Chapitre 8. Multiplexage : utilisation de la largeur de bande 08-1

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1 Chapitre 8 Multiplexage : utilisation de la largeur de bande 08-1

2 Contenu Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel synchrone Multiplexage temporel statistique Lignes d abonnés numériques asymétriques xdsl 08-2

3 Multiplexage Une largeur de bande d un d médium m de liaison peut être partagée e pour satisfaire le besoins des composantes qui l utilisent. Le multiplexage est un ensemble de techniques qui permet la transmission simultanée e de signaux multiples sur une liaison de données singulière. L usage, en croissance, des télécommunicationst engendre une nécessitn cessité de gestion de trafic. 08-3

4 Multiplexage 08-4

5 Multiplexage 08-5

6 Multiplexage Fréquentiel (FDM) FDM est une technique de multiplexage analogue qui combine des signaux analogues. 08-6

7 Multiplexage Fréquentiel (FDM) Le spectre nécessaire du médium excède celui du canal requis. Les canaux sont répartis également lorsqu il n y pas de données. Chaque signal est modulé à de différentes fréquences de transporteurs. 08-7

8 Multiplexage Fréquentiel (FDM) Les fréquences de transporteurs sont séparées de façon à ce que les signaux ne se recouvrent pas ex. Retransmission radio 08-8

9 FDM à la transmission (MUX) 08-9

10 FDM à la réception (DEMUX) 08-10

11 Exemple de FDM Assumons qu un canal vocal occupe une largeur de bande de 4 khz. Nous désirons combiner trois canaux vocal en une liaison de largeur de bande de 12 khz, comprise entre 20 et 32 khz (on assume qu il n y a pas de bande protectrice)

12 Exemple de FDM Cinq canaux, ayant chacun une largeur de bande de 100-kHz, doivent être multiplexés. Quel est la largeur de bande minimale de la liaison s il y a nécessité de bandes protectrices de 10 khz entre les canaux pour prévenir des interférences? 08-12

13 Exemple de FDM Quatre canaux de données (numériques), transmettant chacun à 1 Mbps, utilise un canal de satellite de 1 MHz. Dérivez une configuration FDM appropriée

14 Types d applications FDM Lignes téléphonique à haute capacité Radio AM: de 530 KHz à 1700 KHz, avec une largeur de bande de 10 KHz par station Radio FM: de 88 MHz à 108 MHz, avec une largeur de bande de 200 KHz par station Diffusion de TV : une largeur de bande de 6 MHz canal de TV Première génération de téléphones cellulaires : chaque usager a 2 canaux de 30 KHz (transmission, réception)

15 Systèmes de transporteurs analogues 08-15

16 Multiplexage en longueur d onde (WDM) WDM est une technique de multiplexage analogue qui combine des signaux optiques

17 Multiplexage en longueur d onde (WDM) Faisceaux lumineux multiples à différentes fréquences Transportés par de la fibre optique Une forme de FDM Chaque couleur de lumière (longueur d onde) transporte un canal de données différent 1997 Bell Labs 100 faisceaux Chacun à 10 Gbps fournissant 1 térabit par second (Tbps) systèmes Commerciaux de 160 canaux de 10 Gbps sont maintenant disponibles Systèmes de Labs (Alcatel) de 256 canaux à 39.8 Gbps chaque 10.1 Tbps Sur une distance de 100km 08-17

18 L opération WDM Même architecture général que le FDM Plusieurs sources génèrent des faisceaux laser à différentes fréquences Le multiplexer consolide les sources pour la transmission sur un fibre singulier Des amplificateurs optiques amplifient toutes les longueurs d onde Typiquement tous les dizaines de km Le demuplixer sépare les canaux à l arrivée à l aide prismes destination 08-18

19 Multiplexage en longueur d onde dense DWDM Pas de définition official ou standard Implique qu il y a plus de canaux et qu ils sont plus étroitement espacés que le WDM Un espace de canal de 200GHz ou moins 08-19

20 Multiplexage temporel (TDM) TDM est une technique de multiplexage numérique qui combine plusieurs canaux à bas débits en un canal à haut débit

21 Multiplexage temporel synchrone Le débit de données du médium excédera celui du signal numérique à transmettre Signaux numériques multiples en alternances Peut être au niveau du bit ou des bloques d octets Les créneaux horaires sont pré-assignés aux sources et sont fixes Les créneaux horaires sont attribuées uniformément en l absence de données Les créneaux horaires n ont pas à être distribués uniformément parmi les sources 08-21

22 Contrôle de liaison TDM Pas d entête ni d épilogue Aucun protocole de liaison de données est nécessaire pour les Muxs et Demuxs Contrôle d erreurs Les erreurs sont détectées et traitées par un système de canaux individuels 08-22

23 Contrôle de liaison TDM Contrôle de flux Le débit de données de la ligne multiplexée est fixé Si un des canaux récepteurs ne peut pas recevoir de données les autres doivent poursuivent leurs taches La source correspondante doit être satisfaite Entraine des slots vides 08-23

24 TDM Dans un TDM synchrone, le débit de données de la liaison est n fois plus rapide, et la durée de l unité est n fois plus courte

25 Exemple Le débit de données de chaque connexion d entrée est 3 kbps. Si 1 bit à la fois est multiplexé (une unité = 1 bit), quelle est la durée de (a) chaque slot d entrée, (b) chaque slot de sortie, et (c) chaque frame? 08-25

26 Solution a. Le débit de données de chaque entrée est 1 kbps. Ce qui signifie que la durée d un bit est 1/1000 s ou 1 ms. La durée d une slot d entrée est 1 ms (similaire à celle que de la durée du bit). b. La durée de chaque slot de sortie est un tiers celle de celle d une slot d entrée. Donc la durée d une slot de sortie est 1/3 ms. c. Chaque frame transporte 3 slots de sortie. Par conséquent la durée d une frame est 3 1/3 ms, ou 1 ms. la durée d une frame est la même que celle d une unité d entrée

27 Exemple La figure montre un TDM synchrone avec une chaine de données pour chaque entrée et une série de données à la sortie. L unité de données est 1 bit. trouvez (a) la durée d un bit d entrée, (b) la durée d un bit de sortie, (c) le débit du bit de sortie, et (d) le débit de la frame de sortie

28 Solution a. La durée du bit d entrée et l inverse du débit de bit : 1/(1 Mbps) = 1 µs. b. La durée du bit de sortie est un quart de celle du bit d entrée, ou ¼µs. c. Le débit de bit de sortie est l inverse de la durée du bit de sortie ou 1/(4µs) ou 4 Mbps. Cela peut être aussi déduit à partir du fait que le débit de sortie est 4 fois plus rapide que n importe débit d entrée; donc le débit de sortie est = 4 1 Mbps = 4 Mbps. d. Le débit de frame est toujours le même d un débit d entrée. Donc le débit de frame est 1,000,000 frames par second. Puisque nous envoyons 4 bits par frame, nous pouvons vérifier le résultat de la question précédente en multipliant le débit de frame rate par le nomber de bits par frame

29 Exemple 4 canaux sont multiplexés en TDM. Si chaque canal envoie 100 octets/s et que nous multiplexons 1 octet par canal, décrivez le déplacement de la frame sur la liaison, la taille de la frame, la durée de la frame, le débit de la frame, et le débit de bit de la liaison

30 Solution 08-30

31 Exemple Un multiplexeur combine quatre canaux de 100-kbps à l aide d un slot temporel de 2 bits. Montrez la sortie avec entrées arbitraires. Quel est le débit de frame? Quelle est la durée de la frame? Quel est le débit de bit? Quel est la durée de bit? 08-31

32 Solution 08-32

33 Multiplexage à niveaux/slots multiples 08-33

34 Mise en frames Pas de flag ou de caractère SYNC entourant les frames TDM Doit fournir un mécanisme de synchronisation Addition de digits de mise en frames Un bit de contrôle ajouté à chaque trame TDM Semblable à tout autre canal- canal de contrôle Une régularité identifiable de bit est utilisée sur le canal de contrôle ex. Alternativement improbable sur un canal de données Peut comparer les régularités de bit arrivants sur chaque canal avec une régularité (pattern) de type sync 08-34

35 Gavage (Stuffing) de pulses Problème Synchronisation des sources de données Les horloges de différentes sources diffèrent Les débits de données de différentes sources ne sont pas reliés par un simple nombre rational Solution gavage de pulses Le débit de données sortant (excluant les bits de tramage) est plus haut que la somme des débits de données arrivants Gave d extra bits ou pulses dans chaque signal arrivant jusqu à ce que cela matche l horloge locale Le gavage de pulses est fait à des locations fixes dans la trame puis sont enlevées au démultiplexage 08-35

36 Gavage de pulses 08-36

37 Systèmes de transporteurs numériques 08-37

38 Systèmes de transporteurs numériques Hiérarchie du TDM USA/Canada/Japon utilise un système ITU-T utilise un différent système Le système US est basé sur le format DS

39 DS-1 Multiplexe 24 canaux Chaque trame a 8 bits par canal plus un bit de tramage 193 (24 8+1) bits par trame Pour la voix chaque canal contient un mot de données numérisées (PCM, 8000 échantillons par sec) Débit de données = Mbps Cinq ou six trames ont des échantillons PCM de 8 bits La sixième trame a un mot PCM de 7 bit plus un bit de signalisation Il ya tout un courant de bits de signalisation dans chaque canal contenant de l information de control ou d aiguillage Le format est similaire pour les données numériques 23 canaux de données 7 bits par trame plus un bit indicateur pour les données ou contrôles de systèmes control Le 24ième canal est pour la synchronisation 08-39

40 Applications TDM Lignes à service numériques : DS-n Réalisées pour des lignes téléphoniques : T-n Service Phone line Data rate # of voice channels (DS-0) standard phone line 64 Kb/s 1 DS-1 T Mb/s 24 DS-2 T Mb/s 96 DS-3 T Mb/s 672 DS-4 T Mb/s

41 Format de transmission DS

42 Format de transmission DS

43 TDM statistique Dans les TDM synchrones plusieurs créneaux sont gaspillés Le TDM statistique attribue les créneaux horaires dynamiquement, basé sur la demande Le multiplexer scanne les lignes d entrées et collecte des données jusqu à ce que la trame soit pleine Le débit de données de la ligne est plus bas que la somme des débits des lignes d entrées n I/O lignes, seulement k créneaux horaires (k<n) 08-43

44 TDM synchrone versus statistique 08-44

45 Description du câble modem Deux canaux du fournisseur de câble TV dédiés au transfert de données Un pour chaque direction Chaque canal est partagé par un nombre d abonnés Un schéma est nécessaire pour attribuer la capacité TDM statistique 08-45

46 Opération du câble modem En aval (Downstream) Le programmateur de câble délivre les données en petits paquets S il y a plus d un abonné actif, chacun aura une fraction de la capacité en aval (qui provient de la source, downstream) Peut atteindre 500Kbps à 1.5Mbps Aussi utilisé pour attribuer des créneaux horaires en aval aux abonnés En amont (Upstream) L abonné demande des créneaux horaires sur un canal en amont partagé (qui va vers la source) Créneaux d horaires dédiés Le programmateur de la tête d extrémité (Headend) renvoie l attribution des futures créneaux horaires à l abonné 08-46

47 Schéma du câble modem 08-47

48 Lignes d abonnés numériques asymétriques ADSL Liaison entre l abonné et le réseau Loupe locale Utilise le câble du type paire torsadée déjà en place Transporte un spectre plus large 1 MHz ou plus 08-48

49 La conception ADSL Asymétrique Plus grande capacité downstream que upstream Multiplexage fréquentiel Les 25kHz les plus bas sont pour la voix Plain old telephone service (POTS) Utilise l annulation de l écho ou FDM pour fournir deux bandes Utilise FDM à l intérieur des bandes Distance de 5.5 Km 08-49

50 Transmetteur DMT 08-50

51 Spectre ou largeur de bande Voix: le canal 0 est réservé pour la communication vocale. Inutilisé: Les canaux 1 à 5 ne sont pas en usage. Upstream: =1.44Mbps Downstream: =13.4Mbps 08-51

52 Multitone Discret DMT Signaux multiples de transporteurs à des fréquences différentes Quelques bits sur chaque canal Des sous-canaux de 4 khz Envoie un signaux test et utilise des sous-canaux avec un meilleur ratio signal-bruit 256 sous-canaux downstream à 4 khz (60 kbps) MHz La dégradation le rabaisse de 1.5 Mbps à 9 Mbps 08-52

53 Bits DTM par allocation de canal Les débits de données sont normalement de: Upstream: 64kbps à 1 Mbps Downstream: 1.5Mbps à 9Mbps 08-53

54 xdsl Haut débit de données DSL (HDSL) Ligne singulière DSL (SDSL) Extrêmement haut débit de données DSL (VDSL) 08-54