La télécommunication consiste à transférer des informations d’un endroit à un autre. Cela inclut de nombreuses formes d’informations : conversations téléphoniques, signaux télévisés, fichiers informatiques et autres types de données. Pour transférer ces informations, il est nécessaire d’établir un canal entre les deux endroits. Celui-ci peut être constitué d’une paire de fils, d’un signal radio, d’une fibre optique, etc. Les entreprises de télécommunication reçoivent une rétribution pour le transfert des informations de leurs clients, tout en devant payer pour établir et maintenir le canal. Le principe financier est simple : plus elles peuvent faire passer d’informations par un seul canal, plus elles gagnent d’argent.
Le traitement numérique du signal (DSP) a révolutionné l’industrie des télécommunications dans de nombreux domaines : génération et détection de tonalités de signalisation, décalage de bande de fréquence, filtrage pour éliminer le bruit de ligne électrique, etc. Trois exemples spécifiques du réseau téléphonique seront discutés ici : la multiplexage, la compression et le contrôle d’écho.
Multiplexage
Il y a environ un milliard de téléphones dans le monde. En appuyant sur quelques touches, les réseaux de commutation permettent de connecter n’importe lequel de ces téléphones à un autre en quelques secondes seulement. L’ampleur de cette tâche est stupéfiante ! Jusqu’aux années 1960, une connexion entre deux téléphones nécessitait le passage des signaux vocaux analogiques à travers des commutateurs mécaniques et des amplificateurs. Une connexion nécessitait une paire de fils. En comparaison, le DSP convertit les signaux audio en un flux de données numériques. Étant donné que les bits peuvent être facilement entrelacés et séparés ultérieurement, de nombreuses conversations téléphoniques peuvent être transmises sur un seul canal. Par exemple, une norme téléphonique connue sous le nom de système T-carrier peut transmettre simultanément 24 signaux vocaux. Chaque signal vocal est échantillonné 8000 fois par seconde à l’aide d’une conversion analogique-numérique compandée (compressée logarithmiquement) de 8 bits. Cela se traduit par une représentation de chaque signal vocal en tant que 64 000 bits/seconde, et les 24 canaux sont contenus dans 1,544 mégabits/seconde. Ce signal peut être transmis sur environ 6000 pieds en utilisant des lignes téléphoniques ordinaires en fil de cuivre calibre 22, une distance typique d’interconnexion. L’avantage financier de la transmission numérique est énorme. Les fils et les commutateurs analogiques sont coûteux ; les portes logiques numériques sont bon marché.
Compression
Lorsqu’un signal vocal est numérisé à 8000 échantillons/seconde, la plupart des informations numériques sont redondantes. Autrement dit, les informations transportées par un échantillon sont largement dupliquées par les échantillons voisins. Des dizaines d’algorithmes de DSP ont été développés pour convertir les signaux vocaux numérisés en flux de données nécessitant moins de bits/seconde. On les appelle les algorithmes de compression de données. Des algorithmes de décompression correspondants sont utilisés pour restaurer le signal dans sa forme d’origine. Ces algorithmes varient en termes de compression réalisée et de qualité sonore obtenue. En général, réduire le débit de données de 64 kilobits/seconde à 32 kilobits/seconde ne provoque aucune perte de qualité sonore. Lorsqu’il est compressé à un débit de données de 8 kilobits/seconde, le son est perceptiblement affecté, mais reste utilisable pour les réseaux téléphoniques longue distance. La compression la plus élevée possible est d’environ 2 kilobits/seconde, ce qui entraîne un son fortement déformé, mais utilisable pour certaines applications telles que les communications militaires et sous-marines.
Contrôle d’écho
Les échos sont un problème sérieux dans les liaisons téléphoniques longue distance. Lorsque vous parlez dans un téléphone, un signal représentant votre voix se dirige vers le récepteur de connexion, où une partie de celui-ci revient sous forme d’écho. Si la connexion se trouve à quelques centaines de kilomètres, le temps écoulé pour recevoir l’écho est seulement de quelques millisecondes. L’oreille humaine est habituée à entendre des échos avec de petits délais temporels, et la connexion semble tout à fait normale. À mesure que la distance augmente, l’écho devient de plus en plus perceptible et irritant. Le retard peut atteindre plusieurs centaines de millisecondes pour les communications intercontinentales, ce qui est particulièrement gênant. Le traitement numérique du signal résout ce type de problème en mesurant le signal renvoyé et en générant un antisignal approprié pour annuler l’écho gênant. Cette même technique permet aux utilisateurs de haut-parleurs de s’entendre et de parler en même temps, sans lutte contre les réactions audio (grésillements). Elle peut également être utilisée pour réduire le bruit environnemental en l’annulant avec un antinoise généré numériquement.
Avec le traitement numérique du signal, les télécommunications ont connu une évolution spectaculaire, permettant des avancées significatives dans la transmission et la qualité du son. Que ce soit pour la multiplexage, la compression ou le contrôle d’écho, le DSP s’est imposé comme une technologie incontournable dans l’industrie de la télécommunication. En mettant en œuvre ces techniques, les entreprises de télécommunication peuvent offrir des services plus efficaces et rentables, tout en améliorant l’expérience de leurs clients.
