1. Introduction. 2. Techniques xdsl

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1 1. Introduction Les progrès technologiques actuels ont créé de nombreux nouveaux services dans le domaine des télécommunications. Il s agit de la vidéo à la demande, télé-achat, téléenseignement, World Wide Web rapide, courrier électronique etc. Les critères que de tels services peuvent exiger sont: large bande passante fiabilité omniprésence La contrainte la plus importante de bon fonctionnement de ces services est la large bande passante et le débit élevé. Plusieurs solutions sont envisageables. On peut utiliser la fibre optique qui a un débit et une vitesse de transmission assez élevés. On peut aussi utiliser un réseaux sans connexion Wireless (satellite et terrestre). Mais ces solutions ne sont pas bon marché. La figure suivante compare les différentes alternatives aux USA. Figure 1.a - Comparaison des différentes solutions 2. Techniques xdsl La recherche dans le domaine des réseaux à haut débit, ne date pas d hier. C est au début des années 1980 que les travaux sur les Copper-loop Access Technologies ou Digital Subscriber Line commencèrent. Vers la fin des années 80 on pu entrevoir, grâce aux avancées technologiques, des débits pouvant côtoyer ceux des systèmes T1 (système développé par AT&T, permettant de transmettre des données à 1,544Mbit/s). Ce projet fut appelé HDSL (High speed Digital Subscriber Line). L HDSL donne la possibilité de transmettre de l information à des débits proche des débits des systèmes T1, avec l avantage de ne pas devoir mettre des répéteurs sur la ligne. Dans les années 1990, on découvrit qu il était possible de faire un système similaire mais asymètrique. L ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), permet d avoir une bande passante plus grande dans un sens au détriment de l autre. Cette technique était tout à fait adaptée à la VoD (Voice on Demand). Toutes ces technologies, Introduction - Page 1

2 regroupées sous l acronyme xdsl (Digital Subscriber Loop ou Line: ligne d abonné numérique, le x étant la variable de type de transmission), on deux choses en commun: Premièrement celles-ci n interviennent que dans le last mile ou la partie du réseau entre le client et le central derrière chez lui. Elles ne fournissent pas de connections point-à-point à travers le réseau public téléphonique comme l ISDN. Deuxièmement, comme on l a dit ci-dessus, les technologies xdsl n interviennent qu entre le central de quartier et le client. Il faut, dans la plupart des cas, des équipements utilisant la même technologie aux deux bouts de la ligne. Les nouvelles techniques de transmission numérique sur paires de cuivre xdsl sont des solutions qui permettent de répondre à la demande de services large bande. L idée du xdsl consiste à tirer parti des énormes progrès de la micro-électronique, pour exploiter totalement les possibilités des paires de cuivre. De cette manière la transmission peut atteindre de très hauts débits. L avantage de ces technologies est qu elles utilisent les lignes de téléphone déjà installées appelées "boucle locale" ou "paire de cuivre". Ceci est plus connu sous le nom de POTS (plain old telephone service). Tableau 2.a - Principales technologies xdsl Technologie Débit optimal descendant: montant Nombre de paires Portée optimale ADSL Asymétrique DSL HDSL High speed DSL 8Mbit/s : 768Kbit/s m 2Mbit/s : 2Mbit/s 2 ou m VDSL Very High speed DSL 12Mbit/s 25Mbit/s : 12Mbit/s : 25Mbit/s m 500 m 12Mbit/s : 2Mbit/s m 25Mbit/s : 2Mbit/s m SDSL symetric DSL IDSL ISDN comme DSL 52Mbit/s : 2Mbit/s m 2Mbit/s : 2Mbit/s m 128Kbit/s : 128Kbit/s m Tous les types de DSL fonctionnent selon le même principe. Ils utilisent les fréquences inutilisées sur les lignes téléphoniques standards, sans interfé- Techniques xdsl - Page 2

3 rer avec la transmission vocale. De cette façon, ces systèmes permettent à la voix et aux données de passer simultanément sur le même circuit. L ennemi de tous ces types est la distance. En effet plus le câble est long, plus le débit de données sera faible. Mais malgré cela le débit est plus élevé qu celui de ISDN qui plafonne à 128 kbits/s. Les portées maximales dépendent de type de technologie xdsl utilisée, du diamètre des fils de cuivre ainsi que du nombre et du type de perturbateurs présents sur les paires adjacentes. En règle générale, la baisse des performances s accélère avec la rapidité du service.l élément qui différencie les types xdsl est le débit upstream (montant) et le débit downstream (descendant). Upstream est le débit de l utilisateur vers le fournisseur et le downstream est le débit de fournisseur vers l utilisateur. Le tableau précédant résume et compare tous les types DSL. En fonction des débits upstream et downstream xdsl peuvent être symétriques (les deux débits sont égaux) ou asymétriques (les deux débits ne sont pas égaux). Les services asymétriques peuvent paraître plus adaptés aux applications grand public. Ils semblent particulièrement efficaces pour la navigation sur le réseau Internet. Dans l utilisation d Internet, l interface de l utilisateur peut être un réseau Ethernet, ou un modem xdsl peut être installé directement chez l utilisateur (voir la figure suivante). Figure 2.b - xdsl Applications: Internet Access Les technologies xdsl sont aussi utilisées dans les réseaux locaux LAN au sein d une entreprise par exemple ou entre plusieurs entreprises comme le montre la figure suivante. Pour pouvoir utiliser les services de DSL un modem xdsl est installé chez l utilisateur et un autre dans la centrale téléphonique ou provider. Ces modems n ont pas besoin d être ajustés manuellement. Un modem DSL analyse automatiquement la ligne et s adapte pour le travail dans les conditions optimales. En plus de cela ils disposent d un codage de l information qui est capable de détecter des erreurs et de les corriger. Ces modems peuvent être 300 Techniques xdsl - Page 3

4 fois plus rapides que les modems analogiques standards. Figure 2.c - xdsl Applications: Transparent LAN access La figure suivante donne une petite idée des possibles connexions sur le réseaux on utilisant une des technologies xdsl. Figure 2.d - Tout sur la même ligne Fonctionnement général La bande passante de la boucle locale est limité à 4 KHz par des filtres mis en place par des compagnies de téléphone. Cette bande est suffisante pour la transmission de la voix. En fait la qualité de transmission n est pas extraordinaire car cette transmission exige une bande de 10 à 20 KHz. Cette limitation à 4 KHz est surtout économique et moins complexe. Techniques xdsl - Page 4

5 Figure 2.e - Bande passante de la voix De plus si on veut utiliser l internet on ne peut pas utiliser le téléphone en même temps à moins qu on dispose d un modem ISDN. Le schéma classique d une connexion sur internet est montré à la figure suivante. Figure 2.f - Connexion Internet Le modem est là pour permettre à l utilisateur et au serveur de communiquer. Ces modems standards sont utilisés pour transmettre de l information digitale (numérique) sur des lignes téléphoniques alors que les lignes de cuivre sont conçues pour la voix sous forme analogique. Ces modems utilisent le principe de modulation et démodulation. Celui de l émetteur transforme l information numérique en analogique avant de l émettre sur la ligne. Le signal envoyé sur PSTN représente l équivalent analogique du signal numérique envoyé. De l autre côté le modem du récepteur transforme cette information en numérique pour qu elle soit traitable par le RAS (Remote Access Service). Alors cette technologie de modems (voiceband modem) est sujette aux limi- Techniques xdsl - Page 5

6 tations imposées par le réseaux analogique de la voix entre l utilisateur et le serveur. C est pour cette raison que ce type de technologie est lent. L idée des technologies xdsl est d utiliser les mêmes lignes de cuivre mais à des fréquences supérieures pour la transmission des données numériques. Figure 2.g - Séparation des fréquences POTS et xdsl Donc si on retire le filtre passe-bas, la bande 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. Cette bande de fréquence assez large peut être divisée en plusieurs canaux: 1000/4 = 250 canaux (de 4 KHz chacun) Figure 2.h - Canaux xdsl La première partie de cette nouvelle bande est utilisée pour le upstream et la deuxième pour le downstream. Cette solution permet donc d envoyer des données numériques, grâce aux modems xdsl, et de la voix analogique sur les mêmes paires de cuivre et simultanément. On peut aussi utiliser toute la bande dans les deux directions. Techniques xdsl - Page 6

7 Figure 2.i - Upstream et Downstream Figure 2.j - Téléphone et xdsl sur la même ligne Si un canal permet de faire passer 33.6kbit/s (anciens modems analogiques) on dispose d un débit total de: 250 * 33.6/1000 = 8.4Mbit/s C est cette approche qui fait en sorte qu on ait plusieurs types de DSL. Parmi toutes les technologies et techniques xdsl seulement trois sont utilisées sur le marché. Il s agit de: HDSL, SDSL et ADSL. Fonctions des modems Les modems ont trois fonctions principales: Modulation/Démodulation Contrôle d erreur Compression de données Techniques xdsl - Page 7

8 Protocoles de modulation Le processus d encodage du signal digital ou numérique dans un signal analogique qui représente l information est appelé le codage de ligne. Dans le cas le plus simple, un élément simple du signal représente un bit. Dans les systèmes complexes, un élément simple peut représenter plusieurs bits pour augmenter le taux effectif des données. Il s agit maintenant de moduler le signal par le modem avant de le transmettre sur la ligne. De cette manière on prépare le signal pour le "voyage". Un signal analogique qui porte de l information est appelé le signal porteur ou la porteuse. Il est caractérisé par trois facteurs: l amplitude, la fréquence et la phase. De ce fait on a les types de modulation suivants: Modulation d amplitude (AM): On module seulement l amplitude da la porteuse. Différents niveaux de l amplitude peuvent être utilisés pour incrémenter le nombre de bits/hz. Modulation de fréquence (FM): On module seulement la fréquence de la porteuse. Modulation de la phase: On module seulement la phase de la porteuse. Modulation en quadrature (QAM): Les valeurs numériques du signal sont codées sur un treillis. C est ce qu on appelle le diagramme de constellation car il donne l information sur la valeur de l amplitude et de la phase du signal. La longueur du vecteur représente l amplitude et l angle représente la phase. L axe verticale est appelé Q et l axe horizontale I. Cette technique est utilisée dans les modems haute vitesse. Une variante de cette modulation est CAP (Carrierless Amplitude/Phase modulation). Pour plus de détails sur cette modulation il faut voir le chapitre concernant HDSL plus loin dans le texte. Un autre type de codage est 2B1Q (2 binary, 1 quaternary). Figure 2.k - Modulation 4 QAM Techniques xdsl - Page 8

9 Contrôle des erreurs La ligne téléphonique est sujette à de nombreuses sources d erreurs: Bruit impulsionnel: c est le bruit causé par l interférence électrique (lorsqu on commute on/off). Bruit blanc: Il est aussi appelé le bruit Gaussian. Il est toujours présent sur la ligne et il est causé par le mouvement des électrons sur la ligne. En général de différents bruits s additionnent et la forme finale de cette interférence cumulative est un signal Gaussian. Atténuation: lorsque le signal traverse la ligne il perd de puissance avec la distance. Plus il est faible plus il est probable qu il soit affecté d erreurs. Crosstalk (Diaphonie): c est le bruit provoqué par l interférence de deux signaux provenant des lignes différentes. Le modem est chargé de détecter ces erreurs et de les corriger s il le faut ou de retransmettre l information. Fonctions des splitters Les splitters sont des filtres utilisés pour séparer les POTS des services xdsl (ADSL dans notre cas). Ils permettent d éviter les interférences entre les POTS et les services xdsl. Les splitters sont installés entre le point de démarcation (démarcation point) ou NID (Network Interface Service) et le réseaux. Pour pouvoir faire cette séparation les splitter sont composés de deux sortes de filtres, à savoir un filtre passe-bas pour filtrer la bande de fréquence réservée à la voix (téléphone) et un filtre passe-haut pour filtrer la bande de fréquence assez haute et réservée aux services xdsl. La figure suivante montre l emplacement des splitters. Un splitter est placé dans un central CO (Central Office) et un autre chez l utilisateur. Il envoie l information soit vers le téléphone soit vers un modem DSL. Figure 2.l - Fonctions des splitters Techniques xdsl - Page 9

10 Figure 2.m - Splitter de Texas Instrument Impédance caractéristique de la ligne Chaque ligne téléphonique a sa propre impédance caractéristique qu on note Zc. C est l impédance qu on mesurerait à l entrée d une ligne infiniment longue, ou terminée sur ce même Zc. Figure 2.n - Impédance caractéristique d une ligne 270 Ω 150 Ω 750 Ω La figure précédente montre la forme possible d une impédance Zc. Elle a cette forme seulement si la ligne est assez longue. Elle n est pas la même pour tous les opérateurs. Celle-là est de France Telecom. L impédance de téléphone p.ex. doit être égale à cette impédance pour éviter la diaphonie ou la réflection. En effet le filtre doit voir Zc à l entrée pour avoir l impression de l adaptation de l impédance. Ceci veut dire qu il a l impression que la boucle est infinie. La figure suivante montre ceci. L impédance de téléphone est aussi égale à Zc. Techniques xdsl - Page 10

11 Figure 2.o - Principe des technologies xdsl Une des caractéristiques de la ligne qui peut influencer la qualité de transmission est sa longueur. En effet plus la distance augmente plus le signal est faible. C est pour cette raison que les modems ADSL et xdsl ne peuvent travailler que sur des distances courtes. Ce problème n existe pas avec des modems ordinaires (voiceband) car ils utilisent la fréquence de la voix (0-3400Hz). Pourquoi ceci dépend de la fréquence? C est le facteur linéique qui en dépend. Donc pour xdsl les fréquences sont élevées et le facteur linéique aussi. C est ce qu on peut voir depuis la formule qui donne la tension du signal sur la ligne: γ = L ADSL a été développé en 1989 par Bellcore (maintenant appelé Telcorfacteur linéique Les problèmes pour faire des filtres proviennent des impédances. Tous les opérateurs ont des impédances Zc différentes. Donc tous les opérateurs ont des filtres différents. La solution serait d avoir un filtre universel. 3. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 11

12 dia Technologies). Il permet d utiliser une paire torsadée utilisée pour le téléphone ordinaire et d y faire passer simultanément le téléphone (POTS - Plain Old Telephone Services) et des données à un débit élevé. La technique est dite asymétrique, car le débit downstream, c est-à-dire "du serveur au client" est plus grand que le débit upstream, "du client au serveur". Les débits maximums sont de 8Mbits downstream et de 640kBits upstream, dépendant des contraintes du réseau de télécommunications sur lequel on se trouve. A l époque, on prévoyait d utiliser l ADSL dans le domaine de VoD (Video on Demand). C est seulement dans les années 1990, lorsque le marché de la VoD a disparu, que l on vit l utilité d une telle technologie pour Internet. Elle est particulièrement bien adaptée à celui-ci car les requêtes ne nécessitent que peu de bande passante, alors que les données envoyées depuis les différents serveurs en nécessitent beaucoup plus. Cependant, le réseau international par lequel nous pouvons accéder à internet, ne permet pas d atteindre de tels débits. Le débit moyen est aux alentours de 250kbit/s et dépasse rarement les 400kbit/s ce qui est bien en-dessous des possibilités de l ADSL. Pour cette raison, l UAWG, l Universal ADSL Working Group, formé en 1998 par différentes entreprises concernées directement par le développement de cette technologie, proposa une version allégée de l ADSL, l ADSL Lite. Cette version aurait des débits moins élevés que ceux de l ADSL appelé dés lors "ADSL full-rate", mais ceux-ci seraient proches de ceux permis par le backbone Internet. Il permettrait aussi une installation plus aisée. Figure 3.a - Solutions ADSL En ADSL, les débits dépendent très largement de la longueur de la ligne de transmission et du diamètre de celle-ci. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 12

13 Figure 3.b - Distances et débits d une liaison ADSL On voit que les débits décroissent rapidement avec l allongement de la ligne. La bande réservée pour les POTS est de 3100Hz entre 300Hz et 3400Hz. La bande ADSL se trouve au-delà de 30kHz. La position exacte de celle-ci dépend de la solution ADSL utilisée, car il en existe plusieurs. Figure 3.c - Planning des fréquences en ADSL ADSL full-rate (G.992.1) Lors de l envoie et de la réception, la séparation est faite par un filtre appelé Splitter. Celui-ci est constitué de deux filtres, l un passe-bas pour les POTS et l autre passe-haut pour l ADSL. Ces deux filtres sont soumis à des caractéristiques très contraignantes, et on ne sait pas les fabriquer pour le moment, ce qui est un problème majeur et en même temps une opportunité pour des PME qui auraient des solutions à proposer et ainsi décrocher le marcher. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 13

14 Figure 3.d - Installation ADSL avec splitter Ce splitter est installé à l entrée des maisons et immeubles, ainsi que dans le central. Il constitue une isolation entre les POTS et l ADSL et évite qu ils ne se perturbent mutuellement. Il joue de ce fait un rôle important, mais représente aussi des contraintes à la conception, comme on l a vu plus haut, et à l installation. Cette solution permet d avoir les meilleures débits, soit de 8Mbit/s downstream et de 768kbit/s upstream. Comme il est difficile à concevoir, le splitter est cher (dans un premier temps). L installation doit se faire par un technicien professionnel car, à moins d habiter une maison, le splitter est utilisé par plusieurs abonnés. Tout ceci représente des coûts supplémentaires non négligeables pour l utilisateur. C est pour cette raison que des grandes entreprises, dont les membres de l UAWG (Universal ADSL Working Group) tel que Texas Instruments, tentent de trouver des solutions sans splitter ou avec des splitters moins complexes. Figure 3.e - Modem ADSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 14

15 ADSL Lite (G.992.2) La recherche dans ce domaine est motivée par la raison suivante: Cette solution serait bien plus simple et présenterait des avantages à l installation et des réductions de coût importantes du fait de la disparition du splitter. Cette solution pourrait alors être favorisée par les providers et les usagers au détriment de solutions plus complexes, plus lourdes et surtout plus cher. L élimination du splitter ne va pas sans conséquences. Une première conséquence sont les débits moins élevés de l ADSL lite aussi appelé G.lite. Les débits downstream et upstream sont de 1.5Mbit/s et 512kbit/s maximum. Ceci est dû à la distance plus grande qu il doit y avoir entre la bande POTS et la bande ADSL pour minimiser le plus possible les interférences. Le fait qu il n y ait plus de séparation entre les deux bandes pose un deuxième problème. L impédance de la ligne n est pas la même si les téléphones sont raccrochés ou décrochés. Imaginons qu une liaison ADSL soit établit alors que tous les téléphones son raccrochés. Celle-ci aura été faite en tenant compte des paramètres de la ligne au moment de l établissement. Si maintenant des téléphones viennent à être décrochés, l impédance de la ligne, donc ses paramètres vont changés et la qualité du service (QoS) ne sera alors plus assuré. Pour cette raison, la solution "sans splitter" sans autre mesure, n est pas utilisée. Une autre solution qui consiste à mettre des filtres passe-bas entre la ligne et le téléphone résout ce problème. Figure 3.f - Installation ADSL et ADSL Lite ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 15

16 Considérations techniques Transport unidirectionnel downstream Le transport des données peut être réparti sur sept canaux porteurs. Il y a jusqu à quatre porteurs downstream unidirectionnels (simplex). Viennent s ajouter à cela jusqu à trois porteurs bidirectionnels (duplex). Chacun de ces canaux se partage l information en multiples de 32kbit/s. La spécification ADSL établit quatre classes de transport pour les porteurs simplex basées sur des multiples de 1.536Mbit/s. La vitesse maximum pour chaque porteur n est pas limitée, elle dépend seulement de la capacité totale de la liaison ADSL. Les classes de transport, qui définissent le débit sur la ligne, sont 6.144Mbit/s, 4.608Mbit/s, 3.072Mbit/s, 1.536Mbit/s, numérotés de 1 à 4. Le support pour les classes 1 et 4 est obligatoire. Le nombre maximum de porteurs qui peuvent être transportés en même temps dépend de la classe de transport. La classe de transport 1 offre le débit downstream le plus grand et est destinée aux lignes d abonnés courtes. Les 6.144Mbit/s peuvent se composer de n importe quelle combinaison de 1 à 4 porteurs, chacun d eux ayant un débit étant un multiple de 1.536Mbit/s, la somme devant faire 6.144Mbit/s. La classe de transport 2 a un débit de 4.608Mbit/s downstream. Elle se compose de 1 à 3 porteurs, chacun d eux ayant un débit étant un multiple de 1.536Mbit/s, la somme devant faire 4.608Mbit/s. La classe de transport 3 a un débit de 3.072Mbit/s downstream. Elle se compose de 1 ou 2 porteurs ayant un débit étant un multiple de 1.536Mbit/s, la somme des deux devant faire 3.072Mbit/s. La classe de transport 4 a un débit de 1.536Mbit/s et est destinée aux lignes d abonnés les plus longues. Des classes de transport préfixées 2M fournissent des débits étant des multiples de 2.048Mbit/s, et tiennent compte des réseaux de type E trouvés en Europe. Le support pour ces classes de transport n est pas obligatoire. Lorsque l ADSL est utilisé pour le transport de cellules ATM, les classes de transport offrent des débits de 1.760Mbit/s, 3.488Mbit/s, 5.216Mbit/s, 6.944Mbit/s. Transport bidirectionnel Il y a trois canaux porteurs bidirectionnels, dont le canal C, obligatoire, qui est le canal de contrôle. Celui-ci transporte les messages de contrôle pour la sélection des services. Toute la signalisation se fait par le biais de ce canal spécial. Il est toujours actif et s exécute à 16kbit/s pour les classes de transport 4 et 2M-3. Toutes les autres classes utilisent le canal C à 64kbit/s. En plus du canal C, le système ADSL peut transporter deux porteurs bidirectionnels supplémentaires. Un porteur à 160kbit/s et l autre soit à 384kbit/s, ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 16

17 soit à 576kbit/s. Jusqu à trois porteurs duplex peuvent être transportés simultanément sur la ligne. Si le canal est utilisé pour transporter de l ISDN, Le canal D peut être utilisé pour la signalisation. La Supertrame ADSL Lors du transfert de données, les bits sont organisés en trames, réunies elles-mêmes en une supertrame. La supertrame est constituée de 68 trames ADSL, dont certaines sont réservées pour des contrôles d erreurs. Une supertrame est envoyée toutes les 17ms. Les trames 0, 1, 34 et 35 sont des trames de contrôle pour la supertrame. Figure 3.g - Trames et supertrame ADSL Applications de l ADSL Elles sont quasiment illimitées et offrent de belles perspectives d'avenir en matière de télécommunications, également pour le particulier. Internet Haut Débit Le haut débit autorisé par les technologies xdsl permet un chargement de pages beaucoup plus rapide, ainsi que le téléchargement de fichiers plus lourds, de type audio ou vidéo. Elles sont également les plus accessibles au grand public de par le faible coût de l'installation, s'appuyant sur le cuivre existant. De plus, leurs hauts débits et large bande passante évitent tout blocage de réseau ou chute de débit dûs à de nombreuses connexions, garantissant un accès rapide et efficace en toutes circonstances. Pour l'heure, ces accès sont proposés par des opérateurs comme service de haut niveau sur l'ensemble des technologies xdsl. Vidéo à la demande Ce service est possible via l'adsl, ou le VDSL pour une meilleure qualité, et utilise principalement le canal descendant. Il permet d'accéder à tout moment au programme ou film que l'on souhaite, même si l'on surfe sur Internet, joue en réseau et téléphone en même temps! ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 17

18 Actuellement, aucune société n'a proposé ce service, sans doute dans l'attente d'un marché plus important. Vidéoconférence La vidéoconférence tend à remplacer la réunion de travail locale. Elle autorise naturellement la communication entre plusieurs sites distants et ouvre la porte au télétravail. ADSL, SDSL et VDSL l'autorisent. Télétravail, Téléenseignement Ces nouveaux concepts sont peut-être la clé de la civilisation de demain. Ils permettent de relier les salariés d'une société ou les élèves d'une école à l'établissement auquel ils sont rattachés, comme s'ils étaient sur place. Placés sur un réseau local virtuel, des employés peuvent s'échanger des fichiers et accéder aux applications serveur de l'entreprise très simplement, ainsi que recevoir fax et s arrivant sur le site distant. Grâce au téléenseignement, les élèves peuvent suivre des cours à domicile, sans avoir à se déplacer. De nombreuses écoles et universités sont accessibles et proposent des cours ou compléments, ainsi que des librairies online, des fédérations de professeurs et autres organismes d'enseignement. Des salles de classe virtuelles et des "CyberCours" existent même, basées sur la visioconférence. Les services de base de ces concepts sont accessibles par tous les xdsl. Télémédecine Basée sur l'accès Internet haut débit, elle permet d'accéder par un simple navigateur à une importante base de données de patients (d'un hôpital ou d'un organisme de santé par exemple), ainsi que de nombreux documents associés (informations personnelles, antécédents, traitements déjà subis, diagnostics, prescriptions déjà établies, radios, scanners, ). Ainsi le médecin est mieux renseigné sur son patient et peut améliorer ses soins. Le VDSL est la technologie la plus appropriée à ce type d'usage. Jeux en réseau Les applications interactives et multi-joueurs supportées par un réseau IP prennent ici toute leur ampleur. Les utilisateurs peuvent souscrire à un service lui offrant un choix de jeux à distance, lancés sur un serveur spécialisé et occupants entre 2Mo et 2Go pour les plus graphiques. Cette utilisation des technologies xdsl nécessite un débit important dans les deux sens: ADSL, HDSL et VDSL le gèrent sans trop de problèmes. Néanmoins, un projet (Dédale) est en cours au Cnet Grenoble pour améliorer la fluidité de l'action et l'interactivité. Diffusion Audio et TV La diffusion en direct est réorientée vers un réseau IP. Seule une partie du canal descendant est occupée par le signal, autorisant l'utilisateur à surfer sur Internet simultanément. Le signal audio transporté est de haute qualité (une réception audio standard est déjà possible avec un simple modem), et la réception TV, possible sur ADSL, est optimisée en qualité sur VDSL. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - Page 18

19 Commerce électronique L'accès au commerce électronique est possible par simple modem, mais prend véritablement une autre dimension avec l'adsl ou le VDSL. En effet, de très hauts débits autorisent beaucoup plus facilement l'écoute de produits musicaux ou la visualisation mobile en 3 dimensions, voire en vidéo, des articles proposés. Vous l'aurez compris, ces nouvelles technologies offrent un énorme potentiel d'applications nouvelles, dont beaucoup restent encore à imaginer Deux idées ressortent néanmoins clairement: la possibilité de travailler à distance, qui semble la plus prometteuse dans une société mondialisée, réduisant également les flux de transport - et la pollution -, ainsi que la diffusion vidéo à la carte et un choix permanent de films et programmes! 4. HDSL (High speed Digital Subscriber Line) La technologie HDSL (High bit rate DSL) a été développée aux Etats Unis. Technique de transmission bidirectionnelle et symétrique, elle a été conçue pour des besoins professionnels comme le courrier électronique, le transfert des fichiers ou la vidéoconférence pour lesquelles la quantité de données émises et reçues est la même. Cette technique permet de fournir des accès T1(1.544Mbit/s) ou E1(2.048Mbit/s) sur 2 ou 3 paires de cuivre symétriques. T1 est la transmission numérique aux USA et E1 en Europe. Pour cette dernière deux possibilités sont offertes: utiliser trois paires, chacune supportant un débit de 784Kbit/s en full duplex, 2.352Mbit/s, utiliser deux paires, chacune supportant un débit de 1.168Mbit/s en full duplex, 2.336Mbit/s. La technique HDSL permet de tirer parti des caractéristiques de bande passante des pairs de cuivre par l usage de techniques de codage élaborées. Ces techniques sont utilisées en conjonction avec diverses techniques de filtrage, d annulation d échos ainsi que des codes correcteurs d erreurs. T1 est utilisée pour la transmission de données à 1.544Mbit/s sur deux paires torsadées sur une grande distance. Cette longueur de ligne nécessite des répéteurs pour régénérer le signal le long de celle-ci. Le succès de ce service aux Etats-Unis commença à amener des problèmes tant à l installation qu au dépannage de ces lignes car le grand nombre de ces répéteurs, souvent inatteignables rend ces tâches difficiles. La première chose à faire fut d adopter un codage autre que le codage AMI utilisé pour T1. Bellcore proposa alors une nouvelle technologie, l HDSL basé sur un codage 2B1Q (codage utilisé par ISDN) sans répéteurs, sur deux paires torsadées transportant chacune 784kbit/s. Le codage mis en oeuvre est essentiellement "2B1Q" (2 binary, 1 quater- HDSL (High speed Digital Subscriber Line) - Page 19

20 nary). Il permet d optimiser l annulation d échos. Dans le modèle à deux paires, certains constructeurs ont optés pour une modulation CAP (Carrierless Amplitude/Phase modulation).cap est une version de la modulation en quadrature QAM. Cette modulation utilise deux porteuses en quadrature I et Q qu elle combine par addition pondérée en fonction du signal binaire à transmettre. Dans ce cas, il est nécessaire de mettre en place des systèmes à annulation d échos et un codage en treillis 2D à 8 états. La modulation CAP est plus performante que 2B1Q. CAP utilise une bande passante moins large, limitée entre 4 khz et khz et offre une vitesse de modulation trois fois plus faible. L avantage du 2B1Q est le fait qu il est déjà utilisé sur le ISDN et qu il est possible de réutiliser certains modules. Dans tous les cas, HDSL ne prévoit pas d offrir en complément le service téléphonique entre 0 et 4kHz ou la bande de fréquence nécessaire à l accès de base du ISDN. Le codage AMI utilise, pour transmettre 1.544Mbit/s une plage de fréquence allant de zéro à 1.544MHz. Ceci pose un problème car on se trouve alors dans les fréquences ou l atténuation du signal est forte. Il faut alors mettre des répéteurs pour assurer une qualité suffisante à la réception. Pour résoudre ce problème il faut améliorer l efficacité du codage. La modulation 2B1Q résout ce problème. Au lieu d avoir un bit codé deux états, 0 ou 1, nous en avons deux codés sur 4 états, deux positifs et deux négatifs. Le récepteur doit alors détecter l amplitude et la polarité du signal. Ceci à pour effet de diviser par deux la bande de fréquences utilisées et de ce fait, de se retrouver dans la zone ayant une atténuation acceptable, ceci sans répéteurs. Plusieurs codages ont été proposés pour l HDSL2. En effet, celui-ci, n utilisant qu une seule paire torsadée, nécessite un codage encore plus efficace. La modulation retenue fut la modulation PAM (Pulse Amplitude Modulation) au détriment de la modulation CAP (Carrierless Amplitude Modulation) utilisée en ADSL. Comme l ADSL, l HDSL n intervient qu entre le central et le client. Il y a cependant deux grandes différences entre ces deux technologies: L ADSL permet de transmettre les POTS et le service ADSL simultanément ce que l HDSL ne permet pas car il utilise toute la bande passante, y compris celle réservée au téléphone. L ADSL n a besoin que d une seule paire torsadée contrairement à l HDSL qui en utilise deux, exception faite du HDSL2 qui n en utilise qu une. Du côté du client, la ligne est connectée à un HTU-R (HDSL Termination Unit - Remote). Celui-ci fait le lien entre l équipement du client et la ligne. Du côté du central, la ligne est connectée à un HTU-C (HDSL Termination Unit - Central). HDSL (High speed Digital Subscriber Line) - Page 20

21 Figure 4.a - Architecture de base HDSL Il faut encore noté qu autant l HDSL que l HDSL2 utilise des bandes passantes identique pour l upstream et le downstream (symétrique), ainsi qu un débit fixe. C est la raison pour laquelle ces services sont plutôt utilisés dans les compagnies qui souhaitent relier leurs différents sites entre eux à travers leurs LANs pour pouvoir faire du transfert de fichier, de la vidéo-conférence, pour avoir la possibilité d héberger leur site web avec une bande passante suffisante pour un grand nombre d accès simultanés. Applications HDSL est essentiellement destiné aux professionnels. Ces applications sont: Liaisons Louées à 2Mbit/s. En absence de répéteurs-régénérateurs, les liaisons HDSL sont limitées en distance à environ 2500 m. Mais la simplicité du système permet de raccourcir des délais de raccordement et l absence de répéteur simplifie considérablement la maintenance. Raccordement PABX: Les signaux HDSL ont l avantage d être transportés sans perturbation, sur des câbles d abonnés. Vidéo-conférence. Autre solution HDSL Le HDSL-2, comme le HDSL est un service bidirectionnel et symétrique au débit T1 ou E1. HDSL-2 a l avantage de fonctionner sur une seule paire de cuivre. Son code en ligne à modulation d amplitude PAM (Pulse Amplitude Modulation) réduit les interférences avec les autres services xdsl. Il offre une meilleure immunité au bruit et une correction d erreurs intégrée. Les modems HDSL disposent d une interface de données V35 (8DB25) et d une interface réseau RJ45. certains équipements ont également une interface de gestion en RS232. HDSL (High speed Digital Subscriber Line) - Page 21

22 5. VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) Le VDSL est une évolution de l ADSL qui permet des débits downstream jusqu à 52Mbit/s et upstream jusqu à 6.4Mbit/s. Les motivations pour le développer cette technologie dans les années 1990 étaient la demande croissante de bande passante pour des applications multimédia. une alternative au seul media qui est capable de supporter de tels débits: la fibre optique. En effet, malgré la réduction de coût engendrée par la pose de celle-ci directement jusque dans les nouvelles habitations durant leurs constructions, il est difficile et beaucoup trop cher de la faire pour le reste des logements. Figure 5.a - Installation VDSL vs Fibre Malgré le fait que le VDSL et l ADSL soit des technologies apparentés, il existe des différences fondamentales entre ces deux standards: Le VDSL permet d offrir le service asymétrique ainsi le service symétrique. En effet la solution asymétrique est plus adaptée pour les particuliers tandis que les entreprises demandent plutôt une solution symétrique due au fait que celle-ci utilise souvent leur lignes pour des connections intra-entreprise avec des sites distants. Les plages de fréquences ne sont pas les mêmes. L ADSL utilise une bande de fréquence au-delà de 4kHz allant jusqu à environ 1MHz, tandis que le VDSL occupe les fréquences de 1Mhz à 20Mhz. Le VDSL permet le multiplexage upstream. En effet, vu la bande pas- VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) - Page 22

23 sante mise à disposition par celui-ci, il serait maladroit de ne pas connecter plusieurs clients sur la ligne. Il faut donc qu il y ait un multiplexage des données envoyées vers Internet. Programme 5.b - Comparaison des débits VDSL et ADSL Comme avec l ADSL, les débits du VDSL dépendent de la longueur de la ligne. Ces différences sont significatives: pour une longueur de 300m, débit downstream est de 52Mbit/s. Celui-ci tombe à 6.5Mbit/s pour une longueur de 2km. VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) - Page 23

24 Figure 5.c - Débits en mode asymétrique et symétrique Le fait que le VDSL occupe la plage de fréquence entre 1MHZ et 20MHz permet à celui-ci de cohabiter avec le service ADSL. Cependant il envahit les fréquences de la radio amateur. Le risque d interférence dans les deux sens est bien réel car tout téléphone constitue une antenne à lui seul. Une solution à ce problème est le masque PSD (Power Spectral Density). Celui-ci contrôle que le signal envoyé ne dépasse pas un certain niveau de puissance. Ce niveau est fixé de telle manière à ce que le signal ait une puissance suffisante pour qu il puisse être transmis correctement, mais qu il ne pollue pas les autres signaux. VDSL peut aussi cohabiter avec le service ISDN car celui-ci occupe la plage de fréquence jusqu à 80kHz. VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) - Page 24

25 Figure 5.d - Cohabitation ISDN - VDSL 6. Perspectives et Conclusion Comment faire pour augmenter les débits de transmission? Cette question n est plus à poser. Nous espérons vous avoir convaincue, était-ce utile, que les solutions passent par les technologies xdsl. La où il y a un téléphone, il y a généralement une paire cuivre torsadée, alors pourquoi ne pas l utiliser? Comme nous l avons vu dans ce rapport, ce ne sont pas les solutions qui manquent. Les technique xdsl sont fortement implantées aux USA, au Canada et en Asie. Elles le sont moins en Europe qui dispose d excellentes infrastructures ISDN. Aux Etats-Unis 60 pour cent des lignes à 1.5 Mbit/s sont réalisées avec des équipements HDSL et l utilisation de cette technique a entraîné une réduction des coûts de 30 pour cent en 2 ans. L Europe n est pas en retard au niveau du dévelopement des technologies xdsl. Bien au contraire, le meilleur spécialiste mondial de la technologie ADSL est Alcatel (France). Mais l Europe n est pas en avance dans le domaine de l application de ces technologies et de leur disposition sur le marché. Il est dans sont intérêt d améliorer les services offerts par xdsl car il est fort probable que cette technologie remplace les technologies actuelles. Ce rapport est un aperçu malheureusement incomplet sur les technologies xdsl ainsi que les possibilités qu elles offrent. Durant ce semestre nous avons fait un gros travail de recherche qui est très mal mis en évidence dans celui-ci. Nous ne nous sommes pas rendu compte du travail à fournir ainsi que des connaissances préalables nécessaires pour comprendre toutes les données techniques, lors du changement du cahier des charges du projet. Nous en sommes navré et espérons que vous ne restez pas trop sur votre faim. Perspectives et Conclusion - Page 25

26 7. Remerciements A monsieur H. Dedieu pour sa disponibilité et ses conseils avisés A monsieur S. Poretti pour sa disponibilité et les nombreux services rendus A monsieur S. Ventura pour ses nombreuses explications A F. Dutoit et C. Broillet pour les explications sur la modulation ADSL 8. Acronymes et Abréviations ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line HDSL: High bit-rate Digital Subscriber Line POTS: Plain Old Telephone Services SDSL: Symmetric Digital Subscriber Line UAWG: Universal ADSL Working Group VDSL: Very high bit-rate Digital Subscriber Line VoD: Voice on Demand ISDN: Integrated Services Digital Network PSTN: Public Switched Telephone Network QAM: Quadrature Amplitude Modulation CAP: Carrierless Amplitude Phase modulation NID: Network Interface Device CO: Central Office RAS: Remote Access Service QoS: Quality of Service AMI: Alternated Mark Inversion Remerciements - Page 26

27 9. Bibliographie "Technologie d accès aux réseaux", Antoine Delley, Marco Francioli, Pascal Zbinden Texas Instruments Application Report SPAA007A, "Universal DSL Deployment of G.Lite" "Consumer Installable ADSL: An In-Depth Look at G.Lite Technology", Orkit "XDSL Architecture", Padmanand Warrier, Balaji Kumar "ADSL and DSL Technologies", Walter Goralski Bibliographie - Page 27