Introduction :
Le but des technologies xDSL est de doper la communication sur le réseau téléphonique existant. Il s'agit de mettre en œuvre de nouvelles techniques de traitement du signal permettant d'augmenter le débit. Pour l'xDSL, la clé réside dans la modulation.

Il existe différentes façons de traiter la porteuse HF, en fonction de la donnée à transmettre; on utilise pour cela les techniques Carrier Amplitude/Phase Modulation (CAP) et Discret Multitone Modulation (DMT). Toutes deux utilisent une modulation en phase et en amplitude (QAM), mais diffèrent dans la manière de l'appliquer. Ces techniques sont apparus en complément des techniques de codage 2B/1Q, utilisées notamment pour le RNIS.

Codage 2B/1Q :
Cette technique de codage est apparue pour permettre d'augmenter la distance maximale de transmission nécessaire pour l'introduction du réseaux RNIS. En effet, la distance maximale des techniques AMI utilisée pour les lignes T1 aux Etats Unis, ou encore HBD3 pour les lignes E1 en Europe, était inférieure de moitié à celle des spécifications du RNIS.

Ce codage 2B/1Q fait correspondre à un groupe de deux éléments (2 bits:2B) un créneau de tension, dit symbole quaternaire (1Q), pouvant endosser 4 valeurs différentes. Dans le cadre du développement du RNIS, chacun de ces symboles quaternaires est émis à une vitesse de modulation de 80 000 bauds/s ou encore 80 000 symboles/s. Ceci permet un débit de 160 kbps. Pour améliorer ce débit, tout en conservant les caractéristiques du codage 2B/1Q, la technologie HDSL autorise une vitesse de modulation de 584 000 bauds/s permettant un débit symétrique supérieur à 1 Mbs par paire téléphonique. Ainsi en couplant deux paires torsadées, le débit obtenu est compatible avec les équipements existant des lignes E1 européennes.

Cependant, cette technologie est à bande de base; elle transmet les informations à partir de 0 Hertz. Il est donc impossible de transmettre simultanément les données et le service téléphonique (POTS) sur une même ligne, ce dernier service occupant la bande de fréquence de 0 à 3,4kHz.

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) :
La modulation QAM est la combinaison d'une modulation de phase et d'amplitude, afin d'augmenter le nombre d'états par symbole. A chaque état correspond une amplitude et une phase. Ceci augmente la difficulté de modulation et de démodulation, mais permet une augmentation importante de la bande passante transmise. En théorie, on peut ainsi transmettre de 1 à 6bps/Hz L'utilisation de la modulation en amplitude et en phase a permis une amélioration sensible de la transmission de données. En effet, à la différence du 2B/1Q, les codes CAP et DMT, dérivées du QAM, sont typiquement passe-bandes et peuvent être conçues pour opérer sur une bande de fréquence spécifiée. Ceci va permettre de séparer les canaux réservés à la ligne téléphonique, la réception et l'émission.

Carrierless Amplitude Modulation (CAP):
En parallèle au développement du codage 2B/1Q, une entreprise américaine AT&T a développé le CAP, permettant de coder jusqu'à 9 bits par symbole. On peut ainsi transmettre la même quantité d'informations sur une bande de fréquence réduite, d'où une diminution de l'atténuation et une distance maximale plus grande.

Cette technique est restée très proche de la QAM. Elle en diffère en ce qu'elle écrit en mémoire certaines parties du signal modulant avant de les réassembler sur le signal modulé. La porteuse n'est pas transmise, puisqu'elle ne contient aucune information d'ou l'appellation carrierless.

Notons que les dernières versions du CAP s'adaptent à la ligne avant d'effectuer la modulation.

Discrete Multitone (DMT):
Vainqueur de l'ensemble des tests effectués par Bellcore au cours des processus de standardisation des technologies xDSL, DMT a été adopté comme norme par le American National Standards Institute (ANSI) et l'Institut Européen de Normes de Télécommunications (ETSI). Son utilisation s'est généralisée sur le marché des solutions xDSL, ce qui permet une grande interopérabilité entre les solutions proposées par les différents constructeurs.

La technique consiste à partager la bande passante disponible en un nombre élevé de canaux. Ces canaux reçoivent une modulation de type QAM et sont transmis en parallèle. Cette technique multiporteuse, nécessite de forts traitements numériques et n'a donc vu le jour qu'à partir du moment ou les DSP sont devenus abordables en matière de coûts.

La normalisation ANSI T1.413 spécifie l'utilisation de 256 porteuses pour le canal de réception, chacun des sous-canaux ayant une bande passante de 4kHz. Chacune des porteuses peut être modulée de 0 à 15 bps/Hz, ce qui permet un débit de 60kbps pour chacun de ces canaux de transmission. En émission, la norme spécifie l'utilisation de 20 porteuse.

De plus, DMT alloue les données de manière à optimiser le débit de chaque canal c'est à dire d'adapter la transmission aux caractéristiques de la ligne téléphonique. Le nombre de bits porté sur chaque porteuse est variable, parce que les capacités internes de transport de chaque sous-porteuse varient en fonction de leur fréquence. Plus la fréquence est élevée et plus l'atténuation est importante, permettant aux fréquences les plus basses de transmettre le plus d'information. De plus, on fait varier le nombre de bits par porteuse en fonction des conditions de transmission, en placant un nombre plus important de bits sur les canaux les plus robustes. Ainsi pour éviter les perturbations dues au bruits ou les interférences radios il suffit de coder plus ou moins de bps/Hz sur les porteuses.

Le premier exemple est caractéristique d'une paire torsadée dans un câble de 24 paires. Notons que les fréquences bases sont éliminées et que les hautes fréquences le sont aussi conformément aux caractéristiques de la ligne.

Le second exemple inclus une interférence due par exemple à une station radio AM (partie noire). DMT estime alors qu'il ne faut pas transmettre sur ces fréquences, s'adapte à la ligne et annule les fréquences en question.

Une telle adaptation n'est pas naturelle pour le CAP. Une version améliorée de cette technique de codage, a permis d'ajouter cette fonction d'adaptation mais en augmentant le prix et la complexité.

Discrete Wavelet Multitone (DWMT) :
Cette dernière technique de codage propriétaire a été développée par Aware. Elle a été conçue pour les produits symétriques à haute vitesse. Semblable à DMT, elle permet cependant une meilleure isolation entre les sous-canaux, en utilisant un algorithme plus poussé que la transformée de Fourier utilisée dans le DMT.

Elle consiste à minimiser l'influence des lobes secondaires en concentrant les informations sur le lobe central. Ainsi le signal du canal n interfère beaucoup moins avec les canaux (n-1) et (n+1).

Frequency Division Multiplexing (FDM) et Annulation d'écho :
L'un des problèmes de la transmission haut débit est l'interférence entre les signaux émis et reçus, si ceux-ci sont situés sur la même bande de fréquences. Deux solutions ont été utilisées pour minimiser cette interférence.

Etant donné que les caractéristiques du signal émis sont connus, il est possible de soustraire au signal reçu la perturbation due au signal émis. Cette première technique, appelée " annulation d'écho ", permet un chevauchement des fréquences des deux sens de transmission, comme le montre la figure ci-dessous :

Elle introduit cependant une nouvelle perturbation en cas de présence simultanée dans un même câble de plusieurs transmissions à annulation d'écho. Il est donc important, au moment d'installer une technologie xDSL, de vérifier le nombre d'installations similaires présentes dans la gaine téléphonique qui achemine la transmission sur le réseau téléphonique. Sans ces considérations, les performances en débit et en distance seront modifiées.

La deuxième solution consiste à séparer les bandes de fréquences utilisées en réception et en émission. Pour cela on utilise une technique de multiplexage en fréquence (FDM) comme le montre la figure suivante :

Cette technique n'introduit pas de nouvelles interférences, à la différence de la technique précédente, mais à débit équivalent, elle utilise une bande passante plus importante, ce qui diminue la distance maximale de transmission.

Conclusion :
La guerre qui a fait rage entre les techniques DMT et CAP, a été un frein dans le développement des technologies xDSL. De plus, malgré la normalisation du DMT, c'est bel et bien le CAP qui a été développé par la majorité des constructeurs. Il semble cependant que cette tendance s'inverse, et que petit à petit, on assiste à la mise en œuvre de systèmes capables de gérer les deux codages. A la limite, la technique de code pourrait bien devenir transparente pour l'utilisateur si les constructeurs définissent des normes d'interopérabilité assez précises.