Les techniques xDSL visent à accroître les débits sur paire torsadée dans les réseaux de télécommunications. Elles ont donc été et sont toujours l’objet de recherche sur les techniques de modulation afin d’amener les services de réseaux débits jusqu’au domicile de l’usager.

Avant de faire un panorama des techniques xDSL, il convient de garder à l’esprit, comme le rappelle le forum ADSL, que par DSL on entend un équipement et non une ligne de communication. En effet, la finalité de ces techniques est de mieux exploiter les lignes déjà installées sans avoir à les remplacer. Ce sont donc les équipements terminaux qui sont concernés par les techniques DSL.

Panorama des techniques xDSL [Int9]

Pour ADSL et VDSL, les débits peuvent varier en fonction de la longueur de la ligne utilisée :

DMT (Discrete MultiTone) est une technique de modulation utilisée dans certaines technologies xDSL. L’ANSI (American Standards Institute) a défini la modulation de type DMT dans sa norme T1.413. C’est DMT qui a été choisie comme technique de modulation pour ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line) au détriment de CAP (Carrierless Amplitude/Phase).

DMT est également candidate pour être la modulation normalisée pour VDSL (Very high data rate Digital Subscriber Line).

Le principe de DMT est de diviser la bande passante disponible en un grand nombre de sous-bandes distinctes et de placer le signal digital sur des porteuses analogiques. Le spectre utilisé est compris entre 26 kHz et 1,1 MHz. A chaque canal est attribuée une bande de 4,3 Khz.

Utilisation de la bande passante par DMT [Int10]

La division de la bande passante en un ensemble de sous-canaux indépendants est la clé de la performance obtenue par DMT. La mesure de la qualité de chaque sous-canal détermine le nombre de bits qui lui sera alloué. Ce procédé a pour but d’adapter le taux de charge de chaque canal en fonction des ses performances.

Le maximum possible est de 15 bits/s par canal. Les zones de la bande passante pour lesquelles l’atténuation du signal est importante ou le rapport signal bruit trop faible, auront moins de bits/s d’alloués afin de garantir une bonne qualité à la réception. Si la qualité est vraiment trop faible pour un canal, il peut ne pas être utilisé.

Le débit maximum théorique d’un tel système est donc de 15 bit/s x 4000 Hz = 60 kbit/s par canal. En fait, tel qu’il a été normalisé par ADSL, le premier canal est en réalité celui du téléphone, les canaux 2 à 6 constituent la bande de garde entre la voix et les données. Le canal montant occupe 32 sous-canaux à partir du canal 7. Le canal descendant occupe 250 sous-canaux. [Sch99]

La séparation des canaux montants et descendants s’effectue par une bande suffisamment large à l’aide d’un multiplexage FDM de manière à éviter les phénomènes d’écho. Une autre méthode peut être utilisée, c’est celle de l’annulation d’écho. Elle consiste à mesurer en temps réel l’écho produit par le signal transmis, puis à soustraire le résultat du signal de manière à annuler l’écho.

Relation entre rapport signal/bruit et chargement des canaux en bits [Int11]

L’ajustement du débit par canal est constant. Si la qualité se dégrade sur un canal en cours de transmission, le système peut diminuer le nombre de bits alloués sur ce canal, et les répartir sur d’autres.

Ajustement des débits par canaux en cours de transmission [Int8]

Cette possibilité d’ajustement à la qualité de la ligne en fait une technologie particulièrement adaptée au réseau téléphonique commuté dont la qualité peut être très inégale suivant les localisations géographiques.

La version d’ADSL telle que décrite ci-dessus, appelée parfois ADSL Full Rate n’a pas connu un engouement immédiat chez les opérateurs. DMT a été retenu en 1993 par l’ANSI, le standard T1.413 a été finalisé en 1995, l’UIT a confirmé le choix de DMT pour son standard ADSL en 1998. Malgré cet effort de normalisation, ADSL a été encore peu déployé.

Plusieurs raisons expliquent cela. L’ADSL Full Rate exige la présence d’un filtre (splitter) chez l’abonné. La pose de ce filtre doit être faite par un technicien spécialisé. Par ailleurs, l’usage initialement prévu de l’ADSL, à savoir la diffusion de vidéo à la demande a été fortement concurrencée par les opérateurs câbles ou satellite. Une nouvelle cible est apparue pour ADSL : l’accès à Internet. Mais pour séduire opérateurs et utilisateurs, il fallait un produit moins coûteux et plus simple à installer. Comme par ailleurs les débits nécessaires pour un accès à Internet sont moindre que ceux nécessaires à de la vidéo, une nouvelle version d’ADSL a vu le jour : ADSL Lite.

Adsl Lite fait l’objet de la recommandation G.992.2 de l’UIT. Il reste basé sur DMT, mais utilise 127 sous-canaux, réduisant la bande totale à 550 kHz au lieu de 1,1 Mhz. Les débits offerts ont de 1,5 Mbit/s en réception et 512 kbit/s en émission. Le filtre chez l’abonné n’est plus nécessaire, celui-ci est inclus dans le modem ADSL. C’est cette version d’ADSL que France Télécom a choisi pour ses expérimentations.

Le procédé utilisé pour la mise en œuvre de DMT s’apparente à celui utilisé par COFDM. (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Il s’agit de la technique de multiplexage adoptée par la norme de radiodiffusion numérique (DAB : Digital Audio Broadband).

Comme nous l’avons vu, un équipement ADSL doit être en mesure de moduler ou démoduler jusqu’à 256 porteuses. L’utilisation de la technologie mise en œuvre pour le multiplexage FDM classique n’est pas envisageable techniquement sur un si grand nombre de porteuses.

Les concepteurs du processus de modulation COFDM ont tourné la difficulté par l’utilisation d’une transformée de Fourier inverse. D’un point de vue pratique, la nécessité d’opérer très vite, en temps réel, conduit à utiliser une FFT (Fast Fourier Transform = transformée de Fourier rapide) travaillant en numérique, suivant des algorithmes très performants. [Riv98]

Comme on parle de processeurs " massivement parallèles en informatique, on peut dire que l’une des caractéristiques du procédé COFDM est l’utilisation des transmissions " massivement parallèles " dans le domaine des fréquences. L’information à transmettre est répartie sur un nombre très élevé de porteuses adjacentes.

Ces porteuses ne sont pas issues de générateurs ayant une existence concrète, comme dans tous les procédés classiques de modulation numérique ou analogique, mais leur existence provient d’un artifice mathématique utilisant une transformée de Fourier. [Riv98]

La modulation CAP (Carrierless Amplitude Phase) est une technologie concurrente de DMT dans l’offre xDSL. Elle n’a pas été retenue par les organismes normalisateurs (ANSI, UIT) pour ADSL, mais reste sur les rangs pour VDSL qui n’est pas encore normalisé.

CAP est une technique proche de QAM dont elle reprend les principes de base. Elle utilise donc aussi bien la modulation de phase que la modulation d’amplitude.

La bande passante disponible est divisée là aussi en trois canaux par un multiplexage FDM.

Utilisation de la bande passante par CAP [Int12]

Les canaux montants et descendants ne sont pas subdivisés en canaux plus étroits. Les émetteurs-récepteurs CAP peuvent utiliser des constellations multiples créant 2ⁿ valeurs. N peut varier de 2 à 512 en fonction des caractéristiques de la ligne utilisée. On parle alors de N-CAP (2-CAP, 64-CAP,…512-CAP). L’autre aspect adaptatif de CAP est sa possibilité de réduire ou augmenter la bande passante utilisée.

Exemples de constellation CAP [Int12]

CAP utilise une bande de fréquence large mais sur des intervalles de temps courts. Pour un débit de 6 Mbit/s, il utilise 1088 kilobauds avec une constellation de 256 points sur une bande passante totale de 1,5 MHz.

DWMT (Discrete Wavelet MultiTone ) est en cours de développement pour des produits à haut débit, symétriques ou asymétriques, de type VDSL.

DWMT est une modulation dont le principe de fonctionnement est proche de DMT. Elle s’appuie sur une base mathématique différente de DMT qui est celle des transformées en ondelettes.

Le codeur utilise une modulation réalisée par une transformée inverse rapide en ondelettes (IFWT : Inverse Fast Wavelet Transform). La démodulation est réalisée par une transformée rapide en ondelettes (FWT : Fast Wavelet Transform).

Grâce à cette technique, les sous-canaux peuvent avoir un espacement moitié moindre que celui nécessaire à DMT. Les performances promises par DWMT semble nettement supérieures à celles affichées par DMT.

Néanmoins, sa complexité semble prohibitive. D’avantage de travaux de recherche seront nécessaires pour réduire sa complexité et envisager une implémentation. [Int12]