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Le bruit, une des limites des transmissions sans fil - Par : Jérôme Leclère,

Le bruit, une des limites des transmissions sans fil


Cet article a été écrit dans le cadre du concours plume de science catégorie adulte 2018. Il a remporté la troisième place.

http://www.sciencepresse.qc.ca/blogue/24-heures-science/2018/07/19/bruit-limites-transmissions-fil

Jérôme Leclère
Jérôme Leclère Profil de l'auteur(e)
Jérôme Leclère est chercheur postdoctoral au laboratoire LASSENA. Il a auparavant obtenu son Ph. D. à l’EPFL (Suisse) sur l’acquisition des signaux GNSS. Il a également participé au développement de récepteurs GPS et GNSS sur FPGA.
Programme : Génie aérospatial 

L’image d’en-tête a été achetée sur Istock.com et est protégée par des droits d’auteurs.

 

Les transmissions sans fil sont omniprésentes dans notre quotidien, notamment avec les téléphones, le Wi-Fi, la télévision et le GPS. Le débit des transmissions augmente régulièrement grâce aux avancées technologiques et à l’utilisation de fréquences plus élevées. Jetons un œil à l’un des principaux facteurs qui limitent ce débit : le bruit.

En langage courant, le bruit est un ou plusieurs sons qui viennent perturber notre audition. L’idée est la même pour les transmissions. Pour comprendre l’origine du bruit, intéressons-nous à ce qui le compose, à la température et au courant électrique.

La température est liée au mouvement des particules. Sans aucun mouvement, la température est minimale, avec −273,15 °C (0 kelvin) : il s’agit du zéro absolu. Nos températures habituelles indiquent donc de nombreux mouvements au niveau microscopique.

Quant au courant électrique, c’est un flux d’électrons qui circule dans un matériau conducteur. Ce flux d’électrons est habituellement issu d’un générateur (pile, batterie, alternateur, panneau solaire…) et est « organisé », c’est à dire qu’il est constant ou qu’il suit un motif précis (p. ex. sinusoïdal ou carré).

Maintenant, lions ces deux notions. Lorsqu’un matériau conducteur est à température ambiante, ses particules sont en mouvement et des électrons circulent à l’intérieur, créant alors un courant électrique. Le flux d’électrons n’est pas « organisé » : le signal électrique est aléatoire et ne contient pas d’information (voir 1ere figure). C’est donc une nuisance, c’est pourquoi on l’appelle « bruit ». Ce bruit particulier est appelé bruit thermique.

Par conséquent, tout récepteur crée du bruit qui vient se superposer aux signaux utiles qu’il reçoit. Ce bruit est extrêmement faible, de l’ordre du femtowatt (millionième de milliardième de watt), mais comme les signaux reçus par transmission sans fil sont également très faibles, le bruit n’est absolument pas négligeable. Pour preuve, la figure représente en fait un signal GPS masqué par le bruit dont la puissance est cent fois supérieure. La conséquence directe est la possibilité d’erreurs lors de la transmission; il faut alors faire un compromis entre le débit désiré et l’erreur tolérée.

Toutefois, le bruit ne fait pas n’importe quoi non plus. Comme tout phénomène aléatoire, tel que le résultat d’un lancer de dé ou la taille d’un individu, il répond à certaines règles liées aux probabilités et statistiques. Par exemple, lorsqu’on observe l’histogramme de l’amplitude du signal (figure du milieu), c’est à dire la répartition de l’amplitude, nous apercevons un motif bien connu : une Gaussienne. C’est grâce à ces règles que l’on sait caractériser le bruit et calculer sa puissance, afin de prédire les performances d’une transmission et d’estimer le débit atteignable.

Influence du bruit sur un signal de télécommunication

Information supplémentaire

Cet article a été soumis au concours de journalisme scientifique Plume de science, organisé par Science pour tous dans le cadre du 24 heures de science 2018, et a obtenu la 3e place dans la catégorie adulte. Les articles lauréats peuvent être consultés sur le blogue de Science pour tous sur le site de l’Agence Science Presse.

Jérôme Leclère

Profil de l'auteur(e)

Jérôme Leclère est chercheur postdoctoral au laboratoire LASSENA. Il a auparavant obtenu son Ph. D. à l’EPFL (Suisse) sur l’acquisition des signaux GNSS. Il a également participé au développement de récepteurs GPS et GNSS sur FPGA.

Programme : Génie aérospatial 

Laboratoires de recherche : LASSENA – Laboratoire des technologies spatiales, systèmes embarqués, navigation et avionique 

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