ADSL : Aspects techniques I) Problèmes physiques rencontrés

ADSL : Aspects techniques
I) Problèmes physiques rencontrés => modulation multiporteuses
Phénomènes liés aux transmissions sur fil métallique
Phénomène
Perturbations
électromagnétiques
elles résultent d’effets inductifs hautes fréquences (foudre, émetteurs radio, circuits logiques, …) ou à
basse fréquence (harmoniques de la tension d’alimentation, moteurs, …).
Atténuation
Elle augmente en fonction des paramètres suivants :
− Résistivité du conducteur.
− Longueur de la ligne.
− Diminution du diamètre des conducteurs.
Elle est à peu près proportionnelle à la racine carrée de la fréquence.
Diaphonie
le couplage entre paires voisines induit un signal perturbateur qui augmente avec la fréquence de ce
signal. La diaphonie se manifeste aux deux extrémités de la ligne.
Paradiaphonie : NEXT near-end crosstalk ( la source perturbe l’autre fil à la même extrémité).
Télédiaphonie : FEXT far-end crosstalk ( la source perturbe l’autre fil à l’autre extrémité ).
Distorsion de phase
Le temps de propagation du signal augmente environ proportionnellement avec la racine carrée de sa
fréquence et entraîne une distorsion des signaux transmis. => interférences intersymboles.
Réflexions
Si la liaison est faite d'une suite de tronçons de sections différentes, donc d’impédances
caractéristiques différentes => réflexions qui perturbent les signaux transmis.
Pupinisation
On peut compenser affaiblissement et distorsion de phase dans la bande 300 et 3400 Hz ( RTC ) par
l’insertion d’inductances à intervalles réguliers, généralement de 88 mH = Pupinisation.
Mais cela limite la fréquence de coupure aux environs de 4 à 7 KHz => lignes inutilisables à
fréquences plus élevées = RNSI et ADSL.
Variation des
caractéristiques de
ligne
Sur grande distance, les variation des caractéristiques des lignes dues à la météo ( humidité,
température ) ne sont pas négligeables.
Solutions de 2 types :
- Qualité du réseau : Le réseau ne devra pas être de trop mauvaise qualité.
Cela limite en particulier les distances permises en xDSL.
- Equipement utilisé : Les protocoles utilisés doivent intégrer des éléments pour compenser
certaines dégradations ( gestion des interférences intersymboles,
d’annulation d’écho, utilisation de correction d’erreurs,…).
Si on fait du haut débit sur une modulation à fréquence porteuse simple
=> Haut débit = beaucoup de fréquences
=> Atténuation et distorsion seront sensibles entre fmin et fmax
On préfère une modulation multiporteuses dérivant de OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplex )
=> On juxtapose en fréquence plusieurs petites modulations, chacune étant peu affectée par atténuation et
distorsion individuellement, le signal restera compréhensible.
Modulations DMT, CAP, QAM
Pour les principales normes xDSL, les modulations sont:
G.992.2 ( adsl lite ) et G.992.1 ( adsl ) utilisent la modulation DMT ( Discrete multi tone modulation ).
G.991.1 ( HDSL ) utilise le codage de ligne 2B1Q ou CAP ( Carrierless Amplitude Phase modulation ).
G.991.2 ( SHDSL ) utilise le codage de ligne TCPAM ( Treillis coded PAM ).
J. Millet
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Réseaux xDSL
On distingue 2 types de modulation selon que l'on sépare fréquences montantes et descendantes
FDM ( Frequency Division Multiplex )
= fréquences montantes et descendantes séparées.
Bande
montante
Annulation d'écho ( Echo Cancellation )
= mêmes fréquences ( overlapped spectrum ).
Bande
descendante
Bande
montante
RTC
Bande
descendante
RTC
f
f
L’annulation d’écho permet un plus grand débit descendant puisque l’on a plus de fréquences
mais demande un traitement plus compliqué.
Fréquences pour ADSL ( G992.1 ) et ADSL2+ ( G992.5 )
Ces 2 normes utilisent la technique FDM avec la modulation DMT ( Discrete MultiTone Modulation )
En ADSL, on utilise des fréquences entre 0 à 1104 kHz = 256 sous porteuses de 4,3125 kHz ( 1104 / 4,3125 = 256 ) :
Sous porteuses
Utilisation
Bande de fréquences
1
RTC
0 – 4,3125 kHz
2à6
5 sous porteuses non utilisées pour séparer
4,3125 – 25,875 kHz
RTC et ADSL = Bande de transition
7 à 32
Sens montant ADSL: 26 sous porteuses
25,875 - 138 kHz
33 à 256
Sens descendant ADSL: 223 sous porteuses
138 – 1104 kHz
( moins le 64 )
224 - la sous porteuse 64
( 271,6875 – 276 kHz )
utilisée comme canal de fréquence pilote
( données toujours nulles )
En ADSL2+ on ajoute des fréquences dans la bande descendante ( 2 fois plus qu'ADSL = 2208 kHz => 512
sous-porteuses). La bande basse et la synchro sont au même endroit => compatibilité.
Remarque : Certains implémentations laissent une bande de transition entre sens montant à 138 kHz et sens
descendant à 160 kHz. Cela dépend des capacités électroniques disponibles.
2
J. Millet
Réseaux xDSL
II) Etapes de création du signal ADSL
On a vu que les messages des niveaux supérieurs du modèle OSI sont placés à la fin dans le niveau 2 AAL5.
Pour réaliser le niveaux physique ADSL ( = signal analogique ), on passe par les étapes successives:
Choix des valences des sous-porteuses selon leur qualité pour assurer un BER de 10-7 .
Formation de trames ADSL: 0 et 1 du message AAL5 sont mis dans les trames ADSL
( segmentation et ajout de contrôles ADSL )
=> 0 et 1 du message ADSL.
Affectation des bits aux fréquences des sous porteuses par QAM => Zn = Xn + j Yn
Multiplexage en fréquences par IFFT => On obtient les échantillons temporels.
Ajout préfixe cyclique
Conversion numérique/analogique
=> Envoi du symbole DMT.
III) Choix des valences
Lors de l'initialisation, la phase de Training permet de définir la qualité de chaque sous-porteuse = SNR
( Signal to Noise Ration ou rapport signal sur bruit ).
Lien entre S/N et nombre de bits par porteuse ( valence de la modulation ) et taux d’erreur binaire:
Valence
=> - débit
- Erreurs
pour une même qualité de ligne ( Les symboles se rapprochent ).
Le système ADSL peut aller jusqu’à 15 bits par symbole QAM.
ADSL choisit la valence selon le rapport signal/bruit pour assurer un taux d'erreur de 10-7
J. Millet
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Réseaux xDSL
Marge de bruit
En communication, d'autres parasites interviennent et augmente le bruit ce qui peut désynchroniser la ligne.
Pour éviter cela, le DSLAM est programmé pour prendre une marge de sécurité = Marge de bruit cible.
=> Au lieu de trouver le débit pour un taux d'erreur de 10-7 avec le rapport signal sur bruit de la ligne,
ADSL utilise la valeur à l'initialisation:
SNR utilisé pour choix débit = ( SNR mesuré à l'instant de test ) – ( Marge de bruit )
Marge de bruit élevée = + Plus de fiabilité et stabilité de la connexion.
Si un parasite survient ( inférieur à la marge prise ), la ligne continuera de fonctionner
- Débit plus faible
SNR
perte
synchro
Sans marge
Avec marge
SNR utilisé
à l'initialisation
SNR utilisé
à l'initialisation
= SNR mesuré
marge
bruit
SNR mesuré
t
t
Remarques:
+ Des opérateurs peuvent diminuer la marge de bruit ( => Plus d'erreurs physiques )
mais ajouter un traitement logiciel en plus ( PhyR de broadband utilisé par Free en mode ).
+ ADSL2+ offre le mécanisme SRA ( seamless rate adaptation ) qui permet de diminuer
les effets de variations de qualité de ligne.
Bit swapping
La modulation DMT affecte lors de l'initialisation de manière adaptative les moyens de transmission.
Mais pendant la communication, le système peut encore s'adapter = bit swapping
=> diminuer la valence d'une sous porteuse qui subit un bruit important, augmenter celle d'une autre.
On arrive ainsi à maintenir le débit malgré des perturbations importantes dépassant la marge de bruit:
En revanche cette modification fréquentielle impose une gestion temporelle des trames plus performante.
Remarque: Tous les DSLAM ne permettent pas cette gestion qui utilise des mesures régulières via les CRC des trames.
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Réseaux xDSL
IV) Trames ADSL
Contenu des trames
a) Canaux logiques
La norme ADSL définit la possibilité d’utiliser plusieurs canaux logiques ( bearer channel ) en ADSL.
Canaux AS0, AS1, AS2 ou AS3
Canaux LS0, LS1, LS2
Asx
LSx
Canaux logiques simplex haut débit descendants vers l’ATU-R.
Canaux logiques duplex bas débit.
L’ADSL en théorie permet donc 4 transferts descendants et 3 transferts duplex indépendants. La norme
impose l’utilisation des canaux descendant AS0 et LS0 seulement en simplex sens montant, le reste étant à la
discrétion du constructeur.
Remarque: L’utilisation de 2 modes simultanément est envisagée selon les services que l’on veut utiliser. Dans ce cas on utiliserait AS0 et
AS1 pour chaque mode, de même pour le sens montant avec LS0 et LS1 ( chapitre 6.2 de G992.1 ).
Cela suppose alors 2 interfaces ATM distinctes, chacune gérant un mode.
b) Modes de transfert
ADSL définit 2 types de transfert ( latency mode ), 1 seul sera utilisé même si la trame intègre les 2:
Mode Rapide ( Fast mode ) :
Délais de transmission à faible délai
mais moins bien protégé des erreurs
Mode entrelacé ( interleaved ) : Délais de transmission plus longs pour réaliser l’entrelacement
mais fournit une meilleure protection contre les erreurs.
Trame et supertrame
Supertrame: Une partie de la trame change de signification selon le numéro de trame.
=> Emission en parallèle d'informations de contrôle à débit plus faible.
( débit des contrôles plus faibles que les données => inutile de lui allouer une partie de chaque trame,
il suffit de le faire sur certaines trames ).
17ms
69 symboles DMT = 68 de données + 1 de synchronisation
trame 0
data
trame 1
data
trame 2
data
trame 68
synchro
- - -
(pas data)
trame 68 de synchronisation
permet une resynchronisation
rapide en cas de micro-coupure
sans relancer une nouvelle phase
d’apprentissage.
Buffer de données mode rapide
Buffer de données mode entrelacé
1 trame émise = ( 68/69 ) × (17ms/68 )
En mode entête complète ( full overhead ), la trame de donnée est faite de 2 parties: Mode rapide et entrelacé.
Trame émise par l’ATU-C pour la partie rapide ( FAST )
L’ATU-C émet la trame en mode rapide
octet
FAST
1 octet
AS0
AS1
AS2
AS3
LS0
LS1
LS2
AEX
LEX
FEC
NAS0
octets
NAS1
NAS2
NAS3
NLS0
NLS1
NLS2
AF
LF
RF
* Le nombre d’octets est défini à l’initialisation ( message RATES d'initialisation )
* FEC : Détection et correction par code convolutif de Reed Solomon.
* Octet AEX : Octet inséré pour assurer des capacités de synchronisation pour les canaux ASx.
AF = 1 si l’octet FAST dans sa fonction sc l’indique ( voir ensuite ) et s’il y a au moins un canal ASx, sinon 0
* Octet LEX : Octet inséré pour assurer des capacités de synchronisation pour les canaux LSx.
LF = 1 si l’octet FAST dans sa fonction sc l’indique ( voir ensuite ), sinon 0
* L’octet FAST (FAST SYNCHRONIZATION byte) a une signification selon le numéro de trame dans la supertrame :
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Réseaux xDSL
supertrame
Trame 0
Trame 1
octet FAST
Crc 7 à Crc 0
Ib 7 à Ib 0
Autres
trames
que
0, 1
34, 35
-
Trame paire
Trame impaire
suivante
Eoc si LSB=1
Sc si LSB=0
Eoc si LSB=1
Sc si LSB=0
-
Trame 34
Trame 35
Ib15 à Ib8
Ib23 à Ib16
EOC
Eoc
6
Eoc
5
Eoc
4
Eoc
3
Eoc
2
Eoc
1
r1
1
Eoc
13
Eoc
12
Eoc
11
Eoc
10
Eoc
9
Eoc
8
Eoc
7
1
Sync
Control
Sc
7
Sc
6
Sc
5
Sc
4
Sc
3
Sc
2
Sc
1
0
Sc
7
Sc
6
Sc
5
Sc
4
Sc
3
Sc
2
Sc
1
0
SC ( Synchronization control ) : Pour définir les actions de synchronisation des canaux logiques en mode FAST.
CRC : Détection d’erreurs par code à redondance cyclique sur tous les buffers FAST de la supertrame précédente.
EOC ( Embedded Operations channel ) : Protocole autonome d’échange d’informations de contrôle.
IB ( Indicator bit ): Utilisés pour des fonctions OAM (Operation And Maintenance = Réaliser la supervision,
la maintenance et de mesurer les performances de la liaison : Comptage d’erreurs, alarme,…).
Dans le cas où FAST = Sc, on sait si il y a où non un octet AEX, LEX pour la synchronisation:
Bits
Fonction
Code correspondant
01: AS1
10: AS2
11:AS3
sc7, sc6 Identification du canal logique 00 : AS0
sc5, sc4
sc3, sc2
sc1
sc0
AS concerné
Contrôle de synchronisation 00 : pas d’action de synchronisation
pour le canal ASx concerné
01 : ajouter l’octet AEX au canal ASx désigné
11 : ajouter l’octet AEX et LEX au canal ASx désigné
10 : supprimer le dernier octet du canal ASx désigné
Indication du canal logique
00 : LS0
01 : LS1
10 : LS2
LS concerné
11 : Pas d’action de synchro sur LSx
Contrôle de synchronisation 0 : supprimer le dernier octet du canal LSx désigné
pour le canal LSx concerné
1 : ajouter l’octet LEX au canal LSx désigné
détermine si FAST = EOC ou 0 : Contenu octet FAST = SC ( ctrl synchro avec bits sc7 à sc1 )
SC
1 : Contenu octet FAST = EOC
Trame émise par l’ATU-C pour la partie entrelacée ( INTERLEAVED )
La partie entrelacée de la trame est faite au début avant l'entrelacement ainsi:
octet
SYNC
1 octet
AS0
AS1
AS2
AS3
LS0
LS1
LS2
AEX
LEX
MAS0
octets
MAS1
MAS2
MAS3
MLS0
MLS1
MLS2
AI
LI
Pas de FEC
à ce stade !
* Le nombre d’octets est défini à l’initialisation ( message RATES d'initialisation )
* Octet AEX : Octet inséré pour assurer des capacités de synchronisation pour les canaux ASx.
AF = 1 si l’octet SYNC dans sa fonction sc l’indique ( voir ensuite ) et s’il y a au moins un canal ASx, sinon 0
* Octet LEX : Octet inséré pour assurer des capacités de synchronisation pour les canaux LSx.
LF = 1 si l’octet SYNC dans sa fonction sc l’indique ( voir ensuite ), sinon 0
* SYNC (INTERLEAVED SYNCHRONIZATION byte ) change de signification dans la supertrame :
supertrame
octet SYNC
Trame 0
Crc 7 à Crc 0
-
Autres trames
Sc en mode rapide
(pas de signal alloué au buffer entrelacé)
ou
Aoc en mode entrelacé
SC ( Synchronisation control ) : Définir les actions de synchronisation des canaux logiques
en mode entrelacé.
CRC : Détection d’erreurs par CRC sur tous les buffers entrelacés de la supertrame précédente.
AOC ( ADSL Overhead Control channel ) : Protocole de gestion de la communication ( permet
le bit swapping, le comptage de supertrame... ). Chaque message est répété 5 fois
à cause de l’importance de ces messages.
En entrelacé, SYNC contient le contrôle de synchro Sc. Le LSB Sc0 indique si on a placé AOC dans LEX
Ensuite on réalise l'entrelacement en ajoutant des FEC.
J. Millet
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Réseaux xDSL
On stocke un nombre S de trames au format précédent, S étant défini à l’initialisation.
Trame 1
N octets
Trame 2
N octets
Trame 3
N octets
Trame S
N octets
On réalise le FEC sur ces S trames que l’on ajoute à cet ensemble de données.
Trame 1
N octets
Trame 2
N octets
Trame 3
N octets
Trame S
N octets
FEC
RF oct
On réalise un entrelacement sur le seul FEC.
On découpe cet ensemble en S trames => N’ = ( N × S + RF ) / S octets
Trame sortie Trame sortie Trame sortie
FEC 1
FEC 2
FEC 3
N’ octets
N’ octets
N’ octets
Trame sortie
FEC S
N’ octets
Comme N’ > N, cela signifie que le FEC entrelacé reste en un bloc
On recommence P fois, P profondeur d’entrelacement définie à l’initialisation.
1ère fois S trames de sortie FEC = S1
T1
N’ octets
T2
N’ octets
T3
N’ octets
2ème fois S trames de sortie FEC =S2
TS
N’ octets
T1
N’ octets
T2
N’ octets
T3
N’ octets
TS
N’ octets
Pème fois S trames de sortie FEC = SP
T1
N’ octets
T2
N’ octets
T3
N’ octets
TS
N’ octets
On réalise l’entrelacement sur cet ensemble de P × S trames de sortie de FEC: On passe de P fois S trames à S fois P trames (tableau de P lignes, S col, écrit en lignes, lu en colonnes)
1ère fois P trames de sortie FEC
T1 de S1
N’ octets
T1 de S2
N’ octets
T1 de SP
N’ octets
2ème fois P trames de sortie FEC
T2 de S1
N’ octets
T2 de S2
N’ octets
Sème fois P trames de sortie FEC
T2 de SP
N’ octets
TS de S1
N’ octets
TS de S2
N’ octets
TS de SP
N’ octets
L’ensemble des entrelacements introduit donc un retard dans la transmission : S × P × la durée d’une trame ( 250 µs ).
Cela explique que ce mode est utilisé pour les données peu sensibles au retard mais qui doivent être très protégées contre les erreurs ( S=4, P=16 donne R = 16 ms ).
J. Millet
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Réseaux xDSL
Intérêt de l’entrelacement : ( exemple avec S = 8, P = 4 )
Lecture
Trame 1
9
17
25
Ecriture
On passe d’un ordre
à
2
10
18
26
3
11
19
27
4
12
20
28
5
13
21
29
6
14
22
30
7
15
23
31
8
16
24
32
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
1 9 17 25 2 10 18 26 3 11 19 27 4 12 20 28 5 13 21 29 6 14 22 30 7 15 23 31 8 16 24 32
On transmet mais des
erreurs en rafale arrivent
aux instants
On reçoit donc
1 9 17 25 2 10 18 26
Après désentrelacement
1 2
4 5 6 7 8 9 10
4 12 20 28 5 13 21 29 6 14 22 30 7 15 23 31 8 16 24 32
12 13 14 15 16 17 18
20 21 22 23 24 25 26
28 29 30 31 32
Sans entrelacement: 4 éléments successifs faux => le FEC aurait eu du mal à corriger ces erreurs.
Avec entrelacement: Etalement les erreurs: On a une erreur puis plus loin une autre, …
Le FEC peut corriger ces petites erreurs.
Si l’erreur en ligne est plus longue que la profondeur, même après désentrelacement on aura des erreurs
successives => Grande profondeur = meilleure correction mais cela entraîne un délai plus long.
Remarque: En ADSL ( G992.1 ), il existe 4 organisations de trames différentes ( framing mode ). Cela change
la signalisation et les entêtes de synchronisation ( Overhead ) = Présence ou non et contenu des champs EOC
( Embedded Operation Channel ), AOC ( Adsl Overhead Control ) et CRC ( Cyclic Redundancy Check ).
Chaque mode peut être utilisé en double latence ( Dual Latency = Les 2 buffers de données fast et interleaved
présents dans la trame ) ou simple latence ( Single Latency = 1 seul buffer présent dans la trame ).
Full Overhead:
Mode 0
Mode 1
Reduced Overhead:
Mode 2
Mode 3
Le plus
utilisé
Appelé parfois "Full Async" ( Full Overhead with asynchronous timing )
Les côtés réseau et ADSL ne sont pas synchronisés.
Entête de 128 kbit/s
Appelé parfois "Full Sync" ( Full Overhead with synchronous timing )
Les côtés réseau et ADSL sont synchronisés.
Entête de 128 kbit/s
Appelé parfois "Reduced Separate" ( Reduced Overhead with separate fast and sync bytes in the
fast and interleaved buffers )
Entête de 64 kbit/s ( 32 pour fast byte, 32 pour sync byte )
Appelé parfois "Full Async" ( Reduced Overhead with merged fast and sync bytes in either the
fast or interleaved buffer )
Entête de 32 kbit/s
Si les données n'utilisent que le buffer FAST:
Seul l'octet FAST transporte les informations EOC, AOC, CRC
Si les données n'utilisent que le buffer INTERLEAVED:
Seul l'octet SYNC transporte les informations EOC, AOC, CRC
Trames émises par l’ATU-R
On retrouve le même principe qu’en émission de l’ATU-C sauf
- l’absence des canaux ASx qui ne sont pas émis puisqu’étant descendant.
=> Pas d’AEX
- Certains bits des octets FAST et SYNC sont modifiés ( pas de synchro des canaux ASx,…).
J. Millet
8
Réseaux xDSL
Remarque : Ces schémas ne tiennent pas compte de l’ajout de préfixes cycliques
J. Millet
9
Réseaux xDSL
On a rempli les trames ADSL avec le message AAL5 plus les contrôles ADSL. On va affecter les bits aux différentes sousporteuses par modulation QAM mathématique: bits 0 et 1 => Zn = Xn + j Yn
V) Réalisation de la modulation DMT = Multiplexage en fréquence par IFFT
L’équipement ADSL doit réaliser les multiples modulations pour chaque sous porteuse.
Pour une modulation QAM simple
- Modulation QAM = Associer un code binaire à une phase et amplitude de sinusoïde => An et ϕn
- Amplitude et Phase An et ϕn définissent un nombre complexe: Zn = Xn +jYn
Le diagramme de constellation indique l’amplitude et la phase ( nombre complexe ) selon les bits à transmettre. On le trace
dans le plan complexe X+jY.
Exemples :
Constellation pour 2 bits par symbole
( valence = 4 )
Constellation pour 3 bits par symbole
( valence = 8 )
Constellation pour 4 bits par symbole
( valence = 16 )
Constellation pour 5 bits par symbole
( valence = 32 )
Depuis la constellation de valence V, on créera la constellation de valence V+2 en remplaçant le point de la
constellation de valeur décimale n par
n
4n+1
4n+3
4n
4n+2
Seule exception: Passage de 3 à 5 où après cette opération, on réalise une symétrie sur les valeurs les plus éloignées ( voir schémas précédent ).
Passage à une modulation multiporteuses
On ne peut mettre en parallèle plusieurs modulateurs analogiques QAM et les multiplexer.
=> On fait un équivalent avec des nombres complexes pour chaque porteuse, puis une FFT inverse.
La modulation DMT s’inspire de modulation COFDM qui utilise une transformée de Fourier inverse.
- Calculer un équivalent mathématique des modulations.
- Les regrouper par transformée de Fourier inverse.
J. Millet
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Réseaux xDSL
En fait comme on doit transmettre rapidement, on utilise une FFT inverse ( Fast Fourier Transform ) :
Transformée
De Fourier
Signal s(t) à l’instant t
Composante S(f) à la fréquence f
FFT
Signal s(n) à l’instant nTe
Composante S(k) à la fréquence k×∆f
IFFT
Composante S(k) à la fréquence k×∆f
Etapes de réalisation :
Signal s(n) à l’instant nTe
1) prendre les bits à transmettre sur la porteuse,
2) réaliser une modulation QAM équivalente = Associer aux bits un nombre complexe Z = X + j Y
selon Constellation
3) affecter la composante modulée Z = X+jY à la composante de leur porteuse.
4) réaliser la IFFT qui créera le signal temporel regroupant toutes les valeurs sur toutes les porteuses.
On utilise une FFT complexe pour obtenir un résultat réel ( échantillons temporels à émettre ).
=> Affectation symétrique à la IFFT de la composante conjuguée ( symétrie hermitienne = module paire, phase impaire ):
ADSL utilise 256 porteuses réelles
=> FFT à N=512
n=0 à 255: X(n) = Zn
X(511-n) = /Zn
=> x(n) signal temporel réel.
Remarque :
J. Millet
En i=0 et donc 511, il faut Zi = {0;0} ( ne pas confondre avec les bits d’info 0 qui donne un code non nul ).
Pour les sous porteuses non utilisées en FDM dans un sens de transmission, on aura Zi = {0;0}.
En i=canal pilote, on mettra ZPILOT = {0;0}.
11
Réseaux xDSL
VI) Ajout de préfixe cyclique et CNA
On a maintenant les échantillons temporels correspondant au message 0 et 1 ADSL affectés à leur sous-porteuse.
On fait une conversion P/S = Parallèle/Série.
Ajout de préfixe cyclique
Pour l’ATU-C, on prend les 32 derniers échantillons d’un symbole ( 480 à 511 ) et on les recopie avant ce symbole.
Cela a pour effet de créer un temps de garde entre 2 symboles successifs.
Fonction du préfixe cyclique:
- On envoie des valeurs sur un canal que l'on décrit par sa réponse impulsionnelle h(n).
- On en déduit la sortie y en fonction de l'entrée x par produit de convolution.
Sur notre exemple, seuls h(0), h(1) et h(2) sont
non nuls.
y( k ) =
+∞
∑ h( m ) × x ( k − m )
m =−∞
y(0)=h(0)x(0)
y(1)=h(0)x(1)+h(1)x(0)
y(2)=h(0)x(2)+h(1)x(1)+h(2)x(0)
y(3)=h(0)x(3)+h(1)x(2)+h(2)x(1)
…
On voit sur notre séquence x(n) particulière que le
quatrième échantillon 0,1 risque d’être mal
interprété.
Un échantillon dépendra dans notre exemple des 2 autres ( longueur de la réponse impulsionnelle moins 1 ). Si on met un
temps de garde égal à la longueur de la réponse impulsionnelle du canal, on n’aura plus cette dépendance d’un symbole par
rapport à un autre.
Il restera la dépendance entre les échantillons qui sera corrigée par une égalisation temporelle.
On aurait pu mettre un temps de garde avec des échantillons nuls dans un cas unidimensionnel. Mais ici, dans le cas
d’une modulation multiporteuses, mettre le préfixe cyclique permet de passer d’une convolution linéaire à une convolution
circulaire qui garde les propriétés unidimensionnelles reliant domaine temporel et fréquentiel même dans ce cas de
multiporteuse : convolution en temporel = multiplication des spectres.
Conversion numérique/Analogique ( DAC Digital Analog Conversion )
Le DAC convertit les échantillons temporels successifs en tension analogique. On a alors un signal en escalier.
Comme le canal n’est pas parfait, il va créer des interférences intersymboles ( un échantillon déborde sur les voisins
d’où un mélange peut-être incompréhensible ). => Filtre de Nyquist .
J. Millet
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Réseaux xDSL
Envoi du symbole en ligne
Un symbole DMT est émis en ligne en 246,37µs.
=> Une supertrame dure 17 ms = 69 trames ( dont la dernière est là pour la synchronisation ).
Ce symbole DMT est fait de 32 échantillons de préfixe cyclique et d'une trame ADSL ( 512 échantillons ).
( On retrouve alors la largeur de bande de sous porteuse : 4,3125 kHz ).
Seule la durée de trame est constante, le contenu en bits varie avec le débit.
t
32
512
échantillons échantillons
de préfixe de données DMT
cyclique
en 231,88µs
= 1 / 4,3125 kHz
1 symbole émis en ligne
en 246,37µs
= 17ms / 69
= (68/69) × 250µs
=1 / 4058,83 Hz
Récapitulatif émission
"Bits"
"Bits" &
"Gains"
511
AS0
ATM0
crcf
Cell TC
scrambler
& FEC
Tone
ordering
AS1
ATM1
Cell TC
NTR
Mux/
Sync
Control
crci
scrambler
& FEC
Constellation
encoder
and
gain
scaling
510
IDFT
Interleaver
480
1
Output
Parallel/
Serial
Buffer
n=0
OAM
V-C
A
Mux
Data Frame
EOC/AOC ib
C
Z
Constellation i=1 toi 255
Encoder Input
Data Frame
B
FEC Output
Data Frame
Reference Points
DAC and Analogue
processing
T1532340-99
NOTE – Solid versus dashed lines are used to indicate required versus optional capabilities respectively. This figure is not
intended to be complete in this respect, see clauses 6 and 7 for specific details.
Entrée :
Point V-C:
Au point A :
Au point B :
Au point C :
Sortie en
ligne :
Le niveau ATM réalise multiplexage et démultiplexage par le port ATM ( = Cell TC, un par mode rapide et entrelacé ) selon le VPI
(Virtual Path Identifier) et le VCI (Virtual Circuit Identifier ) contenus dans l’entête des cellules ATM.
A cela s’ajoutent les informations de contrôle de la liaison :
( NTR network timing reference, AOC ADSL overhead control channel, EOC embedded operations channel,
OAM operation and maintenance )
On remplit alors les trames qui multiplexent les canaux logiques ( ASx, LSx ), les octets de contrôle FAST et SYNC
=> buffers des modes rapide et entrelacé. Un CRC est ajouté pour détection d’erreur.
Pour la partie rapide, ajout d’une partie FEC ( codage de Reed Solomon ) qui permet de détecter et corriger les erreurs.
Pour le mode entrelacé, stockage de S trames. Un FEC est ajouté, il est entrelacé. On recommence P fois.
Réalisation de l’entrelacement sur ces P fois S trames en lisant S fois P trames.
Ajout du FEC pour la correction d’erreur ( Reed Solomon )
Entrelacement pour le buffer de la partie entrelacée.
Affectation des bits aux sous porteuses selon la table d’allocation , d’abord la partie rapide puis entrelacée.
Transformation des bits par sous porteuse en un code { Zi } selon la constellation QAM correspondant au nombre de bits
Passage des codes par fréquences en échantillons temporels { xn } par une FFT inverse. En outre on ajoute une autre moitié de
symboles pour avoir en sortie des valeurs réelles.
La IFFT retournant les échantillons temporels en parallèle, on les met en série pour la transmission.
On modifie le débit pour ajouter le préfixe cyclique et insérer une 69ème trame ( = 69ème symbole ) pour la synchronisation.
Les signaux étant numériques, le support analogique, on utilise un DAC qui donne un signal en escaliers à plusieurs niveaux.
Le bloc de mise en forme réalise un filtrage pour limiter la bande et diminuer les effets d’interférence intersymboles.
NB : Ce schéma ne tient pas compte de l’ajout du préfixe cyclique ( entre P/S et DAC )
J. Millet
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Réseaux xDSL
Effet de l'atténuation sur les fréquences:
Spectre ADSL mesuré
J. Millet
Signal ADSL en temporel
14
Réseaux xDSL
Equaliseur en réception
En réception, on retrouve la partie émission qui a été détaillée avec les fonctions inverses.
On a aussi la présence d’éléments servants à compenser les effets du canal de transmission :
- TEQ ( Time Equaliser )
ADSL utilise la boucle locale comme canal de transmission.
=> Réponse impulsionnelle en temporel qui au lieu d’être brève ( 1 échantillon en sortie = 1 = δ(n) dans le cas idéal, le canal ne
modifiant pas l’entrée ) sera relativement longue ( mémoire du canal ), voire plus que le préfixe cyclique mis en temps de garde ( plus la
ligne est longue, plus la réponse impulsionnelle le sera ).
Pour éviter une réponse impulsionnelle trop longue, on utilise une égalisation temporelle : TEQ.
= filtre numérique linéaire placé pour minimiser les interférences intersymboles ( ISI ) et intercanaux ( ICI ).
La réponse devient inférieure à la longueur du préfixe cyclique. L’information ne sera donc pas touchée par l’ISI.
- FEQ ( Frequency Equaliser )
C’est un filtre numérique qui se comporte comme s’il y avait un filtre par sous porteuse. Le but est de compenser la modification de gain
et de phase de la fonction de transfert du canal.
Les valeurs initiales des coefficients du filtre sont calculées à l’initialisation ( estimation de la fonction de transfert de la sous porteuse
puis inversion ).
Pendant la communication, les coefficients sont réévalués en permanence.
J. Millet
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Réseaux xDSL