Unité d Enseignement L3 : Introduction aux télécommunications

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1 Unité d Enseignement L3 : Introduction aux télécommunications Gilles Menez Université de Nice Sophia-Antipolis Département d Informatique menez@unice.fr www : menez 31 janvier 2012: V 1.1 c Gilles Menez 1

2 Le lien physique Le lien physique Avant de pouvoir transmettre un signal quelconque, il faut approfondir la notion de support physique. Comment réaliser une transmission? Quelles sont les contraintes?... c Gilles Menez 2

3 Le lien physique Signaux de communication Signaux de communication Une information et 4 signaux : ➀ Le signal d entrée, ➁ Le signal émis, ➂ Le signal reçu, ➃ Le signal de sortie. Les signaux sont les supports de l information que l on souhaite transmettre. Tout communication impose de passer par la couche physique. L utilisation d un canal de communication nécessite de préciser les signaux émis et reçu. c Gilles Menez 3

4 Le lien physique Signaux de communication Le monde n est pas idéal! Dans un monde idéal, le signal d entrée serait strictement identique au signal de sortie... Mais le monde n est pas idéal! c Gilles Menez 4

5 Le lien physique Le canal Le canal Un canal, ce n est pas qu un fil (ou tout autre support physique)! Le canal comporte aussi différents dispositifs : amplificateurs, correcteurs, égaliseurs, CAN, CNA qui ont pour but d exploiter au mieux un support physique de transmission (ou ligne). Tous les composants de canal modifient (volontairement ou pas) l information, Ils introduisent un bruit de canal qui provoque des distorsions. c Gilles Menez 5

6 Le lien physique Caractérisation du canal Caractérisation du canal Débit et Délai de transmission : Le débit de transmission est défini comme le nombre de bits par seconde que peut transporter la ligne. Le retard est le temps nécessaire pour qu un bit présenté à l entrée de la ligne (émission) soit délivré à l autre extrémité de la ligne (réception). On peut bénéficier d un débit important malgré un délai également important. débit ligne satellite : 2 Mb/s, délai : 300ms débit ligne louée PTT : 2400 b/s, délai : 10ms Par extension, le débit est souvent appelé bande passante. c Gilles Menez 6

7 Le lien physique Le retard du signal Le retard du signal Un canal de transmission idéal doit restituer à la sortie le même signal qu à l entrée mais un retard pur τ est inévitable à cause du temps de propagation s(t) = e(t τ) Le temps de propagation n est pas un défaut de transmission mais une caractéristique importante de la liaison qui varie selon la nature du milieu et de l équipement. Quand la physique s impose au logiciel : Cette caractéristique joue un rôle fondamental dans le choix des méthodes (et protocoles déduits) de détection/correction d erreurs que l on abordera plus loin... c Gilles Menez 7

8 Le lien physique Le retard du signal Le retard du signal Temps moyen de propagation des différents supports : Fibre optique : 0,54 ms par 100 km Faisceau Hertzien : 0,38 ms par 100 km Câble coaxial : 0,42 ms par 100 km Câble en cuivre : 1,08 ms par 100 km Satellite géostationnaire : 240 ms pour un bond (2 120 ms) Satellite à basse altitude : 10 ms pour un bond (2 5 ms) Temps de retard typique introduit par des équipements (un seul sens) Multiplexage analogique : 2 ms Commutateur numérique : 0,50 à 1,20 ms Codeur MPEG-2 : 150 ms Equipement MIC : 0,125 à 0,5 ms Connexion numérique : 1,2 ms Téléphonie mobile : DECT 10 ms, GSM 90 ms Les différents flux ne sont pas égaux devant le retard : intéractivité? c Gilles Menez 8

9 Le lien physique Atténuation Atténuation L atténuation est la réduction de l amplitude et de l énergie d un signal à travers le médium qu il traverse : ( Cette perte peut se produire : tout au long de son passage, comme dans l atmosphère (e (longueur) ), ou par étapes comme dans un circuit électronique. c Gilles Menez 9

10 Le lien physique Atténuation Atténuation La nature du médium influe sur l atténuation au travers d un coefficient propre au milieu : le coefficient d extinction (en db/km). Il est aussi appelé coefficient d atténuation. Dans le cas d une transmission filaire, l atténuation est fonction de la section (diamètre) du fil de cuivre. Plus la section est faible, plus la ligne sera sensible à l atténuation. Par exemple pour le calcul des atténuations d une ligne ADSL, on considére, dans la bande de fréquence utilisée, que : cable 4/10 mm, affaiblissement théorique 15 db par kilomètre cable 5/10 mm, affaiblissement théorique 12.4 db par kilomètre cable 6/10 mm, affaiblissement théorique 10.3 db par kilomètre cable 8/10 mm, affaiblissement théorique 7.9 db par kilomètre c Gilles Menez 10

11 Le lien physique Atténuation Atténuation et fréquence Pour un matériau donné, le coefficient d atténuation (db/m) est aussi une fonction de la fréquence : Ceci est crucial dans les médias (cuivre, atmosphère,... ) couramment utilisés par les télécommunications! Frequency dependent attenuation of electromagnetic radiation in standard atmosphere. Standard atmosphere : 1013 hpa, 15 C, 7.5 mg/m 3 H 2 0 vapor on earth surface c Gilles Menez 11

12 Le lien physique Atténuation Mesure de l Atténuation L atténuation est un facteur limitatif important dans les télécommunications Mais il n est pas aisé de la calculer, Car le médium du canal n est pas toujours unique ni homogène. Mesure : Attenuation db = 10log 10 P s P e = 10log 10 V 2 s V 2 e = 20log 10 V s V e L atténuation devrait être (sauf amplification) négative, puisque P S < P e et donc Ps P e 1. Mais souvent le moins est omis! Et dans ce cas, plus elle est grande, plus P S < P e, et plus la liaison va être difficile. c Gilles Menez 12

13 Le lien physique Atténuation Atténuation et obstacles Dans le cas d une transmission hertizienne : L atténuation est due non seulement à l atmosphère, mais également aux obstacles rencontrés (édifices, relief, précipitations, etc.) c Gilles Menez 13

14 Le lien physique Bande passante du canal Largeur de bande de l information Considérons un signal s(t), ayant une représentation fréquentielle S(f ). Le spectre du signal est en particulier caractérisé par l encombrement fréquentiel : C est-à-dire la zone de fréquence que le signal occupe, zone appelée largeur de bande spectrale. Pour tout signal réel s(t), on a un spectre borné pour lequel on peut définir : une fréquence minimale f m une fréquence maximale f M telles que S(f ) = 0 pour toute f / [f m, f M ] signal de parole en téléphonie : f m = 300Hz et f M = 3.4Khz signal en haute fidélité : f m = 20Hz et f M = 16Khz c Gilles Menez 14

15 Le lien physique Bande passante du canal Bande passante du support La voie de transmission offerte par le support physique est nécessairement imparfaite et ne va laisser passer que certaines fréquences : On dit qu elle est adaptée à une gamme de fréquences. Elle atténue moins cette bande... Evidemment, ceci a une conséquence sur la représentation temporelle! c Gilles Menez 15

16 Le lien physique Bande passante du canal Bande passante du support La bande de fréquences, dans laquelle les signaux sont correctement transmis, est appelée bande passante du support : Généralement, on considère que c est correct tant que l atténuation est inférieure à 3dB, c est donc la bande de fréquence où P s 0.5 P e c Gilles Menez 16

17 Le lien physique Bande passante du canal Atténuation et ADSL L atténuation est la caractéristique qui dicte les débits possibles d une ligne ADSL : c Gilles Menez 17

18 Le lien physique Bande passante du canal Lignes du RTC Votre domicile est relié au central par une paire de fils de cuivre : c Gilles Menez 18

19 Le lien physique Bande passante du canal Lignes du RTC Souvent le diamètre de fils n est pas constant sur toute la longueur : Att Globale (db) : f (freq) = l 1 att 1 (db/m) + l 2 att 2 (db/m) +... c Gilles Menez 19

20 Le lien physique Altérations du signal Altérations du signal Les effets du canal sur le signal sont divers : ➀ Déformation du signal (amplitude et phase) transmis : Le support atténue l amplitude. Il peut aussi engendrer disparition des composantes de fréquences élevées et il n en reste que les variations les plus lentse. D autres modifications peuvent être engendrées par l environnement : Il peut être réfléchi par un obstacle (un immeuble?) ce qui engendrera un écho. c Gilles Menez 20

21 Le lien physique Altérations du signal Altérations du signal... suite ➁ Bruitage du signal (bruit, diaphonie,...) Le bruit correspond aux signaux indésirables captés par le récepteur. Bien entendu, ils perturbent la bonne réception du signal utile. Il peut s agir des bruits : indépendants du signal, dû aux composants (bruit thermique,...) aux perturbations atmosphériques, aux influence électromagnétiques, au bruit cosmique. dépendants du signal dû à un échantillonnage imparfait, ou à la quantification. c Gilles Menez 21

22 Le lien physique Altérations du signal Altérations du signal... suite ➂ Diaphonie : Couplage entre voies ➃ Rayonnement parasites : Interférences radio c Gilles Menez 22

23 Le lien physique Les médias Critères économiques/utilisations Le médium (ou support physique) : cuivre, atmosphère, fibre,... est donc caractérisé par des grandeurs physiques : sa bande passante, son atténuation, sa sensibilité diverse, mais aussi par des critères tout aussi importants : coût, encombrement, poids, rayon de courbure... c Gilles Menez 23

24 Le lien physique Les médias Conduction/Rayonnement Les média utilisables par les télécommunications peuvent exploiter 2 types de propagation de l information : ➀ une propagation par conduction éléctrique (déplacement d électrons dans le médium) : Un courant dans un fil de cuivre, Et donc une paire de fils. ➁ une propagation par rayonnement électromagnétique (une perturbation des champs électrique et magnétique) : Une onde hertzienne dans l atmosphère, Une onde électrique dans un cable coxial, Une onde lumineuse dans une fibre optique. c Gilles Menez 24

25 Le lien physique Les médias Supports de transmission non-guidés/guidés Dans le cas d une propagation par rayonnement, on peut utiliser deux types de supports (i.e médium) du rayonnement : ➀ Support non-guidé : Typiquement la diffusion hertzienne sur antenne omni (ou pas trop) directionnelle. Les signaux se propagent sans support physique, dans : Le vide, la ionosphère, l atmosphère... Ca rayonne dans tous les sens... c Gilles Menez 25

26 Le lien physique Les médias Supports de transmission non-guidés/guidés ➁ Support guidé : Ce type de diffusion recouvre les transmissions effectuées grâce à : des câbles de toutes sortes, des guides d ondes, de la fibre optique,... mais aussi une diffusion hertzienne très directionnelle formant un faisceau d ondes. c Gilles Menez 26

27 Le lien physique Petit lexique des média Petit lexique des média ➀ La paire métallique (éventuellement adaptée) : 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

28 Le lien physique Petit lexique des média Petit lexique des média ➂ La paire torsadée : les deux fils sont torsadés entre eux pour éviter que les perturbations électromagnétiques externes n affectent un fil plus que l autre : diaphonie! ➃ La paire écrantée : un écran de feuille d aluminium ou de cuivre, enroulé autour de la paire de conducteurs, protège la paire des rayonnements électromagnétiques externes. ➄ La paire blindée : le blindage assure généralement une protection physique (blindage acier) ET une protection électromagnétique (cuivre). c Gilles Menez 28

29 Le lien physique Petit lexique des média Petit lexique des média De nombreuses formes de blindages sont possibles : coût, poids,...??!!! c Gilles Menez 29

30 Le lien physique Petit lexique des média Petit lexique des média ➅ Le câble coaxial : composé d une âme conductrice et d un blindage conducteur séparés par un isolant qui assure le passage des ondes par guidage. Cette constitution permet à ce type de ligne de présenter une particularité de transmission que l on appelle adaptation : la ligne se comporte comme une ligne chargée avec l avantage d autoriser le passage de fréquences beaucoup plus élevées ➃ Le guide d onde : un tuyau de section parallélipipédique ou circulaire, sans matériau interne. L onde circule par réflexions successives sur les faces du guide. Les guides d ondes supportent des puissances considérables! c Gilles Menez 30

31 Le lien physique Petit lexique des média Petit lexique des média ➄ La fibre optique, qui est un guide d ondes lumineuses (ou apparentées). Leurs principales propriétés sont : 1. leur énorme bande passante, 2. l indifférence aux rayonnements ou parasites électromagnétiques de tous genres. 3. une masse réduite : 1/10 e de la masse d un câble coaxial. 4. faible rayon de courbure La définition d une fibre s appuie sur la longueur d onde du signal électromagnétique qu elle peut transporter. Les fibres sont constituées de verres spéciaux (dopés aux plombs) de 2000 à fois plus transparents que le verre ordinaire! c Gilles Menez 31

32 Transmission du signal Transmission du signal Aprés ce petit bilan sur les caractéristiques d un canal et les types de médias, voyons comment on peut y placer l information que l on souhaite transmettre. c Gilles Menez 32

33 Transmission du signal L émetteur Emetteur L émetteur : Son rôle est de mettre en adéquation le message et le canal. Il doit être capable de transformer l information en un signal supporté ou adapté au médium utilisé pour la transmission. Pourquoi cette adaptation? Au minimum, exploiter le medium... cas de la ionosphère et de la transmission par ondes courtes. cas de ligne téléphonique. Au mieux, optimiser l exploitation medium par des modulations(/multiplexage). c Gilles Menez 33

34 Transmission du signal Transformer pour transmettre... Un signal peut donc trés probablement voir sa nature (analogique / numérique) modifiée par le système lors de sa transmission. L émission/réception prend alors différentes formes : signal(t) Emission canal(t) exemple analog. filtrage, analog. FM amplification modulation analog. numérisation num. RTC num. modulation analog. Modem Boucle L. num. encodage, num. Ethernet modulation mise en trame c Gilles Menez 34

35 Transmission du signal Duplex/Half Duplex Modes d exploitation Il existe trois modes d exploitation d une liaison : ➀ simplex : unidirectionnelle Les données sont transmises dans une seule direction. ➁ half duplex : bidirectionnelle à l alternat Les données sont transmises dans les deux directions, mais il n y a qu un émétteur à tout instant. ➂ full duplex : bidirectionnelle simultanée Les données sont transmises dans les deux directions, et il peut y avoir plusieurs émétteurs simultanés. c Gilles Menez 35

36 Transmission du signal Duplex/Half Duplex Adéquation Signal/Canal D un côté il y a la caractéristique de largeur de bande spectrale du signal. De l autre, il y a la caractéristique de bande passante du support Ceci conduit aux deux remarques suivantes : ➀ Le spectre du signal que l on désire transmettre doit être compris dans la bande passante du support de voie de transmission si l on veut avoir une réception correcte sans déformation du support ; ➁ Si le support de la voie de transmission a une trés large bande passante par rapport au signal à transmettre, il est évident que l utilisation de la voie de transmission n est pas optimisée. On en déduit deux modes de transmission : bande de base et large bande. c Gilles Menez 36

37 Transmission du signal Transmission en bande de base Transmission en bande de base Dans ce cas, les signaux sont transmis tels qu ils sortent de la source : c est-à-dire dans leur bande de fréquence originale. Cette technique peut être utilisée lorsque le médium et le signal partage le même intervalle fréquentiel, et que les conditions économiques permettent/autorisent de consacrer un support physique à chaque communication. c Gilles Menez 37

38 Transmission du signal Transmission en bande de base Par exemple, pour les réseaux locaux informatiques, on applique sur le support physique les signaux binaires aprés un simple encodage. Ceci ne peut être fait que pour des distances relativement courtes (500 à 3000 m) du fait de la dégradation rapide des signaux numériques (utilisation de répéteurs chers!) Les débits sont moyens (100K bits/s à 10M bits/s) c Gilles Menez 38

39 Transmission du signal Transmission en bande de base La voix est dans la BP du RTC! Même le son HI-Fi (Bande Passante : 20 khz en mono et 40 khz en stéréo) passerait fort bien dans les lignes téléphoniques si elle n était pas bridée par les centraux. Cette limitation (4KHz) en fréquence (et donc en qualité) est le point de départ de la numérisation PCM. Une fréquence supérieure nécessiterait des débits supérieurs à 64 Kbits/s et remettrait en cause la hiérarchie numérique de multiplexage. c Gilles Menez 39

40 Transmission du signal Transmission en large bande Transmission en large bande Pour des raisons d adaptation spectrale au médium, ou pour augmenter le nombre de (sous canaux) transmis (multiplexage), On peut souhaiter transmettre l information sur une bande fréquence différente (et supérieure) : C est la transmission en large bande ou encore modulation. C est ce qui est utilisé par la FM ou les ondes courtes. c Gilles Menez 40

41 Transmission du signal Modulation Modulation La modulation d un signal utilise un signal sinusoïdale de fréquence f p, appelé onde porteuse : V p = Acos(ωt + φ) avec f p = ω 2π (1) L onde porteuse V p est utilisée pour transmettre le signal informatif. Principe de la modulation : On modifie une des caractéristiques de V p (A,f p,φ) au rythme du signal à transmettre. Il est à remarquer que la fréquence porteuse de f p est en général trés supérieure à la plus haute fréquence du signal à transmettre. c Gilles Menez 41

42 Transmission du signal Modulation Les trois possibilités sont donc : ➀ amplitude A du signal porteur : modulation d amplitude ➁ fréquence f p du signal porteur : modulation de fréquence ➂ phase φ du signal porteur : modulation de phase c Gilles Menez 42

43 Transmission du signal Modulations analogiques et numériques Modulations analogiques et numériques Selon la nature de l information à moduler, on distingue les modulations analogiques et numériques : Signal Emis/Reçu Canal Encodage/Modulation Analogique Analogique AM,FM,PM Analogique Numérique PCM Numérique Analogique ASK,PSK,FSK,MSK Numérique Numérique RZ,NRZ,NRZI c Gilles Menez 43

44 Transmission du signal Modulations analogiques Modulations analogiques : AM, FM, PM php?membre=1 c Gilles Menez 44

45 Transmission du signal Modulations analogiques Modulations numériques : ASK, FSK, PSK c Gilles Menez 45

46 Transmission du signal Modem Modem Un modem est un ensemble modulateur et démodulateur combiné permettant une liaison bidirectionnelle : d où le nom modem. c Gilles Menez 46

47 Caractérisation d une modulation Symbole/Valence Symbole/Valence Un symbole est un état ou une condition significative du canal de communication qui persiste durant une période fixe de temps. Symboles : Fréquence f2 pour 0 et Fréquence f1 pour 1 La valence est le nombre d états (symboles) significatifs que peut prendre le signal. Dans le cas présent, Valence = 2 c Gilles Menez 47

48 Caractérisation d une modulation Symbole/Valence Dans le cas présent : Valence = 4. Déphasages de 45, 135, 215, 315 A chaque variation du signal : 2 bits transmis = log 2 (valence) Intuitivement, on a donc tout intérèt à augmenter la valence Si l électronique suit...? c Gilles Menez 48

49 Caractérisation d une modulation Symbole/Valence Rapidité de modulation/baud Le rapidité de modulation est le nombre de symboles par seconde : R = 1 en Bauds avec = durée d un symbole. Dans ce cas, 1 symbole = 1 valeur binaire, donc Baud = Nbre bits/s Dans ce cas, 1 symbole = 2 valeurs binaires, donc Baud = Nbre bits/s 2 c Gilles Menez 49

50 Caractérisation d une modulation Symbole/Valence Lien vitesse de modulation/bande passante Nyquist à démontré (en 1924) que : RMAX = 2 W avec W = Bande passante du support. Ainsi sur le RTC la bande est comprise entre 300Hz et 3400Hz donc W=3100Hz d où Rmax = 6200 Bauds (= 6200 symboles/s). Attention : ➀ La bande passante du support limite donc le nombre de bauds. ➁ Ne pas confondre le nombre de symboles par seconde et l information contenu dans un symbole : Un symbole peut représenter plus d un bit! c Gilles Menez 50

51 Caractérisation d une modulation Débit Débit Le débit en ligne s exprime en bits par seconde (bit/s), c est la seule grandeur qui intéresse l utilisateur. D = R log 2 (V ) avec V = Valence du signal et R = Rapidité de modulation Exemple : modulation de phase à 8 états (2 3 ) à 1600 Bauds (i.e symboles/s), on obtient : D = 1600x3 = 4800 bit/s c Gilles Menez 51

52 Caractérisation d une modulation Débit Lien entre Débit et Bruit Shannon à démontré (en 1948) que le débit maximum dépend du rapport signal/bruit : Dmax = W log 2 (1 + S/B) Exemple : si S/B = 33dB (bruit de quantification sur RTC), alors S/B = 1995, avec log 2 (x) = log(x)/log(2) d ou Dmax = 3100x10, 96 = 33976bit/s. Quiz : Quel devrait être le S/B en db pour permettre un débit de 56 kbit/s? certainement supérieur à 33dB c Gilles Menez 52

53 c Gilles The Menez FSK modem described above is used for 300 baud modems only. The logical 53 Caractérisation d une modulation FSK : Frequency Shift Keying Full Duplex en (FSK) Frequency Shift Keying

54 Caractérisation d une modulation 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 a 600 baud rate plus an encoding technique. QPSK is used in V.22 - The originate modem transmits at 1200 Hz, and receives on 2400 Hz. The answer modem receives on 1200 Hz, and transmits on 2400 Hz. The data is encoded as follows : DIBIT Phase Shift For every change in the baud rate (phase shift), we can decode 2 bits. 2 bits x 600 baud = 1200 bps c Gilles Menez 54

55 Caractérisation d une modulation QAM : Quadrature Amplitude Modulation QAM : Quadrature Amplitude Modulation On module deux paramètres : QPSK with Amplitude Modulation. There are two types, 8-QAM and 16-QAM (V.32 standard). 16-QAM, encodes 4 bits of data (2 4 = 16) for every baud. transfers 9600 bps. has 12 phase angles, 4 of which have 2 amplitude values! changes phase with every baud change. Higher transfer rates (V90 and V92) use much more complex QAM methods. For example, V.32bis (14.4 kbps) uses a 64 point constellation to transfer 6 bits per baud. c Gilles Menez 55

56 Caractérisation d une modulation QAM QAM : Quadrature Amplitude Modulation c Gilles Menez 56

57 Caractérisation d une modulation QAM : Quadrature Amplitude Modulation QAM Constellation V34 : 1664 Points c Gilles Menez 57

58 RTC : Réseau Téléphonique Commuté RTC : Réseau Téléphonique Commuté c Gilles Menez 58

59 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Hiérarchie France Télécom Hiérarchie France Télécom Le réseau téléphonique est organisé (1990) selon une structure hiérarchique à plusieurs niveaux quatre et plus possédant une trés grande redondance en débit et en liens Commutation de circuit dans les mêmes créneaux horaires! c Gilles Menez 59

60 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Distribution/Transmission RTC : distribution/transmission Deux grands sous-ensembles du réseau. ➀ Le réseau local téléphonique dit réseau de distribution : Ce réseau dessert les abonnés par une architecture étoilée autour d un centre de commutation local. ➁ Le réseau national ou réseau à grande distance dit réseau de transmission : Ce réseau interconnecte les centres locaux par une architecture à deux niveaux, l un étoilé et l autre maillé. CTP : commutateur de transit primaire CTS : commutateur de transit secondaire CAA : centre de rattachement à autonomie d acheminement CL : centre téléphonique local Desserte : le fil de cuivre! c Gilles Menez 60

61 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Boucle Locale RTC : Boucle Locale Chaque téléphone est relié à un commutateur d abonné (interne au réseau local téléphonique) c Gilles Menez 61

62 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Boucle Locale RTC : Boucle Locale par une paire de fils torsadés regroupés dans des câbles téléphoniques multipaires. La ligne reliant l abonné au réseau s appelle la desserte locale ou boucle locale. Sa longueur varie entre 1 Km (ville) et 10 Kms (campagne). Les dessertes du monde entier représentent, en 1990, 1000 fois la distance Terre-Lune! c Gilles Menez 62

63 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Zones d acheminement Zones d acheminement Chaque abonné du RTC est localisé dans une zone à autonomie d acheminement : ZAA. zone géographique dans laquelle les abonnées peuvent être interconnectés au niveau des commutateurs d abonnés sans utiliser le réseau national. Chaque zone géographique ZAA dispose d un centre de rattachement à autonomie d acheminement :CAA. Les abonnées y sont reliés soit directement, soit par l intermédiaire d un centre téléphonique local, CL. c Gilles Menez 63

64 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Zones de transit Zones de transit Les ZAA du réseau téléphonique local sont reliées à des zones de transit, qui constituent le réseau national. On distingue deux niveaux de zone de transit, les zones de transit primaires : ZTP avec les commutateurs CTP les zones de transit secondaires : ZTS avec les commutateurs CTS c Gilles Menez 64

65 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Zones de transit dans le réseau USA : AT & T Zones de transit dans le réseau USA : AT & T 5 classes de centre de commutation : En France, il y a environ : 400 ZAA 1000 CAA CL c Gilles Menez 65

66 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Les canaux de transmissions du RTC Les canaux de transmissions du RTC De nombreux média de transmission sont utilisés dans les réseaux de télécommunications. Au début du siècle, les dessertes locales étaient réalisées à l aide de conducteurs (fils de cuivre) aériens non isolés, espacés d une vingtaine de centimètres et supportés par des isolateurs fixés à des poteaux. Aujourd hui les dessertes locales sont réalisées à l aide de paires de conducteurs en cuivre recouverts d un isolant et torsadés. Les artères de transmission qui relient entre eux les centres de commutation utilisent : des câbles coaxiaux, des faisceaux hertziens, et de plus en plus des fibres optiques. c Gilles Menez 66

67 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Les canaux de transmissions du RTC La fibre c Gilles Menez 67

68 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Nature de l information Les canaux de transmissions du RTC Depuis fin 1994, les réseaux de France Télécom sont entièrement numériques (liaisons MIC) et la commutation est temporelle. Mais la chevelure (les lignes d abonnés) reste en grande partie analogique. La numérisation du réseau a permis de développer de nombreux services pour satisfaire la clientèle. renvoi d appel qui permet de faire aboutir ses communications là où on le désire, - conversation à trois pour une miniconférence ; carte France Télécom permettant d imputer les communications sur le compte d un abonné en déplacement, - carte bancaire utilisable dans certains publiphones, numéro vert qui impute les communications à l organisme demandé, numéro universel qui est attribué à une entreprise ayant plusieurs établissements : tout appel est aiguillé vers l établissement le plus proche. Enfin, l interconnexion avec les réseaux de données permet d établir des services sophistiqués en associant à ces services les messageries, les annuaires, etc... c Gilles Menez 68

69 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Etablissement du circuit Etablissement du circuit c Gilles Menez 69

70 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Numérotation Numérotation par impulsions Ce procédé de numérotation par impulsions (dit aussi par ouverture de boucle) est utilisé par les téléphones à cadran rotatif (poste à disque) et par certains modems. Dans ce cas, le courant continu est interrompu un nombre de fois correspondant au chiffre envoyé, générant ainsi des impulsions à 0. Ce principe ancien est lent! Une impulsion pour le chiffre 1, deux impulsions pour le chiffre 2, et ainsi de suite... jusqu à dix impulsions pour le chiffre 0. Chaque impulsion dure 100 ms, soit 33,3 ms pour la ligne fermée (présence de courant) et 66,7 ms pour la ligne ouverte. Pour composer le 1, il faut 100 ms ; pour faire le 2 il faut 200 ms, ainsi de suite jusqu au 0 où il faut 1 s. Un intervalle de temps d au moins 200 ms doit séparer 2 trains d impulsions. c Gilles Menez 70

71 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Numérotation Numérotation par fréquences vocales (DTMF) Le DTMF (dual tone multi frequency) est un procédé de numérotation qui génère des sonorités codées, il doit émettre des fréquences spécifiques dans la gamme 300 Hz Hz. Mais si l on attribue une fréquence simple à chaque chiffre, un sifflement (ou un son propre et fort) peut provoquer une erreur de numérotation! Ce problème d interférence est résolu simplement, par l émission de deux fréquences simultanées par chiffre. Ces fréquences sont normalisées au plan international (norme UIT-T-Q.23). Sur le clavier du téléphone, en appuyant sur une touche, on émet les deux tonalités correspondant à l intersection de l axe horizontal et de l axe vertical. c Gilles Menez 71

72 RTC : Réseau Téléphonique Commuté Numérotation Numérotation par fréquences vocales (DTMF) Signal du 8 Signal 852Hz Spectre du 8 Conformité?... à vérifier! c Gilles Menez 72

73 XDSL XDSL : ADSL... c Gilles Menez 73

74 XDSL Introduction Introduction Les procédés DSL (Digital Subscriber Line) permettent (sous conditions) de faire transiter de l information numérique sur la boucle locale avec un débit atteignant ou dépassant le mégabits par seconde (Mbps). + c Gilles Menez 74

75 XDSL Introduction Quelques exemples... Sous l appellation xdsl on regroupe de nombreuses variantes, dont trois seulement émergent sur le marché. ➀ Le procédé HDSL ( High bit rate DSL ) permet d atteindre 1,5 Mbps dans les deux sens, en utilisant deux paires de cuivre. Il est utilisé par les compagnies de téléphone pour réaliser des lignes T1 sans avoir à poser des répéteurs. ➁ Le procédé SDSL ( Symmetric DSL ), plus récent que le précédent, permet d obtenir le même débit, mais avec une seule paire de cuivre. Il est utilisé de manière ponctuelle sur des sites industriels. ➂ Le procédé ADSL ( Asymmetric DSL ) tire son nom du fait que le débit descendant (c est à dire vers l usager) est très supérieur au débit montant. Favorable aux applications du type client/serveur : consultation d Internet, accès à distance (télétravail), et vidéo à la demande... c Gilles Menez 75

76 XDSL Principe de fonctionnement Principe de fonctionnement 1) La bande passante de la boucle locale est limitée à 4 KHz par des filtres mis en place par les compagnies de téléphone. Cette bande passante suffit pour une compréhension de la voix. Mais si on retire le filtre passe-bas, la bande réelle de la boucle locale dépasse le MHz lorsque la paire de cuivre est en bon état, et que sa longueur ne dépasse pas quelques kilomètres. c Gilles Menez 76

77 XDSL Les boucles locales mondiales Les boucles locales mondiales En pratique on estime que l ADSL est utilisable lorsque la longueur de la boucle locale ne dépasse pas 6 kilomètres ; Condition remplie à plus de 80 % dans les pays développés. En GB ; les autres pays d Europe ont une situation similaire. Aux Etats-Unis, où l habitat est plus dispersé, les boucles locales dont la longueur dépasse six kilomètres représentent environ 13 du total. Il y a dans le monde 900 millions de lignes téléphoniques, et on estime que 70 à 80 % d entre elles peuvent accepter les procédés DSL. c Gilles Menez 77

78 XDSL Principe de fonctionnement Principe de fonctionnement 2) Quand on dispose d une bande de fréquence large d un MHz, on peut la diviser 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 modem analogique branché sur une ligne téléphonique traditionnelle), on dispose d un débit total d environ : 250x33, 6 = 8, 4 Mbps c Gilles Menez 78

79 XDSL Le plan des fréquences Le plan des fréquences La paire de cuivre, reliant l abonné au central téléphonique, fait coexister ➀ la voix, qu on appelle en télécommunications POTS (Plain Old Telephone Service) sur la bande de fréquence de 0 à 4KHz ; ➁ ainsi que les données, réparties entre 2 canaux : Upstream : moyen débit de 25 à 140 KHz Downstream : haut débit de 200 KHz à 2.2 MHz Tout dépend de la qualité de la ligne! c Gilles Menez 79

80 XDSL Modulation DTM c Gilles Menez 80

81 XDSL Les filtres Les filtres Cette cohabitation sur une même bande de fréquences explique la nécessité d utiliser des filtres adsl : Ils permettent de séparer les flux voix et données (upstream + downstream). c Gilles Menez 81

82 XDSL Les équipements Les équipements De part et d autre de la boucle locale, on retrouve quasiment les mêmes équipements. L abonné dispose : d un filtre ADSL d un téléphone d un modem (modulateur, démodulateur) Côté NRA, on trouve : un splitter = filtre gérant toutes les paires cuivrées un CAA = commutateur pour l utilisation voix un DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexor) = rassemble le trafic d un grand nombre de lignes ADSL pour l envoyer vers le réseau de l opérateur internet (d où le terme de multiplexeur), et inversement. Ce dernier équipement contient en fait des cartes adsl, qui répondent aux modems des abonnés désireux d obtenir la synchronisation. c Gilles Menez 82

83 XDSL Dégroupage Dégroupage Pour avoir accès à l ADSL, il faut déjà avoir une ligne téléphonique. En France, c est France Telecom qui possède ces lignes et c est la seule autorisée à intervenir sur les lignes et les centraux téléphoniques. C est pour cela que, quel que soit votre FAI, c est France Telecom qui s occupera d activer l ADSL sur votre ligne. Avec la nouvelle réglementation, France Telecom a été forcé d ouvrir les locaux de ses centraux téléphoniques à d autres opérateurs. Quand un autre opérateur ou FAI installe son matériel dans les locaux de France Telecom, cela lui permet d accèder directement à votre ligne téléphonique. C est ce qu on appelle le dégroupage du central téléphonique. Le nouvel opérateur peut ainsi proposer de nouveaux services : accès ADSL avec un débit supérieur (1024, 2048, etc...), téléphone (indépendant de France Telecom), télévision par ADSL, etc.. Comme l opération de dégroupage est coûteuse pour les opérateurs qui veulent s installer, elle n arrive généralement que là où c est rentable... dans les grandes villes. c Gilles Menez 83

84 XDSL Synchronisation et connexion Synchronisation et connexion ➀ Synchronisation : Avant de se connecter à un FAI, et donc à Internet, le modem ADSL doit d abord établir la synchronisation. Pour cela, modem et DSLAM modulent les impulsions électriques sur la paire torsadée afin de convenir d un type de modulation adéquat. Une fois la synchronisation établie, le modem va initialiser la phase connexion. ➁ Connexion : Deux types de connexion prédominent à l heure actuelle en France : connexion PPPoA / PPPoE (majorité des FAI) Cette connexion se fonde sur le principe d authentification par identifiants. Ainsi, l abonné doit indiquer son login (nom d utilisateur) auquel il doit apposer l agent directeur ) ; agent directeur qui est interprété par le PAS (Proxy Access Server) et envoyé au Radius (serveur d authentification) du FAI concerné. connexion MER (Free, nouvellement Club-Internet... ) Pour ce type de connexion, le DSLAM vérifie que le modem possède l adresse MAC (= signature matérielle unique) afin de lui donner accès à la route menant au FAI concerné. Dans les deux cas, l abonné se voit attribué une adresse IP (Internet Protocol) unique sur Internet. c Gilles Menez 84

85 XDSL Limites et éligibilité Limites et éligibilité Pour que l émetteur et le récepteur puissent effectuer leur transmission de données, ils doivent être en mesure de dissocier le signal utile du bruit. Le bruit est toujours présent et représente une source potentielle de disfonctionnements de la connexion ADSL conduisant à des pertes de synchronisation voire une absence totale de synchronisation Eligibilité En toute logique, un abonné trop éloigné du central téléphonique ou relié avec un câblage de diamètre très réduit ne pourra accéder aux plus hauts débits, et pourra même être déclaré inéligible à l ADSL. c Gilles Menez 85

86 XDSL Limites et éligibilité Calcul de l éligibilité Cette éligibilité se calcule avec précision sur les tronçons t2 + t3 : les deux tronçons d extrémité ne sont que des estimations! C est pourquoi on peut rencontrer une différence entre les données théoriques fournies par le FAI et les données réelles constatées par l abonné. c Gilles Menez 86

87 XDSL Un succés évident! c Gilles Menez 87

88 Index Index : c Gilles Menez 88