La communication à une distance du même ordre de grandeur ou supérieure à lalongueur d'onde minimale du signal oblige à se préoccuper de la théorie deslignes de transmission.
On distingue généralement les signaux électriques par la nature de l'information qu'ils transmettent.
Dans un signalanalogique, la valeur de la grandeur électrique peut varier arbitrairement dans les limites définies par le canal de transmission[2] :
dans le cas général, cette grandeur varie dans le temps,s = F(t) ;
dans un signal de synchronisation[3], en particulier unsignal d'horloge, une forme d'onde prédéterminée transmet l'information sur le moment où doit survenir un évènement électrique,t = F(s).
Unsignal logique transmet une information qui ne peut avoir que deux valeurs,vrai oufaux[4],
un signal numérique transmet des informations prises dans un ensemble fini de valeurs possibles[5].
Le code Morse, premier signal électrique numérique :
Lecode Morse, inventé en 1832, associe à une séquence de variations dans le temps d'un signal logique un symbole, pris dans une liste de 54 possibles. Il constitue ainsi le premier signal électrique numérique.
Par ailleurs,
si on peut lire la valeur transmise à tout moment, le signal estasynchrone,
si la lecture de la valeur transmise ne doit se faire qu'aux instants déterminés par un signal de synchronisation, le signal estsynchrone.
Le signal peut transmettre une information soit continue, soit discrète. À l'heure actuelle, bien qu'il existe des signaux analogiques discrets et des signaux numériques continus, on trouve principalement des signaux analogiques continus — à l'exception notable de l'image vidéo analogique, qui est discrète et synchrone — et des signaux numériques discrets.
La conversion d'un signal continu en signal discret se fait par unéchantillonnage, où la valeur instantanée du signal est relevée à intervalles réguliers, suivi d'unequantification, qui fait correspondre à cette valeur la plus appropriée des valeurs possibles, et d'uncodage, qui transforme cette valeur en un arrangement de valeurs logiques.
Souvent, le signal complet se décompose en plusieurs composantes qui peuvent, soit se transmettre en parallèle sur plusieurs canaux, soit se combiner parmultiplexage dans un signal composite.
Exemple de signaux composites :
leson stéréophonique se compose d'un canal gauche et d'un canal droit ou d'un signal monophonique et d'un signal de différence entre gauche et droite ;
le signalVGA pour l'affichage sur écran d'ordinateur comporte cinq signaux analogiques en parallèle : les composantes (rouge, vert, bleu) de l'image, et deux signaux de synchronisation (horizontale et verticale) ;
le signal de la télévision comporte trois composantes colorées pour l'image (luminosité, différence rouge, différence bleue) et un canal sonore qui peut être stéréophonique, plus des canaux auxiliaires de synchronisation et éventuellement des canaux annexes pour les sous-titres, tous multiplexés dans un canal soit analogique, soit numérique.
On peut considérer qu'un signal numérique est un composite de signaux logiques transmis soit simultanément, soit séquentiellement, représentant chacun unbit de l'information numérique qu'il transporte.
En électronique, on utilise fréquemment des signaux qui transmettent une très faible quantité d'information, parfaitement connue, afin de vérifier le fonctionnement des circuits.
Pour les signaux analogiques, unsignal sinusoïdal permet de nombreuses mesures ; les signauxcarrés,triangulaires eten dents de scie peuvent avoir aussi quelque utilité. Les systèmes d'analyse automatisés utilisent souvent lechirp.
La mire de barres ou d'autresmires plus complexes servent pour l'essai d'ensemble de tous les canaux du signal composite de la télévision.
En informatique de réseau, leping est un signal d'essai qui ne transmet rien d'autre qu'une demande de réponse de la machine distante. C'était la fonction du signal télégraphique ou radiotélégraphique WRU (Who are you?)[6].
Les modèles mathématiques qui rendent compte des signaux analogiques considèrent des valeurs définies sur l'ensemble desnombres réels, de moins l'infini à plus l'infini, avec une précision temporelle infinie, et dans un temps infini. Les signaux électriques réels qui passent par des dispositifs matériels sont nécessairement limités :
Le plus simple des signaux d'horloge indique l'instant du déclenchement par une transition entre deux niveaux. Le temps de montée (ou de descente) de cet échelon est une caractéristique capitale du signal.
En télévision analogique, on utilise pour la synchronisation le signal composite d'une image noire.
les circuitsCMOS interprètent comme0 une tension d'entrée comprise entre 0 et un tiers de la tension d'alimentation, et comme1 une tension d'entrée comprise entre les deux tiers de la tension d'alimentation et celle-ci ;
la transmission encodage Manchester code 1 s'il y a une transition dans le signal alors que le signal d'horloge reconstitué est à 1, 0 dans le cas contraire.
Les caractéristiques des circuits indiquent lefan-out, c'est-à-dire la capacité de ceux-ci à fournir ou absorber du courant pour maintenir à leur sortie la tension correspondant à la valeur qu'ils doivent transmettre. La composition de circuits avec CMOS et TTL nécessite des adaptations pour éviter les niveaux intermédiaires, dont la signification est indéterminée.
Le codage en ligne concerne des signaux entransmission série, et utilisent le plus souvent des circuits d'interface.
Un signal électrique numérique peut se transmettre :
en parallèle sur plusieurs conducteurs ;
ou ensérie, les bits à la suite l'un de l'autre sur une seule paire de conducteurs (voirCodage en ligne).
Un signal électrique numérique se caractérise par son débit exprimé enbits par seconde.
Dans les liaisons série, on transmet en général le signal d'horloge en même temps que les données (par exemplecodage Manchester).
On transmet souvent plus de bits que nécessaire :
pour assurer une meilleure reconstitution de l'horloge (voir par exempleCodage 8b/10b) ;
et pour permettre de corriger, à partir de la redondance des informations, les erreurs de transmission (voirCode linéaire).
Pour augmenter le débit de la transmission, on utilise des protocoles deModem complexes qui créent plusieurs canaux sur le même câble et exploitent le plus possible leur bande passante analogique.
L'idée d'utiliser l'électricité pour transmettre des signaux suit de près sa découverte, au début duXVIIe siècle. En 1774,Georges-Louis Le Sage invente un télégraphe fonctionnant à l'électricité statique avec vingt-quatre conducteurs en parallèle. Les inventions de lapile électrique parVolta et de l'électroaimant parFrançois Arago vont permettre le développement du télégraphe, qui se développe de manière fulgurante à partir de 1840 avec le système deSamuel Morse, qui utilise un signal numérique série et non plus parallèle comme ses prédécesseurs. La télégraphie sans fil, avec une porteuse haute-fréquence interrompue, se développe à partir des travaux deGuglielmo Marconi dans les premières années duXXe siècle. Letéléphone qu'inventeAlexander Graham Bell en 1876 marque l'apparition d'un signal électrique analogique. À partir du signal d'appel du téléphone se développent de nombreux signaux logiques pour les portes d'entrées et autres applications du même ordre, perfectionnées en tableaux indicateurs. C'est de la même époque que date l'invention du signal d'horloge, qui synchronise des cadrans répartis dans une ville ou le long d'une ligne de chemin de fer, et les premiersautomates, qui traitent des signaux logiques, appliquant les règles de l'algèbre de Boole[7].
L'invention de latriode permettant l'amplification du signal permet le développement du téléphone à longue distance et l'apparition de laradiodiffusion des sons, à partir de 1920.
C'est dans la seconde moitié duXXe siècle que le développement de l'électronique permet la conversion de signaux analogiques en signaux numériques, à partir des considérations théoriques deHarry Nyquist etClaude Shannon dont lethéorème régit l'échantillonnage du signal, avant saquantification.
Frédéricde Coulon et MarcJuffer,Traité d'électricité vol. I, Introduction à l'électrotechnique, Lausanne, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes,
Frédéricde Coulon,Traité d'électricité vol. VI, Théorie et traitement des signaux, Lausanne, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes,
FrédéricCohen-Tenoudji,Analyse des signaux analogiques et numériques des bases aux applications, Paris, Ellipses,, 408 p.
↑H.de Graffigny,Les signaux électriques : historique de l'art des signaux, les signaux électriques sonores, les appareils d'appel, installation des réseaux de sonneries et tableaux indicateurs, Paris, Librairie des publications populaires,(lire en ligne)
