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Le multiplexage

Généralité

L’invention des télécommunications le siècle dernier a pour la première fois été possible de transmettre vite et à bon port sur des longues distances de télécommunication. Téléphone comme moyen de télécommunication a pris rapidement des dimensions considérables, malgré les limitations dues à la technique employée et le coût exorbitant. Le problème principal d’extension de ce réseau téléphonique a été le nombre de ligne pour relier les usagers entre eux d’où l’invention des commutateurs. Ensuite les commutateurs doivent être connectés entre eux.
Ces problèmes ont été résolus par la construction des réseaux téléphoniques moins coûteux et plus efficaces par l’avance technologique dont le multiplexage qui permet la transmission de plusieurs conversations en même temps. Les systèmes de transmission en grande distance peuvent être classés en grandes familles:

  • Les systèmes analogiques par lesquels les circuits sont assemblés par une répartition en fréquence.
  • Les systèmes numériques sur lesquels les signaux adjacents préalablement codés en MIC sont transmis par répartition dans le temps

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Les signaux transmis dans un réseau de télécommunication varient compte tenu de cette variété à transmettre, les voix de transmission ont des caractéristiques variables: bande de fréquence allant de quelques Hertz (voie téléphonique) à plusieurs MHz (vidéo) de quelques Kbits/s à plusieurs centaines de Mbits/s.


Le multiplexage

Le multiplexage est un procédé qui consiste à mettre plusieurs signaux ensemble et à les transmettre sur un même support de transmission. Ceci doit être fait de telle manière que chaque signal puisse être totalement récupéré à l’extrémité réceptrice.
Le multiplexage peut se faire soit en envoyant les signaux à travers les différentes bandes de fréquence, soient en envoyant des signaux à travers des intervalles différents.
On distingue deux principaux modes de multiplexage:

  • Le multiplexage par répartition en fréquence ou Frequency Division Multiplex (MRF ou FDM) couramment appelé multiplexage analogique ou fréquentielle
  • Le multiplexage par répartition dans le temps ou Time Division Multiplex (MRT ou TDM) encore appelé multiplexage temporaire.

Multiplexage analogique

Les voies téléphoniques en provenance du commutateur d’abonné occupent chacune une bande de fréquence de 0 à 4KHz dans le système.
Dans le système de multiplexage fréquentiel, une bande de fréquence unique est allouée à chaque voie pour la communication d’un terminal à l’autre.
Dans le MRF (Modulation par Répartition de Fréquence), il existe plusieurs étapes pour amener le signal téléphonique de base à un signal adapté au système de transmission, d’où l’emploi de l’expression hiérarchie analogique pour désigner MRF.
Le MRF utilise la modulation d’amplitude à bande latérale unique. Pour passer d’une hiérarchie à une autre, chaque voie module une porteuse qui lui est propre et la bande latérale utile est sélectionnée par un filtre passe bande.

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1 : Bande de fréquence inutile
2 : Intervalle de garde entre deux voies
fib : Fréquence basse de la voie
fih : fréquence haute de la voie
fm-f0 : bande multiplexe
f0 : Fréquence basse du multiplexeur
fm : Fréquence max du multiplexeur.

Les principaux paramètres du système sont:

  • La bande de fréquence B=fm-f0 du multiplexeur
  • La gamme de fréquence allouée à chaque fréquence fih-fib
  • Les intervalles de bande ou canaux qui ont pour rôle de réduire les interférences entre les voies. Ces intervalles de garde sont indispensables car les filtres utilisés pour séparer les bandes ne sont pas idéaux.
  • La bande de fréquence en dessous de f0 n’est pas utilisée pour transmettre la parole. Dans la pratique cette bande peut être utilisé pour transmettre les signaux de supervision et de contrôle ou des voix de communication entre les systèmes d’opérateur.
  • La fréquence pilote fp qui est placée dans la bande du signal multiplexe, mais en-dehors des bandes allouées aux différentes voies. Elle joue un rôle d’ajustement de niveau et de test, permettant ainsi de surveiller la liaison et de savoir si elle fonctionne normalement ou non.
  • Chaque voie a une fréquence de signalisation située dans la bande de fréquence qui lui est allouée et permet de transmettre la sonnerie, la numérotation etc. en même temps que la parole d’un terminal « A » à l’autre.

La hiérarchie analogique: la voie téléphonique

Les recherches effectuées ont montrées que l’intelligibilité de la parole est la possibilité d’identifier les voies, ne sont pas affectées si la gamme de fréquence est limitée entre 0,3 et 3,4KHz. La gamme totale de fréquence allouée à une voie dans un système multiplexe est fixé à 4KHz où la bande de 0,3 à 3,4KHz est utilisée pour transmettre la parole prenant le reste comme intervalle de garde et contient diverses fréquences telles: la fréquence de signalisation.

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L’obtention du signal de sortie du système se fait en plusieurs étapes et dépend du nombre de voie à transmettre (taille du multiplexe), ce nombre est toujours *un multiple de 12 (exemple: Multiplexeur à 24; 60; 300; 600; 960; 1260; 1800; 2700; …; 10800 voies)

Le groupe primaire

La formation du groupe primaire est la première étape de traitement dans la hiérarchie analogique, c’est le premier ordre de groupage de voie à courant porteur. Elle obéit aux recommandations G323, G234, G235 du CCTIT.
Le groupe primaire occupe une bande de 48KHz dans le spectre de fréquence, elle correspond à un assemblage de 12 voies téléphonique. Les voies à l’intérieur d’un tel groupe peuvent être directe (on parle de groupe primaire direct) ou inversée (on parle de groupe primaire inversé). Elle est dite inversée lorsque les fréquences croissantes dans la voie sont transposées dans un ordre décroissant à l’intérieur d’un groupe primaire.

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DE tous les types de groupe primaire qui peuvent être formé, le groupe primaire de base est particulièrement important, car il devra être utilisé par la suite pour le passage à un échelon supérieur. Le groupe primaire de base occupe la bande de fréquence de 60 à 108KHz et est inverse (groupe primaire B)

Constitution du groupe primaire de base

Il existe plusieurs méthodes de constitution de groupe primaire de base. Cependant la procédure la plus usuelle consiste à regrouper 12 voies avec le porteur individuel espacé successivement de 4KHz.

Première procédure

Cette procédure est basée sur la modulation de chaque voie directement à sa position dans le groupe primaire de base, à l’aide de porteuse individuelle à 64; ;68; 72; 76; 80; 84; 88; 92; 96; 100; 104; 108KHz. Après la modulation, dans chaque cas la bande latérale inférieure est sélectionnée et le groupe primaire de base est formé par l’assemblage de ces bandes latérales inférieures soit à travers une carte de couplage.

Deuxième procédure

Le groupe primaire peut être constitué par l’usage d’une double modulation. Dans une première phase assemblée par 2,4 ou 6 voies en sous groupe et transposé dans la bande de fréquence de groupe primaire de base.
Trois types de sous groupe sont très communément utilisées:

  • Sous groupe direct de 3 voies occupant la bande de 12 à 24 KHZ
  • Sous groupe direct de 4 voies groupant les voies de 8 à 32KHz ou de 12 à 32KHz

Troisième procédure

Elle est également basée sur une double modulation de voie. Dans une première étape toutes les oies sont transposées dans une même bande de fréquence à l’aide de porteuse unique, la bande latérale utile est sélectionnée et dans une seconde étapes une transposition en fréquence est effectuée pour amener les diverses voies dans la bande de groupe primaire de base.

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Le groupe secondaire

Selon les recommandations G233; G322; M33; M39. Un groupe secondaire est un assemblage de second ordre dans la hiérarchie d’un système téléphonique fixe. Il a une bande passante de 240KHz c’est-à-dire 60 voies téléphoniques, égales à 5 groupes primaires. Il peut être direct ou inversé selon le groupe primaire qui le construit. Les groupes secondaires tertiaires, un groupe secondaire spécial appelé aussi le groupe secondaire de base occupe la bande entre 312 à 552KHz et est direct.
NB: De tous les groupes secondaires, seul le groupe secondaire de base est direct les autres sont inversés.

Le groupe tertiaire : master group

Le multiplexage à l’ordre des groupes tertiaires est fait pour les systèmes à très grande capacité. Il occupe le troisième rang dans la hiérarchie des MRF avec une bande passante de 1232KHz c’est-à-dire 5 groupes secondaire soient 300 voies téléphoniques.
La plage de fréquence entre 812 à 2055KHz est occupée par le groupe tertiaire de base et inversé.

Groupe quaternaire : super master group

Une bande passante d3872KHz qui constituent 3 groupes tertiaires avec 900 voies téléphoniques, il peut être direct ou inversé et il occupe la plage de fréquence entre 8516 à 12388KHz.

Le multiplexage numérique

Le multiplexage à répartition dans le temps (MRT) est organisé en plusieurs étapes de combinaisons de signaux pour former une hiérarchie de groupe aussi comme en analogique. Le terme souvent utilisé est le bloc numérique ou les trames numériques dont les trames de l’ordre de 1, 2, 3 etc.
Le multiplexage numérique à 5 niveaux hiérarchiques, chaque niveau hiérarchique est caractérisé par son débit binaire, son nombre nominal de voies téléphoniques et l’affectation des intervalles de temps dans la trame.

La trame à 2 Mbits/s

C’est le premier niveau hiérarchique dans le système MRT, elle correspond à 30 voies téléphoniques, plus deux voies de signalisation. Elle et généralement issue d’un équipement MIC de 30 voies.
La durée d’une trame est de 125µs, correspond à 32 intervalles de temps. La durée d’intervalle de temps (chaque voie) correspond à 3,9µs et a un mot de 8 bits, chaque trame a un mot de 256bits. Son débit réel pour le système Européen est d=256/125µs d=2,048Mbits/s.
Le multiplexage dit numérique est du multiplexage à répartition dans le temps. Le canal de transmission transmet séquentiellement les informations relatives à chacun des signaux multiplexés.

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Dans le système MRT primaire (ou d’ordre 1), les signaux des affluents qui doivent être multiplexés sont analogiques. Il s sont transformés sous forme binaire grâce aux opérations d’échantillonnage, quantification et codage.

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Ce multiplexage consiste à entrelacer les informations issues des canaux suivant un ordre répétitif.

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Le canal 0 ou intervalle de temps 0 est utilisé pour la synchronisation de la trame.

Structure de la trame d’un modulateur à impulsion codée

La trame numérique d’ordre 1 est subdivisée en 32 intervalles de temps (IT) par lesquels 30 sont alloués aux voies téléphoniques et deux réservées à la signalisation. Cette signalisation est utilisée en réception et le IT0 est appelé mot de verrouillage de trame (MVT). Elle permettra de reconnaître avec précision le début de chaque trame (la voie téléphonique numéro 1) et sera donc utilisé par l’extrémité réceptrice pour se synchroniser sur l’extrémité réceptrice. Cependant le MVT n’est transmise qu’une fois sur 2 (trame paire). IT0 de la trame impaire est disponible pour d’autres signaux tels que les alarmes.
IT16 est réservé à la signalisation et permet de transmettre la signalisation de 2 voies téléphoniques. Pour transmettre la signalisation de 30 voies téléphoniques, il faudra 15 trames (15IT16) plus un IT16 pour toutes les voies de signalisation, d’où la nécessité de 16 trames égale une multi trame.

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IT16 de signalisation

Les IT16 des trames de 1 à 15 sont utilisés pour la signalisation de 30 voies de parole. Chaque IT16 porte la signalisation de voie n et n+16.

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IT16 de la trame 0 est utilisé pour la synchronisation de la signalisation, il comporte le mot de verrouillage du multi trame.

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Les bits MVT de IT16 égal à 0000 sont appelés le MAS (Multiframe Alignment Signal)

IT0

Il y’a deux types de IT0, les IT avec mot de verrouillage de trame pour les trames paires et les IT0 sans MVT pour les trames impaires.

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Les bits 0011011 du IT0 de la trame paire sont appelés FAS (Frame Alignment Signal)

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Le train numérique d’ordre 1 peut être transmis directement sur des systèmes à 2Mbt/s (câble à paire symétrique), faisceau hertzien de 2Ghz. Mais on peut aussi combiner 4 TN1 pour constituer le deuxième niveau de la hiérarchie numérique TN2. Celle-ci est faite au moyen du multiplexeur du 22 ordre appelé TNM2/8 (Terminal Numérique de Multiplexage d’ordre 2)

La trame à 8Mbits/s

Le TN2 est couramment appelé train numérique à 8Mbits/s. Il est composé de 4 trains de 2,048Mbits/s nous donne 8,192Mbits/s mais on y ajoute 256Kbits/s qui nous donne 8448Kbits/s, le TN2 possède 120 voies téléphoniques.

La trame à 34Mbits/s

4 TN2 sont combinés à l’aide d’un multiplexeur appelé TNM8/34 pour former une trame à 34Mbits/s: le TN 3, de 480 voies. Le débit réel est 34368Kbits/s parmi lesquels on a 33792Kbits/s de 4 trames à 8Mbits/s et 576Kbits/s de bourrage.

La trame à 140Mbits/s

Pour l’entrelacement temporaire, les signaux à 34Mbits/s, on définit une trame qui contient 2928bits et qui a une période de 2103µs. C’est le train numérique à 140Mbits/s, ce train est obtenu par le multiplexage de 4 trains à 34Mbits/s.

Evaluation des systèmes PDH (Plesiochronous Digital Hierachy)

Le tableau ci-dessous représente le système Européen PDH.

DénominationN° de voieDébit
E0164Kbits/s
E1 ou TN1302,048Mbits/s
E2 ou TN21208,448Mbits/s
E3 ou TN348034,368Mbits/s
E4 ou TN41920139,264Mbits/s

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A partir du 2e ordre, les équipements sont des multiplexeurs numériques. Il multiplexent les trames du système d’ordre précédent reçus à l’entrée en une nouvelle trame appelée affluent.
PDH repose sur deux hiérarchies différentes définies dans des recommandations de l’UIT.

  • En Amérique du Nord et au Japon, la hiérarchie utilise un multiplexe de 24 canaux, soient 24 octets auxquels est ajouté un bit de synchronisation, soit un débit de 1,544Mbits/s (Recommandation G733)
  • En Europe (et au Cameroun) elle utilise un multiplexe de 32 canaux soient 32 octets, soit un débit 2,048Mbits/s (Recommandation G732)

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Evaluation des systèmes PDH Américains

DémonstrationNombre de voiesDébits
T1241,544Mbits/s
T2 = 4T1966,132Mbits/s
T3 = 7T267244,736


Evaluation des systèmes PDH Japonais.

DémonstrationNombre de voiesDébit
T1241,544Mbits/s
T2 = 4T1966,132Mbits/s
T3 = 5T245032,064Mbits/s
T4 = 3T3144097,728Mbits/s

Ces principaux systèmes sont incompatibles, de plus ce sont des systèmes dits plésiochromes c’est-à-dire fonctionnant avec des horloges légèrement différents. Les besoins d’unification ont poussés les organismes à définir deux systèmes pour le multiplexe parfaitement compatibles.

  • SONET : Synchronous Optical Network
  • SDH : Synchronous Digital Hierachy

Ces deux systèmes ont permis d’évoluer vers les débits de plus en plus élevés.

Le système SONET

La demande croissante de la part des opérateurs pour de nouveaux services de télécommunications à large bande a été à l’origine des travaux sur le réseau optique synchrone dès 1984.
SONET a été initialement développé au sein de la société BELLCORE (BELL COMMUNICATION RESEASCH) avant d’être adopté par l’UIT-T dans les recommandations G707, G708 et G709

  • G707 : Synchronous digital bit rate
  • G708 : Network Node Interface for the synchronous digital hierarchy
  • G709 : Synchronous Multiplexing Structure

C’est l’un des protocoles les plus répandu pour la transmission sur fibre optique. Son objectif est de permettre la flexibilité du multiplexeur, la flexibilité d’exploitation, la prise en compte des évolutions futures vers le haut débit, le raccordement par des interfaces optiques.
SONET fournit aussi sa hiérarchie de débit, le premier niveau de hiérarchie est désigné par STS-1 (Synchronous Transport Signal level 1) avec un débit de 51,84Mbits/s
OC : Optical Container.
Les autres niveau notés STS-n sont les multiples de n fois STS-1.
Les données sont transmises dans les trames étant vues comme un tableau d’octet de 90 colonnes et 9 lignes. SONET est un système synchrone qui répète une trame toutes les 127 secondes. Ce qui conduit au débit de 51,84Mbits/s.
L’en-tête SoH (Section Over Head) occupe les 3 premières colonnes et comprend les informations liées au transport et nécessaires aux fonctions de contrôle et de gestion du réseau.

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  • La section de régénération est prise en compte à chaque répéteur SONET.
  • La section de multiplexage est prise en compte par le multiplexeur SONET.
  • La 4e ligne comporte le pointeur.

Le système SDH

Comme SONNET, le système SDH est un système qui veut transporter différents types de flux. Son but est d’apporter un système planétaire unique de transmission numérique normalisé. SDH a été développé pour assurer le multiplexage sur des supports donc les débits sont de plusieurs centaines de mégabits par seconde. Pour cela il propose un jeu élément de norme internationale du multiplexage pour les liens à haut débit comme cela a été le cas pour les liens téléphoniques à faible débit comme cela a été le cas pour les liens téléphoniques à faible utilisation PDH.
Chaque trame de SDH se compose 9×270 octets, on retrouve bien le débit de STM-1 (synchronous Transport Module Level-1)
Sachant que les 9 premiers octets constituent la zone de supervision des SDH qui contient des informations sur la gestion du réseau (on parle alors de sur débit) est de 261 octets servant la zone d’information à transmettre.

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Les signaux à transporter proviennent des liaisons qui peuvent être synchrones ou asynchrone. Pour faciliter leur transport, on les accumule dans un conteneur virtuel (VC : Virtuel Contener).
Ce paquetage est appelé adaptation. Il y’a différent conteneur virtuel dans chaque type de signaux à transmettre.
SDH est une dérivée de SONET, mais avec des normes différentes, les débits de l’UIT-T commencent à 155,52Mbit/s, ce débit est désigné par STM-1. La raison de ce choix est que STM-1 est le premier signal à s’adapter au mieux aux signaux plésiochromes en l’occurrence au signal d’ordre 4 (139,264Mbits/s).

Tableau récapitulatif des systèmes SONET et SDH

Désignation SONETDésignation SDHDébit en Mbits/s
STS-1 51,84
STS-3STM-1155,52
STS-9STM-3466,56
STS-12STM-4622,08
STS-12STM-6933,12
STS-24STM-81244,16
STS-36STM-121866,24
STS-48STM-162488,32
STS-192STM-6410Gbits/s
STS-384STM–6420Gbits/s
STS-768STM-25640Gbits/s

Les réseaux SDH les plus déployés sont aujourd’hui les réseaux combinant les niveaux STM-1; STM-4; STM-16

Les avantages du système SDH

  • La première raison pour la création de SDH a été pour donner une solution aux problèmes entre opérateurs pour que leur équipements puissent communiquer entre eux c’est-à-dire un « multi-vendor interworking », là où les équipements d’un réseau SDH sont compatibles avec un autre et même pouvant remplacer les interfaces différents.
  • Le deuxième avantage est que le système SDH est synchrone, il supporte un seul niveau de multiplexage et de démultiplexage.

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Celui-ci élimine la complexité des équipements donc la réduction du coût et l’augmentation de la qualité du signal (il ne subit pas assez de transformation).

Les défauts du réseau PDH

  • Il est difficile à identifier un canal PDH dans le système supérieur.
  • La capacité est insuffisante pour administrer le réseau.
  • La majorité des réseaux PDH sont propriétaires (tous les droits réservés)
  • Il n’y a pas une définition standard pour les capacités de 140Mbits/s.
  • Il existe différentes hiérarchies en fonctionnement dans le monde donc les équipements spéciaux pour relier deux systèmes sont requis.
1 décembre 2021
© GoSukulu SARL. Tous droits réservés.
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