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020modulation:30_cable [le 03/03/2009 à 19:48] (Version actuelle)
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 +====== Modems « câble » ======
  
 +===== Avertissement =====
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 +//Les valeurs indiquées ici sont des ordres de grandeur. Elles ne sont pas les valeurs exactes utilisées par les divers équipements. Ce que l'on a appelé les « réseaux câblés métropolitains » ont fortement évolué depuis qu'il n'y a plus qu'un seul opérateur en France. Nous sommes encore pour l'​instant dans une période d'​évolution. Ces réseaux, initialement conçus pour distribuer des signaux de télévision analogique, ont subi une première mutation dans la dernière décennie du siècle dernier, afin de s'​adapter à la distribution de connexions à l'​internet. Aujourd'​hui (24 juillet 2008 à 15h 52), ces réseaux sont en cours d'​unification et s'​orientent vers un réseau entièrement (ou quasi entièrement) en fibre optique (FFTH).//
 +
 +//Alors qu'au début du siècle actuel il y avait d'​énormes différences entre la distribution de l'​internet par les réseaux câblés d'une part et la « boucle locale » (ADSL) d'​autre part, l'​évolution vers les très hauts débits et la fibre optique amène à des architectures de plus en plus similaires, et destinées à apporter les mêmes services avec les mêmes performances.//​
 +
 +===== Retour au passé =====
 +(Nous sommes à la fin du 20<​sup>​ème</​sup>​ et au tout début du 21<​sup>​ème</​sup>​ siècle)
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 +Nous l'​avons vu, la bande passante descendante (download) est dépendante:​
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 +  * De la largeur du canal.
 +  * Du mode de modulation.
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 +La largeur de notre canal descendant impose une modulation à environ 6 MBauds (6 millions de symboles par seconde).
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 +Pour la voie montante, c'est un peu plus compliqué et ça dépend des technologies utilisées :
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 +  * Le Com21 utilise une largeur de canal de 1,8 MHz, ce qui donne environ 1,2 Mbauds.
 +  * La norme Eurodocsis, plus souple, permet plusieurs largeurs de canaux  : 200, 400, 800, 1 600 ou 3 200 KHz., ce qui donne, dans le meilleur des cas, environ 2,5 Mbauds. 
 +
 +En ce qui concerne les modes de modulation, il y a également des différences entre la technologie Com21 et la norme Eurodocsis :
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 +  * Com21 (Premier modem mis en production par France Telecom Câble en 1998) :
 +    * Downstream : QAM 64 (6 bits par symbole).
 +    * Upstream : QPSK (2 bits par symbole).
 +  * Eurodocsis (évolution technologique en 2002) :
 +    * Downstream : QAM 64 ou QAM 128 (6 ou 7 bits par symbole).
 +    * Upstream : QPSK ou QAM 16 (2 ou 4 bits par symbole).
 +
 +Finalement, dans le cas le plus favorable, nous obtenons les débits suivants :
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 +  * Com21 :
 +    * Downstream : 6 MBauds à 6 bits par baud, soit 36 Mbits par seconde.
 +    * Upstream : 1,2 Mbauds  à 2 bits par baud, soit 2,4 Mbits par seconde.
 +  * Eurodocsis :
 +    * Downstream : 6 Mbauds à 7 bits par baud, soit 42 Mbits par seconde.
 +    * Upstream : 2,5 Mbauds à 4 bits par baud, soit 10 Mbits/​seconde,​ soit quatre fois plus que le Com21 (mais attention, dans le meilleur des cas).
 +
 +Rappelons que ces chiffres sont des ordres de grandeur. On constate clairement l'​avancée technologique que procure Eurodocsis, puisque, dans le meilleur des cas, sans toucher à l'​infrastructure du réseau câblé, le débit montant peut atteindre celui d'un réseau local 10BaseT.
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 +==== Pourquoi tout de même ces limitations sur « l'​upstream » ? ====
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 +Il y a plusieurs raisons. Parmi les plus évidentes « a priori » :
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 +  * Le câble n'a pas été conçu pour être interactif, entendez par là que les voies montantes n'​étaient pas prévues au départ. Il a donc fallu « bricoler » un système pour ajouter ces voies montantes. Cette opération n'​étant pas si simple qu'​elle en a l'air, Principalement à cause de l'​atténuation d'un signal électrique circulant dans un conducteur (nous verrons cela un peu plus bas).\\ ​ Du côté optique du réseau, la situation était la même, les voies montantes n'​étaient pas prévues. Une considérable remise à niveau de la partie fibre optique a donc également été nécessaire ;
 +  * la bande passante totale du câble est exploitée en grande partie par les services de télévision analogique, avec des fréquences de porteuses qui devaient rester compatibles avec les récepteurs TV, pour ne pas nécessiter de couteux changeurs de fréquences chez les clients. Actuellement,​ le développement des chaines numériques imposant un décodeur apporte plus de souplesse dans l'​exploitation de la bande passante du câble, mais étant un signal électrique,​ donc produisant des rayonnements électromagnétiques,​ certaines plages de fréquence réservées ne peuvent être exploitées ;
 +  * le « surf » et le téléchargement,​ opérations de base de l'​internaute d'​hier,​ s'​accommodent parfaitement d'une voie montante plus restreinte, ces opérations étant toutes deux des descentes d'​informations des serveurs vers les clients. Ne remontent que les requêtes et les signaux d'​acquittement des connexions TCP. L'​internet allant dans le sens d'un réseau local, où les stations utilisent les serveurs pour y stocker des données (Flux montant important), le surf sera de moins en moins la seule activité des internautes.
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 +Le développement de la norme Eurodocsis va permettre de réduire l'​écart des débits entre voies descendantes et montantes, mais le système restera fondamentalement asymétrique.
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 +==== A quoi ça ressemble ? ====
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 +{{ :​modulation:​autoroute.png|}} Pour les utilisateurs d'​équipements de type Com21, malheureusement à çà.
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 +Imaginons une autoroute qui aurait une file dans un sens (upload) et 11 files dans l'​autre (download). ​ Dans le cas « normal », surf et téléchargement FTP, La situation est à peu près équilibrée puisque le rapport données reçues / données envoyées est environ égal à 10.
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 +Pour les utilisateurs d'​équipements Eurodocsis, la situation est moins catastrophique,​ puisque, dans le meilleur des cas, la « largeur » de la voie montante n'est plus que le quart de celle de la voie descendante.
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 +==== Et alors ? ====
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 +Un rapport de 10 entre voies descendante et montante est parfaitement inadapté aux évolutions de l'​Internet. A la rigueur, un rapport de 4 est-il actuellement acceptable. C'est d'​ailleurs celui qui est proposé pour les accès haut débit actuels :
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 +  * 512 Kbps en descente.
 +  * 128 kpps en montée.
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 +Eurodocsis permet d'​ailleurs de conserver ce rapport à l'​échelle du réseau lui-même, ce qui n'​était pas le cas avec la solution Com21. Avec cette nouvelle norme, les possibilités sont largement étendues, d'​autant qu'​elle prévoit de gérer beaucoup plus finement le trafic transitant par le modem.
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 +==== Les problèmes techniques de la voie montante ====
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 +=== Les canaux Internet ===
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 +Ces canaux sont placés dans la partie inférieure du spectre du câble. La voie descendante aux alentours de 123 MHz, les voies montantes autour des 23 MHz (au moins pour Marseille; ces fréquences peuvent être décalées sur d'​autres sites).
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 +Problème grave: les « basses fréquences » (entre 5MHz et 30 MHz) sont soumises à beaucoup de perturbations. Les plus connues sont:
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 +  * la C.B. dans la bande des 27 MHz
 +  * Les téléphones sans fil (pas les cellulaires,​ les téléphones d'​intérieur) vers les 26 MHz
 +  * Les « ondes courtes » entre 10 MHz et 18 MHz
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 +Sans parler des diverses perturbations domestiques. C'est pour ces raisons que les voies montantes sont actuellement modulées en phase uniquement (modulation QPSK), en QAM 16 dans le meilleur des cas.  La modulation QPSK qui ne permet de passer que 2 bits par symbole est plus facile à décoder en présence de bruit, qui se traduit généralement par une modulation parasite, mais en amplitude principalement,​ et pas au niveau de la phase.
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 +=== L'​atténuation en ligne ===
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 +Il se trouve qu'un signal s'​atténue lors de son transport dans un conducteur (aussi bien un signal électrique dans du cuivre qu'un signal lumineux dans une fibre optique). Il faut donc placer des amplificateurs le long de la ligne:
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 +{{ :​modulation:​ampli1.png |}}
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 +Le problème, c'est qu'un ampli, ça a une entrée et une sortie et qu'on ne peut évidemment pas les inverser...
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 +Pour créer des voies montantes dans la partie cuivre, il a donc fallu compliquer un peu le problème:
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 +{{ :​modulation:​ampli2.png |}}
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 +On n'est pas ici pour faire de l'​électronique,​ mais il est aisé de comprendre que la mise à niveau ne s'est faite ni simplement, ni gratuitement.
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 +===== Présent et avenir =====
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 +La solution passe par une réorganisation du réseau. Tout le réseau câblé n'est pas constitué de cuivre. Après être passé par diverses étapes plus ou moins contradictoires,​ l'​architecture actuelle consiste en un savant mélange de fibre optique et de cuivre.
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 +Voici, schématisés à l'​extrême, ​ quelques cas de figure possibles :
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 +{{ :​modulation:​distribution.png?​650 |}}
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 +Le centre fonctionnel de l'​opérateur est relié par des « gros tuyaux » à l'​internet d'une part, et à tout moyen qui lui permet de récupérer les chaines de télévision.
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 +Il distribue par de la fibre optique tout ceci à des centres de distribution. Il peut bien entendu y avoir plusieurs niveaux dans cette desserte.
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 +A la dernière étape de la ramification,​ le signal va être véhicule sur du cuivre (de moins en moins) ou de la fibre (de plus en plus), vers des répartiteurs,​ généralement placés aux pieds des immeubles. Les clients sont reliés au répartiteur par du cuivre (encore très majoritairement pour l'​instant) ou de la fibre (encore peu, mais ça viendra).
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 +Une autre méthode peut être de relier directement chaque client au centre de distribution le plus proche par une fibre dédiée (architecture similaire à la boucle locale téléphonique). Cette méthode ne semble pas avoir été adoptée par notre câblo opérateur.
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 +Notez que l'​architecture évolue de telle manière que câblo opérateur et opérateurs de télécommunications finiront par disposer de réseaux tout à fait similaires. La grande différence qu'il existait entre câble et boucle locale va petit à petit disparaitre totalement, avec l'​extension de la fibre optique.