Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique

04/09/2017
Auteurs : Patrice Bourcet
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-11:19786
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Résumé

Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique

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Partie 1P a f t ! )t O! S %.a < D LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion am Irm de télévision numérique ) Mm Réseaux, Diffusion, Télévisionnumérique, DVB, XDSL, Modulation. OFDM, Codagedecanal, TVHD Par Patrice BOURCET " Codagedecanal, TDF- TVHD A l'aube de l'avènement de la TVHD, on peut s'interroger sur les évolutions tech- niques à mettre en oeuvre sur les différents réseaux de diffusion de télévision numérique. Les techniques de modulation et le codage de canal utilisées aujour- d'hui jouent sur le terrain des équipes qui gagnent et qu'on ne change pas, mais elles offrent aussi de nouvelles perspectives aux paires de cuivre, patrimoine des opérateurs historiques de télécommunications. Introduction Les trois principales spécifications DVB S, C et T recommandent toutes aujourd'hui un codage audio et video à réduction de débit MPEG-2 (MPEG pour Moving Picture Experts Group). La constitution du multiplex, DVB-TS (Transport Stream) et l'embrouillage DVB-CSA (Common Scrambling Algorithm) sont communs à tous les supports (satellite, câble et terrestre). Toutefois de nouvelles directives européennes concernant les codages audio et video avancés MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) et AAC (Advanced Audio Coding) viennent d'être publiées et il faut s'attendre à des gains substan- tiels en ce qui concerne les débits nécessaires à la trans- mission des images et des sons. Le codage des sources ayant été traité dans un autre article, nous consacrerons celui-ci aux techniques de transmission qui diffèrent selon les réseaux d'émis- sion ou de distribution des signaux de télévision numérique. En ce qui concerne le vocabulaire utilisé, précisons qu'il s'agit toujours de transmissions mais que l'on réserve généralement ce terme aux liaisons point à point, alors que l'on parlera plutôt de diffusion (ou radiodiffusion s'il n'y a pas de fil) lorsqu'il s'agit de liaisons point multipoints. En ce qui concerne le réseau internet la distinction est plus claire et l'on parlera respectivement de liaisons unicast et multicast. ESSENTIEL SYNOPSIS La modulationet le codagede canal recommandés pour la diffu- sion de la télévision numériquedans les trois principalesnormes issues des travaux du consortium DVB sont aujourd'hui des classiques éprouvés. Seule la norme satellite vient de faire sa première révision après dix ans d'exploitation dans le monde entier. Les principalessolutionsadoptéespour optimiser latransmission d'un multiplex audiovisuel numérique sur les supports satellite, câble et hertzien sont expliquées et comparées en indiquant notamment les capacitésnominalesde chaque système à diffu- ser des programmesTVSDou TVHD,MPEG-2ou MPEG-4. Il est ensuite montré que la modulation multi-porteuses COFDM, utilisée pour la TNT,permet de réaliser une diffusion en réseau monofréquenceet qu'elle a été adaptéeà la vieillepairede cuivre du téléphone pour devenir la modulation DMT des différentes technologiesXDSL.L'arrivéede la TVHDne devrait pas remettre en cause les fondements établisdansce domaine. Modulationandchannelcoding recommendedby DVBprojectare nowadayswell known as a reference. Recently,DVB-Shas been revisedafter 10 years of worldwide use. This paper describes the main solutions to optimise a digital audio-visualmultiplex broadcastedby satellite, cableor terrestrial means. Solutionsare describedand comparedindicatingaspectssuch as nominalbit rate ability to broadcastSDTVor HDTV,MPEG-2or 4. In a second part, the paper shows that the OFDM multi-carrier modulationscheme is suitable for single frequency networks. It hasfurthermore been adaptedto the old twisted copperwires of telecommunication networks,to becomethe DMT modulationfor XDSLtechnologies which have stillto be refined. The introductionof HDTVshouldn't requestsignificant updateof well-establishedstandardsin this area. REE HORSSÉRIE W Septembre2005 Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique Muhiplex (après. dispersion d'énérgie) récel) tieri. (analogique) codeur externe en bloc entrelaceurexterne démodulateur codeur interne convouif (errtrelaceur interne) a)émission décodeur conwlutif « tesentretateur interne) ty réceytfon modulateur décodeur en bloc desentrelaceur externe Figure 1. CoclÉige de caizal et iiioditlation. émission fanatoue) données horlotJes Modulation numérique et codage de canal La transmission de signaux numériques est connue pour offrir de nombreux avantages par rapport à la transmission de signaux analogiques alors que les modulations numériques peuvent être considérées comme une combinaison ou une généralisation des méthodes très familières de modulation d'amplitude, de fréquence et de phase appliquées à une ou plusieurs porteuses. On peut effectivement constater que les signaux numériques ressemblent fortement à des signaux analogiques, toutefois on les qualifiera bien de « numé- riques » dans la mesure où ils véhiculent des nombres, dont on dispose généralement sous la forme d'un flux d'éléments binaires (ou bits) avant modulation et que l'on souhaite récupérer sans erreur après démodulation, de manière à respecter l'intégrité de l'information transmise. Entre les deux opérations il va falloir traverser un support électrique donné (liaison satellite, câble, canal hertzien, paire de cuivre...). Une fois déterminée la modulation la plus apte à résis- ter aux contraintes du support envisagé pour transmettre l'information, reste à se prémunir des inévitables erreurs qui viendront l'altérer. C'est cette dernière opération que l'on appelle le codage de canal et qui, réalisée à l'aide d'algorithmes numériques, va permettre d'améliorer considérablement les performances du système de transmission. Alors que la modulation est en quelque sorte la mise en forme optimale du signal, choisie pour résister aux contraintes physiques connues du support de transmis- sion, le codage de canal peut être considéré comme la mise en forme de l'information elle-même, pour résister aux altérations plus ou moins prévisibles qui surviendront au cours de sa transmission. Cette opération consiste essentiellement à introduire une redondance, avec un premier effet qui peut sembler très négatif dans la mesure où il augmente le volume de l'information à transmettre et diminue donc le débit utile transmis. En contrepartie, elle permettra de doser la quantité d'informations perdues que l'on saura récupérer, en fonction du débit sacrifié. Sachant que les erreurs peuvent arriver par paquets on mélange les éléments d'informations de manière à ce que deux éléments proches se retrouvent éloignés, c'est l'opération d'entrelacement. A la réception, l'ordre initial des échantillons est rétabli, c'est l'opération de désentre- lacement. Ainsi les paquets d'erreurs se retrouvent sous la forme d'erreurs isolées plus faciles à corriger. La figure 1 montre le processus de protection utilisé en DVB contre les erreurs en deux étapes (la deuxième étant optionnelle) et qui illustre ce que nous venons d'écrire : le premier codage dit externe « en bloc » (suivi d'un entrelacement externe) précède un second dit interne de type « convolutif » (éventuellement suivi également d'un entrelacement interne). Les propriétés de ces deux codes sont complémentaires et le second possède des paramètres qui permettent d'ajuster le rendement du dispositif (proportion d'information utile dans l'information totale transmise). On trouve dans DVB des rendements de : 1/2, 2/3,3/4,5/6,7/8 auxquels le décodeur s'adapte par simple déclaration et qui permettent, le cas échéant, de modifier le compromis débit utile - résistance aux erreurs. De même qu'en matière de codage de source, la forme numérique de l'information va grandement faciliter l'application de puissants algorithmes mathématiques (empruntés à la théorie des codes correcteurs d'erreurs en ce qui concerne le codage de canal). Toutefois, on remar- quera que pour un même but qui est la performance de la transmission, dans le cas du codage de source on s'éver- tue à retirer le maximum possible de redondance alors que dans le cas du codage de canal on en introduit, mais le moins possible ! La télévision numérique par satellite : DVB-S La liaison satellite-terre étant caractérisée par un énorme affaiblissement (plus de 200 dB) subi par le signal d'une part et le travail des amplificateurs de puissance des transpondeurs à saturation pour maximiser leur rendement d'autre part, il est nécessaire d'utiliser de puissants codes correcteurs d'erreurs ainsi qu'une modulation très peu sensible aux distorsions d'amplitude. Le choix s'est donc porté sur une modulation QPSK (Quaternary Phase Shift Keying ou modulation à REE HORSSÈRtEN Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION 10 'X 1 1 + Y 00 - +- .Y CI 1 al §9 ,%. e ; : .-1 *,.0 ; ",,'-' "',4 .. - > .-.1,.. -.. .... 1...1 %0 '* < **',»'e -: : : e. . : : bi ci -/.'.*s.'*.'*''-.'.'-''.'-'-'*''-.'.''. -''.-' ' ?''' ; -'-'-'.'.'''\'-'-'-.____''*' " -----.--....'...'J.. : --. - -''-'-'''-' " " ''-''.''.-'-''''<-'-''-- - .-'.'''Jb ! &* - * **.'-''- ''..'aJ''*J'''''''-''tCTr'tt*''.''. '''.''--'..-'.'. "'''--''.-''.''.-' ;.''' Cj Fignre 2. Constellation QPSK idéale et constellations brtiitées. déplacement de phase à 4 états). C'est en fait la somme de deux modulations d'amplitude à porteuse supprimée. Les deux porteuses, appelées 1et Q, sont, bien sûr, déphasées de 90°, ce qui peut s'écrire : S(t) = x cos(wt) + ysin (wt). x valant +X pour un bit à 0 et -X pour un bit à 1 et y valant +Y pour un bit à 0 et -Y pour un bit à 1, d'où la transmission de 2 bits d'information par symbole. On constate également sur la figure 2 que, même si les points deviennent des taches, à cause du bruit, la récupération de l'information consiste simplement à déterminer dans quel quadrant se situe le symbole transmis. Pour la correction des erreurs, le code en bloc est un Reed Solomon 204, 188, T = 8 ce qui signifie qu'un paquet de 188 octets est augmenté de 16 (204-188) octets de redondance (d'où un rendement de 188/204) et qu'il peut corriger jusqu'à 8 octets erronés. Il faut également mentionner l'entrelacement externe et le code convolutif. Sachant que la largeur d'un canal satellite est de 36 MHz et que le filtrage de Nyquist est effectué avec un facteur de débordement (Roll-off) de 35 %, un calcul simple montre que le débit utile est directement fonction du rendement choisi pour le code convolutif appelé FEC (Forward Error Correction). Le tableau suivant donne le débit utile en fonction de la FEC : FEC(rendement) Débit utile (Mbit/s) 1/2 25,3 2/3 33,79 3/4 38,01 5/6 42,24 7/8 44,35 La FEC sera choisie par l'opérateur, en fonction de critères techniques et économiques. Toutefois, des contraintes de service peuvent aussi influer sur le choix de la FEC. Ainsi, il est intéressant de diffuser des programmes qui puissent être repris (à l'aide d'une simple transmodulation) par les opérateurs de réseaux câblés, auquel cas le débit doit être inférieur à 38,5 Mbit/s, débit maximum d'un canal du câble, ce qui revient à imposer une FEC inférieure ou égale à 3/4. DVB-S2 : nouvelle version de la norme satellite DVB-S Dix ans après son élaboration, la norme DVB-S est actuellement adoptée dans le monde entier par les opéra- teurs de satellites pour la diffusion de la télévision numé- rique et la transmission de données. Le comité DVB-S2 a étudié attentivement toutes les technologies potentielles avant de fixer la deuxième version de cette norme. Associée à d'autres technologies de codage, comme MPEG-4 part 10 (H.264/AVC), la norme DVB-S2 est susceptible d'accroître fortement le nombre de chaînes de télévision de définition standard (TVSD) ou haute définition (TVHD) pouvant être diffusées dans un trans- pondeur classique, et de réduire sensiblement le prix de la capacité satellite. Cependant, l'adoption massive de la nouvelle norme de diffusion n'aura lieu que s'il existe à la fois des signaux diffusés et des récepteurs proposés à un coût abordable. Il existe évidemment une compatibilité avec la première version et les premiers circuits intégrés ont vu le jour mi-2004. Alors que la norme DVB-S spécifie les procédés de modulation QPSK et de correction d'erreur type Reed- Solomon et convolutif, la nouvelle norme DVB-S2 permet, en plus de la QPSK, d'avoir 3 bits par symbole en modulation 8 PSK (Phase Shift Keying), à un débit de transmission d'environ 80 Mbit/s. Le système de correc- tion qui a été adopté est basé sur la concaténation d'un code externe BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) avec un code interne LDPC (Low Density Parity Check). Soulignons qu'il s'agit d'un code « graphique » décrit dès 1963 par Gallager et qui se révèle très performant alors qu'il n'avait pas été remarqué à l'époque, faute de moyens de simulations suffisamment performants. A titre de comparaison, par rapport aux valeurs extrêmes du tableau précédent et en considérant que des programmes TVSD et TVHD nécessitent respectivement des débits de l'ordre de 4,5 et 18 Mbit/s en MPEG-2 contre 2,25 et 9 Mbit/s en MPEG-4 (H264/AVC), on peut établir le tableau comparatif ci-dessous où l'on constate un gain de 32 à 36 %. REE HORSSÉRIENT Septembre2005 Modulation et codage de cana pour les systèmes de diffusion de télévision numérique SatellitePIRE(dBW) Système Modulationet codage Rol l-off SeuilC/N(dB) Débitutile (Mbtt/s) Nombrede ProgrammeTVSD Nombrede ProgrammeTVHD 51 DVB-S QPSK 0,35 5,1 33,8 7 MPEG-2 15 H.264/AVC 1- (2)MPEG-2 3- (4H.264/AVC DVB-S2 QPSK 0,2 5,1 46 10MPEG-2 21H.264/AVC 2 MPEG-2 5 H.264/AVC 53,7 DVB-S QPSK 0,35 7,8 44,4 10 MPEG-2 20H.264/AVC 2 MPEG-2 4- (5 H.264/AVC DVB-S2 QPSK 0,25 7,8 58,8 13 MPEG-2 26H.264/AVC 3 MPEG-2 6 H.264/AVC Tableati comparatif.'DVBS - DVBS2. C' c id,, >j,, Figure 3. Constellations 4 QAM- 16 QAM et 64 QAM. La télévision numérique par câble : DVB-C Sur le câble, la problématique est différente. Il s'agit d'un milieu bien protégé mais à bande passante limitée. On va donc choisir une modulation ayant une grande efficacité, c'est-à-dire transportant un maximum d'échan- tillons dans une bande de fréquence réduite. Les contraintes nouvelles sont la coexistence avec les canaux analogiques existants, quelques distorsions et surtout des échos dûs aux problèmes de désadaptation inhérents au réseau câblé. Un réseau câblé comporte effectivement en pratique un grand nombre de raccordements qui ne peuvent pas être parfaitement réalisés ce qui perturbe la propagation de l'onde dans le câble. Le DVB-C comporte de nombreux points communs avec le DVB-S mais la modulation change. On utilise en général la 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation à 64 états) à la place de la QPSK, bien que d'autres arran- gements soient prévus. De plus, le milieu de transport (le câble) étant moins bruité que la voie satellite, on supprime une couche de protection contre les erreurs à savoir le code convolutif. Nos 38 Mbit/s de données utiles peuvent alors être délivrés par un canal de 8 MHz (largeur des anciens canaux analogiques). En contrepartie, il sera nécessaire de prévoir, coté récepteur, un égaliseur pour éliminer les échos. La modulation choisie, la QAM, se compose de deux modulations d'amplitude à porteuse supprimée en qua- drature comme pour le QPSK. L'équation reste donc : S(t) = x cos (wt) + ysin (wt). La différence tient dans le fait que l'on va augmenter le nombre de bits par symbole en augmentant les valeurs que peuvent prendre x et y (voir figure 3). Si l'on considère que chaque axe code 2 bits, ce sont 4 bits qui seront transportés par symbole d'où la dénomination de 16 QAM pour les 16 états possibles. Si on veut 5 bits par symbole, on obtient une 32 QAM et si l'on code 6 bits par symbole, une 64 QAM (rappelons que 2'= 32 et 2'= 64). On pourrait aller loin ainsi, mais l'on voit que plus le nombre de bits par symbole augmente, plus les symboles sont rapprochés et donc plus on augmente la sensibilité au bruit. Un symbole très bruité, et donc éloi- gné de son emplacement d'origine, peut être confondu avec le symbole adjacent. En pratique, la plupart des réseaux câblés tra- vaillent en 64 QAM. Comme nous l'avons fait pour le satellite, sachant que la largeur d'un canal du câble est de 8 Mhz, que le filtra- ge de Nyquist est effectué avec un facteur de déborde- ment (Roll-off) de 15 % et que le même code Reed Solomon est utilisé, un calcul simple montre que le débit utile est directement fonction du nombre de bits de la constellation QAM. Pour une 64 QAM le calcul donne : 8/(1 + 0,15) x 6 x 188/204 = 38,46 Mbit/s. Sur un réseau câblé, le débit binaire utile sera donc au maximum de 38,5 Mbit/s par canal. La télévision numérique de terre : DVB-T Le DVB-T est le plus jeune des trois systèmes du noyau DVB et le plus sophistiqué ; il repose sur la modu- lation COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), sous les formes 2K (1 705 porteuses) ou REE HORSSÉRIENT Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION codeur vidêci/ codeur___ __ audio Scodeur video codeur 1Co 29ne ruodage codage dispersiDr, ertrelacerrent interne entrelacefferteddanaraie Feed externe code intarne XFID Solomc-n.-,nvolutif -------- ------- _______ __________ _______ _____ -if- ------ j---------. transpo-ition jc,,t t,-Iodulion AdaptationJe la Modilationenfrequence CNA intervalle OFOKI trarre nuniériqueeggarde I porteusespilotes Figiire 4. Éiiiission d'tin prograniiiie difftisé eii DVB-T 8 K (6 817 porteuses). Chacune de ces porteuses étant elle-même modulée en QPSK ou QAM. Ce système, très résistant aux échos, présente notamment l'avantage de permettre la réalisation de réseaux mono-fréquence. Le canal hertzien terrestre est effectivement le canal le plus difficile à traverser compte tenu de la nature physique complexe des phénomènes qui perturbent la propagation d'un signal tels que sa réflexion ou sa diffraction sur un obstacle, et sa réfraction lors de la tra- versée d'un milieu d'indice différent, sans oublier un éventuel effet Doppler si la source et le récepteur sont en déplacement relatif. Tous ces phénomènes physiques entraînent des échos c'est-à-dire des répliques du signal émis ayant suivi des chemins différents et se trouvant, en conséquence, échelonnées dans le temps. Il est en effet peu probable de recevoir uniquement l'onde directe, c'est-à-dire celle qui aurait pu suivre le plus court chemin, dans le temps le plus bref, de l'émetteur au récepteur. La superposition des n signaux reçus peut alors engendrer des évanouissements (fading) par interférences destructives qui sont autant de « trous de transmission » résultant de l'annulation du signal à un instant t pour une fréquence f. La fonction de transfert d'un canal de propa- gation à trajets multiples présente une réponse temporo- fréquentielle très chahutée, d'où une sélectivité du canal qui aura tendance à perdre les informations véhiculées par la fréquence f à l'instant t. Pour lutter contre ce phénomène, le principe de la modulation OFDM est le suivant : au lieu de transmettre toute l'information sur une unique porteuse, avec un débit élevé, l'information est transportée par un ensemble de sous-porteuses réparties en fréquence, chacune ayant un débit plus faible. On crée ainsi des « sous-canaux » très étroits dans lesquels la réponse fréquentielle du canal peut être considérée comme constante pendant un temps suffisant pour que l'information, dont on a par ailleurs diminué le débit, soit transmise. De plus, pour éviter que le grand nombre de porteuses modulées les unes à coté des autres ne conduise à une interférence inter-porteuses on a choisi des porteuses orthogonales entre elles d'où le « 0 » de OFDM. L'orthogonalité se traduit en pratique par le fait que le maximum de chaque porteuse corres- pond aux valeurs nulles des autres porteuses. Enfin, dans le cas où certaines ne passeraient pas, il suffit d'introdui- re une redondance entre les informations qu'elles trans- portent à l'aide d'un codage constitué du code convolu- tif, du code Reed Solomon et des entrelacements tempo- rels et fréquentiels, d'où le « C » de COFDM. Un tel codage permettra de récupérer l'intégralité de l'information perdue grâce aux « liens » qu'il établit entre les diffé- rentes informations, comme la cordée d'alpinistes permet de récupérer la défaillance de l'un d'entre eux (se reporter à la figure 8). L'émission d'un programme de télévision diffusé par DVB-T est détaillée par le schéma de la figure 4. Description des étapes d'une émission DVB-T : Codage de source MPEG2 et multiplexage : Le codage MPEG2 s'applique à l'audio et à la vidéo de manière séparée. Il a pour fonction de minimiser la quan- tité d'informations transmises tout en assurant une maî- trise de la qualité. Ces informations codées et compressées sont ensuite mises en paquets et multiplexées, de manière à former des paquets de transport de longueur fixe 188 octets. Puis les programmes sont multiplexés entre eux. · Dispersion d'énergie : Ce brassage permet de disperser l'énergie, il remplace REE HORSSÉRIEWI Septembre2005 Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique iit X2 iit yl Y2)(') J convolutif poinçonna!e 1 conversion} { Y1 Yi paraI ! èl e.' 3fà11éIF· R= 1jL R=2l3 Sêfia_ Yt Y2 't Y2 Figure 5. Codage iiiierne et poiiiçoiviage. notamment les grandes suites de 0 par une séquence aléa- toire, ce qui facilite la synchronisation horloge. . Codage et entrelacement externes : Le codage externe est effectué par le code Reed-Solomon R (204,188,T = 8). L'efficacité de ce codage est augmenté par un entrelaceur. a Codage et entrelacement internes : Les informations reçoivent une protection supplémentaire cyrace agrâceà l'utilisation d'un code convolutif de rendement 1/2. Cependant, cela pose un problème au niveau du débit d'information qui est alors doublé. Pour y remédier, on utilise le poinçonnage avec un rendement 2/3 (d'autres taux sont possibles). Puis la sortie de l'étape de poinçon- nage est sérialisée. L'ensemble de ces étapes est expliqué par le schéma de la figure 5. Enfin un entrelacement interne est effectué. Son but est d'éviter l'apparition de salves d'erreurs à l'entrée du décodeur de Viterbi. Pour cela, l'entrelacement interne est effectué en 2 étapes : . un entrelacement au niveau bit évite qu'un même symbole soit constitué à partir de bits consécutifs . un entrelacement au niveau symbole évite que des symboles consécutifs soient transmis sur des sous- porteuses consécutives. Modulation numérique, adaptation de la trame, modulation OFDM, intervalle de garde : L'ensemble de ces opérations est le coeur du système. Nous les détaillerons à la suite du paragraphe suivant. CNA et transposition de fréquence : Enfin, les données sont traitées par un convertisseur numérique analogique, puis transposées autour de la fré- quence centrale fixée pour la transmission hertzienne. Paramètres choisis Deux modes ont été définis pour la DVB-T : le mode 2k et le mode 8k. On s'intéressera ici uniquement au mode 8k. Les paramètres choisis en France (pour un canal de 8 MHz) pour ce mode sont les suivants : Un signal OFDM transmis est organisé en trames.c Chaque trame est constituée de 68 symboles OFDM, et 4 Nombretotalde porteuses Nombrede porteusesutiliséesK Espacemententre2 porteuses Duréedusymboleutile Intervalledegarde Duréede l'intervalledegarde Duréetotaledu symbole OFDM Rendementdu codeconvolutif 8192 6817(Kmin=û, Kmax=6816) 1116Hz Tu= Il 16H- 896 ti. 1/32 TA=28s Ts = Tu+ TA= 924 gs 2/3 trames constituent une super trame comme l'illustre la figure 6. Porteuses pilotes Parmi les 6 817 porteuses utilisées, il y a un certain nombre de porteuses pilotes qui ne transportent pas de données relatives au multiplex à transmettre. Elles ont des amplitudes supérieures aux autres porteuses [sauf les TPS = Transmission Parameter Signalling qui transportent notamment : type de modulation, durée de l'intervalle de garde, rendement du code interne et mode de transmis- sion (2k ou 8k)]. Elles servent à faciliter le travail du récepteur en ce qui concerne : . la synchronisation trame . la synchronisation en fréquence . la synchronisation en temps . l'estimation du canal. Etapes relatives à la constitution des symboles OFDM Les différentes étapes sont illustrées par la figure 7. . Modulation numérique : La modulation numérique retenue est la 64-QAM. Les données relatives aux programmes à diffuser sont regroupées par paquets de 6 bits, chaque paquet étant associé à un point de la constellation 64-QAM. Ainsi, les symboles associés à chaque paquet sont complexes. . Adaptation de la trame : Les porteuses pilotes ont des emplacements assignés. Cette étape d'adaptation de la trame sert tout d'abord à REE HORSSÉRIENol Septembre2005 G LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION _ frFquencefréquence e e e s e e o s e e a e o e e - "w'w' e e e o e w e s e v e e e v e (--------------- l, 1 trarrie< · o w o e e e e e s e w e w e e e e e e s s s e e s s s s e s ;,i::.':.:e-- s a s s s e s w e e e e e e ® tramer t t W * W W t O. fi .,,rr,':-i_ '., e e o e e e,e e e s e v v e e- e w e v e v e e v e e e w v e v e e e e e s s e e e e s e s tenip,s · e e v e e e w e e e e e e e w o e s a e s e w e e s s e e s .;r,_,.I:-.:=::_, a s m e e e s e e w s s e e e 1 \_ tmps Figure 6. Constitution d'un signal OFDM. Modulationnumérique 1 ID -i Aeptatiot ? dela udme r : 6c 16 t,éq,ce t * t < & < t < &1 1 1 1. 1 1. 1 . 1 1. le,ps OEttAGE 688 7504 f CI eS7 705 8191 IV/adulation OFDM FFT "' 1 svr,b,le OFDIL t-rnp 8192 Ajout iute/va/le degarde t'smps 2'G j 192 Densiféspectrale de Fmissance e I ijftlW f!)rl7 if111 t m ftt iji," il'ii _''1 i i'' II iyI I ;;I I EmelOf) yil "j;l,, 1111,< <; ..' h. !r !.-k Porti 'I I ÎllilllÎIlII,I"iïi ; «'9iirYP,din(iPdt, ii"7fiÿi?ani,tu,tr. Fe FI ,..- lffti Envetoppe - Porteusemodulée --- Fréquence Figure 7. Etapes pour la niodbilatioiz OFDM et spectre résitltatit. REE HORS SÉRIEWI Septembre2005 Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique. Porteuses intervalledegarde Temps Transforméede Fourier rapide d .(j\\/ symboleCOFOM Fréquences, j'L' !-'.j rvalle de garde..,. t \'' /' -. -rva!!e degarde - \.. r. !, .n. ;,., .r, h codage -/' d'élérnec:;sdlstansC'élérn2o:;SCiSEôr';5 indêperidat) ce er. 41 er, ! requence,' udépendance /' -1 er`réovence "'. r II', lu.//..'. -,..,.tf/A'., " l,";/ -.///.,,'- -; J' c///.. " V.i,"',i 1/,/ :.:' ! j ; i i ..//... ". r Figavre8. Représentation en tenips et ert fréquence de la naodulation COFDM. placer chaque information à sa place parmi les 6 817 porteuses utilisées pour chaque symbole OFDM. . Les porteuses pilotes réparties (ou dispersées) et continues transportent la valeur + 4/3 . Les porteuses TPS transportent des données binaires modulées en BPSK (Binary Phase Shift Keying) différentiel, donc elles ont pour valeur ± 1 . Pour les données, on utilise 6 048 porteuses dites « utiles » qui contiennent la valeur complexe du symbole 64-QAM associé, mais divisé par un certain coefficient déterminé par la norme. Pour la modulation 64-QAM en mode non hié- rarchique, chaque symbole est divisé 1-\,r42 Puis une fois que les 6 817 porteuses utiles sont rem- plies pour chaque trame, on insère un même nombre de por- teuses ayant pour valeur 0 au début et à la fin de chacune de ces trames afin d'augmenter la protection par rapport aux canaux adjacents (bande de garde en fréquence). . Modulation OFDM et ajout de l'intervalle de garde : Considérons une séquence de N données co,. - -,CN- 1et soit Tu la durée séparant deux séquences consécutives de N données ou temps symbole. Chaque donnée ck modu- lant un signal à la fréquence fb alors le signal individuel est ck.e " n'I'. Le signal s(t) représentant la somme des données d'un symbole OFDM s'écrit donc : ,N--l sCt) = A 12, rfÀ. i De plus le multiplexage OFDM est orthogonal, cela signifie que le maximum d'une porteuse correspond au minimum des autres porteuses. C'est effectivement le cas si l'espace entre les porteuses est1 donc on a : r .A- = fa + k TIl Le signal OFDM s'écrit alors : N-l i 2, cfot= e 7. Ck @e le1"2."[--. fil En comparant cette expression à la transformée de Fourier inverse sur N points : k=A'-l .X- (Ii) = X (k).e j2,nik % on remarque une certaine similitude. Ainsi on peut effec- tuer la modulation OFDM à partie d'une IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) sur 8 192 points. Puis on ajoute un temps ou intervalle de garde au symbole OFDM afin de limiter l'interférence intersym- bole. En fait, cela revient à placer au début de chaque symbole OFDM ses 256 derniers échantillons. Réseau monofréquence : SFN L'une des multiples options de la norme DVB-T est la planification en mode SFN (Single Frequency Network) opposée à la planification MFN (Multiple Frequency Network). Dans ce mode, on maximise le nombre REE HORSSÉRIE N-1 Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION viglial 1 signal 2 <\ Symboleo " l Srmbule a Symbole0+1 ç Symbole0-1 lES !c a-1 :.-. Symbolen F ! li ? lre FFT SymMent Temps. Figure 9. Interférence entre siiiboles. signal ,, 1 , "'- < 1. >, 11>'1 lylà leele, 1 ,11.,- 1&.,- - - 1 1, 1 - - » " - -, " -- - -,,-,, >1 1 -- 1 -1 -1.1 1 -, - - Il' ffl ... fe-iiêtrie FFT 1 Ikwiw-tiieenêtre FTL1 Positiontnêtre FFT 3 Temps Figure 10. Positionnenzentde la fenêtre de synchronisation. d'émetteurs diffusant sur la même fréquence en jouant de la capacité du système à tirer profit de deux signaux portant le même signal, y compris avec des temps d'arrivée différents. Cette capacité est notamment fonction des récepteurs dont le comportement (traitement de l'interfé- rence intersymboles, stratégie de synchronisation) apparaît par conséquent comme un point clef. Dans un signal OFDM, l'information est répartie sur un grand nombre de porteuses. Durant un temps symbole, chaque porteuse ne transporte que très peu d'informations. Pour combattre les problèmes d'interférence entre symboles (IES) (figure 9), on tire profit de l'intervalle de garde introduit entre ces symboles (voir figure7). Le temps symbole résultant facilitera la synchronisation du récepteur sur une fenêtre de temps sans interférence inter symboles. Toutefois, l'insertion de l'intervalle de garde réduit le débit utile d'un tel signal puisque tout le temps symbole Ts n'est plus consacré à des données utiles. C'est sur cette notion d'intervalle de garde que s'appuie la notion de SFN. En effet, l'intervalle de garde permet de pallier l'interférence entre symboles due au canal de trans- mission. Deux signaux véhiculant le même contenu, issus d'émetteurs différents, sur la même fréquence, pourront être reçus sans qu'ils ne se brouillent si la différence des temps d'arrivée des signaux aux récepteurs est inférieure à l'intervalle de garde. Notons qu'un éventuel dépassement n'implique pas nécessairement une altération de la qualité La modélisation des récepteurs Dans un environnement multitrajets ou dans un réseau SFN, lorsque plusieurs signaux utiles potentiels sec présentent au récepteur, le choix du positionnement de la fenêtre de synchronisation est complexe. Plusieurs stratégies (figure 10) existent et sont reprises dans un document UER (OFDM receivers : Impact on coverage of IIS and FFT window positioning - EBU Technical Review July 2003). Par exemple, une stratégie consiste à retenir le pre- mier signal de la réponse impulsionnelle comme point de départ de la fenêtre de synchronisation à condition, que celui-ci dépasse un niveau seuil de référence minimal (voir figure 11). Le choix du niveau seuil peut varier d'un récepteur à l'autre ; on constate généralement que le niveau de référence est pris 6 à 8 dB (A) en-deçà du niveau du signal le plus puissant. Dans l'exemple ci-après, le premier signal au-dessus du niveau minimum est le second (signal 2) qui sert par conséquent de point de départ de la fenêtre d'analyse FFT. Dès lors, le signal 1 est considéré comme un préécho et les signaux 3 et 4 comme des post échos. Les signaux 3 et 4, s'ils demeurent dans l'intervalle de garde, restent constructifs, alors que le signal en préécho seratoujours considéré comme partiellement ou totalement destructeur. La synchronisation s'effectue comme présentée sur la figure 12. Tous les signaux avec des délais ne rentrant pas dans l'intervalle de garde introduisent une dégradation de la réception. Dès lors, la stratégie de positionnement de la fenêtre FFT des récepteurs conditionne la qualité de réception. En théorie, on tente de caractériser cette dégradation en décomposant le signal en une partie constructrice et une partie interférente. Ensuite, un cumul des contributeurs et un cumul des destructeurs pondéré par les rapports de protection REE HORSSÉRIE WI Septembre2005 Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique signall na3 2 - ,1\ rn l A signal 3 Seuilminima Mj -j Figure 11. Réponse inipulsionnelle du canal et synchro sur preniier signal au-dessus d'bill lilininia. .. 12 signa!! «/ /t i J&'/'W t \ t MB T SyaMela 16/'Szaeat t'\ 4g » l 2 symt. :r sym r Symbo)cn·I te n 8,gmbolcn+1 cs u StB $ :èalc 5s+I A : r7 f 1 Sy : Tu Symbieir-7 Syméeien Synëaiémtt $yJ8II1'Ie.-1.SJ* " 0+1 \ ; SymMe Symen t SymtMe}'\*''* - -'-** - -'--'- -..-.-.-.-.-...... -.- - -* - Fenêtre P'FY ?«----- -- --*- _._.._.-- --!.i-T----;--r-.---.. TB Figbire 12. Synchronisation sur le signal 2 positionneinent de la fenêtre FFT sontétablis.Connaissantces deux grandeurset leurs écarts types,on déduit le pourcentaged'emplacementscouvert sur la zonedonnée. Une approchelaboratoireconsisteà considérerquehors de l'intervalle de garde,le signalestdestructeurmaisque le Cil requisestfonction du tempsd'arrivéeavecuneasymptote versle Cil max pour desécartsimportants(environTu/3). La figure 13représentela mesuredu comportementd'un récepteur pour un mode 64 QAM 2/3 1/32 effectuée en 2002 àTDF CCETT. Sur ce graphe,on constate,quesi une contributionauréseauSFN arrive à 1 00p saprèsla contribu- tion qui sertde référenceau récepteur,un Cil de 12 dB est nécessairepourassurersonfonctionnement. Bien évidemment,cesmesuresdoivent êtremisesàjour en fonction de l'évolution desrécepteurset pour les diffé- rents modesde diffusion envisagés.Une telle approcheest intégrée dansles outils de prédiction de zone de servicede TDF. Le tableau page suivante résume les paramètres des trois systèmes. Les chiffres en gras soulignés sont les valeurs actuellement opérationnelles de même que les hypothèses de débit pour déterminer le nombre de pro- gramme de télévision par canal. On peut notamment constater que le débit des canaux DVB actuels n'est pas un multiple intéressant des débits TVHD MPEG-2 ou MPEG-4, tels que nous les avons REE HORSSÉRIE WI Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION Récepteur DVB-T - Mode 64 QAM 2/3 1/32 o zu - 41 2 1 -----/ g 9 l, 14 1 i i 1 a--e 1 300 -200 -100 1) 100 200 3C .< : Retardentre brouilleur et signal de synchro (lis) Figure 13. Perforiiiatice Récepteur Philil) s Coiiiatlas. Paramètre Codage Video Codage audio Embrouillage Paquet transport Brassage (dispersion d'énergie ; Codage externe Entrelacement externe Codage interne Entrelacement interne Modulation Roll-Off Largeur de canal (MHz) Seuil C/N (dB) Débit utile Mbit/s Nombre de Programme TVSD Nombre de Programme TVHD Câble DVB-C Satellite DVB-S Terrestre DVB-T MPEG-2 MPEG-1audaudio layer2 - MPEG-2 DVB-CSA (Common Scrambling Algorithm) 188octets (Sync + 187utiles) 1 + X " + X " Reed-Solomon (204,188,T = 8) Convolutit (12 blocs) Non Convolutif (171,133) Poinçonnage RC= 1/2,2/3,3/4,5/6,7/8 Non QAM 16-à-64 0,15 8 7) 2512à 38,1 5 - 9 MPEG-2 11-17 M.264/AVC 1 - 2 MPEG-2 3 - 4 H.264/AVC Non QPSK 0,35 26 à 36 4,1 à 8,4 25,3à 44,35 (38) 5 - 10 MPEG-2 11- 20 H 264/AVC 1-2 MPEG-2 3 - 4 H.264/AVC Entrelacement bits et symboles OFOM 2K ou BK OPSK, OAM 16 ou 64 Intervalle de garde 1/32,1/16,1/8,1/4 8ou7ou6 3 à 28 5 à 32 (24,1) 1- 5 ou 6 MPEG-2 2 -14 H.264/AVC 0 - 1 MPEG-2 0 - 2 H.264/AVC Tableau i-éstinié DVB. déjà précisés pour le tableau comparatif DVBS-DVBS2. On peut éventuellement améliorer la situation en rem- plissant chaque canal avec une combinaison de pro- grammes TVSD et TVHD mais la situation est loin d'être optimale si on ne désire pas modifier les principaux para- m mètresactuels.e . La télévision sur ADSL Dans les années 80, aux Etats-Unis, les câblos-opéra- teurs ont souhaité faire de la téléphonie sur le câble. Les opérateurs de téléphonie se sont sentis menacés et ont donc cherché le moyen d'utiliser la ligne téléphonique pour offrir des services haut débit et de la vidéo. Ce sont initialement les chercheurs des laboratoires Bel ! AT&T et ceux de l'université de Stanford qui ont mis au point la tech- nologie DSL (Digital Subscriber Line) ou Ligne d'Abonné Numérique. Le principe général est le suivant : sur une ligne télé- phonique (paire torsadée de cuivre), les 4 premiers kHz sont uniquement utilisés pour la voix. Le reste de la bande passante est alors utilisé pour transmettre des services à haut débit. La condition est que la longueur de la ligne téléphonique n'excède pas une certaine limite en raison de l'atténuation du signal. Pour diffuser de la télévision sur ADSL (Asymetrical Digital Subscriber Line) il suffit d'utiliser les capacités de transmission de la paire de cuivre téléphonique et le réseau de transport ADSL comme réseau de diffusion. Il s'agit d'un service accessible sur l'écran de télévision, soit à l'aide d'un boîtier unique (modem + décodeur) installé REE HORSSERIENT Septembre2005 Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique Bp Fréquences n 1 300Hz 3400Hz - - -- Paire torsadée Usager 0 modem modem reseau Figure 14. Bande passante réservée à la voix sur la ligne téléphonique. POTSPOTS) fréquencesutilisées pourlesensmontant fréquencesutilisées pourlesens descendant uuuuuuu uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu fréquence 4 kHz 26 kHz 96 kHz 132 kHz 1,1 MHz Figtcre 15. Spectre de LADSL [POTS : Pltiiii Old Telephony Systenil. entre la prise téléphonique et la télévision, soit à l'aide d'un modem et d'un décodeur, le modem étant connecté à la prise téléphonique, le décodeur à la télévision et les deux boîtiers étant reliés l'un à l'autre. Différents services audiovisuels sont ainsi accessibles : bouquets de chaînes TV (comme sur le satellite), VOD ou TVOD, téléchargement... Il n'est pas nécessaire de modifier le réseau filaire existant. Il suffit d'équiper les centraux téléphoniques d'un DSLAM (DSL Access Multiplexer) et l'abonné d'un modem DSL qui va remplacer les modems RTC à 56 kBit/s utilisés jusque là (voir figure 14). Les flux de données peuvent être équivalents dans les sens émission et réception, c'est le cas du SDSL, Symmetric DSL, ou quatre à douze fois supérieurs dans le sens réception, c'est l'ADSL, Asymmetric DSL. Ces technologies évoluent constamment pour améliorer les performances en portée et en débit. L'ADSL utilise la technique dite DMT (Discrete Multi Tone), très similaire au COFDM précédemment décrit, mais avecla mise en oeuvrede 255 porteusesespacéesde 4,3125 kHz. Chaque porteuse utilise une bande passante de 2 kHz. Cette famille comprend plusieurs solutions : ADSL (Asymmetric DSL) : elle permet d'atteindre des débits de 8,192 Mbit/s dans le sens central vers utilisateur et 800 Bit/s dans le sens inverse. Les distances dépendent du diamètre du câble de la paire de cuivre. Si on diminue le débit, les distances peuvent être allongées. Aujourd'hui les offres proposées par les opérateurs sont « bridées ». Cette technique a d'abord été développée pour rece- voir la télévision par le réseau analogique classique, mais le développement d'Internet lui a donné une autre vocation qui est celle de pouvoir surfer rapidement sur le réseau sans occuper la ligne téléphonique (raccorde- ment analogique ou RNIS du canal téléphonique). ADSL permet le transport de données TCP/IP, ATM et REE HORSSÉRIE WI Septembre2005 LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION POTS fréquencesutilisées pourlesensmontant fréquencesutilisées pourlesens descendant - - - - - - JUUUUUUUUU U U fréquence 4 kHz 26 kHz 96 kHz 132 kHz .'iMHz 2,2 MHz - E : - ADSL et ADSL2 Figure 16. Spectre pour lADSL2+. Downstream: Upstream : Diamètre du fil : Distance : [kBit/s] [kBit/s] [mm] [km] 2048 160 0,4 3,6 2048 160 0,5 4,9 4096 384 0,4 3,3 4096 384 0,5 4,3 6144 640 0,4 3,0 6 144 640 0,5 4,0 8192 800 0,4 2,4 8192 800 0,5 313 X.25. Elle a été normalisée en 1995. Le tableau suivant donne les débits en fonction de la distance et du diamètre du câble. ADSL 2 (Asymmetric DSL 2) : c'est une amélioration de l'ADSL parfaitement interopérable. La modulation et le codage ont été améliorés pour offrir des débits descendants jusqu'à 10 Mb/s et ces vitesses sont garanties sur une distance de 5 à 10 % supé- rieure. Résultat : certaines lignes éloignées, jusqu'ici pri- vées d'ADSL, pourront être raccordées (le signal diminue toujours en fonction de l'éloignement du central télépho- nique). En revanche, les débits montants restent bloqués à 1 Mbit/s. Il sera toutefois possible de basculer en mode totalement numérique et de récupérer les fréquences réservées à la voix, de façon à gagner 256 kbit/s supplé- mentaires (soit 1,2 Mbit/s). Mais alors, il sera impossible de téléphoner en même temps. ADSL 2+ (Asymmetric DSL 2 +) : cette norme est basée sur le doublement de la bande passante utilisée par l'ADSL de première génération (voir figure 16). Le spectre de fréquence s'étend en effet jusqu'à 2,2 MHz au lieu de 1 1MHz avec, en contrepartie, une portée réduite par rapport à l'ADSL, privilégiant de fait les abonnés les plus proches du central téléphonique. Là où l'ADSL permet pour l'instant un débit maximal de 8 Mbit/s pour la réception des données, c'est-à-dire en canal descen- dant, l'ADSL 2+ autorisera un débit allant jusqu'à 16 Mbit/s pour les clients proches (environ 40 % des clients autour du central téléphonique). Dans le sens montant, le débit restera sensiblement le même (1 Mbit/s au maxi- mum). Pour les abonnés proches du central, on peut observer que le débit de l'ADSL 2+ sera supérieur à celui de l'ADSL pour une portée égale, et que la portée de la nouvelle norme sera supérieure à débit égal. ReADSL (Reach Extended ADSL) : Le READSL est une variante de l'ADSL qui utilise les mêmes normes de modulation. L'idée du READSL est de mieux utiliser la partie la plus basse du spectre, en envoyant plus d'énergie entre 25 et 200 kHz. Cette technologie doit permettre de prolonger de 5 à 10 % la portée des lignes pour des débits de 128 et 512 kBit/s. Les abonnés situés dans une zone ADSL mais se trouvant jusqu'alors trop loin du central ( « zones d'ombre ») pourront ainsi mieux bénéficier des services offerts. L'homologation de cette norme est en cours à l'UlT. RADSL (Rate Adaptive DSL) : la vitesse de trans- mission est fixée de manière automatique et dynamique en recherchant la vitesse maximale possible sur la ligne de raccordement, en la réadaptant en permanence et sans coupure. RADSL permet des débits constants ascendants de 128 kBit/s à 1 Mbit/s et descendants de 600 kBit/s à 7 Mbit/s, pour une longueur maximale de paire de cuivre de 5,4 km. Cette technique permet la VOD (Video On Demand). Elle est en cours de normalisation par l'ANSI. VDSL (Very High Rate DSL) : c'est la plus rapide des technologies DSL, particulièrement adaptée pour la télé- vision et la vidéo. Elle autorise de très hauts débits : de 13 à 52 Mbit/s en canal descendant et de 1,5 à 6 Mbit/s REE HORSSÉRIENcl Septembre2005 Modulation et codage de canal pour les systèmes de diffusion de télévision numérique 1. - -. 1 %n -- - Fotirrii-,-.,eLr 1 Fibie ONU -4 Paire torsadée PC Réseau Figure 17. Architecture d'une liaison VDSL. en canal ascendant. Cette technique de transmission alter- native à l'ADSL utilise une bande de fréquence plus haute, allant jusqu'à 12 MHz. Si l'on veut faire une connexion symétrique, un débit de 34 Mbit/s est possible dans les deux sens. Donc VDSL est utilisable en connexion asymétrique ou symétrique. En contrepartie, sa portée est relativement courte, typiquement inférieure au kilomètre. Etant donnée sa faible portée, il n'est pas intéressant de la déployer depuis un central téléphonique. Le VDSL a la particularité de se présenter comme une technique hybride fibre/cuivre : selon les débits requis, il sera nécessaire de déployer une infrastructure optique plus ou moins basse dans le réseau d'accès, en complé- ment du réseau filaire existant. Le raccordement en VDSL se fera alors sur la partie terminale du parcours, entre le client et la borne active (DSLAM ou mini- DSLAM) placée sur le trottoir, par exemple, et elle- même reliée au central par fibre optique. Les systèmes VDSL peuvent supporter différents types de services : données, voix et vidéo, en particulier dans l'environne- ment résidentiel pour une offre de type " triple play ". Pour le transport des données, l'équipement VDSL est relié au central de raccordement par des fibres optiques formant des boucles SDH (Synchronous Digital Hierarchy) à 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, ou 2,5 GBit/s grâce à un ONU (Optical Network Unit) proche de l'utilisateur. Les nouvelles technologies XDSL n'en sont qu'à leurs débuts. Les opérateurs historiques tardent à les déployer car ils souhaitent amortir leur réseau équipé avec des machines de première génération. Elles sont destinées à la fois aux professionnels et aux particuliers et elles s'adaptent en fonction des applications souhaitées. Les travaux en cours dans les organismes de normalisation visent à optimiser au maximum les performances du réseau filaire, pour augmenter à la fois la portée et le débit. Actuellement, les regards se tournent vers le VDSL qui semble être le nec plus ultra dans le domaine du haut débit. Les évolutions futures de la TV sur ADSL La TV sur ADSL n'en est qu'à son début. Bientôt, les techniques de codage telles que MPEG-4-AVC ou H.264 ou encore VCI (produit MICROSOFT Windows Media) permettront de réduire les débits à qualité égale ou d'augmenter la qualité à débit égal dès que les décodeurs seront disponibles. Les réseaux de transport tout IP vont autoriser le transport de contenus temps réels grâce à la technologie MPLS (MultiProtocol Label Switching) qui augmente les performances de la commutation et permet de hiérarchi- ser les flux afin d'offrir plusieurs niveaux de qualité de service. Les équipements de nouvelle génération (DSLAM et modem usagers) vont mettre en oeuvre les technologies ADSL 2 et ADSL 2+, alors que le VDSL2 (combinant le VDSL et l'ADSL2+) est déjà à l'étude. Avec cette der- nière technologie les débits pourront atteindre au maxi- mum 100 Mbit/s sur la paire de cuivre. Il sera alors par- ticulièrement aisé d'envisager la diffusion de pro- grammes en TVHD sur ce type de support mixte (voir figure 17). Cependant, pour l'instant, les modèles économiques de télévision sur ADSL doivent être éprouvés car ils devraient permettre un partage équitable de la valeur entre les différents acteurs (opérateurs, FAI, média). Conclusion En ce qui concerne la modulation et le codage de canal, les principales avancées de traitement numérique du signal dans le domaine de la radiodiffusion audiovi- suelle sont sans aucun doute : . le développement du concept de modulation multi- porteuses (qui a été étendu au support filaire pour l'ADSL, aux réseaux locaux sans fil et qui com- mence également à être pris en considération dans le domaine des systèmes de radiocommunications de 4 n,egénération) et, après une large utilisation des codes correcteurs d'erreurs algébriques (type Reed-Solomon) et convolutifs. . la découverte et la mise en oeuvre de puissants sys- tèmes de correction d'erreurs de type « graphique » permettant d'approcher à moins d'un décibel la limite théorique de décodage sans erreur de Shannon. L'arrivée de la TVHD sur les différents supports exis- tants, ou en développement comme l'XDSL, n'a pas de REE HORS SERIE WI Septembre2005 D LA TECHNOLOGIE DE LA HAUTE DÉFINITION l « h » sîpùficaùm Dëùt Débit DÎSUU= lisage Avantage& lncouvèni « u Î a7r I , u I j ;i..'') i t VDk- voie dvktndmft ubuatuate Wet HD. mad, Stmidafdisce P'OEt& j 'j ! Aeceésiulernetlintranet. w '7 e'''' pu le c siaa=: ;Accès intemet/in en POILR le dètn* ma. i poel ik- P= tongt*npsADSL 9 Mbit/s 800 kBit/,& 4 (ffl- m tia-., igahoo, N isiophonie- 1 OSL IntraneL mail. techniquc' vcx sur IP visioconférence, i mouvee téizdiftusion Intcroerablc 1 Iniffl Asvmmeinc Mbitïs -ziwo ni Je&x en ré,le-aiL resemki avec Al>%L ték-phdtulr ADSL2 ! i I i t ! ëE.s. " maûnédia luuhùneàia.. même tmps si Débit r,&IuiLC%5 brs haus dcb4ls ne %b ïmgce @ent être atteints clue débi vidéo en aug=rte Asvmmetrir plat par ram : loft a ADSL'l) Nlbit/s 8W kbiti$ 27 (* ni s distances < 1 200m pmps YWI, Tvff D rapport à LADSL É>SL 2+ PU ue Web-iMageSbautdebiL LADSL teaws tr-Â Wieb HD. miil, 1 Ciau % re des Pas encore l " "'''', : 1 1 Acces iIUX ases""''ÙaPt ;! b: OO' Fa.;; encore i wLh " nie Jk-,W pmr IL- jcu-x en 1 -On£s plus immctiogi& READSL Extended l'kbitis 129 kBiËs 5400 ni imies £abonnés im-gue'- du Adapution Pli, ;bje de RADSL Adaptive i 7 Mbit ;,s i %libitis mom donrt6, à des lésvaffl NAL auto,-nauqu,- iwrmai-,s,c1 DS 1, locaux a distance V (ID du débit i Audiovimd, Trèq haut Portée très ecturie vidéo, et VOI) drbits (52 inftis=Wm i ver% HiL>h 1 T'r.SD, TVHD et VOD télédifft %4bills) et optiqtw VI7Si, i Rate DSL ?,'s"bltls 3,Z ivtb'sL''s ! `% m j en haxr#edéCmii : ! l S airt ! i i z2 fitnUs i 6, ir.fbitis ï 3iïtt m j ''-P'' cronssexin».s 1 i VI) SY 2£ J,2 Mbiti ni i 1 en p£rx2pce. &px i2 ivR)iWs 6-4 iwbïtis t'CW ni cnmpl FthermL vidé> il iriqut Tiece,FMre 1pos, Tableau résitnié XDSL. réelle incidence sur les choix que nous avons décrits en matière de modulation et de codage de canal. L'augmentation de la définition de l'image se traduit a priori par une augmentation de la quantité d'information à transmettre, il s'agit donc surtout de revoir le débit alloué à chaque programme à l'intérieur d'un même canal. Mais les paramètres des algorithmes de codage de canal sur lesquels il est possible d'agir n'ont pas pour vocation première de permettre un gain en débit utile, comme c'est le cas des algorithmes de compression (ou plus exactement de réduction de débit) utilisés en matière de codage de source. VDSL. ETSI TS 101 270-1 et 270-2 Ouvrages généraux : La télévision numérique MPEG-1, MPEG-2 système européen DVB, Hervé Benoit Dunod 1998. Références lLa TVHD est une évolution incontournable à terme de la futu- re TNT ", Pierrick Arlot, Interview de l'auteur, Electronique International Hebdo n° 559 - 2004. . " DVB-S2 Ready for lift off ", Alberto Morello, Vittoria Mignone EBU Technical Revievv n'300 - 2004. . " Intervalle de garde en OFDM et comportement des récep- teurs dans un réseau SFN ", Philippe Debreux, Note interne TDF, ref : sav 0126 -2003. . " La TV sur ADSL ", Nicolas Altieri et Nathalie Coupé, Note interne TDF, ref : sav 0114 - 2004. . " Modulation et codage de canal'' !, D. Nasse, D. Castelain, l'Écho des RECHERCHES n'167 - 1997, pp 15-20. Principales normes DVB-S : ETS EN 300 421 DVB-S2 ETSIEN 302 307 DVB-C. ETSI EN 300 429 DVB-T ETSI EN 300 744 ADSL ETSI TS 101 388 a u e u 11 1 1 1 : -.1- 11 Patrice Bourcet ingénieur CNAM (Conservatoire National des Arts et Métiers) et diplômé de l'ENSLL (Ecole Nationale Supérieure Louis Lumière) débu- te sa carrière à TDF au laboratoire d'acous- tique du CERIM (Centre de Recherche d'Issy les Moulineaux) où il réalise notam- ment un équipement de mesure instanta- née des niveaux de bruit normalisés carac- térisant les performances acoustiques d'un bâtiment. Il intègre ensuite le laboratoire audiofréquences où ses travaux sur les techniques numériques lui permettent de développer la technologie dite FM Synchrone expérimentée en première mondiale par Radio-France-Savoie à l'occasion des jeux olympiques d'Albertville et largement déployée aujourd'hui sur le canal FM réservé aux autoroutes : 107.7 MHz. En 1992, il fonde le département Traitement du Signal du Centre d'études en Radiodiffusion et Radiocommunications implanté à Metz où il développe notamment un système de données cachées dans l'audio préfigurant le concept actuel de watermarking. II est aujourd'hui responsable du département Prospective au sein du service Scientifique de la Direction Technique de TDF. REE HORS SÉRIE N-1 Septembre2005