224_xDSL-ADSL-SDSL

Les technologies DSL

Les Technologies DSL/xDSLLes Technologies DSL/xDSLADSL/SDSL...ADSL/SDSL...

14 Mars 2009

N° 14

Elior BOUKHOBZA

14 Mars 2009


Groupe 14 – Boukhobza Elior2 14 Mars 2009

Plan

Introduction

DSL/xDSL

ADSL

Autres technologies DSL

Conclusion



Introduction

Issue : Find a way to transmit data in high bitrate.

Many solutions were proposed :

Optical FiberSatelliteCableDSLetc...

Issue : Find the least costly solution in terms of deployment and the best one in terms of return of investment for the Telecom operator.



Plan

1) DSL/xDSLDéfinitionPrincipeHistoriqueLes différentes technologies DSLInstallation et DéploiementConclusion



Définition



Principe (1/2)

Utiliser les hautes fréquences de la ligne téléphonique pour transmettre des données à haut débit.

POTS (Plain Old Telephone Service) : 300 Hz ~ 3,4 kHz

DSL : Utiliser les fréquences supérieures à 20 kHz pour le haut débit (émission-réception).



Principe (2/2)

Le signal est modulé sur les hautes fréquences => Nécessité d'un modem

La ligne analogique est séparée de la ligne numérique à l'aide d'un filtre passe-bas (ou filtre gigogne).



Historique (1/3)

xDSL est apparu dans les années 90 comme service de l'ISDN (RNIS en France) pour le haut débit.

Fin 1998-Début 1999 : L'ARCEP (anciennement ART) donne son autorisation pour le déploiement de l'ADSL en France.

Mi 1999 : France Telecom publie ses premières offres d'accès Internet à haut débit : « Netissimo ».



Historique (2/3)

2002-2003 : La Cour d'Appel et l'ARCEP préconisent une concurrence loyale entre les différents FAI et leur permet d'utiliser la boucle locale. Apparition du dégroupage.

2004 : Lancement de l'ADSL 2+

2005 : France Telecom lance son offre d'ADSL nu, l'accès à Internet sans téléphone.

Novembre 2005: FT est condamné à verser 80 millions d'euros pour pratiques anti-concurrentielles pour le marché de l'ADSL jusqu'en 2002.



Historique 3/3

2006: Lancement des offres « Triple Play » intégrant la téléphonie et la télévision à l'accès à Internet.

2007 : Certains FAI commencent à déployer la fibre optique pour le très haut débit.

2008 : Sortie des modems utilisant le CPL (Courant Porteur de Ligne)

2009: Lancement des offres « quadruple play » permettant d'offrir en plus de la téléphonie mobile.



Les différentes technologies DSL (1/2)

Technologies DSL (aussi appelées xDSL) :IDSL (ISDN DSL)ADSL (Asymmetric DSL)SDSL (Symmetric DSL)VDSL (Very High Bitrate DSL)HDSL (High Bitrate DSL)ADSL 2, ADSL 2+SHDSL (Symmetric High Bitrate DSL)RADSL (Rate Adaptative DSL)Re-ADSL (Reach Extended ADSL)



Les différentes technologies DSL (2/2)

Normes relatives à xDSL (de l'UIT-T) :G.991.x : Spécifications de la HDSLG.992.x : Spécifications de l'ADSLG.993.x : Spécifications du VDSLG.994 à G.997 : Spécifications communes aux technologies xDSL (authentification, couche physique, etc)...

RFC relatives aux protocoles utilisésRFC 1661 et 1662: Protocole PPP (Point to Point Protocol)RFC 2512 : Protocole ATMRFC 2516 : PPPoE (PPP over Ethernet)RFC 2661 : L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol)RFC 2058 : RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service)



Installation et déploiement (1/6)

Chez l'abonné :Modem ADSL pour la modulation du signalFiltre gigogne pour séparer la voix analogique du signal numérique

Chez le répartiteur :DSLAM qui fait converger les lignes des abonnés vers le réseau Internet et téléphonique.Filtres passe-haut pour récupérer les appels analogiques des abonnés.

Source: Atelier Aménagement Numérique des Territoires




Entre les deux points : le câble téléphonique de cuivre (la boucle locale).

Elle transporte à la fois voix analogique et données numériques. Aucun câblage n'est à effectuer => gains de production.La boucle locale est la propriété de France Telecom. La réglementation impose de mettre ce câble à disposition de tout opérateur qui le demande: c'est le dégroupage.

Contraintes:Affaiblissement avec la distance : Distance maximum Abonné-DSLAM : environ 5 km.Perturbations, bruit qui diminuent les performances.







Du répartiteur vers le backbone : Le BASBAS (Broadband Access Server): point de collecte des flux ATM des DSLAM. Ils assurent la liaison Point à Point (PPP) entre les abonnés et leur FAI. C'est le processus de « Collecte ADSL/IP » pour l'ADSL.Permet l'authentification de l'abonné auprès de son FAI par le serveur RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service).




Répartiteur téléphonique




DSLAM (DSL Access Multiplexer)

DSLAM Lucent



Conclusion

La technologie xDSL a été adoptée comme LA technologie haut débit en France

Moins coûteuse que la fibre optiquePas de câblage à effectuer

Son principal concurrent : le CâbleTrès répandu aux Etats-Unis, il l'est beaucoup moins en France où l'ADSL a une place prépondérante dans le marché du haut débit.En Juin 2006, 11 millions de Français étaient connectés au haut débitdont 10,5 millions à une offre ADSL.



Chiffres et graphiques (1/2)

Chiffres du marché français du haut débit pour le 3e trimestre 2008

Source : ARCEP



Chiffres et graphiques (2/2)

Source : ARCEP



Plan

2) ADSLDéfinitionDétails de fonctionnement

Le multiplexage de fréquenceModulation QAMModulation DMT/CAPTrames ADSL et supertramesCapacité de trafic

Transport des donnéesTransport ATMProtocoles PPP/PPPoE/PPPoA

L'ADSL et les interférencesApplications de l'ADSLOffres commerciales



ADSL



Définition

ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line (Ligne d'abonné numérique asymétrique)

Asymétrique : La bande de fréquence réservée au sens descendant (downlink) est plus importante que celle réservée au sens montant (uplink).

Réservée surtout aux particuliers et petites entreprises qui ont plus besoin de recevoir que d'envoyer des données.



Détails de fonctionnement

Le multiplexage de fréquence

Modulation QAM

Modulation DMT/CAP

Trames ADSL et supertrames

Capacité de trafic



Le multiplexage de fréquence (FDM) (1/4)

FDM : Frequency Division Multiplexing

Bande de fréquences de la ligne téléphonique cuivrée: 0 à 1,1 MHz

Principe : Diviser cette bande de fréquence en canaux spécifiques à une fonction : voix analogique, débit montant et descendant.

Gaps entre chacun des canaux pour réduire les interférences.



Le multiplexage de fréquence (FDM) (2/4)

0 à 4 kHz : POTS (voix analogique)

20 à 140 kHz : réservées au sens montant

150 à 1100 kHz : réservées au sens descendant

4 à 20 kHz: Fréquences inutilisées pour ne pas interférer avec les fréquences réservées au POTS.

140 à 150 kHz : Marque la séparation entre l'uplink et le downlink.

Figure 1 : Division en canaux du spectre de fréquences



Multiplexage de fréquence (FDM) (3/4)

Autre méthode : « annulation d'écho » (echo cancelling).

Permet d'augmenter le débit descendant en utilisant la bande de fréquences réservée au débit montant puis en annulant en temps réel l'écho produit.

Phase d'apprentissage à l'initialisation du modem pour déterminer l'écho.

Problème : Plus sujet à la paradiaphonie (diaphonie locale).



Multiplexage de fréquence (FDM) (4/4)

Figure 2 :



Modulation QAM (1/4)

QAM = Quadrature Amplitude Modulation

Découle du codage 2B/1Q utilisé par le RNIS

Elle s'opère sur une seule fréquence.

Elle consiste à associer à une suite de n bits appelée symbole, un « état » qui correspond à une modulation en amplitude et en phase.

On parle de « constellation N-QAM » où N est le nombre d'états.




Figure 3 : À un symbole de 4 bits correspond 16 états.




QAM = Quadrature Amplitude Modulation

Découle du codage 2B/1Q utilisé par le RNIS

Elle s'opère sur une seule fréquence.

Elle consiste à associer à une suite de n bits appelée symbole, un « état » qui correspond à une modulation en amplitude et en phase.

Permet d'augmenter sensiblement la bande passante mais la difficulté de modulation augmente avec le nombre d'états.




Modems ADSL : 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM

Aujourd'hui on peut aller jusqu'à 32768-QAM (15 bits par symbole), mais les modems ne vont pas jusque là (difficulté de modulation, atténuation du signal...)



Modulation CAP

CAP : Carrierless Amplitude/Phase Modulation

Basée sur QAM : A l'émission, on soustrait la porteuse du signal (carrierless)

Modulation à constellation variable : Si dégradation du rapport Signal/Bruit, diminution du nombre d'états/symbole et donc diminution du débit.

Peut aller jusqu'à 9 bits/symbole (512-CAP)

Remplacé par la modulation DMT en 1996.



Modulation DMT

DMT : Discrete Multi-Tone

Normalisé par l'ANSI et l'ETSI

Consiste à partager la bande passante en 255 sous-canaux de 4.3125 kHz. Ce sont des porteuses de signal.

Chaque porteuse est modulée indépendamment en QAM, de 0 à 15 bits/symbole => 64kb/s max.

Entre deux canaux : 300 kHz



Modulation DMT



Modulation DMT : Allocation des porteuses

Porteuse 1: réservée à la voix analogique (0.3 ~3.4 kHz).

2 à 6 : bande de garde de la voix analogique avec les porteuses du signal ADSL.

30 porteuses suivantes: réservées au sens montant (uplink)

Les sous-porteuses restantes sont réservées au downlink.



Modulation DMT : Bitswap

DMT optimise le débit de chaque canal selon le rapport signal/bruit. Le nombre de bits sur chaque porteuse est donc variable.

DMT va allouer plus de bits sur les canaux dont les conditions sont bonnes : bitswapping.



Trames ADSL : Codage de Reed-Solomon (1/2)

Principe : Utiliser des octets de redondance pour corriger les erreurs au sein d'une trame.

On parle de « mots-codes Reed-Solomon ».Les mots-codes pour l'ADSL sont en « RS(240,224,8) », c'est à dire que les mots-codes font 240 octets dont 224 d'octets utiles et que 8 octets sur 224 peuvent être corrigés.



Trames ADSL : Codage de Reed-Solomon (2/2)

Avantages : Gestion et correction d'erreurs efficace.

Inconvénients : Moins de données véhiculées => diminution du débit maximal

En moyenne, on atteint un débit de 8 Mbps, contre les 13 Mbps théoriques.



Trames ADSL

Trame ADSL : Deux tampons :Un réservé aux données rapides (FastPath)Un réservé aux données entrelacées (Interleaved)

Permet de gérer la priorité des données.



Supertrames (1/2)

Les données ADSL sont encapsulées en supertrames, qui sont des trains de trames.

Une supertrame comporte 68 trames :Trame 0: Contient les corrections d'erreur CRC des données FastPathTrame 1, 34 et 35 : Trames de maintenance de la liaison ADSLTrame 68 : Trame de synchronisationLes autres trames sont des trames de données

Durée d'une supertrame : 17 ms



Supertrames (2/2)

Supertrame ADSL



Capacité de trafic

220 sous-porteuses réservées au débit descendant, 30 au débit montant.

Supertrame : 17 ms => 4000 trames/s

Trames de 256 octets dont 16 de redondance => 240 octets utiles

Soit un débit sans nuisance de : 4000 trames * 240 * 8 = 8128 kbps (downlink)

En uplink, on atteint environ 1024 kbps.



Transport des données

Transport ATM

Protocoles PPP/PPPoE/PPPoA



Transport ATM

Les trames ADSL sont véhiculées par transport ATM.

ATM : Asynchronous Transfer Mode

Cellules de 53 bits dont 5 bits de service qui servent à acheminer les données sur un réseau virtuel.

Transfert en mode connecté.

Débit ATM plus rapide que le débit IP.



Protocole PPP

PPP : Point to Point Protocol

Permet de créer une liaison entre l'abonné et le FAI : liaison point à point.

Services : Contrôle de la liaison (LCP) et couche réseau (NCP)

Système d'identification PAP ou CHAP : renseignement du login/mdp de l'abonné directement par le modem.

Encapsulé par les protocoles PPPoE ou PPPoA.



Protocole PPPoE/PPPoA

PPPoE : PPP over Ethernet

Permet l'initialisation de la liaison PPP par l'interface Ethernet.

Protocole de découverte : chaque machine doit apprendre l'adresse Ethernet de son correspondant afin d'établir une liaison.




Schéma d'une connexion ADSL




PPPoA : PPP over ATM

Utilisé par les modems connectés en USB pour les modems ne supportant pas le protocole PPPoE nativement (par ex les premiers modems FT utilisant le protocole déprécié PPTP).

Utilise le transfert ATM plutôt que Ethernet.






ADSL et les interférences (1/2)

La transmission est soumise à des perturbations qui altèrent le signal :

Diaphonie : Interférences entre deux paires d'un même câble de transport. On parle de diaphonie locale, distante ou autodiaphonie.La distorsion du signal : La distance, les points de coupure et le faible diamètre des paires de cuivre peuvent déformer le signal.Interférences radio (bruit): Dû aux appareils téléphoniques à proximité qui perturbent le signal.L'affaiblissement (en dB) : Il est proportionnel à la longueur du câble. Il varie en fonction de la fréquence et du calibre du câble.

Mesure de la qualité de la ligne : rapport Signal/Bruit. (en dB)



ADSL et les interférences (2/2)

Les mécanismes de contrôle d'erreur (FEC, CRC) permettent de corriger la plupart des erreurs de transmission.

Test d'éligibilité de la ligne: Tester si la ligne peut être exploitée par les différents opérateurs pour l'ADSL.



Applications de l'ADSL

Offre « triple play » des opérateurs: Internet, Télévision et Téléphonie.

Télévision : Video over IP; Téléphonie: Voice over IP.

CPL (Courant Porteur de Ligne) : utiliser la ligne électrique pour transmettre les données.

Récemment : « Quadruple play »: Téléphonie mobile sur IP.

Autres services: ADSL peut servir d'accès à un service de réseau privé virtuel (VPN).



Offres commerciales

Première offre ADSL : Netissimo (1999-2001) : 500 kbps/128 kbps (Wanadoo)

Netissimo 2 en 2002 : 1024/128 kbps

2003: Dégroupage partiel et total. Débits variant entre 2 et 8Mbps (downlink)

A partir de 2004: Arrivée des box proposant l'ADSL 2+. Débits allant jusqu'à 20 Mbps / 1 Mbps:

FreeboxNeufboxLivebox …

2008 : Apparition d’opérateurs tiers proposant des offres ADSL : Darty, Bouygues Telecom.



Plan

3) Autres technologies DSLADSL 2+Re-ADSLSDSLVDSLHDSL



ADSL 2+

Principe: Utiliser une bande de fréquence plus grande : jusqu'à 2.2 MHz

2 fois plus de sous-porteuses (511) d'où un débit plus élevé (jusqu'à 22 Mbps en downlink)

Nécessite d'être proche du DSLAM (2-3km)



Re-ADSL

Principe : Prolonger la portée des signaux pour desservir plus de zones.

Utiliser plus d'énergie dans les basses fréquences (28-103 uplink, 138-552 downlink).

Portée augmentée jusqu'à 10%.

Débits plus faibles : 512 kbps ~128kbps



SDSL

Principe : Le nombre de porteuses utilisées pour le sens montant est le même que pour le sens descendant.

Destinées aux entreprises ayant besoin d'envoyer beaucoup de données.

Débit pouvant aller jusqu'à 8 Mbps dans les deux sens.

Versions SDSL2, SDSL2+



VDSL

DSL à très haut débit (13 à 50 Mbps en downlink, 1.5 à 6 Mbps en uplink)

Utilisée au sein d'un réseau domestique ou d'un immeuble.

Portée limitée: 300 m du DSLAM.

Nécessite la fibre optique pour raccorder chaque quartier au DSLAM (FTTN)

Délaissé au profit de la fibre optique jusqu'à l'abonné (FTTH, Fiber To The Home).



HDSL

Première technologie DSL, développée aux Etats-Unis (1990).

Utilise les lignes T1 ~ 1.5 Mbps (deux sens).

Ne permet pas le POTS.

Remplacé par le SDSL



Conclusion

Nowadays, DSL technologies are the common solutions for Internet at high bitrate.

While in US, Cable technologies are a serious concurrent for DSL, in France DSL superiority is undeniable.

However, these technologies will reach their end with the deployment of the Optical Fiber. In the future, DSL technologies will surely be reserved for regions not connected with the fiber.



Webographie

http://pagesperso-orange.fr/wallu/pag-preambule.htm

http://pagesperso-orange.fr/arsene.perez-mas/transmission/xDSL/modulations_xDSL.htm

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

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

http://www.dslvalley.com/adsl/presentation/tech.php

http://www.arcep.fr/index.php?id=6963

http://www.thehistoryof.net/history-of-dsl.html

http://obligement.free.fr/articles/adsl.php

http://www.ant.equipement.gouv.fr/article.php3?id_article=149

http://www.ant.equipement.gouv.fr/article.php3?id_article=16


Le 14 Mars 2009 Groupe 14 – Boukhobza Elior 64

FinFin

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