution des Appels du genre call center. Menu vocal, Ring Group, tout sonne, le premier qui répond est connecté. Cascade, une cascade de combiné, si personne répond il passe au suivant de façon hiérarchique. Cyclique, la même chose, mais en mode réparti avec plusieurs hiérarchies.
• CLIP → Calling Line Identifier Presentation. Lors d’un appel, le numéro de l’appelant est affiché sur le téléphone de l’appelé.
• CFB → Call Forwarding Busy. Lorsque le correspondant est occupé, l’appel entrant sur l’appareil est automatiquement dévié vers une autre destination.
• CFNR → Call Forwarding No Reply Après 20 secondes, l’appel entrant non répondu sur l’appareil est automatiquement dévié vers une autre destination.
• CFU → Call Forwarding Unconditionnal. Déviation inconditionnelle, dans tous les cas immédiatement.
• DDI → Direct Dialing In. Ligne Directe. c’est un numéro directement accessible de l’extérieur.
• OCB → Un appel sortant vers une destination atteignable par satellite doit être bloqué.

Fonctions diverses:

• Gestion des autorisations: appels externes possibles ou non
• Appel en instance (CW Call Waiting): si une personne est déjà en communication elle est notifié d’un nouvel appel cours et peut choisir de le prendre ou non. (et mettre en attente le premier correspondant ou non)
• Follow me: permet d’entrer un NIP sur un téléphone et de recevoir ses propre appel là où on s’est identifié.
• Conférence à 3 (3PTY): une personne appelle une autre et peut inviter une 3ème en conférence.
• Hot-line (HL): un numéro se compose automatiquement dès que le combiné est décroché. C’est le cas pour des appels d’urgence, un téléphone d’ascenseur ou un interphone.
• LCR, Least Cost Routing: sur la base du numéro appelé, le routage s’effectue par un opérateur ou un autre, afin d’optimiser les coûts d’appel.
• Horaires: suivant l’heure et la date, les appels sont pris en charge ou dirigé sur un répondeur.
• Voicemail: le répondeur peut prendre un message vocal et envoyer le fichier audio par e-mail.
• Mise en attente: une personne en communication avec une autre peut appeler une autre sans raccrocher, la première communication est mise en attente. (avec une musique)
• Rappel (automatique) (CCBS Completion of Calls to Busy): si le correspondant est occupé on peut programmer un rappel automatique qui va l’appeler dès que celui-ci devient libre.
• Transfert d’appel: c’est souvent le cas de la téléphoniste qui prend les appels entrants extérieurs pour toute une organisation, puis transfert l’appel à un numéro interne. (La fonction téléphoniste numérique répond aux appels externes, propose un menu pour orienter vers des numéros internes et transfert l’appel en fonction du choix effectué)
• Blocage: il est possible de bloquer des fonctions sur des extensions.
• BLF – Busy Light: affichage de lampe à côté de sa « team ». On peut voir si la personne est déjà au téléphone ou si elle est libre.
• Commande domotique: Commande d’un contact libre de potentiel qui permet de commander des appareils externes, comme un chauffage, un interphone, une sonnerie, etc..
• Ne pas déranger → possibilité de demander de ne pas être dérangé.

• Chap 12, cours Müller, autocommutateur d’usager pdf (liste de services)
• Chap 9, cours Müller, services supplémentaires pdf. (anciens services)

Chap 10 – Technologies large bande

• chap 10 – Technologies large bande

Raccordement téléphonique SIP pour les privés

Depuis le passage All IP de Swisscom fin 2017. Tous les téléphones sont des téléphones en VOIP. Il faut donc une connexion Internet.

Le plus simple c’est de raccorder son téléphone à la box fournie par son FAI, son Fournisseur d’Accès Internet.

La box de Swisscom par exemple, permet de raccorder des téléphones autant analogique (prise RJ11 « phone ») que des téléphones VoIP (prise RJ45 jaune).

La possibilité de pouvoir brancher des téléphone analogique sur une box repose sur le fait que la box intègre ce qu’on appelle un ATA, un Adaptateur pour Téléphone Analogique. Il se présente aussi souvent sous forme d’un boitier externe.

Aperçu des moyens pour se connecter à Internet

Petit historique:

Modem analogique

Le Modem (pour MOdulateur – DEModulateur) est un appareil qui permet de connecter un réseau informatique numérique via une ligne téléphonique analogique. Le signal utile subit une modulation pour être adapté à la ligne.

Il est donc possible d’entendre le signal, et son son caractéristique…

Les premiers modem date des années 1950. Mais c’est surtout avec l’invention du web au début des années 1990 que le grand public va se connecter à Internet.

Le débit des modems des débuts du web est progressivement de 14,4 puis 28,8 puis 33,6 et jusqu’à 56 kbit/s.

On atteint la limite d’un débit sur la bande passante de la téléphonie (300Hz à 3,4KHz).

L’inconvénient du surf sur le web des années 1990 avec un modem était que l’on monopolisait la ligne téléphonique. Ceci suscitait des grands compromis familiaux…

J’ai un téléphone à faire..
J’ai mon amoureux qui va m’appeler…
J’ai une recherche à faire sur le web…

La tarification se faisait à la minute de communication sur le réseau téléphonique, et à ceci il fallait ajouter le prix de l’abonnement au Fournisseur d’Accès Internet.

Il faut imaginer que jusqu’en 1997 les télécommunications étaient un monopole d’état. Tout les téléphones appartenaient aux Telecom PTT (Poste Télégraphe Téléphone).

Ainsi vous n’aviez pas le droit de brancher un modem directement sur une ligne de téléphone. Ainsi les premiers modem sont couplés de façon acoustique, comme ça on ne touche pas au téléphone, il n’est pas démonté.

Du coup, la bande de fréquence utilisable était juste la bande passante du téléphone, soit de 300Hz à 3400Hz. (première bande grise PSTN sur le schéma ci-dessous)

Puis l’ADSL est arrivé avec pour ambition d’utiliser la bande de fréquence la plus large possible sur la ligne de cuivre bifilaire du téléphone.

Directement on a pu brancher l’équivalent de 250 modem en parallèle, ce qui a évidemment nettement augmenté le débit.

Nous verrons plus loin le fonctionnement de l’ADSL.

Vue d’ensemble des moyens de se connecter à Internet

Voici une vue de différents moyens physiques actuels pour se connecter à Internet et les services que l’on utilise sur ces médias.

Satellite

Traditionnellement le satellite est mis en position géostationnaire à 36 000km de la terre. Ex: Eutelsat, Hylas, Astra..

Le problème c’est que c’est loin. Malgré la rapidité de la connexion, il y a un inconvénient majeur, la latence (ping) est très grande. (500ms à 700 ms) (alors que l’on obtient une latence entre 8 et 20 ms avec les autres moyens courants de se connecter à Internet)

Voici une vidéo de l’esprit sorcier... avec Fred.. qui nous explique l’Internet par satellite geostationnaire..

La nouveauté de la connexion internet par satellite c’est les constellations de satellite comme starlink, mais aussi OneWeb et Guo Wang la version chinoise.

La différence c’est la position des satellites en orbite basse à 550 km.

Starlink fonctionne surtout dans les endroits où il n’y a rien d’autre sinon c’est cher pour ce que c’est. (coût d’abonnement à CHF 50.- / mois et matériel à ~CHF 370.-. En 2023 c’était 94.-/mois + 500.- équipement)

Veille sur les moyens exotiques de connexion à Internet

Il existe des moyens de connexion à Internet qui ne sont pas (encore) courants. L’exercice est de prendre une demi heure pour préparer une mini présentation pour les autres de ces techniques et de l’état des lieux, de leur évolution possibles de leur limitation. Le but est de réaliser régulièrement une petite veille technique pour se maintenir à jour dans un monde en perpétuelle évolution:

Approfondissez deux moyens exotiques peut être en devenir ?

• Les constellations de satellites comme starlink, mais aussi OneWeb. (et une version chinoise)
• Mojolan wifi par ondes dirigées dans les montagnes. Lien wifi sur 2km

Chap 11 – Réseaux

• chap 11 – Réseaux

Topologie des réseaux

La topologie du réseau c’est la manière dont les différents éléments sont reliés entre-eux.

Les réseaux de téléphonie ont été construit durant le 20ème siècle en étoile. Chaque abonné est relié au central par sa propre paire de cuivre.

Le réseau de diffusion de télévision par câble a lui été conçu en mode bus (ou linéaire, série). Le signal est le même pour tout le monde, donc on va connecter tout le monde sur le même câble. Le changement d’utilisation qu’à été l’arrivé d’Internet sur le téléréseau tend à transformer la topologie.

L’Internet a été conçu pour fonctionner dans une topologie maillée. Chaque éléments peut être connecté à un ou plusieurs autres. Ce qui assure une redondance des lignes de communication en cas de défaut. Pour des raisons commerciales, l’Internet tend vers un réseau en étoile, soit le service minimal sans redondance.

Câble sous-marin pour relier les continents

Contrairement à une croyance populaire, le réseau Internet entre les continents ne passe quasiment pas via des satellites. Plus de 98% du volume du trafic Internet passe par des câbles sous-marin en fibre optiques.

Cette histoire commence en 1851 avec les câbles de télégraphe à travers la Manche.

Les câbles sous-marin ne sont pas très gros, ils comportent entre 8 et 16 paires de fibres optiques, bien enrobées dans de multiples protections. Il y a également une alimentaiton électrique pour régénérer le signal tous les ~50 à 100km.

1. Polyéthylène.
2. Bande de Mylar.
3. Tenseurs en acier.
4. Protection en aluminium pour l’étanchéité.
5. Polycarbonate.
6. Tube en aluminium ou en cuivre.
7. Vaseline.
8. Fibres optiques.

Le multiplexage fréquentiel (DWDM) est utilisé sur les fibres optiques. Ce qui permet dans une même fibre avec un débit de 10Gbit/s de faire passer jusqu’à 160 couleurs différentes.

Le débit atteint ainsi l’ordre de grandeur de 300 à 400 Tbit/s.

De nos jours les principaux acteurs de la pose de câbles sont très souvent les GAFAM. Il semble normal pour facebook et google d’être inquiété d’avoir un business qui repose entièrement sur l’Internet sans en avoir la maitrise.

Cette prise de parts de marché des GAFAM questionne sur la neutralité du net. Par exemple un câble détenu par Google favorise t-il le trafic de youtube au détriment de celui de netflix ?

https://www.youtube.com/watch?v=vTC821fpwdw

Chap 12 – Autocommutateur d’usager

• chap 12 – Autocommutateur d’usager
• Voir les services supplémentaires vu au chapitre 9 ci-dessus.

PBX – Private Branch eXchange

Un PBX ou ACU (AutoCommutateur d’Usager) en français, est un central téléphonique privé. Un central qui est dédié à l’utilisation dans une organisation. (Par opposition au central téléphonique du réseau de téléphonie traditionnel public)

Par exemple, tous les téléphones d’une entreprise sont connectés à un PBX interne. Les communications en interne passent par le PBX, donc toute la téléphonie interne est gratuite. Les numéros de téléphones internes peuvent être simplifiés.

Si il faut communiquer avec un réseau externe. Le PBX est connecté au réseau public via ce qu’on appelle un trunk dans le jargon.

Le PBX gère donc les communications internes, mais aussi la passerelle vers les communication externes.

Il y a généralement beaucoup plus d’extensions (de téléphones et softphones internes) que de trunk pour sortir.

Il existe plusieurs sortes de PBX.

Historiquement le PBX est un appareil électronique. C’est du matériel.

Puis ce matériel s’est transformé en solution logicielle qui s’installe sur un PC standard, en local. (ou sur une petite machine du genre Intel NUC)

Puis enfin l’évolution tend à faire héberger le logiciel PBX dans un nuage. Le principe du SaaS.
On a l’exemple de la société 3CX qui fourni une service cloud avec son logiciel PBX 3CX. (gratuit jusqu’à 10 utilisateurs et 4 communications simultanées)

Le PBX physique est en voie de disparition, Historiquement on peut citer par exemple les PBX Astra ou Mitel. Ces deux sociétés ont fusionné en 2014. Il ne reste plus que Mitel qui propose toujours du matériel, mais aussi des services de PBX logiciels et dans le nuage.

Les Fonctions d’un PBX

Voici quelques exemples de fonction d’un PBX:

• Groupes d’appels
• Files d’attente
• Répondeurs numériques
• Messagerie vocale
• Rapports
• Interphone / paging

Voir les services supplémentaires décrit au chapitre 9…

Chap 13 – Communication sans fil

Support de cours chap 13 – Communication sans fil

Téléphonie mobile

La téléphonie mobile s’est transformée en Internet mobile. La voix est devenue presque secondaire, depuis que le service vocal est passé en VoLTE, Voice over LTE, voix sur LTE (donc la 4G).

La téléphonie mobile est possible grâce au principe de réseau cellulaire.

Chaque zone géographique est découpée en cellule. L’abonné est enregistré dans un Home Location Register (Home Subscriber Server en LTE). Chaque cellule détient un registre des abonnés à sa portée radio et le communique au HLR. Ainsi quand il faut localiser un abonné on sait dans quelle cellule il se trouve.

Il est ainsi possible de suivre le déplacement des abonnés via le registre principal. Il est même possible d’observer le passage des trains. 500 personnes qui changent de cellules en même temps ça voit.

Voir la carte des émetteurs de téléphonie mobile en Suisse.

Le vrai début de la téléphonie mobile est arrivé à la fin des années 1990 avec l’arrivée du Natel D. Un téléphone numérique, alors que le réseau fixe était encore principalement analogique.

Le numérique permet des services de messageries comme le SMS. Là on entre dans le monde de la transmission de data et plus seulement le monde de la téléphonie.

• 1G – Natel – 1978 A – 1980 B – 1987 C – 1993 D
• 2G – GSM – 9,6 kbit/s (l’ère du SMS)
• 2,5G – GPRS – 48 kbit/s (2002 pour swisscom)
• 2,75G – Edge – 254 kbit/s
• 3G – UMTS – 384 kbits/s (vers 2004)
• 3,5G – HSPA – HSDPA – 7,2 Mbit/s (1.8Mbit/s en 2007 pour Swisscom)
• 3,75G – HSPA+ (2009)
• 4G – LTE – 300 Mbit/s (2012 pour Swisscom avec 150Mbit/s)
• 4G+ 1 Gbits/s (2014 pour swisscom)
• 5G – 1 Gbit/s (2019 première offre commerciale en Suisse)

Onde électromagnétique

Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?

Une onde c’est une perturbation qui se propage dans un milieu. Par exemple une onde sonore c’est une perturbation dans les molécules d’air.

Si je lance un caillou dans un lac, je perturbe le niveau d’eau à la surface, J’observe la propagation de la perturbation. C’est une onde.

Les onde électromagnétiques se propagent dans le vide, mais alors qu’est-ce qu’elles perturbent ?

En tout point de l’espace on a un champ électrique potentiel et un champ magnétique potentiel.

Une onde électromagnétique se propages sur un champ électrique et un champ magnétique perpendiculaire.

Un champ électrique est capable de me créer une différente de potentiel, soit une tension électrique. Cette tension peut mettre en mouvement des électrons. J’ai de l’électricité.

Si je fais passer un courant électrique dans un fil, j’ai un champ magnétique qui apparait autour. (dont le sens se détermine par la loi du tire bouchon)

Si j’ai un fil juste à côté, influencé par ce champ magnétique, j’ai un courant électrique qui va être généré.

Ainsi on observe qu’un champ électrique variable crée un champ magnétique variable qui lui aussi va créer un champ électrique….. donc on a une onde qui se propage ainsi !

Le spectre électromagnétique est large. Suivant la fréquence de l’onde, on a des phénomène de nature différente. On a par exemple, les ondes radios et la lumière.

On peut caractériser une onde par sa fréquence f, mais aussi par sa longueur d’onde λ (lambda). Soit la distance qu’elle parcours en une période.

C = vitesse de la lumière = 299 792 458 m/s

Pour les geeks qui veulent comprendre comment fonctionne une antenne, voici une série de vidéos…

Allocation des fréquences des ondes électromagnétiques

Beaucoup de gens ne se rendent pas compte de la rareté des bandes de fréquences du spectre électromagnétique.

C’est bien par ce que le spectre électromagnétique est une ressources rare qu’il y a un organisme d’Etat qui gère l’allocation des fréquences. En suisse c’est l’OFCOM. Voici le plan national suisse de gestion des fréquences.

C’est un peu l’équivalent d’un cadastre. A qui est réservé quel bout de terrain. Mais là on voit que c’est l’Etat qui est propriétaire de toutes les fréquences et qui vend des concessions.

Seules les fréquences des bandes ISM (2,4 GHz, 5 GHz) et 6 GHz sont libres et c’est là qu’on y trouve le wifi.

Carte SIM et identification

La carte SIM (Subscriber identity/Identification Module) contient un numéro qui identifie l’abonné (la personne), c’est le numéro IMSI International Mobile Subscriber Identity.

Le téléphone, lui aussi a un numéro d’identification c’est le numéro IMEI International Mobile Equipment Identity.

Si l’on se fait voler son téléphone, il est possible de le faire bloquer si l’on connait son numéro IMEI. Il est possible de le connaitre en introduisant le code suivant sur le clavier de son téléphone:

*#06#

Historiquement la carte SIM servait encore à sauvegarder l’annuaire des numéros de téléphone et les SMS. Mais actuellement au vue de la faible mémoire en comparaison avec celle du smartphone. Cette fonction n’est plus très utilisée.

eSIM

Avec le temps, les cartes SIM (Subscriber identity/Identification Module) deviennent de plus en plus petites et maintenant virtuelles. C’est ce que l’on appelle des eSIM.

Les eSIM sont utilisées de nos jours comme façon de se connecter à plusieurs réseaux en même temps. Ce qui est pratique pour voyager dans différents pays avec plusieurs opérateurs.

Téléphonie mobile à l’intérieur de la maison

On est pas obligé d’avoir un opérateur pour avoir un service de téléphonie mobile. On peut se le créer soi même grâce au système DECT.

Digital Enhanced Cordless Telecommunications

C’est un protocole qui fonctionne dans la bande de 1880-1900 MHz. (uplink Dowlink)

• débit: 32kbit/s
• 12 communications par station de base
• portée: ~30 à 50m en intérieur
• portée à l’extérieur: 300m ou plusieurs km si l’on a une infrastructure.

On peut aussi avoir une infrastructure de type cellulaire.

En terme technique quand on parle de « handover » quand on passe d’une cellule à une autre.

On parle de roaming quand on passe d’un opérateur à un autre.

Pour avoir des téléphones et des bases DECT compatible entre différentes marques. Il est nécessaire de choisir du matériel qui suit la norme GAP: Generic Access Profile.

Doc DECT Gigaset…

Une oreillette DECT coûte souvent beaucoup plus cher que la version bluetooth simple.

Propagation et atténuation des ondes

La propagation des ondes électromagnétiques n’est pas la même suivant les milieux traversés. Une onde électromagnétique se propage à la vitesse de la lumière dans le vide. Mais sur Terre, elle n’est pas dans le vide.

Voici quelques indications à propose de l’ordre de grandeur d’atténuation d’une onde électromagnétique selon les matériaux.

Sur une puissance de 100% à l’entrée d’un mur, voici la proportion de puissance qu’il reste à de l’autre côté:

• Bois: 30%
• Brique: 10%
• Béton armé: 1%
• Métal: 0,01%

Pour les canaux wifi il est nécessaire de faire attention à ce que les canaux se superposent le moins possible.

Divers systèmes de réseaux sans fil

Voici quelques exemples de moyens de communications sans fil:

• Bluetooth (BLE, la version Bluetooth Low Energy) → conçu pour l’audio et périphérique à courte distance ~ 10m. Pratique pour oreillette, micro avec kit mains libre, garniture de téléphonie.
• Wifi → ou WLAN, le réseau local sans fil.
• LoRa WAN → 50kb/s pour 5km à 15km. Surtout pour IoT → voir rapport à propos de LoRa
• RFID → Grande famille d’identification par radio. (avion à la base, logistique)
• NFC → RFID en mode proche quelques centimètres. Paiement sans contact, carte de visite sans contact.
• ZigBee → domotique (lampe)
• Z-Wave → domotique IoT

Chap 14 – Système coaxiaux

support de cours – chap 14 – Système coaxiaux

A la fin des années 1970 et début 1980, beaucoup de commune de Suisse ont installé des réseaux de câbles pour transmettre la télévision. Historiquement, la TV était transmise via des ondes électromagnétiques. Mais la qualité était très variables.

Avec le téléréseau, la qualité est augmentée et l’offre est augmentée de nombreuses chaine de Tv + la radio.

Le principe est simple. Il suffit de capter un signal quelque part de bonne qualité – par exemple avec des antennes paraboliques qui captent le signal satellite – puis de l’acheminer chez tout le monde, en faisant passer un câble coaxial à travers tous le village.

La topologie de base du téléréseau est un bus. Avec l’arrivé d’Internet sur le téléréseau vers 1998-2000 la topologie a été complètement revue.

En effet, on est passé d’un service qui est une diffusion dans un seul sens avec des canaux identiques pour tout le monde, à une communication bidirectionnelle est personnalisée.

Il y a maintenant des fibres optiques qui s’approchent de plus en plus de l’utilisateur final, et le câble coaxial est installé selon une topologie en étoile dans les bâtiments.

Canaux et bande passante

Comme nous l’avons vu dans le chapitre 7 du câblage universel, une ligne de transmission comporte toujours deux fils. Il est possible de transmettre plusieurs signaux différentes sur un câble en créant des canaux à des fréquences de base différentes. C’est le principe de la modulation. (voir chapitre 15)

Ainsi le téléréseau (CATV) dispose d’une bande passante avec des canaux. La bande passante, c’est l’intervalle entre deux fréquences à disposition. C’est un peu comme l’espace à disposition pour faire passerune route (route = canal).

Le câble coaxial est meilleur que la paire de cuivre du téléphone pour monter en fréquence. La bande passante est plus large. Il est ainsi possible de mettre un plus grand nombre de canaux sur le même câble.

Atténuation

Une ligne de communication basée sur le cuivre comporte toujours deux fils. Plus la longueur des fils est grandes plus il y a un effet de résistance qui augmente. Deux fils conducteur séparé par un isolant, c’est un peu comme un condensateur !

Plus on monte en fréquence plus un condensateur devient passant. Ainsi nous avons un court circuit entre les deux lignes.

Voici les deux effets principaux qui font qu’il y a une certaine atténuation qui se fait sur ma ligne. Le signal de sortie est plus faible que mon signal d’entrée.

On peut quantifier cette atténuation en faisant le rapport des Puissances à la sortie et à l’entrée.

Si je perd trop de puissance, alors je vais mettre un amplificateur pour augmenter la puissance du signal.

Je peux ainsi voir le rapport comme une atténuation A ou une amplification, un gain G. C’est juste le rapport inversé. Ici on va privilégier l’Atténuation.

Si l’on regarde les valeurs des puissances en jeu. Il y a une énorme différence qui est difficile à montrer sur une échelle linéaire.

Voici une métaphore avec les orbites des planètes du système solaire. La plupart des représentations graphiques sont fausses !!

La plupart des planètes sont proches du soleil. J’ai un tas où je vois rien sur mon image. Si je veux faire un planétarium dans mon jardin, je vais avoir la moitié des planètes et du soleil sur les 3 premiers mètre de mon jardin et j’irai 70m plus loin pour poser Neptune. C’est pas très pratique

Ainsi, pour avoir un affichage utilisable et avec une échelle non fantaisiste on va utiliser une échelle logarithmique.

Sur cette échelle une distance qui vaut 1 dans la première tranche vaut 10 dans la deuxième et 100 dans la 3ème et 1000 dans la 4ème… ainsi tout passe lisiblement.

Décibel – échelle logarithmique

Ainsi on peut représenter nos atténuations correctement par rapport à la valeur totale de la puissance du signal. On invente une nouvelle unité, le Bel en l’honneur de Alexandre Graham Bell UN des inventeurs du téléphone.

C’est bien mais c’est encore trop gros, on va donc utiliser un dixième de Bel, le déciBel [dB].

Mon atténuation de Puissance va donc s’écrire:

On peut donc établir une correspondance entre mon échelle logarithmique et mes rapports.

Décibel [dB]	Rapport
20 dB	x 100
10 dB	x 10
6 dB	x 4
3 dB	x 2
0 dB	Signal identique
-3 dB	1/2
-6 dB	1/4
-10 dB	1/10
-20 dB	1/100

Si on se souvient de la loi d’ohm on peut retrouver la puissance en fonction de la tension et la résistance:

Si on réfléchi bien, la résistance ne change pas. Seulement la tension change. De plus la puissance c’est dur à mesurer, il faut isoler la ligne pour la mesurer !

Alors que le niveau, la tension, c’est facile à mesurer localement. Avec deux niveaux différents j’ai la valeur de mon atténuation.

Donc au lieu d’exprimer l’atténuation en puissance, je vais l’exprimer en fonction du niveau de tension. (grâce aux propriétés mathématiques des logarithmes on peut passer le 2 qui vient du U² devant toute l’expression. Le log permet de transformer des puissances en produit )

Décibel [dB]	Rapport
60 dB	x 1000
40 dB	x 100
20 dB	x 10
6,02 dB	x 2
3 dB	x √2

Donc -26 dB = -20dB -6dB → /10 et encore /2 = /20

Atténuation de passage

Voilà, on a maintenant une unité de mesure, le décibel [dB], qui permet d’indiquer ce qu’on perd comme niveau de signal chaque fois qu’on parcours une certaine distance de câble et/ou qu’on traverse des composants réseaux commes des prises, des répartiteurs ou des distributeurs.

Même si tout ce cheminement pour comprendre les logarithmes est compliqué, en fait, à l’usage c’est simple. On ne fait que des additions au lieu de faire des multiplication. C’est aussi une des propriétés des logarithmes, de transformer des multiplications en addition.

Donc l’exercice principal qui est fait dans l’installation d’un réseau de TV, c’est d’additionner des atténuations depuis le niveau d’entrée et d’arriver à la fin à un niveau déterminé pour une prise.

Le niveau normalisé pour une prise doit se situer entre 63BµV et 73dBµV.

Echelle relative, échelle absolue, dB et dBµV

aaaarg, mais c’est quoi ce signe bizarre qui s’ajoute à dB… µV ??

Ouais… en fait, y’avait encore une subtilité ! (oui, je sais les dB c’est pas simple..)

C’est une question d’échelle relative ou absolue. Pour bien comprendre je vais faire une métaphore avec les altitudes.

Le parcours d’un signal sur un câble de téléréseau, c’est un peu comme le parcours d’un ruisseau qui descend une montagne pour rejoindre le lac.

Voici le profil d’altitude entre le réservoir de la montagne de Boudry et le bord du lac.

Le réservoir est à 850m d’altitude, le lac est à 430m d’altitude. La dénivellation est donc de 850 -430 = 420m.

L’altitude est définie par une référence fixe, absolue depuis le niveau de la mer.
La dénivellation se calcule à chaque fois. C’est la différence de niveau entre deux points.

Pour le niveau d’un signal TV, c’est pareil.
Le niveau absolu (équivalent de l’altitude) s’exprime en dBµV.
L’atténuation – la différence de niveau – s’exprime en dB.

Mesurer un niveau en dBµV me permet de faire qu’une seule mesure de niveau et je la compare avec une référence absolue qui est ici la valeur de 1µV.

C’est une pratique courante avec les décibel des les comparer à une valeur de référence. Il faut bien vérifier de comparer ce qui est comparable.

Donc voilà, c’est tout simple. J’ai des niveaux absolus en dBµV au début et à la fin, dans ma prise. Le parcours de mon signal est semé d’embûches, ainsi il y a des atténuations et parfois une amplification. J’additionne les atténuations successive et j’ai ma différence de niveau globale.

Composants

Le composant principal du téléréseau, c’est le plus visible, c’est la prise.

Chaque prise est caractérisée par:

• une atténuation de passage (par ex: 1,3 dB de moins en traversant la prise pour vers une autre)
• une atténuation de raccordement. (par ex: 19dB pour DD19 ou 11dB pour DD11)

La distribution du signal dans le câble TV est similaire à la distribution d’eau dans des fontaines. On passe d’un niveau à un autre, toujours plus bas.

Si l’on observe des fontaines, on peut constater qu’il y a 2 types de bassins:

• Il y a le bassin alimenté par le résau de distribution d’eau via un goulot.
• Il y a le bassin alimenté par le bassin supérieur.

Si quelqu’un s’avise de faire sa lessive dans le bassin supérieur, toute l’eau savoneuse va passer dans le bassin inférieur directement alimenté.

On peut en conclure que d’alimenter un réseau par une cascade de bassin c’est prendre le risque d’une pollution de l’eau.

Ainsi on distribue l’eau dans une canalisation, puis des bassins locaux via des robinets et un jet d’une grande hauteur.

C’est pareil pour la distribution d’un signal CATV. Chaque prise (le bassin) est alimenté à la suite d’une chute du niveau du signal.

Ainsi si un appareil est défectueux et pollue le signal (je fais ma lessive) la pollution ne remonte pas le niveau du réseau de distribution.

Le dérivateur et le distributeur.

Des composants qui se ressemblent beaucoup. Mais ne sont pas pareils, attention !

Le distributeur c’est comme le noeud d’un branche d’arbre ou plusieurs branchent se divisent depuis un tronc commun.

Le dérivateur, c’est pour extraire, dériver d’un câble une nouvelle branche.
On utilise un dérivateur quand on veut ajouter une prise sur le chemin d’une prise déjà présente. C’est la façon la plus simple.

De nos jours la recommandation est une topologie en étoile. Chaque prise à son propre câble depuis l’amplificateur (PEA) présent dans chaque appartement.

Puis l’amplificateur d’appartement est relié au point de remise de la maison (PRI).

La résistance de terminaison

Pour éviter les retours de signaux, il faut mettre en bout de câble (ou dernière prise) une résistance de terminaison de 75 Ohms.

Encore une fois on peut faire une analogie avec de l’eau. C’est comme quand je nage dans une piscine, je génère devant moi une vague et quand la vague arrive au bout de la piscine elle revient vers moi.

Pour les câbles c’est pareil.

Si je n’ai pas de résistance de terminaison j’ai un rebond et une double impulsion superposée.

L’astuce c’est de fraire croire que mon câble continue à l’infini. Donc je place en bout de câble une résistance de même impédance Z[Ω] que le câble et c’est gagné, plus de rebond !

Câble	Atténuation	pour 100m de câble
	50 MHz	860 MHz
MK96A	4,1 dB	17,9 dB
MK76	5,7 dB	24,5 dB

Diffusion Vidéo Numérique – Digital Video Broadcasting

Il y a plusieurs techniques très proches pour diffuser de la vidéo, principalement pour la télévision. On parle de Digital Video Broadcasting.

Ci-dessus nous avons évoqué le câble TV, mais il est aussi possible d’envoyer la TV numérique par satellite, ou encore par faisceau hertziens terrestres: la TNT, (Télévision Numérique Terrestre)

Techniquement on a donc 3 normes de Digital Video Broadcasting:

• DVB-C → Vidéo par Câble CATV.
• DVB-T → Vidéo par faisceau hertzien Terrestre
• DVB-S → Vidéo par Satellite

Généralement on transmet des données vidéo au format MPEG-2 comme sur un DVD. Mais plus récemment aussi en MPEG-4.

En Suisse, la TNT a été mise en place en 2003-2004 pour remplacer l’émission analogique de TV qui était en place depuis 1954.

Mais au vue de la faible utilisation, la TNT a été désactivée en 2019.
Cependant les frontaliers, surtout dans le grand Genève ont été mécontent de ne plus recevoir la RTS. Ainsi un accord a été trouvé pour financer la TNT dans la région de Genève et autour du Chasseral pour 3 ans.

A la fin des 3 ans, seul les émissions autour de Genève sont conservées.

Chap 15 – Système de transmission

chap 15 – Système de transmission

Modulation

La modulation d’un signal permet de transporter un signal sur une plus longue distance qu’il ne pourrait le faire directement. (en bande de base)

Par exemple, un signal d’un réseau informatique LAN Ethernet ne peut aller au delà de 100m. Ainsi pour se connecter à Internet via une ligne de téléphone, on passe par une modulation. On utilise le protocole VDSL.

Grâce à la modulation on peut ainsi passer d’une portée de 100m à plusieurs kilomètres. (~3Km avec du VDSL2)

Pour la transmission par onde radio on utilise aussi beaucoup les modulations. Si on envoyait directement le signal d’un micro par les ondes hertziennes on ne pourrait faire de la radio très loin. Donc on utilise une modulation.

La modulation est un mélange de 2 signaux:

• le signal d’information utile
• la porteuse

Lorsque l’on veut écouter une station radio, on sélectionne sa fréquence porteuse sur le poste de radio. Par ex: 90.4 MHz pour fréquence Banane. (1 mois par an)

Voici une liste de fréquences radio utilisée dans la région neuchâteloise.

Les types de modulations

Il existe plusieurs manières de mélanger un signal et une porteuse. Historiquement c’est la modulation d’amplitude AM qui s’est faite en premier, puis a suivi la modulation de fréquence FM.

Depuis 2025, la RTS ne diffuse plus en FM, il faut écouter la radio en DAB+.

Au fil du temps, on est passé de la modulation analogique à la modulation numérique.

Chap 16 – DIT

Bases légales

La personne qui offre, met sur le marché ou met en service une installation de télécommunication doit veiller à ce que celle-ci corresponde aux règles reconnues de la technique des télécommunications.

Art 31. al 4 de la LTC

• (LTC) Loi sur les télécommunications
• (OST) Ordonnance sur les services de télécommunication
• (OIT) Ordonnance sur les Installation de télécommunication
• (OOIT) Ordonnance de l’OFCOM sur les Installation de télécommunication
• (DIT) Directive pour les Installation de Télécommunication. (édité par eit.swiss et payant.)

Cours sur eit cockpit…

• DIT
• DC chap1 Directive de Câblage – Intro
• DC chap2 Design – Description des prestations (cahier des charges)
• DC chap3 Planification
• DC chap4 Exécution
• DC chap5 Exploitation
• DC chap6 Glossaire

Exercice:

Chaque groupe prend une loi (ou ordonnance) et répondez aux questions suivantes. (Pas besoin de lire les lois en entier, juste les titre des chapitres)

• Quels sont les chapitres importants pour les installateurs?
• Quel est le contenu des chapitres les plus importants?
• Qu’est-ce qui vous a frappé en lisant le contenu?

Exercice:

Établir une checklist de ce à quoi il faut faire attention: