xdsl.pdf

Universit Claude Bernard Lyon 1 Master 2 Systmes Informatiques et Rseaux

Etude bibliographique Les technologies xDSL

Ralis par :

Nicolas SANTOPIETRO

Youssef ZIZI

Anne scolaire 2007-2008

Les technologies xDSL

Universit Claude Bernard Lyon 1 2

Table des matires

I. INTRODUCTION ................................................................................................... 3

II. HISTORIQUEMENT .............................................................................................. 4

III. FONCTIONNEMENT GENERAL .......................................................................... 6

A. MODE DE SEPARATION DES CANAUX (MULTIPLEXAGE) ........................................................... 6 1. FDM (Frequency Division Multiplexing) .................................................................................................. 6 2. Annulation dcho ...................................................................................................................................... 7

B. Le codage et la modulation ........................................................................................................................... 8 1. Codage 2B/1Q ............................................................................................................................................ 8 2. Modulation QAM (quadrature Amplitude Modulation) ............................................................................ 8 3. Modulation CAP (Carrierless Amplitude/Phase modulation) .................................................................... 9 4. Modulation DMT (Discret Multitone) ..................................................................................................... 11 5. Codage de Reed-Solomon ........................................................................................................................ 12 6. Codage convolutif .................................................................................................................................... 14

IV. LARCHITECTURE DSL ..................................................................................... 15

V. LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES XDSL ................................................... 18

A. IDSL ............................................................................................................................................................. 18

B. HDSL ............................................................................................................................................................ 18

C. SDSL ............................................................................................................................................................. 19

D. VDSL et VDSL2 ......................................................................................................................................... 19

E. ADSL ............................................................................................................................................................ 20

F. RE-ADSL ..................................................................................................................................................... 21

G. ADSL2 et ADSL2+ ...................................................................................................................................... 21

VI. LIMITATIONS DE LA TECHNOLOGIE XDSL ................................................... 22

A. Description dun cble de cuivre ............................................................................................................... 22

B. Affaiblissement des lignes cuivres ............................................................................................................ 23

a. La diaphonie ................................................................................................................................................ 23

VII. LES DIFFERENTES SOLUTIONS AUX LIMITATIONS DE LA TECHNOLOGIE XDSL .......................................................................................................................... 25

A. Augmentation des capacits des lignes ...................................................................................................... 25

B. Dynamic Spectrum Management (DSM) .................................................................................................. 26

VIII. CONCLUSION .................................................................................................... 28

IX. REFERENCES WEBOGRAPHIQUES ............................................................... 29



I. INTRODUCTION

Le xDSL est un groupe de technologies de transmission ayant une caractristique commune qui est de faire passer d'importants flux de donnes sur de simples lignes tlphoniques (ou paires de cuivre). xDSL signifie Digital Subscriber Line (ligne d'abonn numrique) pour DSL et le x recouvre l'ensemble de la famille de ces systmes. L'avantage de ces technologies est de pouvoir atteindre des dbits de plusieurs mgabits par seconde (Mbits/s) en utilisant l'infrastructure existante du rseau d'accs entre le central tlphonique (CT) et le client. Le xDSL bnficie ainsi de la grande capillarit du rseau tlphonique commut dj en place. Il cible donc potentiellement un trs grand nombre dutilisateurs, petites et moyennes entreprises comme les particuliers.

Pour remdier au problme des derniers kilomtres de la transmission, il est envisageable de dployer de la fibre optique (FTTH) jusque chez le client. L'investissement est cependant trs important. Une autre solution pour proposer des services assurant de hauts dbits moindre cot ft trouve par les oprateurs tlphoniques : doper le rseau tlphonique existant. C'est le but des technologies xDSL. Lide de base de cette technologie est de transmettre des donnes sur des frquences suprieures celles utilises par la voix. Elle permet de repousser la barrire thorique des 300-3400 Hertz (Hz) de la bande passante tlphonique pour atteindre plusieurs Mga-Hertz (MHz). Nanmoins, certains paramtres tels que l'attnuation des lignes paires de cuivre et la diaphonie tendent limiter les performances de ces systmes.



II. HISTORIQUEMENT

Les plus perfectionns des modems analogiques classiques ne permettaient pas de transmettre du numrique bien au del de 56 kbit / s. Les procds de modulation des modems analogiques taient pourtant trs sophistiqus, mais ce qui interdisait d'accder aux hauts dbits c'tait la faible bande passante alloue aux liaisons tlphoniques classiques. Cette bande (figure 1), appele "canal voix" tait limite thoriquement 0 Hz - 4 KHz, pratiquement 300 Hz - 3,3 KHz. Les raisons de cette limitation n'taient pas lies la bande passante de la ligne elle-mme, mais la ncessit de limiter cette bande en vue du multiplexage des signaux entre centraux tlphoniques. En effet, la bande passante du multiplex constitu est la somme des bandes passantes des diverses communications, qui, dans le cas o elles ne sont pas limites, impliqueraient une trs large bande passante coteuse en quipements. Les lignes du rseau d'accs reliant les clients au central tlphonique ont par elles-mmes des bandes passantes beaucoup plus leves qui peuvent atteindre plusieurs MHz.

Les techniques DSL utilisent la totalit de la bande passante de chaque ligne au-del de la voie phonique de 0-4 kHz. (La bande POTS : Plain Old Telephone Services). Et ce, conjointement avec les techniques de modulation les plus sophistiques que nous examinerons.



Cependant toutes les lignes n'ont pas la mme bande passante, en effet, cette dernire est directement lie la longueur de ligne. De plus, des perturbateurs agissent trs diffremment d'une ligne une autre et ce diffrentes frquences. Le DSL utilisera donc les frquences dites supra-vocales disponibles suivant la qualit et surtout la distance de la ligne terminale du client son central de rattachement.

Nous observons sur la figure ci-dessus que le DSL laisse libre la bande POTS (Plain Old Telephone Services) rserve la voix tlphonique. Nous pouvons donc simultanment tlphoner et communiquer numriquement.



III. FONCTIONNEMENT GENERAL

A. MODE DE SEPARATION DES CANAUX (MULTIPLEXAGE)

Les changes numriques pour les systmes DSL sont bidirectionnels. Deux flux d'information numrique sont dfinis : Un flux montant (upstream) allant de lquipement du client vers le central tlphonique Un flux descendant (downstream) allant du central tlphonique vers lquipement du client. Pour permettre de faire coexister sur une mme ligne de cuivre ces deux flux sans interfrence deux solutions sont possibles : - Le multiplexage en frquence FDM (Frequency Division Multiplexing). - L'occupation simultane d'une mme bande passante avec annulation d'cho (Echo Cancellation : EC)

1. FDM (Frequency Division Multiplexing)

Cette technique est utilise pour sparer les donnes dmission (upstream) et de rception (downstream) du DSL. La bande passante totale est divise en trois parties importantes : jusqu 4 kHz, on conserve les services standards du tlphone (POTS) , la bande de 20kHz 140kHz est rserve pour le canal sortant de chez labonn, et la plage de 150kHz 1,104MHz est rserve pour le canal entrant chez labonn (cf. Figure3). Dans le cas du SDSL (DSL Symtrique), les flux montants et descendants sont symtriques. On remarquera que les deux bandes utilises par lADSL (DSL asymtrique) nont pas la mme largeur, on attribue au flux montant un canal moins large qu'au flux descendant (ce qui est bien adapt pour un rseau tel qu'Internet).



2. Annulation dcho

L'avantage de cette technique de multiplexage (figure ci-dessous) est laugmentation de la largeur du canal descendant, donc du dbit du flux descendant. Son inconvnient est l'interfrence entre les signaux des deux flux montant et descendant.

Tel quel, le systme ne fonctionnerait pas dans le canal bidirectionnel (20-140KHz).Il faut bien comprendre que les deux quipements de bout de ligne se comportent comme des gnrateurs de tensions variables sur une mme ligne. Le signal somme rsultant est inexploitable en rception. Mais on a trouv un moyen de contourner cet inconvnient : l'annulation d'cho. Chaque station mettrice sait ce qu'elle met. Et ce qu'elle met, comme nous venons de le dire, s'ajoute ce qu'on devrait recevoir. Chaque quipement terminal de ligne dispose sur son entre de rception, un dispositif lectronique soustracteur qui lui envoie le signal prsent sur la ligne moins le signal qu'elle met (figure ci-dessous).



B. Le codage et la modulation

1. Codage 2B/1Q

Le codage 2B/1Q est apparu pour permettre d'augmenter la distance maximale de transmission ncessaire pour l'introduction du rseau RNIS. Ce codage fait correspondre un groupe de deux lments (2bits: 2B) un crneau de tension, dit symbole quaternaire (1Q), pouvant endosser quatre valeurs diffrentes. Ce mode de codage est utilis pour l'HDSL avec une vitesse de modulation de 584000 bauds/s soit un dbit suprieur 1Mbits/s. Cependant, ce codage est bande de base (transmission partir de 0 Hz), ce qui ne permet pas l'utilisation simultane du transfert de donnes et du service tlphonique (300-3400Hz).

2. Modulation QAM (quadrature Amplitude Modulation)

La modulation d'amplitude en quadrature (QAM) consiste associer toute suite de n bits appele symbole un point particulier au sein dune constellation. Cela correspond une combinaison d'une modulation de phase et d'amplitude, ceci afin d'augmenter le nombre d'tat



par symbole. La porteuse est transmise en ligne avec le signal modul, la dmodulation se faisant au niveau du rcepteur. Cette technique pose certaines difficults dues la distorsion de phase de la porteuse inhrente la propagation. La figure, ci-dessus reprsente la valeur binaire associe chaque point dune constellation 16-QAM utilise dans les modems V32. La figure, ci-dessous affiche les diffrentes modulations QAM qui sont utilises par les modems ADSL. (4-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM)

A la diffrence du codage 2B/1Q, les code CAP et DMT, drivs du QAM, sont typiquement passe-bande et peuvent oprer sur une bande de frquence spcifie. Ceci va permettre de sparer les canaux rservs la ligne tlphonique, la rception et l'mission de donnes.

3. Modulation CAP (Carrierless Amplitude/Phase modulation)

En parallle au dveloppement du codage 2B/1Q, une entreprise amricaine AT&T/Paradyne a dvelopp le CAP. Le codage CAP utilise une porteuse unique. La porteuse module est supprime avant la transmission, d'o le qualificatif de carrierless, puis reconstruite par le modem rcepteur. Cette technique est trs semblable la Modulation d'Amplitude en Quadrature (QAM) mais n'utilise pas la transposition en frquence. De ce fait, elle est purement numrique et est implmente avec des processeurs DSP qui ralisent le traitement



numrique du signal. La bande passante disponible est divise en trois canaux par un multiplexage FDM.

Les canaux montants et descendants ne sont pas subdiviss en canaux plus troits. Toute dgradation du rapport signal sur bruit S/B dans une bande de frquence donne, perturbe la qualit de lensemble du canal donc rduit la capacit globale de laccs. Cette diminution de la capacit revient diminuer dun bit la taille du symbole de la constellation, cest dire rduire par deux les performances.

Constellation 2n Nombre de bits/bauds

2-CAP 21 1

4-CAP 22 2

8-CAP 23 3

16-CAP 24 4

32-CAP 25 5

64-CAP 26 6

128-CAP 27 7

256-CAP 28 8

512-CAP 29 9

Les metteurs-rcepteurs CAP peuvent utiliser des constellations multiples crant 2n valeurs. n peut varier de 2 512 en fonction des caractristiques de la ligne utilise. On parle alors de



N-CAP (2-CAP, 64-CAP,512-CAP). Cette capacit changer la taille des constellations, est utilise par CAP pour s'adapter aux caractristiques de la ligne. La priode symbole du systme CAP mono-porteuse est petite. En effet, la rapidit dun modem CAP est de 1 024 kHz. Ce qui est pnalisant, par rapport la dure dun bruit impulsif qui serait gal ou infrieur 500 s.

4. Modulation DMT (Discret Multitone)

DMT a t adopt comme Norme par l'ANSI et par l'ETSI (Institue Europen de Normes de Tlcommunications), ce qui permet une plus grande interoprabilit entre les quipements des diffrents constructeurs et le dveloppement de l'ADSL. La technique consiste partager la bande passante disponible en un nombre lev de canaux. Ces canaux reoivent une modulation de type QAM et sont transmis en parallle. Cette technique multi-porteuses ncessite de forts traitements numriques et n'a donc vu le jour qu' partir du moment o les DSP sont devenus abordables en matire de cots.

La norme ADSL spcifie l'utilisation de 256 sous-canaux, chacun des sous-canaux ayant une largeur de 4, 3 125 KHz, soit une largeur de bande globale de 1 104 kHz. Le sous-canal 1 est rserv au canal tlphonique analogique. Les sous-canaux 2 6 sont rservs la signalisation du canal tlphonique et servent de bande de garde avec les sous-canaux ADSL. 250 sous-canaux sont utiliss pour transporter le flux ADSL, sur une bande utile qui stend de 25 kHz 1,1 MHz. La bande de garde entre 2 sous-canaux est de 300 Hz.



Chacune des porteuses peut tre module de 0 15 bits/s par Hz, ce qui permet un dbit de 64 Kbps pour chacun de ces canaux de transmission. DMT alloue les donnes de manire optimiser le dbit de chaque canal c'est dire d'adapter la transmission aux caractristiques de la ligne tlphonique. Le nombre de bits ports sur chaque porteuse est variable, parce que les capacits internes de transport de chaque porteuse varient en fonction de leur frquence. Plus la frquence est leve, et plus l'attnuation est importante, permettant aux frquences les plus basses de transmettre le plus d'informations. De plus, on fait varier le nombre de bits par porteuse en fonction des conditions de transmission, en plaant un nombre plus important de bit sur les canaux les plus robustes. Ainsi, pour viter les perturbations dues au bruit ou les interfrences radio il suffit de coder plus ou moins de bps/Hz sur les porteuses. Le principe de lallocation de capacit des sous-canaux correspondant au rapport signal sur bruit. Cette adaptation seffectue sur les 250 canaux.

Un modem DMT value en permanence la qualit de ligne, ce qui lui permet de recalculer dynamiquement la capacit optimale en bit/s par Hertz affecter chaque sous-canal.

5. Codage de Reed-Solomon

La transmission d'informations numriques sur de longues distances est toujours entache d'erreurs de transmission. Quand l'apparition de ces erreurs est juge trop importante vis vis du service attendu et de la sret de fonctionnement exige pour le systme, on ajoute de la



redondance; celle-ci permet, la rception de dtecter, puis corriger toutes les erreurs de certains types. Les codes de Reed-Solomon reprsentent une catgorie trs importante de codes en bloc cycliques permettant de corriger des erreurs isoles ou des paquets d'erreurs. Ces codes s'appuient sur les structures mathmatiques que sont les corps de Galois ; ils sont caractriss essentiellement par le polynme gnrateur du corps choisi, par le polynme gnrateur de code et par la capacit de correction. Pour les modems ADSL, ce code est not RS (240, 224, t=8), ce qui veut dire 224 octets en entre, 240 en sortie du codeur et 8 octets sur 224 peuvent tre corrigs. C'est un code en bloc qui va ajouter 16 octets de redondance derrire les 224 octets de charge utile. Si plus de 8 octets sont dtects comme errons, le bloc de donnes utiles est marqu comme dfectueux.

Imaginons un bloc de 3 octets de long et que l'on transmet: 03. 10. 15. Deux octets de redondance sont rajouts. Le premier est la somme de nos trois donnes soit 28 Le deuxime est la somme pondre des 3 octets. Chaque octet est multipli par son rang : 3*1 + 10*2 + 15*3 soit 68. Notre bloc la sortie du codeur devient donc : 03. 10. 15. 28. 68. Aprs transmission et perturbation, le rcepteur reoit le bloc : 03. 12. 15. 28. 68. On refait la somme simple 03+12+15=30 et la somme pondre 3*1 + 12*2 + 15*3=72. La diffrence des sommes simples (28-30) nous donne la valeur de l'erreur et la diffrence des sommes pondres divise par l'erreur est gale au rang de l'erreur ((72-68)/2=2). Nous pouvons corriger notre paquet.



6. Codage convolutif

Le codage convolutif associ un dcodage par l'algorithme de Viterbi est une technique de codage correcteur d'erreurs trs rpandue dans les systmes de transmissions numriques actuels. Ce type de codage est, en effet, spcifi dans de nombreuses applications, aussi bien du domaine audio et/ou vido telles le GSM (tlphonie mobile), l'ADSL, la tlvision numrique terrestre ou par satellite (normes DVB-T et DVB-S). Dans le modem ADSL, ce deuxime codage dit interne sert consolider encore plus les donnes issues du codeur de Reed-Solomon. Le codeur convolutif ou codeur en treillis sapplique la constellation mise en uvre par ltage de modulation. - Dans le cas, dune modulation CAP, il ny aura quun seul codeur convolutif. - Dans le cas, dune modulation DMT, plusieurs codeurs convolutifs sont appliqus pour chacune des constellations associes aux N sous-canaux dun modem DMT.

Ct terminal Ct ligne

Le schma ci-dessus reprsente les diffrents tages fonctionnels de la chane de transmission dun modem ADSL



IV. LARCHITECTURE DSL

Les technologies xDSL reposent sur le concept de "modems". Ce sont des botiers, o sont coupls des modulateurs-dmodulateurs de trs hautes performances, placs aux extrmits d'une paire tlphonique pour raliser une ligne d'abonn numrique.

Architecture DSL Comme le montre la figure ci-dessus, la topologie d'une liaison de bout en bout de service DSL est traditionnellement divise en 3 segments : L'quipement terminal client CPE (Customer Premises Equipment), le fournisseur d'accs NAP (Network Access Provider) et le fournisseur de service NSP (Network Service Provider). En fournissant la connectivit entre le terminal client (CPE) et le fournisseur de service (NSP), Le fournisseur d'accs (NAP) joue le rle d'un vendeur de services de rseau. Un exemple commun est celui de l'accs Internet prsent sur la figure ci-dessous, o un NAP peut servir la connectivit d'accs DSL diffrents fournisseurs Internet ISP (Internet Service Provider).



Un NAP servant une connectivit DSL plusieurs NSPs

Le NAP est responsable du modem DSL du CPE, du DSLAM et de la connectivit du cur de rseau au NSP. Pour cette raison, le NAP vite, idalement, de traiter des aspects lis au service offert comme l'attribution des adresses IP ou l'approvisionnement en VPN (Virtual Private Network). Il opre au niveau de la couche liaison de donnes (couche 2) et considre la connectivit entre le client et le fournisseur de service comme un tunnel de donnes. Ce modle est diffrent de celui des oprateurs de cble o il a toujours t commun pour le NSP d'tre aussi le NAP.

Les lments dun rseau daccs DSl



Les lments communs dans un rseau d'accs DSL, reports sur la figure ci-dessus, sont : - Les modems DSL ou CPE. - Le rseau d'accs de cuivre. - Les POTs splitters.

- Les DSLAMs. - Le cur de rseau de transport.

Le modem DSL reprsente l'quipement terminal du client. Quant au rseau d'accs de cuivre, il se compose de paires torsades allant de l'interface principale de distribution (MDF : Main Distribution Frame en anglais) situe dans le central tlphonique, jusqu' l'utilisateur final. En fonction de la longueur du cble et du niveau du bruit stationnaire, le dbit transmissible sur les paires torsades se situe dans une plage de 1 Mb/s 10 Mb/s pour l'ADSL et de 1 Mb/s 52 Mb/s pour le VDSL. Le POTS (Plain Old Telephone System en anglais, et Services Tlphoniques Analogiques en franais) splitter est trs souvent un simple filtre passif qui spare le spectre infrieur utilis pour la tlphonie du spectre plus lev employ par l'ADSL/VDSL. Les POTS splitters sont gnralement situs au niveau du DSLAM. Le DSLAM (DSL Access Multiplexer en anglais, et Multiplexeur d'accs DSL en franais) est une machine qui se trouve au niveau du central tlphonique. Elle rassemble le trafic d'un grand nombre de lignes DSL pour l'envoyer vers le rseau de l'oprateur internet (d'o le terme de multiplexeur), et inversement. Les DSLAM sont rcemment passs de la version 1 la version 2, ce qui a permis entre autre de raccorder un plus grand nombre d'abonns par DSLAM (passage de 384 1008), et surtout de pouvoir mettre en place l'ADSL 2 qui permet certaines amliorations notamment au niveau de la distance maximale de raccordement des abonns. Au dpart, les DSLAMs taient des dispositifs trafic ATM, de plus en plus remplacs par des DSLAMs IP. Le cur de rseau de transport peut tre bas sur l'ATM, l'IP ou dans beaucoup de cas sur les deux (IP over ATM). Dans ce rseau, le MPLS (Multi Protocol Label Switching) joue un rle de plus en plus important.



V. LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES XDSL

La famille xDSL regroupe les transmissions hauts dbits sur la boucle locale reliant le central tlphonique le plus proche au client. Les versions des technologies xDSL diffrent par le nombre de paires tlphoniques utilises (1 ou 2), la bande passante et le type de modulation utilise.

A. IDSL

IDSL (ISDN over Digital Subscriber Line) ou Ligne Numrique d'Abonn ISDN Symtrique .Cette technologie est trs proche du RNIS. Elle permet la transmission point point de donnes montantes et descendantes haut dbit. L'IDSL est surtout utilis pour des liaisons symtriques. Son dbit varie de 64 144 kb/s sur une simple paire de fils de cuivre. La porte IDSL maximale partir d'un central tlphonique est de 5 Kms, mais peut tre double avec un rpteur en 'U'. L'IDSL utilise le codage 2B/1Q.

B. HDSL

La technologie HDSL (High bit rate DSL) a t dveloppe aux Etats Unis. Technique de transmission bidirectionnelle et symtrique, elle a t conue essentiellement pour des besoins professionnels. Ces caractristiques sont typiquement destines des applications d'entreprise comme le courrier lectronique, les transferts de fichiers, et mme la vidoconfrence, pour lesquels la quantit de donnes mises et reues est peu prs la mme. Le codage mis en uvre est essentiellement de type "2B1Q".Elle permet le transfert de donnes 2.048 Mb/s sur une sur 1 ou 2 paires de cuivre sans offrir de service de tlphonie (POTS) en bande de base. Les systmes HDSL sont aujourd'hui essentiellement destins aux professionnels. Ces applications sont multiples :

Liaisons Loues 2 Mbit/s : En absence de rpteurs - rgnrateurs, les liaisons HDSL sont limites en distance environ 2 500 m. Cependant, cette offre reste trs avantageuse car les cots des quipements sont bien infrieurs ceux des systmes de ligne classique, la simplicit du systme permet de raccourcir des dlais de raccordement et l'absence de rpteur simplifie considrablement l'exploitation et la maintenance.



Raccordement de PABX : Les signaux HDSL ont l'avantage d'tre transports sans perturbation, sur des cbles d'abonns. LHDSL2 et HDSL4 : Deux successeurs du HDSL qui transmettent sur une seule paire de cuivre des services symtriques. Le HDSL2 et le HDSL4 ralisent de meilleures performances que le HDSL grce des codes plus performants, savoir la modulation code en treillis base sur la modulation PAM (Pulse Amplitude Modulation) 16 tats.

C. SDSL

La technologie SDSL (Single-Line DSL) assure les mmes performances que le HDSL en terme de dbit et de porte sur une seule paire de cuivre. Elle offre, en effet, des dbits symtriques qui varient entre 64 kb/s et 2.3 Mb/s. Le SDSL utilise tout comme le HDSL2 ou le HDSL4 des codes de modulation en treillis. L'offre d'accs SDSL est destine aux tablissements professionnels : elle permet l'change de donnes haut dbit entre plusieurs sites distants d'une mme entreprise.

D. VDSL et VDSL2

Le VDSL (Very High Rate DSL) est une nouvelle technologie DSL qui permet des dbits jusqu' 52 Mb/s sur des distances relativement courtes ne dpassant pas les 900m - 1km. Le VDSL, utilise une bande de frquence encore plus haute, allant jusqu' 12 MHz, et permet des dbits symtriques ou asymtriques beaucoup plus levs que ceux des autres technologies xDSL (jusqu' 52 Mb/s en sens descendant et 3 Mb/s en sens remontant en asymtrique, ou 14 Mb/s symtriques). Il permet aussi le transport simultan des services RNIS (Rseau Numrique et Intgration de Services) . Il utilise la modulation CAP et DMT, et la sparation des canaux upstream et downstream est effectue par FDD. La technologie VDSL 2 a t normalise le 27 mai 2005 par l'Union internationale des tlcommunications (UIT) sous l'appellation G.993.2. Elle utilise un spectre de frquences largi jusqu' 30 MHz et permet d'atteindre des dbits allant jusqu' 100 Mb/s, soit dix fois plus importants que ceux de l'ADSL. En contrepartie, sa porte est relativement courte, infrieure 500 m ds 1 km de distance, il devient plus intressant d'utiliser une autre technologie comme l'ADSL 2+.Etant donn cette faible porte, il est peu intressant de la dployer depuis un central, la couverture serait trop



faible. Le VDSL2 a donc la particularit de se prsenter comme une technique hybride, souvent appele fibre/cuivre : selon les dbits requis, il est ncessaire de dployer une infrastructure optique plus ou moins bas dans le rseau d'accs, en complment du rseau filaire existant. Le raccordement en VDSL2 se fait alors sur la partie terminale du parcours, entre le client et la borne active (DSLAM ou mini-DSLAM) place sur le trottoir et elle-mme relie au central par fibre optique. C'est le FTTCab, ou Fiber To The Cabinet, la fibre jusqu'au sous-rpartiteur. Beaucoup de pays, dont la Finlande, la Belgique ou lAllemagne (par exemple) comptent dployer du VDSL2 de faon commerciale. En France, mme si des tests ont t effectus, il semble que la fibre optique en FTTH (Fiber To The Home) soit prfre.

E. ADSL

Le concept des transmissions ADSL (Asymetric DSL) , comme l'une des premires technologies DSL avec dbits asymtriques. Contrairement aux technologies IDSL, HDSL ou SDSL l'ADSL offre la fois des services de transport de donnes et des services tlphoniques (POTS), grce la modulation DMT utilise. Son dbit est, de ce fait, adaptable en fonction de la ligne, et peut atteindre jusqu 8 Mb/s sur voie descendante et 768 Kbit/s sur voie montante



F. RE-ADSL

Au-del de 6 kilomtres du central tlphonique, la technologie ADSL n'est plus en mesure de desservir les clients. Le Re-ADSL (Reach Extended ADSL) est la technologie qui permet d'tendre la porte de l'ADSL jusqu' 7 ou 8 kilomtres en "boostant" la partie la plus basse du spectre, c'est dire en envoyant plus d'nergie entre 25 et 200 kHz. Le RE-ADSL utilise la mme modulation que l'ADSL, la DMT, mais sa vitesse est toutefois limite 512 kb/s.

G. ADSL2 et ADSL2+

L'apparition de ces deux technologies DSL tait conditionne par une volution rapide de la norme ADSL. Le dbit et la porte des modems ADSL2 sont amliors par un meilleur gain de codage, suite l'adoption de la modulation code en treillis (codage convolutif). Les en-ttes des trames sont moins volumineux. Un mode de diagnostic et de test embarqu sur les modems facilite le dploiement de la ligne (configuration, test de ligne, diagnostic accessible au fournisseur d'accs Internet). L'ADSL2 fixe, en plus, des conditions telles qu'en l'absence de requtes upstream, les modems entrent en mode de veille. Par ailleurs, les niveaux d'mission des modems sont fixs adaptativement en fonction du bruit stationnaire prsent sur la ligne. Ainsi lADSL2 permet dobtenir des dbits descendants jusqu 12 Mbits/s. Quant l'ADSL 2+, la bande de frquence utilise sur le fil de cuivre est double (2,2 Mhz au lieu de 1,1 Mhz) et permet donc dobtenir jusqu' 25 Mbit/s en dbit du flux descendant et 1 Mbit/s en dbit du flux montant. Par contre, la frquence tant plus leve, la porte est donc plus faible. Lamlioration apporte par lADSL2+ est surtout significatif pour les abonns proches du central.


Universit Claude Bernard Lyon 1

VI. L

La transmission numrique sur paire torsade est soumisperturbations apparaissent comme des bruits additifs d'origines diverses. Le cble de tlcommunications qui sert de support aux transmissions DSL est source de plusieurs limitations internes, tels que l'affaiblissementpar le torsadage des paires cuivres). Les principales sources de bruit externe sont le bruit blanc additif Gaussien (BBAG) dont la puissance est uniformment rpartie dans la bande de frquence DSL, le bruiniveau dpend du perturbateur lectromagntique et de sa position par rapport au cble, et enfin, les interfrences radiofrquences provenant par exemple des transmissions des radio amateurs.

A. Description dun cble de cuivre

La paire torsade est constitue de deux conducteurs de cuivre dun diamtre compris entre 0.4mm et 0.8mm (rarement 1mm). Les conducteurs sont isols et torsads afin de diminuer la diaphonie. ).La plupart du tempprotg par un "manteau" de plastique. Les cbles utiliss sur le rseau tlphonique comprennent de 2 2'400 paires et ne sont pas blinds.

En hautes frquences les problmes lis la dis(affaiblissement, diaphonie, distortion de phase). Aux basses frquences, ce sont les difficults lies aux bruits impulsionnels qui dominent sans trop de difficult jusqu 1 Mhz.


Universit Claude Bernard Lyon 1

LIMITATIONS DE LA TEC

La transmission numrique sur paire torsade est soumisperturbations apparaissent comme des bruits additifs d'origines diverses. Le cble de tlcommunications qui sert de support aux transmissions DSL est source de plusieurs limitations internes, tels que l'affaiblissement, la diaphonie et la distorsion de phase (cause par le torsadage des paires cuivres). Les principales sources de bruit externe sont le bruit blanc additif Gaussien (BBAG) dont la puissance est uniformment rpartie dans la bande de frquence DSL, le bruit impulsif gnr par les nons, les moteurs, les relais, etc, et dont le niveau dpend du perturbateur lectromagntique et de sa position par rapport au cble, et enfin, les interfrences radiofrquences provenant par exemple des transmissions des radio

Description dun cble de cuivre

La paire torsade est constitue de deux conducteurs de cuivre dun diamtre compris entre 0.4mm et 0.8mm (rarement 1mm). Les conducteurs sont isols et torsads afin de diminuer la diaphonie. ).La plupart du temps, les paires torsades sont regroupes par deux dans un cble protg par un "manteau" de plastique. Les cbles utiliss sur le rseau tlphonique comprennent de 2 2'400 paires et ne sont pas blinds.

En hautes frquences les problmes lis la dis(affaiblissement, diaphonie, distortion de phase). Aux basses frquences, ce sont les difficults lies aux bruits impulsionnels qui dominent sans trop de difficult jusqu 1 Mhz.

IMITATIONS DE LA TECHNOLOGIE XDSL

La transmission numrique sur paire torsade est soumise de nombreuses perturbations. Ces perturbations apparaissent comme des bruits additifs d'origines diverses. Le cble de tlcommunications qui sert de support aux transmissions DSL est source de plusieurs

, la diaphonie et la distorsion de phase (cause par le torsadage des paires cuivres). Les principales sources de bruit externe sont le bruit blanc additif Gaussien (BBAG) dont la puissance est uniformment rpartie dans la bande de

t impulsif gnr par les nons, les moteurs, les relais, etc, et dont le niveau dpend du perturbateur lectromagntique et de sa position par rapport au cble, et enfin, les interfrences radiofrquences provenant par exemple des transmissions des radio

Description dun cble de cuivre

La paire torsade est constitue de deux conducteurs de cuivre dun diamtre compris entre 0.4mm et 0.8mm (rarement 1mm). Les conducteurs sont isols et torsads afin de diminuer la

s, les paires torsades sont regroupes par deux dans un cble protg par un "manteau" de plastique. Les cbles utiliss sur le rseau tlphonique comprennent de 2 2'400 paires et ne sont pas blinds.

En hautes frquences les problmes lis la distance sont les plus contraignants (affaiblissement, diaphonie, distortion de phase). Aux basses frquences, ce sont les difficults lies aux bruits impulsionnels qui dominent sans trop de difficult jusqu 1 Mhz.

22

e de nombreuses perturbations. Ces perturbations apparaissent comme des bruits additifs d'origines diverses. Le cble de tlcommunications qui sert de support aux transmissions DSL est source de plusieurs

, la diaphonie et la distorsion de phase (cause par le torsadage des paires cuivres). Les principales sources de bruit externe sont le bruit blanc additif Gaussien (BBAG) dont la puissance est uniformment rpartie dans la bande de

t impulsif gnr par les nons, les moteurs, les relais, etc, et dont le niveau dpend du perturbateur lectromagntique et de sa position par rapport au cble, et enfin, les interfrences radiofrquences provenant par exemple des transmissions des radio

La paire torsade est constitue de deux conducteurs de cuivre dun diamtre compris entre 0.4mm et 0.8mm (rarement 1mm). Les conducteurs sont isols et torsads afin de diminuer la

s, les paires torsades sont regroupes par deux dans un cble protg par un "manteau" de plastique. Les cbles utiliss sur le rseau tlphonique

tance sont les plus contraignants

(affaiblissement, diaphonie, distortion de phase). Aux basses frquences, ce sont les difficults lies aux bruits impulsionnels qui dominent sans trop de difficult jusqu 1 Mhz.



Au-del, leur utilisation devient dlicate et elle ncessite des systmes de transmission trs performants.

B. Affaiblissement des lignes cuivres

L'affaiblissement en dB est proportionnel la longueur du cble. Il varie en fonction de la racine carre de la frquence et dpend du calibre du cble.

Calibre du cble 4/10 5/10 6/10 8/10

Frquence dB / km dB / km dB / km dB / km

0,8 kHz 1,61 1,26 1,06 0,81

3,4 kHz 3,25 2,50 2,06 1,5

28,8 kHz 7,6 5,45 4,3 2,79

64 kHz 9,7 6,9 5,5 3,9

128 kHz 11,8 8,7 7,3 5,4

256 kHz 14,5 11,2 9,8 7,6

300 kHz 15 12,4 10,3 7,9

512 kHz 20,6 17,9 14,1 12

Ce tableau prsente laffaiblissement thorique, linique en dB, de cbles non chargs en fonction de la section du conducteur. Nous notons que l'affaiblissement augmente avec la frquence et la longueur de ligne. Une solution consisterait augmenter la puissance du signal mis pour lutter contre laffaiblissement, mais dans un cble o se ctoient de nombreux systmes, on augmenterait dramatiquement les perturbations lies la diaphonie.

a. La diaphonie

Bien que les mdias de communication ne soient pas partags entre les utilisateurs, le couplage lectromagntique entre les lignes implique que la transmission d'un signal sur une ligne cause des signaux interfrents, dits diaphonie, sur les lignes voisines Cette perturbation dsigne donc linterfrence lectromagntique entre paires appartenant



un mme cble de transport. Trois types de diaphonie peuvent tre distingus : Diaphonie locale ou paradiaphonie ou NEXT (Near-End Crosstalk), dsigne les signaux coupls qui proviennent du mme ct que le rcepteur affect. Diaphonie distante ou tldiaphonie ou FEXT (Far-End Crosstalk), dsigne les signaux coupls qui proviennent du ct oppos du rcepteur affect, Auto-diaphonie ou SNEXT (Self-Next), Lorsqu'il y a plusieurs systmes compensation d'cho similaires dans un faisceau de cbles cela cre un problme dit dauto-diaphonie et engendre une dgradation des performances de transmission.

La diaphonie est une limitation dominante dans des systmes DSL et son impact devient plus svre lorsque des frquences plus leves sont utilises pour la communication. Beaucoup de systmes suppriment la diaphonie locale en sparant la transmission descendante et ascendante, par duplexage temporel (TDD : Time Division Duplexing) ou par duplexage frquenciel (FDD : Frequency Division Duplexing).



VII. LES DIFFERENTES SOLUTIONS AUX LIMITATIONS DE LA TECHNOLOGIE XDSL

Aujourd'hui, l'interfrence entre les utilisateurs est l'une des limitations principales des systmes xDSL. La gestion statique de spectre garantit que les lignes du mme cble DSL sont spectralement compatibles dans un environnement de pire cas d'interfrence. L'interfrence entre les lignes peut changer de manire significative d'un cble un autre mme si les deux cbles possdent les mmes caractristiques et la mme longueur. L'interfrence peut, enfin, changer dans le temps, et ce par exemple en raison de l'extinction et de la mise en route frquentes des terminaux clients DSL. Ainsi, l'allocation statique de spectre limite les capacits des canaux des lignes du mme cble DSL. La gestion dynamique de spectre (DSM) exploite la variation dans le temps de l'interfrence entre les lignes afin d'optimiser leurs capacits en rendant la gestion du spectre des frquences DSL dynamique alors quelle est aujourdhui statique.

A. Augmentation des capacits des lignes

Il y a cinq manires d'augmenter la capacit des liaisons DSL - Amlioration de la technologie de transmission DSL :

L'ADSL2, le successeur de l'ADSL, est un exemple de l'amlioration de technologie. Compar l'ADSL, il augmente en moyenne de 50 80 kb/s la capacit des lignes, par exemple, en exploitant des porteuses prcdemment inutilises pour le transport de donnes, telle que la porteuse pilote.

- Augmentation de la largeur de bande de transmission : Les lignes courtes avec une bande utile de transmission plus grande que la bande actuellement exploite par l'ADSL, peuvent tirer bnfice de l'introduction de nouvelles technologies DSL avec des largeurs de bande accrues, telles que l'ADSL2+, le VDSL et le VDSL2.

- Augmentation de la puissance d'mission et/ou du niveau de densit spectrale de puissance (DSP) :

Les lignes longues avec une bande utile de transmission plus petite que la bande actuellement employe par l'ADSL peuvent tirer bnfice de l'introduction de nouvelles technologies de DSL avec DSP transmise amplifie, tel que le RE-ADSL2. Cependant, en augmentant la



puissance d'mission et/ou le niveau de DSP, une ligne peut nuire aux lignes voisines en raison de l'interfrence. Ceci ne peut, priori, pas tre permis, bien que des exceptions tel que le RE-ADSL2 puissent tre justifies.

- Rduction de l'attnuation de la boucle d'abonn : L'attnuation de boucle peut tre rduite en raccourcissant la longueur des lignes par dploiement de RT (Remote Terminal) tels que : FTTCab (Fiber To The Cabinet): Lorsque la fibre optique est amene jusqu l'armoire de sous-rpartition,

FTTCurb (Fiber To The Curb, "Curb" signifiant trottoir) : Lorsque la fibre optique est amene jusqu'au point de concentration. FTTBuilding (Fiber To The Building) : quand la fibre va jusquau pied d'immeuble. Pour maximiser le gain en dbit/porte, ce dploiement est combin avec l'introduction, partir du RT, de l'ADSL2+ et du VDSL2, qui ont des largeurs de bande importantes.

- Rduction du niveau de bruit reu par le modem DSL : La rduction de bruit est possible, par exemple, par l'enlvement des rpteurs (S)HDSL ou par repositionnement des services DSL trs perturbateurs dans des paires isoles. Bien que ces solutions puissent tre trs efficaces, elles ne peuvent pas toujours tre mises en uvre. La gestion dynamique de spectre (DSM) propose une solution alternative, qui vise viter l'interfrence entre les lignes en adaptant les spectres de transmission l'environnement temps-rel d'interfrence, et ce afin de maximiser la capacit globale du cble.

B. Dynamic Spectrum Management (DSM)

Une distinction est faite entre DSM de niveau 0, 1, 2, et 3 selon le degr de coordination entre les diffrentes lignes du cble DSL :

- Niveau 0 : Gestion statique de spectre. - Niveau 1 : Allocation autonome de puissance (1 utilisateur) afin d'viter l'interfrence

sur les paires voisines.

- Niveau 2 : Allocation coordonne de puissance ( utilisateurs multiples) visant viter l'interfrence entre les lignes.

- Niveau 3 : Transmission utilisateurs multiples visant annuler l'interfrence. Cette technique de transmission s'appelle transmission vectorielle.

Le niveau 0 correspond la gestion statique de spectre, qui signifie qu'une ligne DSL vise maximiser sa propre performance sans considrer les performances des lignes voisines. La



compatibilit spectrale entre les lignes du mme cble est assure par des restrictions, imposes par la norme, la puissance et au spectre d'mission. Les exemples du niveau 0 sont les modes de fonctionnement Margin-Adaptive (MA) et Rate-Adaptive (RA) des modems DSL. Le mode MA signifie que toute la puissance disponible est utilise pour maximiser la marge de bruit, tout en maintenant un dbit binaire fixe. Dans le mode RA, la ligne DSL emploie toute la puissance disponible pour maximiser le dbit binaire l'initialisation, tout en assurant la marge de bruit configure. Le niveau 1 de la DSM est ralis lorsque la puissance d'une ligne DSL est assigne de telle manire que l'interfrence inutile sur ses voisins soit vite. Ceci mne une capacit

suprieure du cble considr, si cette technique est applique par toutes ou par plusieurs lignes de ce cble. Au niveau 1, l'attribution de puissance d'une ligne DSL est calcule en se basant seulement sur sa propre condition de ligne et ses propres contraintes de service, c'est dire, sans coordination avec les autres lignes du mme cble. Un premier exemple du niveau 1 de la DSM est le mode de fonctionnement Power-Adaptive (PA), qui signifie que la puissance est rduite au minimum, tout en maintenant le dbit binaire et la marge de bruit fixes configurs sur la ligne en question. Le mode PA s'appelle galement Fixed-Margin (FM). Un deuxime exemple est l'Iterative Water Filling (IWF), qui est en fait une extension du mode PA.

Comme le niveau 1, le niveau 2 de la DSM vise galement minimiser l'interfrence en adaptant les spectres transmis, la diffrence que l'attribution de puissance d'une ligne DSL est base non seulement sur ses propres conditions de ligne et contraintes de service, mais galement sur celles des autres lignes. Ceci exige la coordination entre les lignes dans le mme cble. Le niveau 2 de la DSM permet finalement de calculer l'attribution optimale de spectre pour chaque ligne du cble considr, telle que la capacit globale de ce cble soit maximise. Un exemple du niveau 2 est l'Optimum Spectrum Balancing (OSB). Le but du niveau 3 de la DSM est d'annuler l'interfrence entre les lignes d'un cble DSL. Alors que le niveau 2 agit sur la DSP, le niveau 3 rduit l'interfrence en traitant conjointement les signaux des diffrentes lignes du cble considr. Pour que ce traitement conjoint des signaux soit possible, tous les metteurs et/ou tous les rcepteurs doivent tre co-localiss. Le cble DSL est considr comme un ensemble, et non pas comme constitu de plusieurs lignes indpendantes. C'est pourquoi ce niveau est dsign souvent sous le nom de "MIMO" (Multiple-Input, Multiple-Output) ou de transmission vectorielle. Ces noms indiquent que dans ce niveau de la DSM, les signaux de toutes les lignes sont combins dans un signal vecteur et sont traits ensemble.



VIII. CONCLUSION

Dans ce document, nous avons dress les principales caractristiques du systme DSL et de son environnement de transmission. Nous avons, tout d'abord, expliqu l'origine du systme DSL, les techniques de duplexage, le type de codage et de modulation utiliss, l'architecture de son dploiement et les diffrentes variantes xDSL.

Ensuite, nous avons caractris l'environnement de transmission. Nous nous sommes, en effet, intresss l'affaiblissement des paires de cuivre, ainsi qu'aux diffrentes perturbations propres la transmission sur le rseau tlphonique.

Finalement, nous avons prsent les principales solutions proposes pour remdier aux limitations du systme DSL. Par ailleurs, nous nous sommes intresss aux diffrents champs d'action pour augmenter les capacits des lignes xDSL. Et selon le degr de coordination entre les lignes du cble DSL, nous avons prsent les performances des quatre niveaux de la DSM. Un jeune chercheur australien (John Papandriopoulos) fait actuellement parl de lui. Il a trouv une solution pour rduire les interfrences magntiques permettant datteindre un dbit effectif de 250Mbps (en VDSL2). Son principe, baptiss SCALE et SCAPE est presque identique la technologie DSM, les algorithmes sont dj brevets et devraient tre implments dici 2 3 ans.



IX. REFERENCES WEBOGRAPHIQUES

DSLValley http://www.dslvalley.com/desc.html

Wallu http://pagesperso-orange.fr/wallu/pag-preambule.htmConclusion

developpez.com http://hardware.developpez.com/cours/adsl/

aicof.free.fr http://aicof.free.fr/intro.html

commentcamarche.net http://www.commentcamarche.net/technologies/adsl.php3

wikipedia.org http://en.wikipedia.org/wiki/ITU_G.992.5

http://fr.wikipedia.org/wiki/XDSL

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

ADSL2+ http://www.dslprime.com/a/adsl21.pdf

DSM http://www.stanford.edu/group/cioffi/dsm/

http://www.generation-nt.com/dsm-adsl-paire-cuivre-fibre-optique-actualite-17871.html

John Papandriopoulos http://jpap.andriopo.ulos.org/

xdsl.pdf

Documents

Transcript of xdsl.pdf