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Unite d’Enseignement L3 :Introduction aux telecommunications

Gilles Menez

Universite de Nice – Sophia-AntipolisDepartement d’Informatique

email : [email protected] : www.i3s.unice.fr/˜menez

31 janvier 2012: V 1.1

c©Gilles Menez 1

Le lien physique

Le lien physique

Avant de pouvoir transmettre un signal quelconque, il faut approfondir lanotion de � support physique �.

ß Comment realiser une transmission ?

ß Quelles sont les contraintes ?

ß . . .c©Gilles Menez 2

Le lien physique

Signaux de communication

Signaux de communicationUne information et 4 signaux :

À Le signal d’entree,

Á Le signal emis,

Â Le signal recu,

Ã Le signal de sortie.

Les signaux sont les supports de l’information que l’on souhaite transmettre.

4 Tout communication impose de ”passer” par la ”couche physique”.

4 L’utilisation d’un canal de communication necessite de preciser lessignaux ”emis” et ”recu”.

c©Gilles Menez 3

Le lien physique

Signaux de communication

Le monde n’est pas ideal !

ã Dans un monde ”ideal”, le signal d’entree serait strictement identique ausignal de sortie . . .

Mais le monde n’est pas ideal !

c©Gilles Menez 4

Le lien physique

Le canal

Le canalUn canal, ce n’est pas qu’un fil (ou tout autre support physique) !

ã Le canal comporte aussi differentsdispositifs : amplificateurs, cor-recteurs, egaliseurs, CAN, CNA quiont pour but d’exploiter au mieux unsupport physique de transmission(ou ligne).

Tous les composants de canal modifient (volontairement ou pas)l’information,

ã Ils introduisent un bruit de canal qui provoque des distorsions .

c©Gilles Menez 5

Le lien physique

Caracterisation du canal

Caracterisation du canal

Debit et Delai de transmission :

ã Le debit de transmission est defini comme le nombre de bits par sec-onde que peut transporter la ligne.

ã Le retard est le temps necessaire pour qu’un bit presente a l’entree dela ligne (emission) soit delivre a l’autre extremite de la ligne (reception).

On peut beneficier d’un debit important malgre un delai egalement important.

ã debit ligne satellite : 2 Mb/s, delai : 300ms

ã debit ligne louee PTT : 2400 b/s, delai : 10ms

Par extension, le debit est souvent appele ”bande passante”.

c©Gilles Menez 6

Le lien physique

Le retard du signal

Le retard du signal

Un canal de transmission ideal doit restituer a la sortie le meme signal qu’al’entree mais

ã un retard pur τ est inevitable a cause du temps de propagation

s(t) = e(t − τ)

ã Le temps de propagation n’est pas un ”defaut” de transmission mais unecaracteristique importante de la liaison qui varie selon la nature dumilieu et de l’equipement.

Quand la physique s’impose au logiciel :

Cette caracteristique joue un role fondamental dans le choix des methodes (etprotocoles deduits) de detection/correction d’erreurs que l’on abordera plusloin . . .

c©Gilles Menez 7

Le lien physique

Le retard du signal

Le retard du signalTemps moyen de propagation des differents supports :

ã Fibre optique : 0,54 ms par 100 km

ã Faisceau Hertzien : 0,38 ms par 100 km

ã Cable coaxial : 0,42 ms par 100 km

ã Cable en cuivre : 1,08 ms par 100 km

ã Satellite geostationnaire : 240 ms pour un bond (2 ∗ 120 ms)

ã Satellite a basse altitude : 10 ms pour un bond (2 ∗ 5 ms)

Temps de retard typique introduit par des equipements (un seul sens)

ã Multiplexage analogique : 2 ms

ã Commutateur numerique : 0,50 a 1,20 ms

ã Codeur MPEG-2 : 150 ms

ã Equipement MIC : 0,125 a 0,5 ms

ã Connexion numerique : 1,2 ms

ã Telephonie mobile : DECT 10 ms, GSM 90 ms

Les differents flux ne sont pas egaux devant le retard : interactivite ?

c©Gilles Menez 8

Le lien physique

Attenuation

Attenuation

L’attenuation est la reduction de l’amplitude et de l’energie d’un signal a traversle medium qu’il traverse :(http://en.wikipedia.org/wiki/Attenuation)

Cette perte peut se produire :

ã tout au long de son passage, comme dans l’atmosphere (e(longueur)),

ã ou par etapes comme dans un circuit electronique.

c©Gilles Menez 9

http://en.wikipedia.org/wiki/Attenuation

Le lien physique

Attenuation

Attenuation

La nature du medium influe sur l’attenuation au travers d’un coefficient propreau milieu : le ” coefficient d’extinction ” (en dB/Km).

ã Il est aussi appele coefficient d’attenuation .

Dans le cas d’une transmission filaire, l’attenuation est fonction de lasection (diametre) du fil de cuivre.

ã Plus la section est faible, plus la ligne sera sensible a l’attenuation.

Par exemple pour le calcul des attenuations d’une ligne ADSL, on considere,dans la bande de frequence utilisee, que :

ã cable 4/10 mm, affaiblissement theorique 15 dB par kilometre

ã cable 5/10 mm, affaiblissement theorique 12.4 dB par kilometre



c©Gilles Menez 10

Le lien physique

Attenuation

Attenuation et frequencePour un materiau donne, le coefficient d’attenuation (dB/m) est aussi unefonction de la frequence :

4 Ceci est crucial dans les medias (cuivre, atmosphere, . . . ) courammentutilises par les telecommunications !

Frequency dependent attenuation ofelectromagnetic radiation in standardatmosphere.

Standard atmosphere :

1013 hPa, 15˚C, 7.5 mg/m3 H20 vapor

on earth surface

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Micrwavattrp.png

c©Gilles Menez 11

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Micrwavattrp.png

Le lien physique

Attenuation

Mesure de l’Attenuation

L’attenuation est un facteur limitatif important dans les telecommunications

ã Mais il n’est pas aise de la calculer,

ã Car le medium du canal n’est pas toujours unique ni homogene.

Mesure :

Attenuation dB = 10log10Ps

Pe= 10log10

V 2s

V 2e

= 20log10Vs

Ve

L’attenuation devrait etre (sauf amplification) negative, puisque PS < Pe etdonc Ps

Pe≤ 1.

ã Mais souvent le ”moins” est omis !Et dans ce cas, plus elle est grande, plus PS < Pe, et plus la liaison vaetre difficile.

c©Gilles Menez 12

Le lien physique

Attenuation

Attenuation et obstacles

Dans le cas d’une transmission hertizienne :

L’attenuation est due non seulement a l’atmosphere,

ã mais egalement aux obstacles rencontres (edifices, relief, precipitations,etc.)

http://www.hdtvprimer.com/ANTENNAS/siting.html

c©Gilles Menez 13

http://www.hdtvprimer.com/ANTENNAS/siting.html

Le lien physique

Bande passante du canal

Largeur de bande de l’informationConsiderons un signal s(t), ayant une representation frequentielle S(f ).

Le spectre du signal est en particulier caracterise par l’encombrementfrequentiel :

ã C’est-a-dire la zone de frequence que le signal occupe, zone appeleelargeur de bande spectrale.

Pour tout signal reel s(t), on a un spectreborne pour lequel on peut definir :

ã une frequence minimale fm

ã une frequence maximale fMtelles que S(f ) = 0 pour toute f /∈ [fm, fM ]

I signal de parole en telephonie : fm = 300Hz et fM = 3.4KhzI signal en haute fidelite : fm = 20Hz et fM = 16Khz

c©Gilles Menez 14

Le lien physique


Bande passante du support

La voie de transmission offerte par lesupport physique est necessairement im-parfaite et ne va laisser passer que cer-taines frequences :

On dit qu’elle est adaptee a une gammede frequences.

ã Elle attenue moins cette bande . . .

Evidemment, ceci a une consequencesur la representation temporelle !

c©Gilles Menez 15

Le lien physique


Bande passante du support

La bande de frequences, dans laquelle les signaux sont ”correctement”transmis, est appelee bande passante du support :

Generalement, on considere que ”c’est correct” tant que l’attenuation estinferieure a 3dB,

ã c’est donc la bande de frequence ou Ps ≥ 0.5 ∗ Pe

c©Gilles Menez 16

Le lien physique


Attenuation et ADSL

L’attenuation est ”la” caracteristique qui dicte les debits possibles d’une ligneADSL :

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Le lien physique


Lignes du RTC

Votre domicile est relie au central par une paire de fils de cuivre :

c©Gilles Menez 18

Le lien physique


Lignes du RTC

Souvent le diametre defils n’est pas ”constant”sur toute la longueur :

AttGlobale(dB) : f (freq)

= l1 ∗ att1(dB/m)

+ l2 ∗ att2(dB/m)

+ . . .

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Le lien physique

Alterations du signal


Les effets du canal sur le signal sont divers :

À Deformation du signal (amplitude et phase) transmis :

ß Le support attenue l’amplitude.

ß Il peut aussi engendrer disparitiondes composantes de frequenceselevees et il n’en reste que les vari-ations les plus lentse.

D’autres modifications peuvent etre en-gendrees par l’environnement :

ß Il peut etre reflechi par un obstacle(un immeuble ?) ce qui engendreraun echo.

c©Gilles Menez 20

Le lien physique


Alterations du signal . . . suiteÁ Bruitage du signal (bruit, diaphonie, ...)

Le bruit correspond aux signaux indesirables captes par le recepteur.

ß Bien entendu, ils perturbent la bonne reception du signal utile.

Il peut s’agir des bruits :

ß independants du signal, du aux composants(bruit thermique, ...) aux perturbations atmo-spheriques, aux influence electromagnetiques,au bruit cosmique.

ß dependants du signal du a un echantillonnageimparfait, ou a la quantification.

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Le lien physique


Alterations du signal . . . suite

Â Diaphonie :

ß Couplage entre voies

Ã Rayonnement parasites :

ß Interferences radio

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Le lien physique

Les medias

Criteres economiques/utilisations

Le medium (ou support physique) :

ß cuivre, atmosphere, fibre, . . .

est donc caracterise par des ”grandeurs physiques” :

ß sa bande passante,

ß son attenuation,

ß sa sensibilite diverse,

mais aussi par des criteres tout aussi importants :

ß cout,

ß encombrement,

ß poids,

ß rayon de courbure . . .

c©Gilles Menez 23

Le lien physique

Les medias

Conduction/Rayonnement

Les media utilisables par les telecommunications peuvent exploiter 2 typesde propagation de l’information :

À une propagation par conduction electrique (deplacement d’electronsdans le medium) :

ß Un courant dans un fil de cuivre,ß Et donc une paire de fils.

Á une propagation par rayonnement electromagnetique (uneperturbation des champs electrique et magnetique) :

ß Une onde hertzienne dans l’atmosphere,ß Une onde electrique dans un cable coxial,ß Une onde lumineuse dans une fibre optique.

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Le lien physique

Les medias

Supports de transmission non-guides/guidesDans le cas d’une propagation par rayonnement, on peut utiliser deux typesde supports (i.e medium) du rayonnement :

À Support non-guide : Typiquement la diffusion hertzienne sur antenneomni (ou pas trop) directionnelle.

http://souvenirs-de-mer.blogdns.net

Les signaux se propagent sans sup-port physique, dans :

ã Le vide,

ã la ionosphere,

ã l’atmosphere . . .

Ca rayonne dans tous les sens . . .

c©Gilles Menez 25

http://souvenirs-de-mer.blogdns.net

Le lien physique

Les medias

Supports de transmission non-guides/guidesÁ Support guide : Ce type de diffusion recouvre les transmissions

effectuees grace a :

ã des cables de toutes sortes,ã des guides d’ondes,ã de la fibre optique, . . .

ã mais aussi une diffusion hertzi-enne ”tres directionnelle” for-mant un faisceau d’ondes.

c©Gilles Menez 26

Le lien physique

Petit lexique des media


À La paire metallique (eventuellement adaptee) :

Deux fils conducteurs assurent le passage des signaux en conduction.

Ce type de ligne est ”trop” sensible aux bruits et donc aux distorsions.

c©Gilles Menez 27

Le lien physique



Â La paire torsadee : les deux fils sonttorsades entre eux pour eviter que lesperturbations electromagnetiquesexternes n’affectent un fil plus quel’autre : diaphonie !

Ã La paire ecrantee : un ecran de feuilled’aluminium ou de cuivre, enrouleautour de la paire de conducteurs,protege la paire des rayonnementselectromagnetiques externes.

Ä La paire blindee : le blindage as-sure generalement une protectionphysique (blindage acier) ET une pro-tection electromagnetique (cuivre).

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Le lien physique


Petit lexique des mediaDe nombreuses formes de blindages sont possibles : cout, poids, . . . ? ? ! ! !

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Le lien physique


Petit lexique des mediaÅ Le cable coaxial : compose d’une ame conductrice et d’un blindage

conducteur separes par un isolant qui assure le passage des ondes parguidage.

Cette constitution permet a ce type deligne de presenter une particularite detransmission que l’on appelle adapta-tion :

ã la ligne se comporte comme uneligne chargee avec l’avantage d’au-toriser le passage de frequencesbeaucoup plus elevees

Ã Le guide d’onde : un tuyau de section parallelipipedique ou circulaire,sans materiau interne. L’onde circule par reflexions successives sur lesfaces du guide.

ã Les guides d’ondes supportent des puissances considerables !c©Gilles Menez 30

Le lien physique



Ä La fibre optique, qui est un guide d’ondes lumineuses (ou apparentees).

Leurs principales proprietes sont :

1. leur enorme bande passante,

2. l’indifference aux rayonnements ouparasites electromagnetiques de tousgenres.

3. une masse reduite : 1/10e de la massed’un cable coaxial.

4. faible rayon de courbure

La definition d’une fibre s’appuie sur la longueur d’onde du signalelectromagnetique qu’elle peut transporter.

Les fibres sont constituees de verres speciaux (dopes aux plombs) de 2000 a40000 fois plus transparents que le verre ordinaire !

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Transmission du signal

Transmission du signalApres ce petit bilan sur les caracteristiques d’un canal et les types demedias,

ã voyons comment on peut y � placer � l’information que l’onsouhaite transmettre.

c©Gilles Menez 32


L’emetteur

Emetteur

L’emetteur :

Son role est de mettre en adequation le message et le canal.

ã Il doit etre capable de transformer l’information en un signal supporte ouadapte au medium utilise pour la transmission.

Pourquoi cette adaptation ?

ã Au minimum, exploiter le medium ...

4 cas de la ionosphere et de la transmission par ondes courtes.4 cas de ligne telephonique.

ã Au mieux, optimiser l’exploitation medium par desmodulations(/multiplexage).

c©Gilles Menez 33


Transformer pour transmettre . . .

Un signal peut donc tres probablement voir sa nature (analogique /numerique) modifiee par le systeme lors de sa transmission.L’emission/reception prend alors differentes formes :

signal(t) Emission canal(t) exemple

analog. filtrage, analog. FM

amplification

modulation

analog. numerisation num. RTC

num. modulation analog. Modem

Boucle L.

num. encodage, num. Ethernet

modulation

mise en trame

c©Gilles Menez 34


Duplex/Half Duplex

Modes d’exploitation

Il existe trois modes d’exploitation d’une liaison :

À simplex : ”unidirectionnelle”

Les donnees sont transmises dans uneseule direction.

Á half duplex : ”bidirectionnelle a l’alternat”

Les donnees sont transmises dans lesdeux directions, mais il n’y a qu’unemetteur a tout instant.

Â full duplex : ”bidirectionnelle simultanee”

Les donnees sont transmises dans lesdeux directions, et il peut y avoir plusieursemetteurs simultanes.

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Duplex/Half Duplex

Adequation Signal/Canal

D’un cote il y a la caracteristique de”largeur de bande spectrale du sig-nal”.

De l’autre, il y a la caracteristique de”bande passante du support”

Ceci conduit aux deux remarques suivantes :

À Le spectre du signal que l’on desire transmettre doit etre comprisdans la bande passante du support de voie de transmission si l’onveut avoir une reception correcte sans deformation du support ;

Á Si le support de la voie de transmission a une tres large bande passantepar rapport au signal a transmettre, il est evident que l’utilisation de lavoie de transmission n’est pas optimisee.

On en deduit deux modes de transmission : bande de base et large bande.

c©Gilles Menez 36


Transmission en bande de base


Dans ce cas, les signaux sont transmis tels qu’ils sortent de la source :

ã c’est-a-dire dans leur bande de frequence originale.

Cette technique peut etre utilisee

ã lorsque le medium et le sig-nal partage le meme intervallefrequentiel,

ã et que les conditions economiquespermettent/autorisent de con-sacrer un support physique achaque communication.

c©Gilles Menez 37



Par exemple, pour les reseaux locaux informatiques, on applique sur lesupport physique les signaux binaires apres un simple encodage.

I Ceci ne peut etre fait que pour des distances relativement courtes (500a 3000 m) du fait de la degradation rapide des signaux numeriques(utilisation de repeteurs chers !)

I Les debits sont moyens (100K bits/s a 10M bits/s)

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La voix est dans la BP du RTC !Meme le son HI-Fi (Bande Passante : 20 kHz en mono et 40 kHz en stereo)passerait fort bien dans les lignes telephoniques si elle n’etait pas brideepar les centraux.

Cette limitation (4KHz) en frequence (et donc en qualite) est le point dedepart de la numerisation PCM.

ã Une frequence superieure necessiterait des debits superieurs a 64Kbits/s et remettrait en cause la hierarchie numerique de multiplexage.

c©Gilles Menez 39


Transmission en large bande

Transmission en large bande

ã Pour des raisons d’adaptation spectrale au medium,

ã ou pour augmenter le nombre de (sous canaux) transmis (multiplexage),

On peut souhaiter transmettre l’information sur une bande frequencedifferente (et superieure) :

ã C’est la transmission en large bande ou encore modulation.

C’est ce qui est utilise par la FM ou les ondes courtes.c©Gilles Menez 40


Modulation

ModulationLa modulation d’un signal utilise un signal sinusoıdale de frequence fp,appele onde porteuse :

Vp = Acos(ωt + φ) avec fp =ω

2π(1)

L’onde porteuse Vp est utilisee pour transmettre le signal informatif.

Principe de la modulation :

On modifie une des caracteristiques de Vp

(A,fp,φ) au rythme du signal a transmettre.

ã Il est a remarquer que la frequenceporteuse de fp est en general tressuperieure a la plus haute frequencedu signal a transmettre.

c©Gilles Menez 41


Modulation

Les trois possibilites sont donc :

À amplitude A du signal porteur :

modulation d’amplitude

Á frequence fp du signal porteur :

modulation de frequence

Â phase φ du signal porteur :

modulation de phase

c©Gilles Menez 42


Modulations analogiques et numeriques

Modulations analogiques et numeriques

Selon la nature de l’information a moduler, on distingue les modulationsanalogiques et numeriques :

Signal Emis/Recu Canal Encodage/Modulation

Analogique Analogique AM,FM,PM

Analogique Numerique PCM

Numerique Analogique ASK,PSK,FSK,MSK

Numerique Numerique RZ,NRZ,NRZI

c©Gilles Menez 43


Modulations analogiques

Modulations analogiques : AM, FM, PM

http://artic.ac-besancon.fr/sciences_physiques/physique_appliquee/electronique/mod_analogique/index.

php?membre=1

c©Gilles Menez 44

http://artic.ac-besancon.fr/sciences_physiques/physique_appliquee/electronique/mod_analogique/index.php?membre=1

http://artic.ac-besancon.fr/sciences_physiques/physique_appliquee/electronique/mod_analogique/index.php?membre=1


Modulations analogiques

Modulations numeriques : ASK, FSK, PSK

c©Gilles Menez 45


Modem

ModemUn modem est un ensemble modulateur et demodulateur combinepermettant une liaison bidirectionnelle : d’ou le nom ”modem”.

c©Gilles Menez 46

Caracterisation d’une modulation

Symbole/Valence

Symbole/Valence

Un symbole est un etat ou une condition significative du canal decommunication qui persiste durant une periode fixe de temps.

Symboles :

Frequence f2 pour ”0”

et

Frequence f1 pour ”1”

La valence est le nombre d’etats(symboles) significatifs que peutprendre le signal.

Dans le cas present,

ã Valence = 2

c©Gilles Menez 47


Symbole/Valence

Dans le cas present : Valence = 4.

ã Dephasages de 45, 135, 215, 315

A chaque variation du signal : 2 bits transmis = log2(valence)

Intuitivement, on a donc tout interet a augmenter la valence

ß Si l’electronique suit . . . ?c©Gilles Menez 48


Symbole/Valence

Rapidite de modulation/BaudLe rapidite de modulation est le nombre de symboles par seconde :

R = 1∆

en Bauds avec ∆ = duree d’un symbole.

Dans ce cas, 1 symbole = 1 valeur binaire, donc

ã Baud = Nbre bits/s

Dans ce cas, 1 symbole = 2 valeurs binaires, donc

ã Baud = Nbre bits/s2

c©Gilles Menez 49


Symbole/Valence

Lien ”vitesse de modulation/bande passante”Nyquist a demontre (en 1924) que :

RMAX = 2 ∗ W

avec W = Bande passante du support.

Ainsi sur le RTC la bande est comprise entre 300Hz et 3400Hz doncW=3100Hz

ã d’ou Rmax = 6200 Bauds (= 6200 symboles/s).

Attention :À La bande passante du support limite donc le nombre de bauds.Á Ne pas confondre le ”nombre de symboles par seconde” et ”l’in-

formation contenu dans un symbole” :ã Un symbole peut representer plus d’un bit !

c©Gilles Menez 50


Debit

Debit

Le debit en ligne s’exprime en bits par seconde (bit/s), c’est la seule grandeurqui interesse l’utilisateur.

D = R × log2 (V )

avec V = Valence du signal et R = Rapidite de modulation

Exemple :

ß modulation de phase a 8 etats (23) a 1600 Bauds (i.e symboles/s), onobtient :

D = 1600x3 = 4800 bit/s

c©Gilles Menez 51


Debit

Lien entre Debit et Bruit

Shannon a demontre (en 1948) que le debit maximum depend du rapportsignal/bruit :

Dmax = W log2 (1 + S/B)

Exemple :

ß si S/B = 33dB (bruit de quantification sur RTC),

ß alors S/B = 1995, avec log2(x) = log(x)/log(2)

ß d’ouDmax = 3100x10, 96 = 33976bit/s.

Quiz :Quel devrait etre le S/B en dB pour permettre un debit de 56 kbit/s ?certainement superieur a 33dB

c©Gilles Menez 52


FSK : Frequency Shift Keying

Full Duplex en (FSK) Frequency Shift Keying

The FSK modem described above is used for 300 baud modems only. The logical

question is : ”Why not use it for higher modems ?”. Higher data rates require more bandwidth. This would require that the Mark and Space

frequencies for each band be moved farther apart (the originate and answer bands become wider). The two carriers would have to move

farther apart from each other to prevent crosstalk (interference with each other). The limit for present phone lines is 1200 Baud Half Duplex

(one way) used by Bell 202 compatible modems.

c©Gilles Menez 53


QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

Full Duplex en QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

Quadrature Phase Shift Keying employs shifting the phase of the carrier at a600 baud rate plus an encoding technique.

QPSK is used in V.22 -

ã The originate modem transmits at 1200 Hz,and receives on 2400 Hz.

ã The answer modem receives on 1200 Hz,and transmits on 2400 Hz.

The data is encoded as follows :

DIBIT Phase Shift00 +9001 010 18011 270

For every change in the baud rate (phase shift),we can decode 2 bits.

ã 2 bits x 600 baud = 1200 bps

c©Gilles Menez 54


QAM : Quadrature Amplitude Modulation

QAM : Quadrature Amplitude Modulationã On module deux parametres : QPSK with Amplitude Modulation.

There are two types, 8-QAM and 16-QAM (V.32standard). 16-QAM,

ã encodes 4 bits of data (24 = 16) for everybaud.

ã transfers 9600 bps.

ã has 12 phase angles, 4 of which have 2 am-plitude values !

ã changes phase with every baud change.

Higher transfer rates (V90 and V92) use much more complex QAM methods.

ã For example, V.32bis (14.4 kbps) uses a 64 point constellation totransfer 6 bits per baud.

c©Gilles Menez 55



QAM

http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/domo/transport.htm

c©Gilles Menez 56




QAM Constellation V34 : 1664 Points

c©Gilles Menez 57

RTC : Reseau Telephonique Commute


c©Gilles Menez 58


Hierarchie France Telecom

Hierarchie France TelecomLe reseau telephonique est organise (1990) selon une structurehierarchique a plusieurs niveaux – quatre et plus – possedant une tresgrande redondance en debit et en liens

ã Commutation de circuit dans les memes creneaux horaires !

c©Gilles Menez 59


Distribution/Transmission

RTC : distribution/transmissionDeux grands sous-ensembles du reseau.

À Le reseau local telephonique dit reseau de distribution :Ce reseau dessert les abonnes par une architecture etoilee autour d’un centre decommutation local.

Á Le reseau national ou reseau a grande distance dit reseau de transmission :Ce reseau interconnecte les centres locaux par une architecture a deux niveaux, l’unetoile et l’autre maille.

ã CTP :commutateur de transit primaire

ã CTS :commutateur de transit secondaire

ã CAA :centre de rattachement a au-tonomie d’acheminement

ã CL :centre telephonique local

ã Desserte :le fil de cuivre !

c©Gilles Menez 60


Boucle Locale

RTC : Boucle LocaleChaque telephone est relie a un commutateur d’abonne (interne au reseaulocal telephonique)

c©Gilles Menez 61


Boucle Locale

RTC : Boucle Locale

ã par une paire de fils torsades regroupes dans des cables telephoniquesmultipaires.

I La ligne reliant l’abonne au reseaus’appelle la � desserte locale � ouboucle locale .

I Sa longueur varie entre 1 Km (ville) et10 Kms (campagne).

I Les dessertes du monde entierrepresentent , en 1990, 1000 fois ladistance Terre-Lune !

c©Gilles Menez 62


Zones d’acheminement

Zones d’acheminementChaque abonne du RTC est localise dans une zone a autonomie d’acheminement : ZAA.

ß zone geographique dans laquelle les abonnees peuvent etre interconnectes au niveau descommutateurs d’abonnes sans utiliser le reseau national.

I Chaque zone geographique ZAA dispose d’un centre de rattachement a autonomied’acheminement :CAA.

I Les abonnees y sont relies soit directement, soit par l’intermediaire d’un centre telephoniquelocal, CL.

c©Gilles Menez 63


Zones de transit

Zones de transitLes ZAA du reseau telephonique local sont reliees a des zones de transit , qui constituent lereseau national.

On distingue deux niveaux de zone de transit,I les zones de transit primaires : ZTP avec les commutateurs CTPI les zones de transit secondaires : ZTS avec les commutateurs CTS

c©Gilles Menez 64


Zones de transit dans le reseau USA : AT & T

Zones de transit dans le reseau USA : AT & T5 classes de centre de commutation :

En France, il y a environ :I 400 ZAAI 1000 CAAI 10000 CL

c©Gilles Menez 65


Les canaux de transmissions du RTC

Les canaux de transmissions du RTCDe nombreux media de transmission sont utilises dans les reseaux de telecommunications.

ã Au debut du siecle, les dessertes locales etaient realisees a l’aide de conducteurs (fils decuivre) aeriens non isoles, espaces d’une vingtaine de centimetres et supportes par desisolateurs fixes a des poteaux.

ã Aujourd’hui les dessertes locales sont realisees a l’aide de paires de conducteurs en cuivrerecouverts d’un isolant et torsades.

Les arteres de transmission quirelient entre eux les centres decommutation utilisent :

I des cables coaxiaux,I des faisceaux hertziens,I et de plus en plus des

fibres optiques.

c©Gilles Menez 66


Nature de l’information

Les canaux de transmissions du RTCDepuis fin 1994, les reseaux de France Telecom sont entierement numeriques (liaisons MIC) et lacommutation est temporelle.

ã Mais la chevelure (les lignes d’abonnes) reste en grande partie analogique.

La numerisation du reseau a permis de developperde nombreux services pour satisfaire la clientele.

ã renvoi d’appel qui permet de faire aboutir sescommunications la ou on le desire, - conver-sation a trois pour une miniconference ;

ã carte France Telecom permettant d’imputerles communications sur le compte d’unabonne en deplacement, - carte bancaireutilisable dans certains publiphones,

ã numero vert qui impute les communicationsa l’organisme demande,

ã numero universel qui est attribue a une en-treprise ayant plusieurs etablissements : toutappel est aiguille vers l’etablissement le plusproche.

Enfin, l’interconnexion avec les reseaux de donnees permet d’etablir des services sophistiques en

associant a ces services les messageries, les annuaires, etc...

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Numerotation

Numerotation par impulsions

Ce procede de numerotation par impulsions (dit aussi par ouverture de boucle) est utilise par lestelephones a cadran rotatif (poste a disque) et par certains modems.

ã Dans ce cas, le courant continu est interrompu un nombre de fois correspondant au chiffreenvoye, generant ainsi des impulsions a � 0 �.

I Une impulsion pour le chiffre 1,deux impulsions pour le chiffre 2,et ainsi de suite . . . jusqu’a diximpulsions pour le chiffre 0.

I Chaque impulsion dure 100 ms,soit 33,3 ms pour la ligne fermee(presence de courant) et 66,7 mspour la ligne ouverte.

I Pour composer le 1, il faut 100 ms ;pour faire le 2 il faut 200 ms, ainside suite jusqu’au 0 ou il faut 1 s.

I Un intervalle de temps d’au moins200 ms doit separer 2 trainsd’impulsions.

Ce principe ancien est lent !

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Numerotation

Numerotation par frequences vocales (DTMF)

Le DTMF (dual tone multi frequency) est un procede de numerotation qui genere des sonoritescodees, il doit emettre des frequences specifiques dans la gamme 300 Hz - 3400 Hz.

I Mais si l’on attribue une frequence simple a chaque chiffre, un sifflement (ou un son propreet fort) peut provoquer une erreur de numerotation !

I Ce probleme d’interference est resolu simplement, par l’emission de deux frequencessimultanees par chiffre.

Ces frequences sont normalisees au plan international (norme UIT-T-Q.23).

Sur le clavier du telephone, en appuyant sur une touche,on emet les deux tonalites correspondant a l’intersection del’axe horizontal et de l’axe vertical.

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Numerotation

Numerotation par frequences vocales (DTMF)

I Signal du “8”I Signal 852Hz

I Spectre du “8”I Conformite ? ... a

verifier !

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XDSL

Introduction

IntroductionLes procedes DSL (Digital Subscriber Line) permettent (sous conditions) defaire transiter de l’information numerique sur la ”boucle locale” avec undebit atteignant ou depassant le megabits par seconde (Mbps).

+

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XDSL

Introduction

Quelques exemples . . .Sous l’appellation xDSL on regroupe de nombreuses variantes, dont troisseulement emergent sur le marche.

À Le procede HDSL (”High bit rate DSL”) permet d’atteindre 1,5 Mbpsdans les deux sens, en utilisant deux paires de cuivre.

ß Il est utilise par les compagnies de telephone pour realiser deslignes T1 sans avoir a poser des repeteurs.

Á Le procede SDSL (”Symmetric DSL”), plus recent que le precedent,permet d’obtenir le meme debit, mais avec une seule paire de cuivre.

ß Il est utilise de maniere ponctuelle sur des sites industriels.

Â Le procede ADSL (”Asymmetric DSL”) tire son nom du fait que le debitdescendant (c’est a dire vers l’usager) est tres superieur au debitmontant.

ß Favorable aux applications du type client/serveur : consultationd’Internet, acces a distance (teletravail), et video a la demande . . .

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XDSL

Principe de fonctionnement


1) La bande passante de la boucle locale est limitee a 4 KHz par des filtresmis en place par les compagnies de telephone.

ß Cette bande passante � suffit � pour une comprehension de la voix.

Mais si on retire le filtre passe-bas, la bande reelle de la boucle localedepasse le MHz lorsque la paire de cuivre est en bon etat, et que salongueur ne depasse pas quelques kilometres.

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XDSL

Les boucles locales mondiales

Les boucles locales mondialesEn pratique on estime que l’ADSL est utilisable lorsque la longueur de laboucle locale ne depasse pas 6 kilometres ;

ß Condition remplie a plus de 80 % dans les pays developpes.

ß En GB ; les autres pays d’Europe ontune situation similaire.

ß Aux Etats-Unis, ou l’habitat est plusdisperse, les boucles locales dontla longueur depasse six kilometresrepresentent environ 13 du total.

Il y a dans le monde 900 millions de lignestelephoniques, et on estime que 70 a 80 %d’entre elles peuvent accepter les procedesDSL.

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XDSL



2) Quand on dispose d’une bande de frequence large d’un MHz, on peut ladiviser en :

1000/4 = 250 canaux (de 4 Hz chacun)

et donc si un canal permet de faire passer 33,6 Kbps (ce que fournit un modemanalogique branche sur une ligne telephonique traditionnelle), on dispose d’undebit total d’environ : 250x33, 6 = 8, 4 Mbps

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XDSL

Le plan des frequences

Le plan des frequencesLa paire de cuivre, reliant l’abonne au central telephonique, fait coexister

À la voix, qu’on appelle en telecommunications POTS (Plain OldTelephone Service) sur la bande de frequence de 0 a 4KHz ;

Á ainsi que les donnees, reparties entre 2 canaux :

ß Upstream : moyen debit de 25 a 140 KHzß Downstream : haut debit de 200 KHz a 2.2 MHz

Tout depend de la qualite de la ligne !c©Gilles Menez 79

XDSL

Les filtres

Les filtres

Cette cohabitation sur une meme bande defrequences explique la necessite d’utiliserdes � filtres adsl � :

Ils permettent de separer les flux voix et donnees (upstream + downstream).

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XDSL

Les equipements

Les equipementsDe part et d’autre de la boucle locale, on retrouve quasiment les memes equipements.

L’abonne dispose :

ß d’un filtre ADSL

ß d’un telephone

ß d’un modem (modulateur, demo-dulateur)

Cote NRA, on trouve :

ß un splitter = filtre gerant toutes lespaires cuivrees

ß un CAA = commutateur pour l’utilisationvoix

ß un DSLAM (Digital Subscriber Line Ac-cess Multiplexor) = rassemble le traficd’un grand nombre de lignes ADSL pourl’envoyer vers le reseau de l’operateurinternet (d’ou le terme de multiplexeur),et inversement.

Ce dernier equipement contient en fait des � cartes adsl �, qui repondent aux modems des

abonnes desireux d’obtenir la synchronisation.

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XDSL

Degroupage

Degroupage

Pour avoir acces a l’ADSL, il faut deja avoir une ligne telephonique.

ß En France, c’est France Telecom qui possede ces lignes et c’est la seule autorisee aintervenir sur les lignes et les centraux telephoniques.

ß C’est pour cela que, quel que soit votre FAI, c’est France Telecom qui s’occupera d’activerl’ADSL sur votre ligne.

Avec la nouvelle reglementation, France Telecom a ete force d’ouvrir les locaux de ses centrauxtelephoniques a d’autres operateurs.

Quand un autre operateur ou FAI installe son materiel dans les locaux de France Telecom, cela luipermet d’acceder directement a votre ligne telephonique.

ß C’est ce qu’on appelle le degroupage du central telephonique.

ß Le nouvel operateur peut ainsi proposer de nouveaux services : acces ADSL avec un debitsuperieur (1024, 2048, etc...), telephone (independant de France Telecom), television parADSL, etc..

ß Comme l’operation de degroupage est couteuse pour les operateurs qui veulent s’installer,elle n’arrive generalement que la ou c’est rentable . . . dans les grandes villes.

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XDSL

Synchronisation et connexion

Synchronisation et connexion

À Synchronisation :Avant de se connecter a un FAI, et donc a Internet, le modem ADSL doit d’abord etablir lasynchronisation.

ß Pour cela, modem et DSLAM modulent les impulsions electriques sur la pairetorsadee afin de convenir d’un type de modulation adequat.Une fois la synchronisation etablie, le modem va initialiser la phase connexion.

Á Connexion :Deux types de connexion predominent a l’heure actuelle en France :

ß connexion PPPoA / PPPoE (majorite des FAI)

Cette connexion se fonde sur le principe d’authentification par identifiants.Ainsi, l’abonne doit indiquer son login (nom d’utilisateur) auquel il doit apposer l’agentdirecteur (@fti, @clubadsl1 . . . ) ;agent directeur qui est interprete par le PAS (Proxy Access Server)et envoye au Radius (serveur d’authentification) du FAI concerne.

ß connexion MER (Free, nouvellement Club-Internet . . . )

Pour ce type de connexion, le DSLAM verifie que le modem possede l’adresse MAC(= signature materielle unique) afin de lui donner acces a la route menant au FAIconcerne.

Dans les deux cas, l’abonne se voit attribue une adresse IP (Internet Protocol) unique surInternet.

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Limites et eligibilite


Pour que l’emetteur et le recepteur puissent effectuer leur transmission dedonnees, ils doivent etre en mesure de dissocier le signal utile du bruit.

ß Le bruit est toujours present et represente une source potentielle dedisfonctionnements de la connexion ADSL conduisant a des pertes desynchronisation voire une absence totale de synchronisation

Eligibilite

En toute logique, un abonne trop eloigne du central telephonique ou relie avecun cablage de diametre tres reduit ne pourra acceder aux plus hauts debits,et pourra meme etre declare ineligible a l’ADSL.

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XDSL


Calcul de l’eligibiliteCette eligibilite se calcule avec precision sur les troncons t2 + t3 :

ß les deux troncons d’extremite ne sont que des estimations !

C’est pourquoi on peut rencontrer une difference entre les donneestheoriques fournies par le FAI et les donnees reelles constatees par l’abonne.

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unite d’enseignement l3 :´ introduction aux tel´ …myuuu.fr/cours/it/slides_part2.pdf ·...

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