Histoire du téléphone
et des réseaux téléphoniques
Modems
Nous avons parlé sur une page précédente du multiplexage qui permet de faire passer plusieurs communications téléphoniques sur un seul fil. Il ne nous reste plus qu'à parler des modems.
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1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz
697Hz123A
770Hz456B
852Hz789C
941Hz*0#D


Frequency Shift Keying


Quadrature Phase Shift Keying


Un exemple de codes Hayes est la séquence suivante: ATDT0W024567890.
AT: Attention: indique le début d'un ordre.
DT: Formez le numéro en fréquences vocales
0W024567890: Formez le 0, attendez la seconde tonalité de ligne (nous passons par une centrale intérieure et le "0" permet d'obtenir une lign extérieure) formez ensuite le numéro.


Quadrature Amplitude Modulation


16-QAM

Exemples:
1111 est encodé avec une basse amplitude (0.3V) et une phase de 45°
0000 est encodé avec une amplitude élevée (1.0V) et une phase de 225°

Certaines combinaisons n'ont pas une phase de 45, 135, 225 of 315°. Cela permet d'avoir une distance plus élevée des points et donc un meilleur rapport signal-bruit.

Toutes les combinaisons utilisées par le modem sont appellées constellation (le diagramme ressemble à une constellation d'étoiles)


Spectre d'erreur
Erreurs causées par une différence d'amplitude (rouge) et de phase (bleu). Tant que les erreurs ne sont pas trop importantes, le symbole correct peut être détecté.

En pratique, il y aura aussi bien une erreur d'amplitude que de phase, le point devient ainsi une tache plus ou moins ronde.

Plus on définit de points (plus de bits par baud et donc un débit plus élevé), et plus la marge d'erreur est réduite. La qualité de la ligne doit donc être meilleure pour pouvoir décoder le signal.

Les possibilités d'un modem sont décrites sur une page suivante:
Bulletin boads systems, Fidonet et internet

DTMF

Les téléphones à touche avaient déjà un modem à bord, notament le circuit pour encoder les touches en une fréquence vocale. Les fréquences sont à nouveau transformées en commandes dans la centrale.

Le système était déjà employé par les opérateurs des centrales manuelles pour transférer un numéro à une autre centrale. Le système était très fiable et a donc trouvé sa place dans les téléphones même, au lieu de la sélection d'un numéro par impulsions, qui était d'application jusqu'alors.

Les fréquences utilisées sont choisies de telle manière qu'elles ne forment pas des multiples (pour que toutes les harmoniques possibles ne puissent pas former un code correct). Les fréquences ne peuvent pas non plus correspondre aux fréquences déjà utilisées dans les centraux mêmes.

Le système prévoit 16 touches, avec entre autre les codes A, B, C et D qui ne sont pas prévus sur un téléphone ordinaire. Ces codes sont par exemple utilisés sur le réseau militaire où ils indiquent un niveau de priorité.

L'avantage de ce système, c'est qu'il s'agit d'une signalisation intrabande. Les codes peuvent donc être transportés dans tout le système.

Le système est tellement répandu que des messageries téléphoniques utilisent le système ("appuyez sur 1 pour..."), même si le réseau terrestre est de moins en moins utilisé. Les gsm génèrent ces codes indirectement (par l'envoi d'un "event") car les fréquences vocales ne sont plus utilisés sur le réseau mobile.

Modems accoustiques

L'utilisation d'un modem a longtemps été bloqué par les exploitants de réseau. Les appareils étrangers ne pouvaient pas être connectés au réseau, mais les opérateurs eux-mêmes n'avaient pas de modems à vendre. Je parie que personne au servie clientèle ne savait ce que c'était un modem.

La seule solution, si tu voulais rester en règle, c'était d'utiliser un modem accoustique. Il s'gissait d'un appareil sur lequel tu plaçais le combiné du téléphone après avoir formé le numéro.

Frequency Shift Keying

Le codage utilisé était FSK (frequency shift keying), l'équivalent numérique de la modulation de fréquence (FM) utilisé pour la radio. Un zéro était par exemple codé par une fréquence de 1070Hz et un un par une fréquence de 1270Hz. Le correspondant utilisait les fréquences de 2025 et 2225Hz, permettant un full duplex. Le débit (baud rate) était de 300 baud. Il y avait quelques fabricants, mais les appareils n'étaient pas compatible entre eux à cause des fréquences différentes.

La modulation d'amplitude n'a jamais été utilisée en pratique à cause des parasites sur la ligne (beaucoup plus présents sur les anciennes lignes analogiques). La modulation de fréquence pouvait mieux éliminer les parasites. La modulation d'amplitude sera utilisée plus tard combinée à la modulation de phase (quand la qualité des lignes se sera améliorée).

Phase Shift Keying

La modulation de phase PSK (phase shift keying) permet d'envoyer 1200 bits/seconde (qui sera porté plus tard à 2400 b/s). L'avantage de cette méthode, c'est qu'on peut envoyer plus d'un bit par changement de phase: le baud rate (nombre de changements de signal par seconde) reste fixe alors que le bit rate (nombre de bits transmis par seconde) augmente.

En rose la porteuse à fréquence et amplitude fixe. Lors de la modulation, on introduit des déphasages. Avec un déphasage de 45° (bits 00), la porteuse modulée est en avance de 45° par rapport à la porteuse de référence. La porteuse de référence doit être reconstituée dans le récepteur pour pouvoir démoduler le signal.

Plus tard, il sera possible de brancher des modems certifiés sur le réseau téléphonique, mais la procédure pour certifier un modem était si complexe qu'il n'y avait que peu de fabricants sur le marché.

Codes Hayes

Ce qui a joué un rôle important dans le développement des modems et des applications, c'est le modem de Hayes. Ce n'était pas un modem extraordinaire, il utilisait même une modulation dépassée, mais le modem avait un microcontrolleur a bord qui analysait le flux de données en provenance de l'ordinateur local. Ces codes permettaient de commander le modem. Il était donc devenu possible de commander le modem à partie d'une série de standardisée codes envoyés via le port RS232, qui était présent sur tous les ordinateurs.

Il ne fallait donc plus former manuellement un numéro (ou utiliser un composeur de numéro séparé commandé via un second port sériel), le logiciel pouvait automatiquement commander l'établissement d'une communication et libérer la ligne en fin de transaction.

Jusqu'à présent les modems utilisaient une bande de fréquence différente pour émettre et recevoir, l'écho n'avait donc aucun effet. Mais ce système à comme inconvénient qu'il ne permet d'utiliser que la moitié de la bande passante disponible. Les modems plus modernes analysent les caractéristiques de la ligne et mesurent l'écho avant toute communication (amplitude et retard). Quand le modem se met a émettre des données, il place le signal sur la ligne, mais également dans une ligne à retard programmable. Le signal à la sortie de la ligne à retard est soustrait du signal entrant, ce qui fait qu'un écho est éliminé.

Quadrature Amplitude Modulation

Le passage à la modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation) permet d'atteindre des vitesses de 9600 b/s. Les données sont codées non seulement par une modulation de phase, mais également d'amplitude, permettant de transmettre 4 bits par baud. Avec 2400 baud on obtient une vitesse de transfert de 9600 b/s.

La modulation en quadrature (phase) et amplitude est également utilisé pour des applications analogiques. En télévision analogique PAL et NTSC, la couleur est codée par une sous porteuse modulée en amplitude (intensité de la couleur) et en phase (teinte). QAM était également utilisé pour les programmes en stéréo sur la bande AM

En optimalisant la modulation on pouvait aller jusqu'à 33kb/s, le maximum qui pouvait être atteint avec une ligne téléphonique normale. On utilise ici une constellation de points avec une phase et une amplitude différente. Chaque point de la constellation représente un code possible. On place les points les plus éloignés les uns des autres pour augmenter la fiabilité du décodage. Plusieurs constellations étaient utilisées, mais la vitesse de transfer maximale de 33kb/s ne pouvait pas être dépassée.

Mais la ligne téléphonique a une capacité plus élevée que la bande passante de 3000Hz. Cette bande passante a été établie pour permettre le multiplexage de la ligne entre les différents centraux téléphoniques, permettant de transmettre plus d'une communication par cable.

La communication dans une même zone téléphonique peut se faire avec une bande passante plus élevée. Nous voyons l'émergence du service RSDN (réseau numérique à intégration de données) qui permet un canal de données de 64kb/s en plus du canal analogique.

Sur le réseau analogique, la vitesse des modems est limitée à 56k. Cette valeur a longtemps été une limite, tout comme les vitesses de 300 (modem accoustique), 1200/2400 (PSK) et 9600 (QAM) qui ont été une limite qui a été maintenue pendant de longues années.

ADSL et cable

L'ADSL est devenu accessible (via Belgacom), d'abord pour les clients Skynet, puis contraint et forcé également pour les clients des autres opérateurs. L'ADSL permet une liaison permanente avec l'internet, il n'est plus nécessaire de se connecter et bloquer la ligne. La vitesse qui peut être atteinte dépend des caractéristiques de la ligne et principalement de la distance entre la centrale et l'utilisateur, mais également du bon placement du splitter qui va empècher que le signal ADSL ne se perde via tous les cables internes à la maison.

L'ADSL utilise une bande passante qui se trouve au dessus de la bande attribuée à la ligne analogique, et les deux services peuvent être utilisés en même temps. Le signal ADSL n'existe qu'entre l'utilisateur et la centrale.

Une vitesse de download (téléchargement) de 10Mbits est possible, ce qui correspond à une multiplication du débit par 200 comparé à un modem analogique. Un fichier qui met 10 minutes à être téléchargé l'est maintenant en 3 secondes.

L'ADSL est asymmétrique avec un uplink plus limité, mais cela ne pose pas problème en utilisation normale, où l'internet est principalement utilisé pour aller chercher des données. L'asymmétrie est dictée par la technique: il y a plus de bruit de fond et de diaphonie à la centrale, là où tous les cables se rencontrent. En utilisant une bande passante plus étroite pour l'uplink, on réduit le bruit de fond sur les données qui entrent à la centrale. Le downlink utilise lui une bande plus large, car les parasites n'influencent pas le signal plus puissant à la sortie de la centrale. Et comme cela on transforme un problème technique en argument de vente (download plus important!!!)

La même asymmétrie se rencontre avec l'internet via le cable, qui était prévu à l'origine uniquement pour diffuser des programmes de télévision. En remplacant tous les amplificateurs de lignes, on a pu rendre le cable bi-directionnel. Cette fonctionalité a d'abord été utilisée par des applications de télévision payante (programmes à la demande, programmes exclusifs...) qui rapportent plus que l'internet.

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