Les fonctions de la couche Physique

1. Le signal

La télécommunication, c’est-à-dire la communication à distance, s’opère au travers d’un média. C’est un milieu physique facilitant la transmission de l’information appelée « signal » (souvent concrétisée par une onde de nature électromagnétique ou un signal lumineux).

Aux deux extrémités d’une télécommunication, peuvent se manifester des organes permettant l’inscription de l’information dans le signal, ou l’extraction de l’information à partir du signal. Ces organes sont appelés transducteurs. Quelques exemples de transducteurs : microphone, haut-parleur, caméra, écran, capteur, actionneur…

On pourrait conclure hâtivement que c’est la présence d’information qui fait la distinction entre le signal et le bruit. Ce n’est pas toujours le cas car un signal porteur d’information incompréhensible par celui qui l’écoute sera perçu comme un bruit. Et même lorsqu’il est compréhensible, il peut être perçu comme un bruit par ceux qui l’entendent sans en être les destinataires.

Un câble réseau qui ordinairement comporte quatre paires est susceptible de transporter quatre flux d’informations distincts dans un sens ou dans l’autre. Chaque paire transporte son signal, entaché de bruit provoqué par la proximité des trois autres paires pour peu que celles-ci transportent également un flux d’informations.

2. La nature des signaux

La couche Physique est responsable de la définition des médias qui ont pour fonction de servir de support au transport des informations. Ces médias peuvent se manifester sous trois principales formes :

La forme électrique dans un câble Ethernet classique par exemple.
La forme optique, que l’on trouve dans les fibres optiques.
La forme radio. On parle ici bien sûr d’accès sans fil comme le Wi-Fi.

C’est sur cette couche que les méthodes qui permettent de transmettre les données sur l’un de ces supports sont définies.

3. Les types de signaux

a. Analogique

Le monde qui nous entoure est rempli de différents...

Le média cuivre

Ce que l’on dénomme communément le média cuivre se réfère aujourd’hui aux paires torsadées qui composent un câble Ethernet.

Ce type de câble possède un connecteur normalisé RJ45, RJ signifiant Registered Jack et 45 correspondant au numéro du standard.

Connecteur RJ45

En réalité la dénomination média cuivre couvre plus que ce type de câble qui est le plus utilisé de par le monde aujourd’hui. Cette dénomination couvre en réalité toute une plage de types de câbles qui ont été utilisés dans le passé, qui sont utilisés aujourd’hui mais qui partagent tous le même critère commun : le conducteur est l’élément cuivre.

Le choix du cuivre a été fait car le cuivre est un métal peu coûteux, que l’on peut facilement se procurer et surtout il n’oppose qu’une faible résistance aux courants électriques qui vont être nécessaires pour transporter l’information.

Les câbles composés de cuivre partagent également un certain nombre de propriétés communes :

Une faible résistance (une résistance nulle correspondrait à un court-circuit !). Le signal a donc tendance à se dégrader avec la distance parcourue. Ce phénomène s’appelle l’atténuation.
Par la nature du type de transmission (signal électrique, lumineux...), ces câbles sont sujets à deux sources majeures d’interférences :

Les interférences électromagnétiques (EMI en anglais) dont l’impact est la distorsion du signal électrique transmis. Ces interférences peuvent être émises par différentes sources, par exemple une ligne haute tension ou un micro-ondes.
La diaphonie (Crosstalk en anglais) est un phénomène de perturbation électrique généré par la transmission électrique d’un câble sur un autre. Ainsi à l’intérieur d’un câble composé de quatre paires, deux câbles adjacents peuvent interférer avec le signal du câble voisin à cause du phénomène d’écho...

Le média optique

La lumière désigne ordinairement la partie visible par l’œil humain du spectre électromagnétique, c’est-à-dire les ondes dont les longueurs sont comprises entre 400 nanomètres (nm) (violet) et 800 nanomètres (rouge) :

Longueur d’onde

Les longueurs d’onde utilisées dans le domaine des réseaux sont dans l’infrarouge : 850, 1 300 et 1 550 nm, ce afin de minimiser l’affaiblissement provoqué par les fibres optiques.

Dans la partie droite de l’illustration, le cylindre transparent guide le faisceau de lumière. La réflexion est :

Totale parce que, à chaque réflexion, peu ou pas de lumière s’échappe du cylindre.
Interne parce que toutes les réflexions se font à l’intérieur du cylindre.

Cette réflexion ne se produit que sous certaines conditions :

La lumière doit se propager dans un milieu à fort indice de réfraction (eau, verre, plastique…).
Ce milieu doit être entouré par un milieu à faible indice de réfraction comme l’air.
La lumière doit frapper la surface de séparation des deux milieux selon un angle faible.

Pour qu’une transmission par fibre soit possible, il a fallu l’invention du laser (1960) puis il a fallu maîtriser la construction d’une fibre qui présente un affaiblissement acceptable (1970, 20 dB/km). De nos jours, on sait construire des fibres en silice (la silice étant beaucoup plus transparente que le verre), dont l’affaiblissement ne dépasse pas 0,2 dB/km à la longueur d’onde de 1 550 nm. Après un trajet de 100 km, la puissance récupérée sur le récepteur correspond encore à 1 % de la puissance émise. Les avantages à utiliser des fibres en lieu et place des câbles cuivre traditionnels sont nombreux :

Faible atténuation permettant des distances de transmission sans régénération très grandes (permet d’espacer les répéteurs sur des liaisons grande distance tels les câbles transatlantiques).
Bande passante élevée et encore accrue depuis que l’on réalise un multiplexage en longueur...