compandage

Le companding est une technique de traitement du signal qui réduit le bruit en compressant le signal à l'émetteur et en l'élargissant au récepteur. Le nom, une contraction de compression-expansion, décrit le cycle complet. Dans les applications énergétiques et de services publics, en particulier dans les systèmes de télémétrie et SCADA distants, le companding protège les signaux faibles parcourant de longues distances sur des canaux bruyants, qu'il s'agisse de porteuses de ligne électrique, de liaisons radio ou de fibres optiques. Un signal faible arrivant à une sous-station ou à un centre de contrôle peut être reconstruit avec une grande partie de son bruit filtrée, améliorant le rapport signal/bruit sans nécessiter plus de puissance de transmission.

La mécanique est simple : un compresseur à l'extrémité d'émission amplifie les détails de signal faibles tout en limitant les crêtes, créant une mise à l'échelle non linéaire. Les portions fortes sont supprimées ; les portions calmes sont amplifiées. Ce signal compressé est transmis tel quel. À l'extrémité de réception, un expanseur applique la transformation inverse, restaurant la plage dynamique du signal original tout en laissant le bruit en grande partie derrière. Parce que le bruit est généralement ajouté uniformément sur le chemin du signal, le compander préserve les informations de signal souhaitées tout en atténuant le bruit qui a été ajouté pendant la transmission.

Variantes et applications pratiques

Les schémas de companding diffèrent principalement par leur loi de compression. La loi Mu (utilisée en Amérique du Nord et au Japon) et la loi A (utilisée en Europe et dans la majeure partie du monde) sont les normes dominantes dans les télécommunications et les communications de services publics. La loi Mu utilise une courbe logarithmique avec une valeur mu de 255 ; la loi A utilise une approximation linéaire par morceaux. Les deux ont été normalisées par l'UIT pour permettre l'interopérabilité entre les fabricants d'équipements. Dans les systèmes analogiques de porteuses de ligne électrique, le companding améliore l'intelligibilité de la signalisation vocale et de données à des fréquences comprises entre 9 kHz et 500 kHz. Les implémentations numériques appliquent la courbe de compression aux signaux échantillonnés avant la transmission, puis l'expanseur après la réception.

Des problèmes surviennent lorsque les companders sont mal appariés : si un récepteur utilise la mauvaise loi d'expansion pour la compression appliquée, la sortie est déformée et inintelligible. Les concepteurs de systèmes doivent s'assurer que l'émetteur et le récepteur utilisent la même norme. Le companding fonctionne également mieux lorsque le signal est faible par rapport au bruit ; si le signal est déjà propre, le companding ajoute un traitement inutile et une légère distorsion. Dans les systèmes numériques modernes avec correction d'erreur directe et une plus grande disponibilité de bande passante, certains companding hérités ont été remplacés par des schémas de filtrage du bruit plus simples, bien que le companding reste intégré dans de nombreux réseaux de communication de services publics plus anciens.

Le companding diffère de la simple amplification car il est non linéaire et sélectif. Une simple augmentation de gain amplifierait le bruit de manière égale avec le signal. Le companding échange la fidélité de crête contre l'intelligibilité globale, un compromis intéressant dans la télémétrie de services publics bruyante où l'objectif est de détecter les changements d'état et les conditions de défaut, et non de préserver la perfection de la forme d'onde. La technique est également distincte de la compression de données ; le companding ne réduit pas la bande passante ou le débit de transmission, il améliore seulement la qualité du signal en présence de bruit.