Types de modulation en DSL
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Importance du type de modulation en DSL

Préambule
Dans ce qui précède, nous avons vu que l'on ne pouvait pas augmenter considérablement
le débit numérique d'une ligne téléphonique d'abonné
en se cantonnant dans la bande allouée à la voix ( 0 - 4kHz max. théorique ).

Mais la bande passante d'une ligne téléphonique d'abonné s'étend au-delà de cette bande vocale 0-4kHz.

Le DSL utilise la bande dite supravocale de fréquences restant disponibles
entre 20 kHz et une limite supérieure dépendant de la qualité de la ligne
et surtout de la distance entre l'abonné et son central de rattachement.


On observera que le DSL laisse libre la bande POTS réservée à la voix téléphonique.
On pourra doncsimultanément téléphoner et communiquer numériquement.

Mais, avec les types de modulation classiques, cela ne suffirait pas pour atteindre les débits actuels
de 8 Mbit / s
. Ou de 25 Mbit / s avec ADSL2 + , proposé actuellement.

On a donc dû en inventer de nouveaux.

Nous vous proposons donc d'étudier, pour commencer, le procédé QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
qui est à la base des modulations utilisées en DSL.

En faisant observer à ceux qui connaissent les codages de transmission déjà utilisés dans les grandes artères de transmission numérique (groupes T1 ou E1) que les codages utilisés dans ces réseaux (2B/1Q ) s'appliquent aux transmissions en bande de base. Ils ne sont plus pratiquables dans notre cas : les fréquences basses ne sont pas transmises ici si on veut sauvegarder le canal voix. Il a fallu trouver autre chose...

Quadrature Amplitude Modulation - QAM -
Compléments d'information sur ce sujet dans ce même site
Modulation d'amplitude à porteuse supprimée AM
Modulation d'amplitude de deux porteuses en quadrature.


Supposez que l'on génère deux signaux sinusoïdaux de même fréquence mais en quadrature l'un par rapport à l'autre.
Nous appellerons ces signaux les "porteuses en quadrature".

Supposez que la phase de chacun de ces signaux puisse être modifiée par application d'un signal modulant
de la manière suivante :

Les deux porteuses gardent une amplitude égale mais peuvent changer brutalement de phase de 180°
.

Nous avons quatre possibilités pour le signal somme de ces porteuses en quadrature,
données par les 4 vecteurs de la figure ci-dessus
aboutissant aux extrémités marquées (0° 0°) (-180° 0°) (-180° -180°) (0° -180°).


C'est en effet la somme vectorielle de ces porteuses en quadrature ainsi modulées
qui est envoyé en ligne .


C'est l'un de ces vecteurs qui représentera le signal en ligne à un temps t.
Nous avons donc possibilité d'un codage binaire à quatre possibilités.
On dit que ce procédé de modulation a une valence de 4.

A chacune de ces possibilités on peut attribuer arbitrairement les couples de valeurs binaires suivants :
( 0,0 ) ou ( 0,1 ) ou ( 1,0 ) ou ( 1,1 ).

Une seule période de signal transporte donc 2 bits à la fois.
2 bits par Hertz.
On dit aussi 2 bits par symbole.
Le débit binaire est de 2 bit/s / Hz.
Exemple : porteuse 100 kHz, débit : 200 kbit / s.
Pour une rapidité de modulation de 100 kBauds nous avons un débit binaire de 200 kbits/s

Il est à remarquer qu'en ce cas le nombre de bits par seconde est ici le double du nombre de Bauds.
Se reporter à la définition des Bauds pour s'en convaincre :
C'est bien meilleur que la modulation SFK pour les premiers modems .

Ce procédé de modulation (on dit aussi de codage)
convient bien à DSL car il est "passe-bande".
On entend par là le fait que la fréquence centrale de la porteuse
pourra être choisie n'importe où dans la bande passante de la ligne.

En effet, la plupart des procédés de codage existant avant DSL (HBD3 ou 2B/1Q)
pour la transmission sur les lignes numériques à haut débit ,
étaient étudiés pour trasmission en bande de base ,
c'est à dire avec utilisation de la bande totale à partir de la fréquence 0.
Ce qui rendait impossible de disposer de la bande POTS (0 - 4 kHz)
pour une conversation téléhonique simultanée..

Ainsi a-t-on pu préserver la possibilité d'utiliser le canal voix de 0 à 4 kHz.
pour laisser la possibilité aux usagers de DSL de téléphoner sur ce canal,
pendant qu'ils échangent des données numériques dans l'espace supravocal.


En réalité, ces deux porteuses en quadrature s'additionnent vectoriellement pour donner un seul signal qui, idéalement, à chaque période est une sinusoïde d'amplitude :

"A" étant l'amplitude de chacune des deux porteuses en quadrature.
et dont la phase peut prendre les valeurs 45° 135° 225° 315° comme le montre la figure ci-dessous.


Nous pouvons encore aller plus loin en variant les amplitudes des porteuses en même temps que leurs phases afin d'obtenir des vecteurs résultants dont les extrémités aboutissent aux points de la figure ci-dessous.



Les porteuses en quadrature peuvent ici prendre deux valeurs d'amplitude : A et A/2.
Lesquelles permettent 4 combinaisons entre elles (par quadrant).
On aboutit à 16 points.
Le vecteur résultant peut prendre ici : 3 x 4 = 12 phases et 3 amplitudes différentes.
La modulation QAM apparaît donc comme une combinaison de modulations de phase et d'amplitude.

Une période de signal peut ainsi signifier 16 états différents.
Lesquels peuvent donc être représentes par un nombre binaire de 4 bits.

Une seule période de signal transporte 4bits.
Donc 4bits par Hertz.
Le débit binaire est de 4 bit/s / Hz.
Exemple : porteuse 100 kHz, débit : 400 kbit / s.


Les modulations 16QAM et 32QAM ont été utilisées dans les modems analogiques de type V32
travaillant dans la bande POTS conçus pour les usagers ne disposant pas de l' ADSL.



Il ne faut tout de même pas aller trop loin dans la multiplication des états possibles.
Lappareil de détection peut éprouver des difficultés à distinguer des phases trop proches.

C'est un problème de résolution qui exige des modems émetteurs particulièrement stables,
des modems récepteurs performants et une ligne sans trop de perturbateurs..

.

Exercice : quel est le débit binaire d'une porteuse de 100 kHz modulée en 64QAM ?
Réponse en passant la souris sur la pastille ci-dessous.


L'utilisation de la modulation QAM d'une porteuse transmise dans la bande passante du canal
a posé des problèmes des distorsions de phase
dépendantes des qualités de propagation variables des lignes.

Mais son principe reste la base des autres méthodes de modulation en DSL.


Modulation CAP - Carrierless Amplitude Phase Modulation -


Elle est basée sur la modulation QAD particulière : à l'émission, on soustrait la porteuse du signal.
La porteuse peut être supprimée car elle ne transporte en soi aucune information.
On n'émet que les bandes latérales générées par la modulation.
D'où son nom de "carrierless" : "carrier" = porteuse, "less" = sans.
Voyez l'étude de la modulation d'amplitude à porteuse supprimée au lien

Cette modulation CAP est à constellation variable.
Voyons ce que cela signifie.

Du bruit de ligne ou un affaiblissement trop important dans un canal peuvent produire des erreurs
de résolution comme décrit dans une figure ci-dessus.
Remède : abaisser le nombre d'états par symbole

Si l'émetteur constate une dégradation des performances du canal de transmission,
il abaisse automatiquement de 1 le nombre de bits transmis simultanément
Ce qui divise par deux le débit.

Nombre de bits par sinusoïde
Constellation
1
2CAP
2
4CAP
3
8CAP
4
16CAP
5
32CAP
6
64CAP
7
128CAP
8
256CAP
9
512CAP

 




Modulation Discrete Multitone (DMT)


Alors que les modulations QAM et CAP utilisaient tout le canal disponible avec une surl porteuse,
la modulation DMT divise la bande passante en de multiples canaux de 4 kHz.
Chaque canal transportant une partie du signal à transmettre.

DMT a été adopté comme norme :
par l'ANSI (American National Standards Institute)
et
par l'ETSI (Institue Européen de Normes de Télécommunications),

pour permettre une plus grande inter-opérabilité entre les équipements des différents constructeurs
et favoriser le développement de l'ADSL.

La modulation de chacun des canaux est automatiquement réglée de 0 à 15 bits par symbole
et ce en fonction de la qualité du canal.
Chacun des canaux de la ligne est testé dans une négociation préalable et périodique
pour déterminer l'atténuation de ligne et le degré de perturbation à ce point là de la bande passante..


Si la ligne est perturbée ou l'atténuation forte sur l'étendue d'un canal,
celui-ci se voit attribuer une modulation à faible nombre de bits par symbole.
Cela peut aller jusqu'à la suppression du canal ( 0 bits par symbole )

Ainsi, la qualité de la ligne influe sur la vitesse de transmission,
mais pas sur le taux d'erreurs.

Pourriez-vous dire quel est le débit binaire maximal par canal ?
Réponse en passant le curseur de la souris sur la pastille ci-dessous.



Exercice :

Quelle est, en kHz, l'étendue exacte de l'ensemble de ces 256 canaux ?
Réponse en passant le curseur souris sur la note ci-dessous.

   



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