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La paire torsadée qui relie un abonné au central téléphonique est habituellement dédiée à un utilisateur unique3.2. Cet utilisateur peut dès lors, à sa guise et à toute heure, utiliser la totalité du spectre fréquentiel; par ailleurs, la technologie ADSL en tire profit. Cette souplesse a un prix car, la ligne restant inactive pendant une très longue période, l'utilisation moyenne de quelques dizaines de minutes par jour doit suffire à rentabiliser l'investissement consenti par l'opérateur.
Dans l'air ou sur un réseau de télédistribution, le partage du spectre et le partage temporel des ressources font partie intégrante du dimensionnement du réseau. Ces partages résultent de procédés de multiplexage qui consistent à combiner plusieurs signaux pour les transmettre sur un même support.
Historiquement, on en distingue principalement deux:
Pour être complet, signalons qu'il existe des techniques de multiplexage propres à certains supports. Ainsi, dans le domaine de la transmission par fibre optique, on a développé des techniques de multiplexage par longueurs d'onde (Wave Division Multiplexing - WDM) avec quelques variantes particulièrement adaptées à la transmission à très haut débit (Dense Wave Division Multiplexing - DWDM) .
Dès lors qu'il y a multiplexage et donc partage des ressources, il convient de définir
L'utilisation de certains supports de transmission exige un partage adéquat des ressources fréquentielles. Il faut savoir que des signaux qui occupent des bandes fréquentielles distinctes n'interfèrent pas!
La technique de multiplexage par répartition en fréquences consiste à former un signal composite par translation fréquentielle de certains signaux. La figure 3.12 en illustre le principe.
On dispose d'une série de signaux
i(f ) en bande
de base à transmettre simultanément. Au moyen de mélangeurs accordés
à des fréquences spécifiques, le spectre de chaque signal est déplacé
le long de l'axe des fréquences et ajouté au signal multiplex de manière
à couvrir une certaine plage fréquentielle, tout en évitant un chevauchement
en ménageant des bandes de garde entre les signaux.
Le signal multiplexé est transmis au récepteur qui doit extraire un à un tous les signaux au moyen de mélangeurs accordés aux mêmes fréquences qu'à l'émission (voir figure 3.13).
La question de l'accès (FDMA) est relativement simple car c'est la fréquence porteuse du signal dans le multiplex qui permet de sélectionner un signal. Cette allocation est généralement statique dans les réseaux fixes et dynamiques dans les réseaux mobiles. Le partage fréquentiel des ressources est illustré à la figure 3.14.
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Le multiplexage par répartition temporelle (TDM, Time Division Multiplexing) est une technique de traitement de données par mélange temporel ayant pour but de permettre l'acheminement sur un même canal (appelé voie haute vitesse, HV), un ensemble d'informations provenant de différents canaux à faibles débits (appelés voies basses vitesses, BV) lorsque celles-ci doivent communiquer simultanément d'un même point de départ à un même point d'arrivée. Le principe est illustré à la figure 3.15.
À l'autre bout de l'acheminement, un démultiplexeur opère à l'inverse. Ce multiplexage est dit temporel dans la mesure où les données correspondant à chaque voie sont intercalés dans le temps. Ainsi circulent séquentiellement et cycliquement sur la voie HV des informations appartenant à différentes sources (cf. figure 3.16). Le multiplexage peut être effectué soit après l'opération d'échantillonnage de chaque voie et avant le codage, soit après celui-ci.
Lors du démultiplexage des voies, c'est-à-dire de la ré-affectation des données en fonction de leur source d'origine, il faut que l'on puisse distinguer les différents échantillons. Pour cela, on intercale dans la succession de données un mot de repère, dont l'occurrence est égale à la période d'échantillonnage (figure 3.17).
L'ensemble constitué du mot de repère et de l'information de même rang pour toutes les voies est appelé trame. Sa durée est égale à Te.
Tout comme pour le FDM, l'accès est généralement statique. Néanmoins, le TDM offre un moyen aisé de transmettre des informations individuelles à des débits différents; il suffit par exemple d'allouer plusieurs canaux à un utilisateur comme dans le cas du GPRS. Le schéma d'accès doit alors être convenu entre l'extrémité émettrice et l'extrémité réceptrice. Le schéma de partage par répartition temporelle est illustré à la figure 3.18.
Le principe de base est celui de l'étalement de spectre. Le multiplexage par répartition de codes (Code Division Multiplexing CDM) ne nécessite ni une allocation fixe des fréquences comme en FDM, ni un séquencement strict comme en TDM, comme le montre la figure 3.19.
Pour comprendre le mécanisme de multiplexage par répartition de code prenons l'analogie suivante: imaginons qu'un homme et une femme parlent en même temps. Ils occupent à peu près la même bande de fréquences et la même fenêtre temporelle. Néanmoins, il est possible d'identifier les 2 voix -car, malgré l'entremêlement des spectre, elles ont des caractéristiques différentes- et donc de séparer les 2 signaux vocaux. La difficulté consiste à trouver des méthodes qui génèrent des signaux aisément différenciables. Techniquement, cela se fait au moyen de codes. Le facteur limitatif le plus important est celui des intercorrélations entre utilisateurs dès lors que les utilisateurs recourent à des codes distincts.
Les techniques de multiplexage ne sont pas nécessairement utilisées isolément. En effet, dans le cas pratique du GSM, l'opérateur alloue une série de canaux fréquentiels. Ces canaux sont ensuite partagés entre utilisateurs par multiplexage à répartition temporelle. On parle de technique FD/TDMA. Un tel schéma est illustré à la figure 3.20. De plus, il y a séparation des bandes de fréquence suivant que le signal va de la station de base vers l'utilisateur ou l'inverse. Cette technique est parfois appelée FDD/TDD (le second D signifiant Duplex).
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Dans le cas du standard américain IS-95, le multiplexage temporel est remplacé par un multiplexage par spectre étalé; il s'agit alors de FD/CDMA.
En Belgique, l'émission d'ondes électromagnétiques dans l'air est régulée par l'Institut Belge des services Postaux et des Télécommunications (IBPT) qui suit les recommandations de l'ITU. La régulation se fait par bande de fréquences: chaque bande de fréquences est associée à certains types de services. Ainsi, la bande de fréquences utilisées par la technologie de transmission sans fil Bluetooth est entièrement libre. Ce n'est pas le cas des bandes utilisées par la transmission par GSM ou UMTS. Il faut donc que les opérateurs obtiennent le droit d'émettre dans ces bandes en suivant les lois nationales en vigueur.
