Calculateur de transmission – Puissance du signal et débit

L'analyse de la transmission du signal est un pilier de l'ingénierie des télécommunications. Chaque fois qu'une énergie électromagnétique est émise par une antenne, elle se propage dans les trois dimensions et sa densité de puissance diminue avec le carré de la distance à la source. Comprendre ce comportement — et les limites qu'il impose à la conception des systèmes de communication — est essentiel pour les ingénieurs qui conçoivent des réseaux WiFi, des stations de base cellulaires, des liaisons satellites, de la radio de diffusion et des systèmes radar. La métrique la plus importante dans un bilan de liaison est la perte de trajet en espace libre (FSPL). Pour un signal parcourant une distance d à la fréquence f dans un environnement dégagé, FSPL (en décibels) = 20·log₁₀(d) + 20·log₁₀(f) − 147.55, où d est en mètres et f en hertz. La perte de trajet n'est pas une perte dissipative ; c'est simplement la conséquence du front d'onde sphérique qui dilue l'énergie transmise sur une surface de plus en plus grande. Les signaux à plus haute fréquence perdent proportionnellement plus de puissance que les signaux à plus basse fréquence à la même distance, car leur longueur d'onde est plus courte — l'ouverture effective de l'antenne occupe une plus petite fraction de la sphère en expansion. La puissance reçue est alors : Pr (dBm) = Pt (dBm) + Gt (dB) + Gr (dB) − FSPL (dB), où Pt est la puissance transmise, Gt le gain de l'antenne d'émission et Gr le gain de l'antenne de réception. Ce calculateur suppose, pour simplifier, que la même antenne est utilisée aux deux extrémités. Le gain d'antenne ne crée pas de puissance ; il la concentre dans une direction particulière. Une antenne de 15 dB de gain concentre la puissance comme un projecteur par rapport à la référence isotrope, ce qui revient à multiplier la puissance de l'émetteur par un facteur d'environ 31. Le rapport signal/bruit (SNR) est calculé en comparant la puissance reçue à la puissance de bruit thermique N = k·T·B, où k est la constante de Boltzmann (1.38 × 10⁻²³ J/K), T la température de bruit (290 K standard) et B la bande passante. Une bande passante plus large capte davantage de bruit, ce qui explique pourquoi les systèmes à large bande exigent une puissance de signal bien plus élevée que les systèmes à bande étroite pour obtenir le même SNR. Le théorème de Shannon-Hartley fixe une borne supérieure fondamentale au débit d'information pouvant être transmis de manière fiable sur n'importe quel canal : C = B·log₂(1 + SNR). Ce maximum théorique, appelé capacité de Shannon, ne peut jamais être dépassé, quelle que soit la sophistication du schéma de modulation et de codage. Les systèmes modernes comme 5G NR et Wi‑Fi 6 utilisent une modulation et un codage adaptatifs qui s'approchent de cette limite à quelques dixièmes de dB près dans de bonnes conditions de canal. Le rapport entre la capacité de Shannon et la bande passante, appelé efficacité spectrale, indique combien de bits par seconde et par hertz le canal peut théoriquement fournir. La comparer à l'efficacité réelle du débit permet de voir avec quelle efficacité le système exploite son spectre disponible.