Afin d'étendre la portée et d'augmenter le débit des standards ADSL de première génération, les industriels ont redoublé d‘efforts afin de repousser les limites du DSL via l'utilisation des technologies de traitement du signal.
En juillet 2002, l'Union Internationale des Télécommunications (UIT) a normalisé le standard ADSL2 (Rec. UIT-T G.992.3).
En mai 2003, la normalisation de l'ADSL2+ (Rec. UIT-T G.992.5) a apporté des débits descendants minimum de 16 Mb/s aux standards ADSL2 (en pratique, la plupart des équipements peuvent atteindre 25 Mb/s à très courte portée).
En avril 2004, le Reach Extended ADSL2 (Rec. UIT-T G.992.3 Annex L) a rejoint la famille ADSL2, en délivrant une bande passante sur des lignes téléphoniques longues.
Collectivement, la famille de standards ADSL2 apporte des améliorations significatives en termes de perfomances, ainsi qu'en termes de nouvelles caractéristiques qui accélèreront sans doute la croissance du nombre d'abonnés DSL dans le monde entier.
Pour France Telecom, les objectifs de l'introduction des nouveaux standards ADSL sont multiples :
• Augmentation des seuils d'éligibilité pour les offres jusqu'à 1024 kb/s IP
• Contribution au plan Haut Débit pour Tous par l'augmentation du taux de couverture de la population et par la réduction des zones d'ombres
• Montée en débit pour les services audio-visuels (possibilité de disposer de 2 bouquets, arrivée de la télévision haute définition : 11 Mb/s en MP4…)
La recommandation UIT-T G.992.1 décrit une méthode de transmission asymétrique pour le transport de données dans les réseaux d'accès. Les modems compatibles sont capables de supporter des débits descendants de 32 kb/s à 8 000 kb/s et des débits remontants de 32 kb/s à 800 kb/s par pas de 32 kb/s, en utilisant le codage de ligne DMT.
La technique permet, cependant, de dépasser ces débits selon l'implémentation industrielle en se rapprochant au maximum des débits ADSL théoriques. En effet, les porteuses des signaux ADSL peuvent transmettre jusqu'à 15 bits d'information chacune avec une rapidité de données (débit moyen net auquel sont transmis les symboles qui véhiculent les données utilisateur) atteignant 4 000 symboles DMT par seconde, ce qui se traduit par un débit ADSL maximum théorique de:
• 1,56 Mb/s pour le canal remontant (26 porteuses espacées de 4,3125 kHz sur une largeur de spectre comprise entre 25,875 kHz et 138 kHz)
• 13,44 Mb/s pour le canal descendant (224 porteuses espacées de 4,3125 kHz sur une largeur de spectre comprise entre 138 kHz et 1 104 kHz)
Avec les standards de première génération, les fournisseurs ont dû faire face à plusieurs défis, tels que la limitation du débit et de la portée, l'incapacité à effectuer un diagnostic avancé, et le support de technologies émergentes additionnelles. Des solutions furent proposées pour offrir des améliorations dans ces domaines, et la nécessité d'incorporer ces améliorations dans l'ADSL2 était devenue une évidence.
La recommandation UIT-T G.992.3 conserve les mêmes caractéristiques spectrales que l'ADSL de première génération et ajoute de nouvelles caractéristiques et fonctionnalités, visant à améliorer la performance et l'interopérabilité.
Parmi ces changements, on peut noter des améliorations de performance en débit et portée, , d'adapter le débit « sans couture », d'effectuer des diagnostics avançés et de permettre aux modems de rentrer en mode d'économie d'énergie (ces nouvelles fonctionnalités sont décrites plus bas dans le document).
La recommendation UIT-T G.992.3 Annexe L décrit le RE-ADSL2. Les caractéristiques spectrales de ce mode de transmission ont été modifiées afin de pouvoir augmenter la portée.. La puissance totale reste identique mais les porteuses correspondant aux fréquences sont donc amplifiées par rapport à l'ADSL.
La recommandation UIT-T G.992.5 permet le doublement de la bande passante descendante, et de ce fait augmente le débit descendant sur des boucles courtes (< 2km). Alors que les deux premiers membres de la famille des normes ADSL2 utilisent une bande de fréquence descendante jusqu'à 1,104 MHz, l'ADSL2+ utilise une fréquence descendante jusqu'à 2,208 MHz (Figure 7).
Figure 1: l'ADSL2+ double la bande passante utilisée pour transporter les données descendantes
Le résultat est un accroissement significatif des débits descendants sur des lignes téléphoniques courtes (Figure 8). Le débit montant de l'ADSL2+ est d'environ 1 Mb/s, en fonction des conditions de la ligne.
Figure 2: l'ADSL2+ double le débit descendant maximum
Les graphiques ci-dessous représentent les courbes de réponse débit/atténuation dans les deux sens de transmission en fonction du pourcentage de la population couverte (sur un total de 29 millions de lignes).
L'ADSL2 (UIT-T G.992.3) ajoute de nouvelles caractéristiques et fonctionnalités visant à améliorer la performance et l'interopérabilité. Parmi les changements, il y a des améliorations en débit et portée, diagnostics, modes de gestion de puissance, et adaptation de débit, pour en citer quelques unes.
Amélioration en débit et portée
L'ADSL2 a été spécialement conçu pour améliorer le débit et la portée de l'ADSL en atteignant de meilleures performances sur les lignes longues en présence de bruit. L'ADSL2 atteint des débits descendant et montant respectivement de 12 Mb/s et 1 Mb/s, en fonction de la longueur de la ligne et d'autres facteurs. L'ADSL2 réalise cela en :
• améliorant l'efficacité de la modulation
• réduisant l'en-tête des trames
• atteignant un meilleur gain de codage
• améliorant la phase d'initialisation
• fournissant des algorithmes de traitement du signal améliorés
Par conséquence, l'ADSL2 entraîne de meilleures performances pour tous les équipements conformes à la norme.
La figure ci-dessous montre le débit et la portée de l'ADSL2 comparé à la norme ADSL de première génération. Sur des lignes téléphoniques plus longues, l'ADSL2 fournira un débit accru de 50 kb/s dans chaque sens de transmission. Ce débit accru a pour résultat une augmentation de la portée d'environ 200m.
Figure 5: Gain en débit/portée de l'ADSL2 par rapport à l'ADSL1
L'ADSL2 fournit une meilleure efficacité de modulation en autorisant l'utilisation de constellation QAM d'un bit par porteuse, qui permet une légère amélioration du débit à portée fixée.
Les systèmes ADSL2 réduisent l'en-tête des trames en fournissant une trame avec un nombre de bits d'en-tête programmable. Par conséquent, à la différence des standards ADSL de première génération où les bits d'en-tête par trame sont fixés et consomment 32 kb/s de données utiles, dans la norme ADSL2, les bits d'en-tête par trame peuvent être programmés de 4 à 32 kb/s.
Dans la première génération de systèmes ADSL, sur des lignes longues où le débit est bas (par exemple 128 kb/s), 32 kb/s (ou 25% du débit total) est alloué aux informations d'en-tête. Dans les systèmes ADSL2, le debit d'en-tête peut être réduit à 4kb/s, qui fournit un débit utile supplémentaire de 28 kb/s.
La phase d'initialisation a de nombreuses améliorations qui permettent de fournir, pour certaines, un débit accru dans les systèmes ADSL2.
Ces améliorations incluent :
• Des capacités de « Power Cut Back » aux deux extrémités de la ligne pour réduire l'écho et l'ensemble des niveaux de diaphonie dans le câble
• La détermination de l'emplacement de la porteuse pilote par le récepteur afin d'éviter des canaux vides causés par des interférences de radio AM
• Le contrôle des longueurs de certain état d'initialisation clé par l'émetteur/récepteur afin de permettre une préparation optimale des fonctions de traitement du signal de ces derniers
la désactivation des porteuses durant la phase d'initialisation pour permettre des schémas d'annulation
• d'interférence de fréquence radio (RFI – Radio Frequency Interference)
Déterminer la cause de problèmes dans le service ADSL du client a parfois été un défi dans les déploiements ADSL. Pour s'attaquer au problème, les émetteurs-récepteurs ont été dotés de capacités de diagnostics étendues. Ces capacités de diagnostic fournissent des outils pour résoudre des problèmes pendant et après l'installation, en surveillant la performance durant le fonctionnement du service, et améliorent la qualification.
Afin de diagnostiquer et de déterminer les problèmes, les émetteurs-récepteurs ADSL2 fournissent des mesures du bruit de la ligne, et du rapport signal sur bruit (SNR) aux deux extrémités de la ligne.
Ces mesures peuvent être rassemblées en utilisant un mode de test diagnostic spécial même quand la qualité de la ligne est trop pauvre pour remplir la connexion ADSL.
En outre, l'ADSL2 inclut des capacités de surveillance de la performance en temps réel qui fournissent des informations sur la qualité de la ligne et les conditions de bruit à ces deux extrémités. Cette information est interprétée par un logiciel et ensuite utilisée par le fournisseur de service pour surveiller la qualité de la connexion ADSL et prévenir de futures pannes de service. Elle peut aussi être utilisée pour déterminer s'il peut être offert, à un client, des services à plus haut débit.
La fonctionnalité DELT (Dual End Line Testing) permet de faire une évaluation précise de la ligne en fonctionnement normal (showtime) ou en mode diagnostic (activable par l'opérateur sur le port en question) :
• Fonction de transfert du canal (par porteuse)
• Évaluation du bruit (par porteuse)
• Rapport Signal sur Bruit (par porteuse)
• Atténuation globale
• Marge au bruit
• Débit atteignable
• Puissance transmise par le modem
Les émetteurs-récepteurs ADSL de première génération opèrent en mode pleine puissance jour et nuit, même lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Avec plusieurs millions de modems ADSL déployés, une quantité signifiante d'électricité peut être économisée si les modems engagent un mode de stand-by/sommeil comme les ordinateurs. Cela économisera aussi de la puissance pour les émetteurs-récepteurs opérant dans de petites unités éloignées et des armoires de rue qui opèrent sous des exigences très strictes de dissipation de chaleur (Figure 2).
Pour traiter ces préoccupations, la norme ADSL2 apporte dans deux modes de gestion de puissance cette aide pour réduire l'ensemble de la consommation de puissance en maintenant la fonctionnalité ADSL « always-on » pour l'utilisateur.
Ces modes incluent :
• le mode L0, mode normal (pleine puissance)
• le mode L2, mode réduit (basse puissance) :
Ce mode permet des économies de puissance statistiques au niveau du DSLAM dans le modem-centre ATU-C en entrant et sortant rapidement du mode basse puissance basé sur le trafic Internet véhiculé sur la connexion ADSL
• le mode L3, mode sommeil (basse puissance) :
Ce mode permet des économies de puissance de bout en bout à la fois côté modem-centre ATU-C et modem-distant ATU-R en entrant en mode sommeil quand la connexion n'est pas utilisée pendant une certain laps de temps
Figure 6: le mode L2 permet à un modem de passer rapidement des modes L2 à L0 sans erreur bits
Le mode de puissance L2 est l'une des plus importantes innovations de la norme ADSL2. Les émetteurs-récepteurs ADSL2 peuvent entrer et sortir du mode de basse puissance L2 basé sur le trafic Internet circulant sur la connexion ADSL. Lorsque des fichiers volumineux sont téléchargés, l'ADSL2 opère en mode pleine puissance (appelé mode de puissance L0) afin de maximiser la vitesse de téléchargement. Lorsque le trafic Internet diminue, tel que lorsqu'un utilisateur est en train de lire une longue page de texte, les systèmes ADSL2 peuvent passer dans un mode basse puissance L2, dans lequel le débit est diminué de façon significative et la consommation de puissance globale est réduite. En mode L2, le système ADSL2 peut instantanément rentrer en mode L0 et augmenter le débit maximum dès que l'utilisateur initialise la téléchargement d'un fichier. Les mécanismes d'entrée/sortie L2 et les adaptations de débit résultants sont accomplis sans aucune interruption de service ou même un simple bit d'erreur, et à ce titre, ne sont pas remarqués par l'utilisateur.
Le mode de puissance L3 est un mode de sommeil où aucun trafic ne peut être transmis sur la connexion ADSL quand l'utilisateur n'est pas en ligne. Quand l'utilisateur revient en ligne, les émetteurs-récepteurs ADSL nécessitent approximativement 3s pour re-initialiser et entrer dans un mode de communication stationnaire (Fast time recovery : mécanisme permettant de se resynchroniser très rapidement. Cela suppose que le débit et l'environnement ne soient pas modifiés. Ce mécanisme peut entrer en action lors d'une coupure de ligne ou en sortie du mode L3).
Les paires téléphoniques sont regroupées ensembles dans des câbles multi-paires contenant 28 paires de cuivre ou plus. Par conséquent, les signaux électriques d'une paire peuvent interférer de manière électro-magnétique avec les paires adjacentes dans le câble (Figure 3).
Figure 7: La diaphonie peut provoquerer la perte de la connexion ADSL
Ce phénomène est connu sous le nom de diaphonie et peut gêner les performances en débit de l'ADSL. Par conséquent, les changements dans les niveaux de diaphonie dans le câble peuvent causer la perte de la connexion d'un système ADSL. La diaphonie est une des raisons pour laquelle les lignes ADSL perdent leurs connexions. D'autres incluent les perturbateurs radio AM, les changements de température, et l'eau dans le câble.
L'ADSL2 traite une partie de ces problèmes en adaptant le débit de façon cohérente en temps réel. Cette innovation, appelé SRA (Seamless Rate Adaptation), permet au système ADSL2 de changer le débit de la connexion lorsque le système est en service sans aucune interruption ni erreur bit. L'ADSL2 détecte simplement les changements de conditions dans le canal – par exemple, une station de radio local AM coupe son transmetteur pour la soirée – et adapte le débit aux nouvelles conditions du canal de façon transparente pour l'utilisateur.
SRA est basé sur le découplage de la couche modulation et de la couche tramage dans les systèmes ADSL2. Ce découplage permet à la couche de modulation de changer les paramètres du débit de transmission sans modifier les paramètres dans la couche tramage qui provoquerait la perte de la synchronisation des trames entre les modems résultant d'erreur bits incorrectes ou un redémarrage système.
SRA utilise la procédure de reconfiguration en ligne (OLR –OnLine Reconfiguration) sophistiquée des sytèmes ADSL2 pour changer de façon cohérente le débit de la connexion.
Les protocoles utilisés pour que le SRA fonctionne sont les suivants :
L'ADSL2+ double la bande passante utilisée pour la transmission de données dans le canal descendant, en doublant effectivement le débit maximum descendant.
Les solutions ADSL2+ seront multimodes, interopérables avec l'ADSL et l'ADSL2. L'ADSL2+ permettra aux fournisseurs de service de développer leurs réseaux pour supporter des services avancés tels que la vidéo.
La souplesse de l'ADSL2+ permet également des déploiements à la sous-répartition sans forcément perturber les systèmes déployés depuis le central et situés dans le même câble (figure n°9). L'ADSL2+ fournit théoriquement la capacité à moduler la forme du spectre entre 138 kHz et 2,2 MHz. On peut alors simuler l'impact de l'éloignement de la SR vis-à-vis du NRA en atténuant chaque porteuse indépendamment. Dans la réalité, les implémentations actuelles ne permettent encore que d'allumer ou éteindre les porteuses (jusqu'à 1,1 MHz pour ne pas perturber l'ADSL)
Figure 8: l'ADSL2+ peut être utilise pour réduire la diaphonie