Chapitre 8- Multiplexage

Chapitre 8
Multiplexage :
utilisation de la largeur de bande
08-1
Contenu
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Multiplexage fréquentiel
Multiplexage temporel synchrone
Multiplexage temporel statistique
Lignes d’abonnés numériques asymétriques
xDSL
08-2
Multiplexage
Une largeur de bande d’un médium de liaison peut être
partagée pour satisfaire le besoins des composantes qui
l’utilisent.
Le multiplexage est un ensemble de techniques qui
permet la transmission simultanée de signaux
multiples sur une liaison de données singulière.
L’usage, en croissance, des télécommunications
engendre une nécessité de gestion de trafic.
08-3
Multiplexage
08-4
Multiplexage
08-5
Multiplexage Fréquentiel (FDM)
FDM est une technique de multiplexage
analogue qui combine des signaux
analogues.
08-6
Multiplexage Fréquentiel (FDM)
• Le spectre nécessaire du médium excède celui du
canal requis.
• Les canaux sont répartis également lorsqu’il n’y pas
de données.
• Chaque signal est modulé à de différentes fréquences
de transporteurs.
08-7
Multiplexage Fréquentiel (FDM)
• Les fréquences de transporteurs sont séparées de
façon à ce que les signaux ne se recouvrent pas
• ex. Retransmission radio
08-8
FDM à la transmission (MUX)
08-9
FDM à la réception (DEMUX)
08-10
Exemple de FDM
Assumons qu’un canal vocal occupe une largeur de bande de 4 kHz. Nous
désirons combiner trois canaux vocal en une liaison de largeur de bande de 12
kHz, comprise entre 20 et 32 kHz (on assume qu’il n’y a pas de bande
protectrice).
08-11
Exemple de FDM
Cinq canaux, ayant chacun une largeur de bande de 100-kHz, doivent être
multiplexés. Quel est la largeur de bande minimale de la liaison s’il y a
nécessité de bandes protectrices de 10 kHz entre les canaux pour prévenir
des interférences ?
08-12
Exemple de FDM
Quatre canaux de données (numériques), transmettant chacun à 1 Mbps, utilise
un canal de satellite de 1 MHz. Dérivez une configuration FDM appropriée.
08-13
Types d’applications FDM
• Lignes téléphonique à haute capacité
• Radio AM: de 530 KHz à 1700 KHz, avec
une largeur de bande de 10 KHz par station
• Radio FM: de 88 MHz à 108 MHz, avec une
largeur de bande de 200 KHz par station
• Diffusion de TV : une largeur de bande de 6
MHz canal de TV
• Première génération de téléphones cellulaires :
chaque usager a 2 canaux de 30 KHz
(transmission, réception).
08-14
Systèmes de transporteurs analogues
08-15
Multiplexage en longueur d’onde
(WDM)
WDM est une technique de multiplexage
analogue qui combine des signaux
optiques.
08-16
Multiplexage en longueur d’onde (WDM)
•
•
•
•
Faisceaux lumineux multiples à différentes fréquences
Transportés par de la fibre optique
Une forme de FDM
Chaque couleur de lumière (longueur d’onde) transporte un
canal de données différent
• 1997 Bell Labs
– 100 faisceaux
– Chacun à 10 Gbps
– fournissant 1 térabit par second (Tbps)
• systèmes Commerciaux de 160 canaux de 10 Gbps sont
maintenant disponibles
• Systèmes de Labs (Alcatel) de 256 canaux à 39.8 Gbps chaque
– 10.1 Tbps
– Sur une distance de 100km
08-17
L’opération WDM
• Même architecture général que le FDM
• Plusieurs sources génèrent des faisceaux laser à
différentes fréquences
• Le multiplexer consolide les sources pour la
transmission sur un fibre singulier
• Des amplificateurs optiques amplifient toutes les
longueurs d’onde
– Typiquement tous les dizaines de km
• Le demuplixer sépare les canaux à l’arrivée à l’aide
prismes destination
08-18
Multiplexage en longueur d’onde
dense
• DWDM
• Pas de définition official ou standard
• Implique qu’il y a plus de canaux et qu’ils
sont plus étroitement espacés que le
WDM
• Un espace de canal de 200GHz ou moins
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Multiplexage temporel (TDM)
TDM est une technique de multiplexage numérique
qui combine plusieurs canaux à bas débits en un
canal à haut débit.
08-20
Multiplexage temporel synchrone
• Le débit de données du médium excédera celui
du signal numérique à transmettre
• Signaux numériques multiples en alternances
• Peut être au niveau du bit ou des bloques d’octets
• Les créneaux horaires sont pré-assignés aux
sources et sont fixes
• Les créneaux horaires sont attribuées
uniformément en l’absence de données
• Les créneaux horaires n’ont pas à être distribués
uniformément parmi les sources
08-21
Contrôle de liaison TDM
• Pas d’entête ni d’épilogue
• Aucun protocole de liaison de données est
nécessaire pour les Muxs et Demuxs
• Contrôle d’erreurs
– Les erreurs sont détectées et traitées par un
système de canaux individuels
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Contrôle de liaison TDM
• Contrôle de flux
– Le débit de données de la ligne multiplexée est fixé
– Si un des canaux récepteurs ne peut pas recevoir de
données les autres doivent poursuivent leurs taches
– La source correspondante doit être satisfaite
– Entraine des slots vides
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TDM
Dans un TDM synchrone, le débit de données de la
liaison est n fois plus rapide, et la durée de l’unité est
n fois plus courte.
08-24
Exemple
Le débit de données de chaque connexion d’entrée est 3 kbps.
Si 1 bit à la fois est multiplexé (une unité = 1 bit), quelle est la
durée de (a) chaque slot d’entrée, (b) chaque slot de sortie, et
(c) chaque frame?
08-25
Solution
a. Le débit de données de chaque entrée est 1 kbps. Ce qui signifie que la
durée d’un bit est 1/1000 s ou 1 ms. La durée d’une slot d’entrée est 1
ms (similaire à celle que de la durée du bit).
b. La durée de chaque slot de sortie est un tiers celle de celle d’une slot
d’entrée. Donc la durée d’une slot de sortie est 1/3 ms.
c. Chaque frame transporte 3 slots de sortie. Par conséquent la durée d’une
frame est 3 × 1/3 ms, ou 1 ms. la durée d’une frame est la même que
celle d’une unité d’entrée.
08-26
Exemple
La figure montre un TDM synchrone avec une
chaine de données pour chaque entrée et une
série de données à la sortie. L’unité de données
est 1 bit. trouvez (a) la durée d’un bit d’entrée,
(b) la durée d’un bit de sortie, (c) le débit du bit
de sortie, et (d) le débit de la frame de sortie.
08-27
Solution
a. La durée du
bit d’entrée et l’inverse du débit de bit :
1/(1 Mbps) = 1 µs.
b. La durée du bit de sortie est un quart de celle du bit d’entrée, ou
¼ µs.
c. Le débit de bit de sortie est l’inverse de la durée du bit de sortie
ou 1/(4µs) ou 4 Mbps. Cela peut être aussi déduit à partir du fait
que le débit de sortie est 4 fois plus rapide que n’importe débit
d’entrée; donc le débit de sortie est = 4 × 1 Mbps = 4 Mbps.
d. Le débit de frame est toujours le même d’un débit d’entrée. Donc
le débit de frame est 1,000,000 frames par second. Puisque nous
envoyons 4 bits par frame, nous pouvons vérifier le résultat de
la question précédente en multipliant le débit de frame rate par
le nomber de bits par frame.
08-28
Exemple
4 canaux sont multiplexés en TDM. Si chaque canal
envoie 100 octets/s et que nous multiplexons 1 octet par
canal, décrivez le déplacement de la frame sur la liaison, la
taille de la frame, la durée de la frame, le débit de la frame,
et le débit de bit de la liaison.
08-29
Solution
08-30
Exemple
Un multiplexeur combine quatre canaux de 100-kbps à l’aide d’un
slot temporel de 2 bits. Montrez la sortie avec entrées arbitraires.
Quel est le débit de frame? Quelle est la durée de la frame ? Quel est
le débit de bit? Quel est la durée de bit ?
08-31
Solution
08-32
Multiplexage à niveaux/slots multiples
08-33
Mise en frames
• Pas de flag ou de caractère SYNC entourant les frames TDM
• Doit fournir un mécanisme de synchronisation
• Addition de digits de mise en frames
– Un bit de contrôle ajouté à chaque trame TDM
• Semblable à tout autre canal- “canal de contrôle”
– Une régularité identifiable de bit est utilisée sur le canal de contrôle
– ex. Alternativement 01010101…improbable sur un canal de données
– Peut comparer les régularités de bit arrivants sur chaque canal avec
une régularité (pattern) de type sync
08-34
Gavage (Stuffing) de pulses
• Problème – Synchronisation des sources de données
• Les horloges de différentes sources diffèrent
• Les débits de données de différentes sources ne sont
pas reliés par un simple nombre rational
• Solution – gavage de pulses
– Le débit de données sortant (excluant les bits de tramage)
est plus haut que la somme des débits de données arrivants
– Gave d’extra bits ou pulses dans chaque signal arrivant
jusqu’à ce que cela matche l’horloge locale
– Le gavage de pulses est fait à des locations fixes dans la
trame puis sont enlevées au démultiplexage
08-35
Gavage de pulses
08-36
Systèmes de transporteurs numériques
08-37
Systèmes de transporteurs numériques
• Hiérarchie du TDM
• USA/Canada/Japon
utilise un système
• ITU-T utilise un
différent système
• Le système US est basé
sur le format DS-1
08-38
DS-1
•
•
•
•
Multiplexe 24 canaux
Chaque trame a 8 bits par canal plus un bit de tramage
193 (24×8+1) bits par trame
Pour la voix chaque canal contient un mot de données numérisées
(PCM, 8000 échantillons par sec)
–
–
–
–
Débit de données 8000×193 = 1.544 Mbps
Cinq ou six trames ont des échantillons PCM de 8 bits
La sixième trame a un mot PCM de 7 bit plus un bit de signalisation
Il ya tout un courant de bits de signalisation dans chaque canal contenant de
l’information de control ou d’aiguillage
• Le format est similaire pour les données numériques
– 23 canaux de données
• 7 bits par trame plus un bit indicateur pour les données ou contrôles de systèmes
control
– Le 24ième canal est pour la synchronisation
08-39
Applications TDM
• Lignes à service numériques : DS-n
– Réalisées pour des lignes téléphoniques : T-n
Service
Phone line
Data rate
(DS-0)
64 Kb/s
DS-1
standard phone
line
T-1
# of voice
channels
1
1.544 Mb/s
24
DS-2
T-2
6.312 Mb/s
96
DS-3
T-3
44.736 Mb/s
672
DS-4
T-4
274.176 Mb/s
4032
08-40
Format de transmission DS-1
08-41
Format de transmission DS-1
08-42
TDM statistique
• Dans les TDM synchrones plusieurs créneaux sont
gaspillés
• Le TDM statistique attribue les créneaux horaires
dynamiquement, basé sur la demande
• Le multiplexer scanne les lignes d’entrées et collecte
des données jusqu’à ce que la trame soit pleine
• Le débit de données de la ligne est plus bas que la
somme des débits des lignes d’entrées
• n I/O lignes, seulement k créneaux horaires (k<n)
08-43
TDM synchrone versus statistique
08-44
Description du câble modem
• Deux canaux du
fournisseur de câble TV
dédiés au transfert de
données
– Un pour chaque direction
• Chaque canal est partagé
par un nombre d’abonnés
– Un schéma est nécessaire
pour attribuer la capacité
– TDM statistique
08-45
Opération du câble modem
•
•
En aval (Downstream)
– Le programmateur de câble délivre les données en petits paquets
– S’il y a plus d’un abonné actif, chacun aura une fraction de la capacité
en aval (qui provient de la source, downstream)
• Peut atteindre 500Kbps à 1.5Mbps
– Aussi utilisé pour attribuer des créneaux horaires en aval aux abonnés
En amont (Upstream)
– L’abonné demande des créneaux horaires sur un canal en amont
partagé (qui va vers la source)
• Créneaux d’horaires dédiés
– Le programmateur de la tête d’extrémité (Headend) renvoie
l’attribution des futures créneaux horaires à l’abonné
08-46
Schéma du câble modem
08-47
Lignes d’abonnés numériques
asymétriques
• ADSL
• Liaison entre l’abonné et le
réseau
– Loupe locale
• Utilise le câble du type paire
torsadée déjà en place
– Transporte un
spectre plus large
– 1 MHz ou plus
08-48
La conception ADSL
• Asymétrique
– Plus grande capacité downstream que upstream
• Multiplexage fréquentiel
– Les 25kHz les plus bas sont pour la voix
• Plain old telephone service (POTS)
– Utilise l’annulation de l’écho ou FDM pour fournir
deux bandes
– Utilise FDM à l’intérieur des bandes
• Distance de 5.5 Km
08-49
Transmetteur DMT
08-50
Spectre ou largeur de bande
• Voix: le canal 0 est réservé pour la
communication vocale.
• Inutilisé: Les canaux 1 à 5 ne sont pas en usage.
• Upstream: 24×4000×15=1.44Mbps
• Downstream: 224×4000×15=13.4Mbps
08-51
Multitone Discret
• DMT
• Signaux multiples de transporteurs à des fréquences
différentes
• Quelques bits sur chaque canal
• Des sous-canaux de 4 kHz
• Envoie un signaux test et utilise des sous-canaux
avec un meilleur ratio signal-bruit
• 256 sous-canaux downstream à 4 kHz (60 kbps)
– 15.36 MHz
– La dégradation le rabaisse de 1.5 Mbps à 9 Mbps
08-52
Bits DTM par allocation de canal
• Les débits de données sont normalement de:
– Upstream: 64kbps à 1 Mbps
– Downstream: 1.5Mbps à 9Mbps
08-53
xDSL
• Haut débit de données DSL (HDSL)
• Ligne singulière DSL (SDSL)
• Extrêmement haut débit de données DSL
(VDSL)
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