Transcript ADSL - Aldevar

Présentation
ADSL
•Qu’est-ce que l’ADSL
Objectif
Décrire les principes de base de la technologie ADSL
Programme
La technologie ADSL
1 Historique des connexions à Internet
2 Principes de l’ADSL
3 Les perturbations sur la ligne téléphonique
d’abonné
4 La technique de transmission ADSL
5 Adaptation du débit des modems
6 Détection et correction d’erreurs
7 Les trames ADSL
8 Initialisation des modems
9 Installation usager
10 ADSL G-Lite
11 Les standards
1 - Les connexions actuelles à Internet
1.1 ACCÈS INTERNET par RTC et RNIS
64kbs
TA
TA
TNR
TNR
M
33,6kbs
RTC
Zone tel: 1
128kb/s
(2x64kbs)
Zone tel: 2
ou
RNIS
Zone tel: 3
M
Fournisseur d’Accès
+ boîte à lettre
+ page perso. Web
Internet
TNR
ISP
ISP : Internet Service Provider
M : Modem
TA : Terminal Adaptor
TNR : Terminal Numérique de Réseau
RTC: Réseau Téléphonique Commuté
RNIS: Réseau Numérique à Intégration de Services
ACCÈS INTERNET via RAN
2x64kbs
M
TNR
M
28,8kbs
TNR
64kbs
33,6 kbs
Zone tel: 1
Zone tel: 3
RTC
ou
RNIS
RAN
(POP)
Zone tel: 2
RAN
(POP)
X25
Internet
RAN
(POP)
LS
Frame Relay
ISP
POP : Point Of Presence
RAN : Remote Access Node
LS : Ligne Spécialisée M : Modem
ISP : Internet Service Provider
TNR : Terminal Numérique Réseau
1.2 ACCÈS INTERNET : via satellite
M
2x64kbs
400kbs
TNR
M
28,8kbs
28,8kbs
RTC
ou
RNIS
RAN
(POP)
LS
Frame Relay
ou X25
Internet
ISP
RAN : Remote Access Node
POP : Point Of Presence
ISP : Internet Service Provider
M : Modem
TNR : Terminal Numérique Réseau
1.3 ACCÈS INTERNET : via réseau câblé
2x64kbs
M
TNR
M
28,8kbs
28,8kbs
RTC
ou
RNIS
Cable
modem
RAN
(POP)
30Mbs
768kbs
LS
Cable Network
Internet
ISP
RAN : Remote Access Node
POP : Point Of Presence
ISP : Internet Service Provider
M : Modem
TNR : Terminal Numérique Réseau
1.4 Accès Internet à partir d’un réseau Intranet
2x64kbs
M
Intranet
28,8kbs
TNR
M
28,8kbs
RTC
ou
RNIS
Serveur proxy
TNR
RAN
(POP)
RAN
(POP)
X25
Internet
Firewall
M
LS
Frame Relay
ISP
RAN : Remote Access Node
POP : Point Of Presence
ISP : Internet Service Provider
M : Modem
TNR : Terminal Numérique Réseau
1.5 Modem à bande téléphonique
Bp
Fréquence
300Hz
Réseau
3400Hz
Paire torsadée
Modem
Modem
Usager
Bp: Bande Passante
Modems en bande téléphonique
Dates
60’s
1968
1976
1984
1991
1989
1998
1998
Débits
300 à 1,2Kb/s
2,4 kb/s
4,8 Kb/s
9,6 Kb/s
14,4 Kb/s
19,2 Kb/s
33,6 Kb/s
56 / 33,6 Kb/s
Normes
V26
V27
V32
V32bis
V33bis
V34
V90
1.6 Capacité de la paire torsadée
Affaiblissement
(dB) 0
1 km
20
2km
3km
40
4km
Câble de 0,5mm²
60
80
10 KHz
100 KHz
1 MHz
Fréquence
(Hz)
POTS
POTS : Plain Old Telephone Services
2 - Les Principes de l’ADSL
Caractéristiques des services interactifs
Voie descendante
Bits/s
10M
Jeux
Travail à domicile
1M
Internet
Vidéo à la demande
Visioconférence
Musique à la demande
100k
POTS
Voie montante
Bits/s
10k
64k
128k
192k
256k
320k
384k
Débits souhaités et débits offerts
Peut être la
fibre optique
pour tous
Débit
Débit souhaité
par les usager
Frustration des abonnés
Débit offert
par les
opérateurs
Opportunité
pour ADSL
1998
Années
Changement de technologie
Caractéristiques externes de l’ADSL
ADSL : Asymetric Digital Subscriber Line
Site usager
< 8,128 Mb/s
Downstream
(descendant)
Paire torsadée
Upstream
(montant)
< 832 kb/s
Jusqu’à 5,4 km
Central local
Les voies de transmission ADSL
Usager
Réseau
Services
Téléphoniques
Descendant
 8,128 Mb/s
(Downstream)
Montant
(Upstream)
 832 Kb/s
Paire
de
cuivre
Modulation FDM
Amplitude
POTS
300Hz
Upstream
(montant)
Downstream
(descendant)
1,1 MHz
3400Hz
POTS : Plain Old Telephone Service
(bon vieux service téléphonique)
FDM : Frequency Division Modulation
Fréquence
Modulation par annulation d’écho
Amplitude
POTS
Upstream
(montant)
Downstream
(descendant)
Fréquence
300Hz
3400Hz
1,1 MHz
Modems en bande non téléphonique
Dates Techno
1990 HDSL
1995
ADSL
1997
VDSL
Débits
Distance
2 Mb/s bidirectionnel sur 2 UTP 2,4km/0,4mm²
2 ou 3 UTP
2 UTP 2,6km/0,4mm²
3 UTP 3,9km/0,4mm²
3 UTP 4,9km/0,4mm²
Jusqu’à 8,128 Mb/s (et 1 à 5,4km
plus) downstream
Jusqu’à 832 Kb/s (et
plus) upstream
20 à 50 Mb/s
200 à 500m
downsttream
2 Mb/s upstream
UTP : Unshielded Twisted Pair
(Paire torsadée non blindée)
Performances des modems ADSL
Mbit/s
10
ADSL Downstream
8
6
4
2
0
km
0
1
2
3
4
Kbit/s
1000
5
6
ADSL Upstream
800
600
400
200
0
km
0
1
2
3
4
5
6
Technologies d’accès mobile
Débits
Dates
1990 9,6 kbps
Technologies
GSM
1999
57,4 kbps
HSCSD
2000
114 kbps
GPRS
2001
384 kbps
EDGE
2002
2 Mbps
UMTS
GSM : Global System for Mobile Communication
GPRS : General Packet Radio Service
HSCSD: High Speed Circuit Switched Data
EDGE : Enhanced Data rates for GSM Evolution
UMTS : Universal Mobile Telephone Service
Solutions apportées par le réseau d’accès ADSL
PROBLÈMES ACTUELS
REMÈDES
Raccordement abonné de
type filaire (modem aux
débits < 56 kbits/s)
Modem à
technologie ADSL
Réseau téléphonique à
débit faible
Dévier le trafic
« données » dès que
possible
Principe du système ADSL
RTC
Eth
10 Mb/s PC
ATU-C
(Modem
ADSL)
SDH
ATM
POTS
Splitter
Paire torsadée
ADSL
ATM
Mutiplexeur
ATU-C
(Modem
ADSL)
POTS
Splitter
ATU-C
(Modem
ADSL)
POTS
ATU-R
(Modem
ADSL)
ATMF
25,6 Mb/s
T.V.
Set Top Box
Splitter
DSLAM
Réseau ATM
POTS
Splitter
POTS splitter: ( filtre du service téléphonique )
ATU-C: Adsl Transceiver Unit - Central
ATU-R: Adsl Transceiver Unit - Remote
Eth: Ethernet
SDH: Synchronous Digital Hierachy
ATM: Asynchronous Transfer Mode
ATM-F: ATM Forum
3 - Les perturbations les lignes d’abonnés
Affaiblissement en fonction de la distance
Central local
Site usager
Paire torsadée 0,5 mm2
Impulsion émise
Impulsion reçue
4 km : perte de 32dB
5 km : perte de 55dB
Affaiblissement en fonction de la fréquence
Affaiblissement
(dB) 0
1 km
20
2km
3km
40
4km
Câble de 0,5mm
60
80
10 KHz
100 KHz
1 MHz
Fréquence
(Hz)
Dispersion des impulsions
Amplitude
Après 1km
Après 2km
Après 3km
Après 5km
10
Impulsion émise de 2ms
20
30
ms
temps
Branchements en dérivation
Echo
Pré-câblage
Signal
principal
Echo
Affaiblissement
Dûs aux branchement
en dérivation
Fréquence
Diaphonie
Sites usager
E
Paradiaphonie
R
E
Télédiaphonie
R
Perturbations radioélectriques
Bruit
Fréquence
4 – La technique de transmission ADSL
Contrainte de Nyquist
Symbole
Pour une bande passante donnée, le nombre de
symboles/seconde (RsBAUDS) est limité ceci afin d’éviter
le brouillage inter symbole.
(Rs  2 x Bp )
Exemple : pour la Bp téléphonique (4000Hz) :
Rs  8000 bauds
Un bit par symbole
« 0 » binaire : 2400Hz
0
1
« 1 » binaire : 1200Hz
0
1
Symbole
Exemple: si Bp = 4000Hz :
si un bit/symbole
=>Rapidité de modulation ( 2 x Bp) = 8000 bauds
=>Débit binaire 8000 bits/s
Question : Comment augmenter le débit sans augmenter la rapidité de modulation?
Quadrature Amplitude Modulation
QAM-4 ( 2 bits par symbole )
Dibit : 10
Constellation
Dibit : 00
10
00
135°
45°
Dibit : 11
Dibit : 01
225°
11
315°
01
01 00
10 01
001111
Débit binaire ( b/s ) = 2 x Rapidité de modulation ( Bauds )
Modem
QAM-16
4 bits par symbole
Modulation de phase et d’amplitude
Exemple :
Constellation
Donnée = 1001 0000 1111
3
0111
0101
0110
0100
0000
1110
1100
1000
1101
1001 1011
0001
0011
2
1
0010
0
-1
1010
-2
-3
1111
0,5
1
Longueur du symbole
1,5
2
2,5
3
Brouillage
Parasite
•même fréquence,
•Amplitude 
•Phase 
Constellation
Donnée émise = 1001
QAM-16
3
0101
0110
0100
0000
1110
1100
1000
1101
1001 1011
0001
0011
2
1
Ligne
0111
0010
0
-1
1010
-2
-3
1111
0,5
1
Capacité = f (bruit ...)
Théorème de Shannon-Hartley : Capacité b/s= 1/3 x Bp x Signal/bruit
Efficacité d’un QAM-n en fonction du SNR
BER
Zone non acceptable
10-7
10-10
dB
SNR
SNR: Signal Noise Ratio (Rapport signal/bruit)
Rapport Signal / Bruit et QAM
Nbre
Bits/symbole
4
QAM
QAM-16
Rapport Signal/bruit (SNR
en dB) pour un BER<10-7
21,8
6
QAM-64
27,8
8
QAM-256
33,8
9
QAM-512
36,8
10
QAM-1.024
39,9
12
QAM-4.096
45,9
14
QAM-16.384
51,9
Capacité fondamentale de Shannon-Hartley
Capacité
Mb/s
25
20
15
10
8 Mb/s
5
6 Mb/s
2 Mb/s
km
1
2
3
Longueur du câble
4
5
6
Discrete Multi Tone : DMT
POTS
Upstream
Downstream
Puissance
signal adapté
7
32
38
255
4 25
138
165
1100
1
Porteuses
kHz
Fréquences inutilisées
255 fréquences porteuses situées à : n x 4,3125kHz
Frequency Division Modulation : Bande upstream au-dessus de la bande downstream
Modulation QAM-4 ( 2 bits / symbole ) à QAM-16384 ( 14 bits / symbole )
Période d’un symbole : 250s soit 4000 symboles/s
Discrete Multi Tone : DMT
Somme des signaux QAM
- Espacés en fréquence
- Synchronisés en temps
QAM-4 f1
QAM-16 f2
QAM-4 f3
 = modulation DMT
Affectation des bits ADSL en DMT
Affaiblissement
Fréquence
Bits/tonalité
Fréquence
Suppression de certaines fréquences en DMT
Niveau de bruit
RFI
Fréquence
Bits/tonalité
Fréquence
Nombre de bits / tonalité à l’initialisation
Bits/tonalité
Valeur maximale possible
Valeur retenue
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Tonalités
Exercice
L’outil de gestion des accès ADSL permet de visualiser la
répartition des bits par tonalité. Soit l’extrait suivant d’une
répartition :
Tonalité 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..
Nbre Bits 0 0 0 0 0 0 0 8 9 10 11 12 12 13 13 12 13 13 13 13 13 13 12 13 12 12 12 11 11 11 0 ..
1 -Déterminez la bande de fréquences utilisée pour la voie montante.
2- Calculez la capacité montante.
5 – Adaptation du débit des modems
Marge de signal/bruit
Doit être constant pour maintenir le débit
Puissance signal
Débit max = W / 3 ( S / B )dB (pour BER 10-7)
Signal/Bruit
réel
Tx
Rx
Bruit
Signal/Bruit
utilisé
Marge de bruit
Augmentation
du bruit
Marge de signal/bruit (termes techniques)
Signal power
Rate max = W / 3 ( S / N )dB
Real S/N
(BER 10-7)
Used S/N
Target Noise
Margin
Tx
Rx
Noise
Evolution du bruit
Puissance signal
Calcul débit à l ’initialiastion
Rate max = W / 3 ( S / N )dB
Erreurs
(BER 10-7)
S/N utilisé
Target Noise
Margin
Bruit
t
Tx Rx
Init.
« Noise margin » diminue
Augmentation de la puissance d’émission
Augmentation de la
puissance d ’émission
Signal power
(BER 10-7)
(BER 10-7)
Used S/N
Signal/bruit
Target Noise
Margin
Noise
t
Tx Rx
Init.
Minimum
« Noise margin »
Diminution de la puissance d’émission
Signal power
Used S/N
(BER 10-7)
(BER 10-7)
Target Noise
Margin
t
Maximum additional
Noise Margin
Diminution de la
puissance d’émission
Paramètres
Signal/Noise
Margin
Diminution de la puissance d’émission
Maximum
Additional
Noise Margin
État opérationnel stable
Target Noise
Margin (6dB)
Minimum
Noise Margin
(1dB)
État opérationnel stable
Augmentation de la puissance d’émission
0dB
t
BER > 10-7
Débit contrôlé par opérateur
Démarre à 5 Mb/s montant sinon,
“I kill you !”
La ligne est trop
mauvaise, je ne peux
pas atteindre 5 Mb/s
montant, s’il vous
plaît laissez moi vivre!
Modem : Mode d’adaptation 1
(débit contrôlé par opérateur)
Débit
Débit modem
possible
Débit planifié
par opérateur
(planned
bitrate)
Débit réel
t
Débit adaptatif
Tu dois démarrer au
maximum de tes possibilités
entre 4 Mb/s and 8 Mb/s
ou bien …
Le débit maximum que je
peux atteindre est 3,6
Mb/s, donc, je ne peux
démarrer, s’il vous plaît
laissez moi vivre ...
Modem : Mode d’adaptation 2
(débit sélectionné automatiquement)
Débit
Débit maxi
souhaité
Débit modem
possible à
l’initialisation
Débit mini
souhaité
Débit réel
t
Noise Margin
ANT : Mode d’adaptation 3
(débit sélectionné dynamiquement)
t
t
Upshift Noise Margin
Target Noise Margin
t
Downshift Noise Margin
Initialisation
Débit réel
t : minimum time interval
Débit maxi
souhaité
Débit mini
souhaité
t
6 – Détection et correction d’erreurs
Distance de Hamming entre 2 mots code
Emission
Message à Matrice de
transmettre génération
Réception
Mots
de
code
0
00
1
11
Matrice
de
contrôle
0
1
Dictionnaire
Distance
d=2
00
01
10
11
Nbre de bits du mot de code: « vecteur de code »(n)
Nbre de bits du message: « vecteur de message »(k)
Valeurs valides
Distance minimale:
d=n-k+1 => 2-1+1=2
Code détection d’erreur
•La propriété d’un code détecteur ou correcteur d’erreurs dépend
de la distance minimale entre les codes
•Le nombre de bits erronés « e » détectable par un code est: e = d - 1
Réception
Emission
Message à Matrice de
transmettre génération
0
Mot de
code
00
Matrice de
contrôle
10
Erreur
Dictionnaire
Ce système est capable de détecter :
e=d-1 => 2-1 = 1 erreur simple
00
01
10
11
Valeurs valides
Code correction d’erreur
Un système est capable de corriger « c » erreurs en fonction de la distance
minimale :
c=(d-1)/2
Réception
Emission
Message à Matrice de
transmettre génération
Mot de
code
0
000
1
111
Matrice de
contrôle
010
000
Dictionnaire
d=n-k+1
d=3
k=1, n=3
e=d-1
e=2
Distance d
=3
C= (d-1)/2
c=1
000
001
010
100
011
101
110
111
Valeurs valides
Code REED-SOLOMON
octet
Code RS(255,239)
1
2
3
Distance : n-k+1
d= (255*8)-(239*8)+1
d=129
4
Correction: (d-1)/2
c=(129-1)/2
c = 64 bits
Vecteur de
message
(K)
Vecteur de
Code (N)
239
240
Octets de
contrôle
(R)
254
Ce code RS peut corriger jusqu’à
64 bits erronés par vecteur code
255
Surdébit =16/255 soit 6,3%
Correction d’erreurs sans entrelacement
Code RS (11,15)
Vecteur message
Distance = 15*8-11*8+1= 33
Ctrl
Données émises
Rafale d’erreurs
Données en ligne
Plus de 16
bits détruits
Bloc perdu
Après contrôle en réception
Correction = (33-1)/2= 16bits
Correction d’erreurs avec entrelacement
Vecteur
message
Ctrl
Bloc 0
Données à transmettre
Bloc 1
Bloc 2
Bloc 3
Bloc 4
Rafale d’erreurs
Données en ligne
6 octets
détruits
Bloc 0
Correction
Bloc 1
CtrlCorrection
Bloc 2
CtrlCorrection
Bloc 3
CtrlCorrection
Réception
CtrlCorrection
Ctrl
Nombre d’octets corrigibles avec entrelacement
Vecteur
message
Correction = 2
Ctrl
Bloc 0
Bloc 1
Rafale d’erreurs
Bloc 2
Bloc 3
Bloc 4
Profondeur d’entrelacement = 15
Données en ligne
30 octets
détruits
Rafale d’erreurs corrigibles : 15 x 2 = 30
Bloc 0
Correction
Données à transmettre
Bloc 1
CtrlCorrection
Bloc 2
CtrlCorrection
Bloc 3
CtrlCorrection
Réception
CtrlCorrection
Ctrl
Limites de l’entrelacement
Vecteur
message
Correction = 2
Ctrl
Bloc 0
Bloc 1
Bloc 2
Rafale d’erreurs
Bloc 3
Bloc 4
Profondeur d’entrelacement = 15
Données en ligne
31 octets
détruits
Rafale d’erreurs corrigibles : 15 x 2 = 30
Bloc 0
Bloc perdu
Données à transmettre
Bloc 1
CtrlCorrection
Bloc 2
CtrlCorrection
Bloc 3
CtrlCorrection
Réception
CtrlCorrection
Ctrl
RS avec ou sans entrelacement
Fast latency path
Données à
émettre
Commut.
Circuit
Virtuel
(VPI/VCI)
Codeur RS
Interleaved latency path
Codeur RS
MODEM ADSL
Modulateur
DMT
Entrelaceur
Mémoire tampon
d’entrelacement
Mémoire
tampon
rapide
Rate
Adaptation
Ratio
Programmation de délai d’entrelacement
DELAY
HIGH
18 ms
FAST LOW
4 ms
2 ms
MEDIUM
Bitrate
7 - Les Trames ADSL
Trames ADSL
D
Données ATM
Couche ATM
K
synch
R
Données
FEC
Framing
F:1 oct.
N
Trame 0 (DF)
Trame 1 (DF)
Trame 67 (DF)
Trame synchro
68
Super Trame (SF)
17ms
Symbole DMT
Modulation
DF:Data Frame (trame de données)
FEC: Forward Error Correction (contrôle Reed Solomon)
TC: Transmission Convergence
SF: Super frame (super trame)
DMT: Discret Multi Tone
PM: Physical Medium
0ctets de synchronisation
synch
FEC
Données
1 oct.
Super Trame (SF)
DF 0
8 bits CRC
(DF 0)
CRC de la
super trame
précédente
DF1
DF 2
DF 33
24 bits OAM: (DF1, 34,35)
•FEBE-I/F (Far End Block Error)
•FECC -I/F
•LOS (Loss Of Signal)
•RDI (Remote Defect Indicator)
•NCD-I/F (No cell delineation)
•HEC-I/F
DF 34
DF 35
DF 36
DF 67
SYNC 68
Messages EOC, AOC
(DF 2..33 et 36..67):
•EOC (Embedded Operation Channel)
•AOC (Adsl Overhead Channel)
Affectation des bits aux différentes tonalités
Bits/tonalité
7
6
5
4
3
2
1
Tonalités
Bits
1
2
3
4 5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
8 – Initialisation des modems
Initialisation des modems
Quatre séquences :
Activation
Synchronisation
Evaluation de la qualité de la ligne
Négociation du débit
Transport de données établi
9 – Installation usager
Installation du filtre POTS centralisé
Précâblage
Intervention
équipe technique
de l’opérateur
Voix
Filtre passe
bas (LPF)
Ligne
d’abonné
POTS Splitter
Voix +
Données
Fitrages
G.dmt / POTS
UP
DN
POTS
7
30khz
29
125khz
38
163khz
255
1100khz
Filtre Up
25,875khz
138khz
Filtre Dn
138khz
1104khz
Modification du câblage client
Précâblage
Nouveau
câblage
Voix
Filtre passe
bas (LPF)
Ligne
d’abonné
POTS Splitter
Voix +
Données
Intervention
équipe technique
de l’opérateur
Splitter less
Précâblage
Pas
d’intervention
équipe technique
de l’opérateur
Ligne
d’abonné
10 – ADSL G-lite
ADSL G-lite
G.lite
UP
DN
POTS
7
30khz
29
125khz
38
163khz
127
548khz
•Débit descendant jusqu’à 1,536Mb/s
•Débit montant jusqu’à 512kb/s
•Puissance réduite
•Protocole « Fast retrain »
•Supporté par les industriels PC
11 - Les standards ADSL
Standards
ITU G992.1
(G.dmt)
Annexe C
ADSL / RNIS
Annexe B(Japon)
ADSL / RNIS
(Europe)
Annexe A
ADSL / POTS
ANSI T1.413
issue 2
ITU G994.1
(G.hs)
ITU G992.2
(G.lite)
dmt: Discrete Multi Tone
hs: HandShake
Répartition de la bande passante
G.dmt / POTS
UP
DN
POTS
7
30khz
29
125khz
38
163khz
255
1100khz
G.dmt / RNIS
UP
RNIS
29
125khz
48
207khz
DN
63
271khz
255
1100khz
G.lite
UP
DN
POTS
7
30khz
29
125khz
38
163khz
127
548khz
85