Présentation du G.703

Le G.703, standard de l’UIT-T qui spécifie comment interfacer des circuits numériques à haut débit, est devenu la base de tous les réseaux de télécommunications. Mais cela ne s’est pas fait du jour au lendemain. Alexander
Graham Bell a inventé le téléphone en 1876, mais il a fallu attendre encore 50 ans avant qu’un ingénieur de Bell, Henry Nyquist, calcule la transmission vocale numérique.
Nyquist, qui avait passé les années 1920 à travailler sur les débits télégraphiques, détermina en 1930 que pour numériser la
voix, il fallait échantillonner la structure vocale analogique 8 000 fois par seconde. Mais la théorie n’a pas été immédiatement mise en pratique, notamment en raison du fait que la téléphonie a évolué sur une période beaucoup plus longue que les transmissions de données.
À l’origine, les voies téléphoniques étaient multiplexées ensemble par des multiplexeurs à répartition de fréquences, qui affectaient une bande passante de 3,4 kHz à chaque voie téléphonique et une bande de garde entre deux voies du multiplexeur pour réduire la paradiaphonie et les interférences. C’était la première forme de multiplexage analogique,
mais la qualité du signal vocal était loin d’être parfaite.
C’est alors qu’est arrivée la numérisation, avec laquelle 8 bits de données vocales sont échantillonnés 8 000 fois par seconde, selon la formule 8 x 8 000 = 64 000 (64 kbits/s). Cette méthode de numérisation, appelée MIC (modulation par impulsions et codage) ou PCM, en anglais, est définie en détail par le standard G.711. La compression-extension, qui consiste à
compresser la gamme d’amplitude d’un signal avant la transmission, puis à la décompresser à la réception, réduit le nombre de bits que le processus MIC doit échantillonner dans le signal vocal analogique avant qu'il soit codé (ou « quantifié ») sous forme numérique. La compression-extension est disponible en deux types de codage : selon la loi A, utilisée en
Europe, et selon la loi μ, couramment utilisée en Amérique du Nord et au Japon.

Interface physique du G.703

Le G.703 est un standard spécifique qui couvre les caractéristiques physiques et électriques d’une interface numérique E1. Il
spécifie les points suivants : les données sont acheminées sur des paires symétriques (120 ohms) ou sur fils coax asymétriques (2 x 75 ohms) ; la version symétrique utilise des connecteurs RJ-45 et la version asymétrique, une paire de connecteurs BNC. Les deux interfaces fonctionnent sur la couche 1 (L1, couche liaison de données) du modèle OSI à
sept couches.
Au Royaume-Uni, BT®, premier fournisseur de services téléphoniques, a déployé son infrastructure G.703 en utilisant des
connecteurs BNC 75 ohms. La plupart des compagnies de téléphone du Royaume-Uni ont adopté le même standard et le même type d’interface. En effet, lors de l’ouverture du marché à la concurrence, ces fournisseurs ont été autorisés à utiliser l’infrastructure existante de BT. Les compagnies de téléphone du reste de l’Europe, elles, ont choisi l’interface
120 ohms sur connecteurs RJ-45. Il existe également deux types de présentation logique : mode tramé ou non
tramé. Voici leurs différences :
• Le G.703 non-tramé, non-structuré ou Clear Channel™ fournit à l’utilisateur la totalité de
la bande passante de 2,048 Mbits/s lorsqu’il est utilisé sur des lignes E1 européennes et une bande passante de 1,544 Mbits/s sur des lignes T1 nord-américaines.
• Le G.703 structuré fournit à l’utilisateur entre  64 kbits/s et 1,984 Mbits/s de bande passante,par intervalle de 64 kbits/s. On l’appelle aussi service « tramé » (la spécification G.704 détaille le mode de fonctionnement de l’interface G.703 en mode trames). Avec le G.703 tramé, vous pouvez aussi exécuter CRC-4 (contrôle par redondance cyclique de niveau 4) pour détecter les erreurs sur les bits dans le premier intervalle de temps de 64 kbits/s, marqué IT 0 (zéro).

Codage de ligne avec G.703

Le codage de ligne consiste à placer physiquement tous les 1 et les 0 (c’est-à-dire, les données) sur les fils physiques. Le G.703 utilise divers systèmes de codage, notamment HDB3 (haute densité, bipolaire, d‘ordre 3) en Europe, et AMI (Alternate Mark Inversion) et B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution) en Amérique du Nord. Tous ces systèmes opèrent sur la couche 2
(L2, couche transport) du modèle OSI à sept couches.
Toutes ces techniques de codage de ligne appliquent des schémas à trois niveaux. À l’opposé de la plupart des protocoles de
transmission de données, où des schémas à seulement deux niveaux représentent généralement une marque « 1 » et un
espace « 0 », le système à trois niveaux permet un changement d’état supplémentaire (inclusion d’une horloge, en particulier). Ce schéma sert à répartir les tensions sur les fils et, surtout, à coder un signal d’horloge en plus
de la structure de données. Il s’agit d’un signal de 1V de crête à crête.

Services tramés et non-tramés

Comme nous l’avons dit plus haut, un service G.703 entre deux sites peut être tramé ou non-tramé. Un service non-tramé fonctionne à 2,048 Mbits/s et ne fractionne aucunement le débit de données. Un service tramé, par contre, divise le flux de données à 2,048 Mbits/s en 32 intervalles de temps de 64 kbits/s. Le premier intervalle de temps sert non seulement à la configuration initiale du tramage, mais aussi à l’acheminement d’informations supplémentaires d’une extrémité à l’autre de la ligne (en général, dans le cadre de services internationaux). Il reste donc 1,984 Mbits/s pour les données utilisateur.
Le service offert par un opérateur télécom est généralement un service non tramé, et, bien qu’il soit possible de commander un service tramé de bout en bout dans le reste de l’Europe, cela est impossible au Royaume-Uni. Si vous devez connecter plusieurs équipements à chaque extrémité, vous devrez utiliser des multiplexeurs qui prennent en charge le tramage G.704. C’est la seule manière de procéder pour que des multiplexeurs puissent diviser la bande passante en blocs pouvant
être affectés à des équipements utilisateurs distincts. Si l’équipement ne prend pas en charge le tramage G.704, il ne peut pas diviser correctement la bande passante pour prendre en charge plusieurs équipements. Toutefois, si vous n’avez besoin de prendre en charge qu’un seul équipement utilisateur final, le tramage G.704 est inutile et la configuration est beaucoup plus simple. En fait, elle consiste alors simplement à choisir une source d’horloge et à spécifier si vous souhaitez générer le signal d’horloge en interne (mode maître) ou le recevoir en externe depuis le réseau (mode esclave).

Techniques de signalisation des autocommutateurs

Il existe deux types principaux de signalisation PBX (autocommutateur téléphonique) : la signalisation CCS (Common Channel Signalling) et la signalisation CAS (Channel Associated Signalling).
Le CCS utilise l’intervalle de temps n° 16 pour acheminer un protocole (jeu prédéfini de messages ou d’instructions  communs aux équipements connectés) entre les autocommutateurs. Avec ce protocole, des messages sont échangés concernant diverses informations : combiné décroché, numéro composé, type de sonnerie, tonalité de ligne occupée, etc., pour chacune des 30 voies téléphoniques.
Voici les protocoles CCS :
• QSIG, utilisé entre deux autocommutateurs RNIS.
• Q.931, utilisé entre un commutateur RNIS et le monde extérieur.
• DPNSS (Digital Private Network Signalling System), utilisé entre deux autocommutateurs non RNIS.
• DASS2 (Digital Access Network Signalling System 2), utilisé entre un autocommutateur non RNIS et le monde extérieur.
• CCITT7, autre exemple de protocole très répandu (également appelé Numéro 7, Système 7 ou CCS 7).

Allocation d'intervalles de temps G.704

Ce diagramme illustre l’allocation des intervalles de temps pour une trame G.704 sur une liaison G.703 à 2,048 Mbits/s. Comme chaque IT fait 64 kbits/s, à 1 seconde de données correspondent 2,048 mégabits de données (des 1 et des 0), fractionnés en 32 intervalles de temps égaux de 64 kbits/s. C’est ce que l’on appelle le tramage G.704. Le premier intervalle de temps (IT 0) sert aux équipements d’extrémité comme repère pour le tramage G.704. Il comprend trois bits de
synchronisation, un contrôle par redondance cyclique (CRC-4), puis les bits nationaux ou internationaux (selon l’utilisation du circuit). Certains fabricants utilisent ces bits pour envoyer des informations de télégestion sur la liaison. Après l’IT 0 viennent 31 autres intervalles de temps, chacun pouvant servir aux données utilisateur (voix, données ou vidéo). Le seul autre intervalle de temps spécial est l’IT 16, qui, lorsqu’il est utilisé entre deux autocommutateurs, achemine des informations de signalisation de type combiné décroché, numéro composé, type de sonnerie, etc. Bien que ces informations puissent être acheminées dans n’importe quel intervalle de temps (autres que l’IT 0), c’est traditionnellement l’IT 16 qui est employé. Les deux principaux types de signalisation interautocom (PBX) sont CCS (Common Channel Signalling) et CAS (Channel Associated Signalling).
La signalisation CAS utilise les bits de l’IT 16, parmi les 32 intervalles de temps (0 à 31), pour représenter l’état de chacune des 30 voies téléphoniques (voir le diagramme ci-dessus). L’IT 16 contient 8 bits (tout comme les 31 autres) et chaque trame E1/T1 complète transporte des informations concernant 2 intervalles de temps. Ainsi, parmi les 8 bits, les 4 premiers représentent le premier intervalle de temps et les 4 derniers, le second. La première trame représente les intervalles
(appels téléphoniques) 1 et 17, la deuxième les IT 2 et 18, et ainsi de suite jusqu’à 15 et 31. Autrement dit, il faut 16 trames, constituant ensemble une « super-trame » (ou « multitrame »), pour fournir les informations sur toutes les voies.

PDH (Hiérarchie numérique plésiochrone)

À l’origine, la plupart des réseaux de télécommunications, y compris les réseaux nationaux, étaient de type PDH
Plesiochronous Digital Hierarchy), c’est-à-dire hiérarchie numérique plésiochrone, ce qui signifie qu’ils étaient en quasi-synchronisation. Le trafic vocal doit être synchronisé sur un réseau et l’on y parvient en utilisant un signal d’horloge. Ce type de signal est dérivé de quartz qui émettent des impulsions de façon très uniforme quand on leur applique un courant électrique.
Malheureusement, il n’existe pas deux quartz dont le cadencement soit parfaitement identique, ce qui fait que certaines horloges du réseau sont trop rapides et que d’autres  sont trop lentes. Les réseaux PDH résolvent le problème en
affectant de la bande passante supplémentaire au réseau pour tenir compte des décalages d’horloge. Ce buffer (ou « tampon ») autorise un décalage précis (négatif ou positif) de la fréquence d’horloge, de 50 parties par million, souvent désigné sous la forme « ± 50 ppm » (par exemple, E1 = 2,048 Mbits/s ± 50 ppm). Par conséquent, lorsque vous multiplexez les débits, vous n’obtenez pas une multiplication exacte de ces débits (voir p. 670-671). Le problème est que les réseaux PDH
exigent souvent des « montagnes de multiplexeurs » et que l’accès est limité.

SDH (Hiérarchie numérique synchrone)

Comme son nom l’indique, le SDH (Synchronous Digital Hierarchy) est en parfaite synchronisation. Il n’y a qu’une seule fréquence d’horloge sur le réseau et la zone buffer devient inutile. En conséquence, l’accès aux circuits SDH est beaucoup plus simple et ils exigent moins de multiplexeurs que les réseaux PDH.
Les débits au coeur de réseau et la multiplication des voies d’une hiérarchie SDH diffèrent également de ceux des systèmes PDH. Pour connaître ces caractéristiques, reportez-vous à l’encart, ci-dessous.
Le SDH est beaucoup plus efficace pour fournir des circuits aux clients. Comme il n’y a généralement qu’une seule source d’horloge sur l’ensemble du réseau, la fréquence d’horloge est transmise à chaque utilisateur, ce qui permet une continuité totale sur l’ensemble des liaisons.

Dépannage

Vous devez être vigilant, car les problèmes de multiplexage SDH sont relativement fréquents. Voici quelques éléments à garder à l’esprit lors du dépannage :
• Si un multiplexeur semble se réinitialiser de lui-même au bout de vingt ou trente secondes, vérifiez la configuration CRC-4.
Une configuration CRC-4 incorrecte entraîne une rupture de communication entre les unités à chaque extrémité de la
liaison et donc une rupture de la ligne.
• Si vous transmettez de la voix, vérifiez la configuration de l’autocommutateur.
• Si vous constatez des erreurs aléatoires, vérifiez la bonne mise à la terre de l’interface G.703.
• La DEL de réseau est allumée ? Si tel est le cas, l’unité reçoit un code HDB3 (ou AMI/B8ZS) valide. Sinon, vérifiez la validité des données sur la ligne entrante.
• La DEL de tramage est-elle allumée ? L’unité est en attente d’une trame G.704 valide. Vous savez donc qu’elle la reçoit
bien. Si la DEL est éteinte, vérifiez que vous n’avez pas un service de type non tramé.
• Les intervalles de temps aux deux extrémités de la liaison sont-ils configurés à l’identique ?
• En cas de perte de données, vérifiez la source d’horloge : il ne devrait y avoir  qu’une seule horloge sur tout le réseau.