I.1 CONCEPT DU DSL

Doper les capacités de transmission des paires téléphoniques de cuivre existantes tel est l'objectif de la technologie DSL et de ses dérivés regroupés sous l'appellation xDSL.

Fonctionnant en mode point à point, tout comme le câble par exemple, xDSL a pour vocation de mixer le trafic des données, de la voix et de la vidéo sur le réseau téléphonique traditionnel. En clair, véhiculer des données multimédias à haut débit sans remettre en question l'existant.
 
 

I.1.1 Boucle locale : limitations liées au médium

Les technologies xDSL sont utilisées dans la dernière partie du réseau téléphonique : la boucle locale. On appelle ainsi la partie du réseau qui relie le site d'un abonné (la prise téléphonique) au central de commutation le plus proche.

La boucle locale fait transiter les signaux analogiques pour être compatible avec l'immense majorité des postes téléphoniques. Ceux-ci utilisent les signaux électriques analogiques dans la bande audible 300 - 3 400 Hz.

On touche ici au point clé des technologies xDSL. Elles permettent d'employer des moyens d'accès universels (plus de 700 millions de lignes sont installées dans le monde) tout en s'appuyant sur les méthodes de traitement du signal numérique.

L'idée de base des technologies DSL consiste à repousser la barrière théorique des 300 - 3 400 Hz de bande passante, dont s'approchent les modems analogiques, notamment avec les techniques 56K. Ce qui n'est pas si simple... car la dissipation d'énergie et la diaphonie posent problème.

On sait qu'un courant électrique passant au travers d'un conducteur dissipe une partie de son énergie (le fameux effet Joule) sous forme de chaleur. Venant s'ajouter à la résistance linéaire du conducteur (exprimée par la non moins fameuse loi d'Ohm) qui dépend de sa longueur, de sa section comme de la résistivité caractéristique du matériau utilisé, une perte d'énergie fonction de la fréquence des signaux analogiques transmis limite également, en pratique, la longueur possible du conducteur (variation de l'impédance en fonction de la fréquence). Sans quoi, le niveau du signal s'évanouit dans le monde indésirable, mais inévitable, du bruit de fond.

Lorsque les signaux sont transmis sur la paire de fils téléphoniques, l'utilisation de hautes fréquences (largement supérieures à la limite de 3 400 Hz de la bande passante téléphonique traditionnelle), afin d'augmenter les débits de données, impliquent des boucles locales plus courtes. Et ce, parce que les signaux de hautes fréquences sont plus rapidement atténués que les signaux de basses fréquences.

L'un des moyens pour minimiser l'atténuation (si l'on néglige la possibilité de répéteurs trop coûteux à implanter) est d'utiliser des câbles moins résistifs (au sens électrique), par exemple de diamètre plus gros. Ce qui se traduit évidemment par des coûts d'implantation plus élevés.

Les fils téléphoniques ont été en général choisis pour le meilleur compromis coût/résistivité, de manière à répondre aux besoins spécifiques des services requis, en particulier pour les transmissions analogiques à 3 kHz. Mais, dans les années 80, les fournisseurs d'équipements ont dû considérer l'avènement des accès de base RNIS, avec 2 canaux B à 64 kbits/s et un canal D à 16 kbits/s, pour un total de 160 kbits/s en tenant compte des tramages supplémentaires à transmettre.
 
 

Dans un réseau téléphonique, de multiples paires de fils téléphoniques sont regroupées en un même chemin de câbles. Des signaux transitant dans une paire de câbles adjacents et utilisant les mêmes spectres de fréquence sont susceptibles de créer de nombreuses interférences, par rayonnement électromagnétique les uns par rapport aux autres.

Avant de choisir une technologie DSL plutôt qu'une autre, il est donc très important de considérer les performances d'un système en présence d'autres systèmes qui empruntent les mêmes bandes de fréquence. En particulier, si les paires intégrées dans un même chemin de câbles utilisent les mêmes techniques de transfert, elles seront plus susceptibles à la longueur de boucle locale que si elles se servaient de technologies diverses.

C'est pourquoi certains systèmes DSL utilisent des spectres de fréquence différents pour les signaux d'émission et de réception (FDM), avec cependant l'inconvénient d'occuper une large bande de fréquences, comparée aux systèmes CAP à annulation d'écho par exemple, utilisés en HDSL.
 
 

Spectres de fréquence FDM et CAP

I.1.2 Historique du DSL

Contrairement aux apparences, le DSL n'est pas une idée neuve. Cette technologie a en effet été conçue et pensée il y a tout juste dix ans par les laboratoires BellCore, qui ont développé le premier réseau DSL. L'intérêt porté à cette technologie est revenu au goût du jour il y a environ deux ans, pour deux raisons.

Tout d'abord, le déploiement massif de la fibre optique, jusque chez l'abonné, envisagé au début des années 1990 s'est révélé un investissement trop onéreux, à la rentabilité hypothétique. Il fallait donc trouver une autre solution pour proposer des services assurant de hauts débits à moindre coût.

Ensuite, la réforme, en septembre 1996, des télécoms américaines mettait un terme aux monopoles en matière de téléphonie locale, ouvrant ainsi la compétition entre compagnies régionales, câblo-opérateurs, opérateurs longue distance, ISP , etc. Les téléphonistes furent alors confrontés à la montée en puissance des solutions de type câble. Pour les contrer, une seule solution : doper le réseau téléphonique existant.

Utilisations de la paire cuivre, de la fibre optique et du câble coaxial en local

I.1.3 Dopage du réseau téléphonique

Techniquement, la procédure de dopage n'est pas très compliquée. Elle consiste simplement à mettre en œuvre de nouvelles techniques de traitement du signal. Pour le DSL et ses dérivés, la clé réside dans la modulation, autrement dit le processus par lequel un signal peut modifier les propriétés d'un autre signal.

Dans le cas du DSL, le signal du message modulant à partir d'un modem émetteur altère le signal HF (haute fréquence) généré par le signal de l'opérateur formant ainsi une onde composite, que l'on appellera onde modulée.

Cette modification, l'onde modulée, permet au câble de cuivre ordinaire de se "déformer" et de travailler sur des amplitudes électromagnétiques plus grandes. Quand la transmission atteint sa destination, le modem récepteur démodule le message... et ainsi de suite.

Une fois acquis le principe de modulation, il faut savoir comment on va modifier le signal HF. Avec le DSL, on utilise communément les techniques CAP ou DMT. Toutes deux utilisent la modulation QAM mais diffèrent dans la manière de l'appliquer. Dans le premier cas, on génère une onde modulée qui transporte les paramètres amplitude et phase avec des états changeants que l'on stocke en partie avant réassemblage. Dans le cas de DMT, on divise les fréquences disponibles dans 256 sous-canaux discrets. Ces différentes techniques de modulation autorisent des vitesses de transmission variant en fonction de la distance et de la qualité de la ligne locale.

Dans le cadre des technologies xDSL interviennent les notions de symétrie et d'asymétrie. Cette dernière fait uniquement allusion au fait que la technologie accorde une bande passante plus large dans le sens descendant (downstream) que dans le sens ascendant (upstream).

Il est important de noter également que chaque approche xDSL varie en fait en fonction des applications.