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Postulat.
À partir des années 1950 après l'invention du transistor en 1948 et avec la miniaturisation des composants électroniques, il est alors devenu possible de commencer à mettre en application une invention datant de 1937 et brevetée le 3 octobre 1938, née en France dans le Laboratoire Central de Télécommunications (LCT), filiale de la société Le Matériel Téléphonique (LMT), elle-même filiale de la société multinationale ITT ; laboratoire implanté au 46 avenue de Breteuil à Paris, grâce au génial britannique Sir Alec Reeves : la Modulation par Impulsion et Codage, couramment appelée MIC.
La Modulation par Impulsion et Codage est une modulation numérique par quantification et échantillonnage du signal à intervalle régulier suivi d'un codage sous forme binaire.
Elle permet de transporter facilement sur de longues distances sous forme de nombres mathématiques une voie téléphonique sans affaiblissement ni altération pour peu que l'on dispose çà et là sur les liaisons MIC de transmissions téléphoniques, d'amplificateurs simplifiés à bas coût (les Répéteurs-Régénérateurs) qui vont régénérer à l'identique le signal utile de départ.
La Modulation par Impulsion et Codage permet de créer le Multiplexage Numérique des signaux de conversations téléphoniques en multipliant facilement et à bas coût le nombre de conversations téléphoniques simultanées sur de longues distances.
C'est pour cet ensemble de raisons que l'Administration s'est tournée dès 1957 vers la Transmission Numérique des conversations téléphoniques.
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Contexte initial.
Au départ, il faut rappeler que la totalité des commutateurs téléphoniques de l'époque (rotatifs, crossbar), puis ultérieurement semi-électroniques, commutent les abonnés d'un commutateur à l'autre en signal analogique.
Cependant, bien qu'aucun commutateur numérique n'était encore inventé, il est devenu progressivement rentable de convertir le réseau des transmissions analogiques en liaisons numériques.
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Les débuts de la Transmission Numérique téléphonique.
Le processus de numérisation commença progressivement, par des essais expérimentaux locaux, en région ; puis, l'on commença à convertir certaines grandes artères de cuivre...
Ainsi, par déploiement progressif, nous en sommes arrivés à ce qu'en sortie des Commutateurs téléphoniques de transit de grande capacité (alors analogiques), les conversations téléphoniques soient immédiatement numérisées puis multiplexées numériquement pour ensuite être transportées par des liaisons de transmissions numériques, sur de longues distances.
Le but, au commencement, de la Modulation Numérique étant alors de transporter les conversations sur de longues distances, avec un coût économique réduit.
Sur les faisceaux de liaisons numériques, les signaux sont facilement amplifiés puis régénérés par les Répéteurs Numériques, à bas coût, tout au long de leur trajet.
Puis, ces liaisons numériques, à leur entrée dans le Commutateur suivant étaient reconverties en signaux de conversations analogiques basses fréquences, puis commutées soit vers les abonnés demandés, soit vers un commutateur suivant.
La technologie du Multiplexage Numérique remplaçait donc le Multiplexage Analogique sur les artères des centres de transit, petit à petit...
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Jusqu'en 1970, étant donné qu'aucun Commutateur autre qu'analogique n'avait encore été inventé, il n'y avait pas le choix : il fallait en bout de liaison de transmission numérique tout reconvertir obligatoirement en signaux de conversations analogiques avant chaque entrée dans un Commutateur.
Le numérique ne pouvait être affecté qu'à la transmission des conversations entre centres téléphoniques, ce qui était d'ailleurs l'objet de sa conception et de son exploitation au commencement...
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En 1970, une invention capitale va rapidement changer la donne : la naissance de la Commutation Numérique.
En effet, le 6 janvier 1970, est mis en service réel pour la première fois dans le monde, en France, le premier Commutateur entièrement numérique PLATON, Commutateur capable de commuter les signaux numériques sans être obligé de les reconvertir en son sein en signaux basses fréquences analogiques.
Les choses commencent donc à bouger...
Et si, au lieu de convertir les signaux provenant des liaisons de transmissions numériques en signaux analogiques, nous multipliions les Commutateurs entièrement électroniques, et que nous laissions les signaux numériques circuler librement sous forme numérique au travers d'un ensemble de Commutateurs intégralement numériques ?
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Ce fut la solution retenue pour expérimentation dès 1971 : un petit groupe de Commutateurs entièrement numériques, reliés ensembles par des liaisons entièrement numériques allait être rapidement déployé autour de la ville de Lannion. Cette région, où est implanté le CNET, est retenue en raison de sa faible densité de population, étant donné que les tous premiers Commutateurs intégralement numériques avaient des capacités de raccordement assez réduites.
Au fur et à mesure de l'accroissement de la maîtrise, des perfectionnements, de la fiabilité et des capacités des Commutateurs numériques, ils furent progressivement déployés un peu partout en tant que Commutateurs d'abonnés puis en tant que Commutateurs de transit.
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Concernant la Transmission Numérique par Liaisons Métalliques :
Ci-dessus : la première baie d'équipements MIC 36 voies, installée à Chaville. Photographie PTT - Novembre 1967 - Coll. C. R-V.
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Les différents assemblages de base numériques :
Après les premières expérimentations numériques par les PTT à partir de 1966, il est décidé de normaliser les types de liaisons numériques.
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Les différents supports de liaisons numériques métalliques normalisés en technologie Plésiochrone (en service avant 1978) :
Liaison 2 Mégabits/s (1 GPN) soit 30 voies téléphoniques :
Liaison 8 Mégabits/s (1 GSN) soit 120 voies téléphoniques :
Liaison 34 Mégabits/s (4 GSN) soit 480 voies téléphoniques :
Liaison 52 Mégabits/s (6 GSN) soit 720 voies téléphoniques :
Liaison 140 Mégabits/s (16 GSN) soit 1920 voies téléphoniques :
Liaison 565 Mégabits/s (64 GSN) soit 7680 voies téléphoniques :
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Exemples de Câbles de Transmission Numérique à paires symétriques utilisés dans les Télécommunications :
Ci-dessus : deux coupes de Câbles de Transmission Numérique en Système TN2 enterrés.
Photographies PTT - 17 décembre 1973 - Coll. C. R-V.
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Ci-dessus : projet de 1978 concernant la création de nouveaux Faisceaux Hertziens envisagés. À noter que tous les faisceaux et tous les commutateurs envisagés ne seront pas forcément construits.
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Le système PHARAON. (Plateforme Hertzienne d'Aiguillage pour Réseau Automatique à Organisation Numérique.)
En 1975, le grand boom du Téléphone nécessite de construire de nouveaux Centres Téléphoniques équipés de nouveaux Commutateurs d'Abonnés qui sont inaugurés "à la chaîne". Il est aussi nécessaire de construire de nouveaux Commutateurs de Transit afin de permettre l'écoulement de trafic généré par tous ces nouveaux abonnés mis en service si rapidement.
Aussi, en Île-de-France, s'avère-t-il nécessaire de connecter aussi rapidement que possible les Commutateurs de Transit Urbains de Paris Intra-Muros (CTU) avec les nouveaux Centres de Transit de la Zone Périphérique (CTZP - Banlieue Parisienne), pour permettre à ces centres à peine sortis de terre de fonctionner à plein rendement au plus vite.
Or, dans la capitale et sa région, l'urbanisation est déjà telle que projeter de construire rapidement les nouvelles artères souterraines en cuivre, pour ces transmissions supplémentaires, se heurterait à la longue durée prévisible des multiples chantiers de travaux publics, avec son corolaire d'imprévus techniques voire archéologiques, de servitudes de passage, d'autorisations de permis de construire, de conflits juridiques avec le voisinage.
Tout accroissement rapide de nos capacités de Transmissions est donc impossible en l'état...
Avant de mettre en service la première nouvelle artère cuivre partant de Paris vers n'importe quel Centre de Transit de la Zone Périphérique (banlieue) plusieurs années seraient nécessaires...
Par chance, les équipementiers Thomson-CSF et S.A.T (Société Anonyme de Télécommunications - groupe Philips) s'associent pour la circonstance et parviennent à mettre au point en 1975 une nouvelle technologie de Faisceaux Hertziens, en technologie désormais Numérique !
PHARAON est un système hertzien propre à l'Île-de-France installé à partir de Mars 1975 pour créer des artères hertziennes entre Paris Intra-Muros et chaque nouveau Centre de Transit Pentaconta de la région parisienne.
Ci-dessus : "Antenne Tambour" d’Émission/Réception PHARAON.
Photographie PTT - 18 novembre 1975 - Coll. C. R-V.
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Ci-dessus : "Poutre" PHARAON - Organe Hertzien d’Émission/Réception - FH13-50 - 13 GHz associé à l'antenne de la Tour Maine-Montparnasse.
Photographie PTT - 12 novembre 1975 - Coll. C. R-V.
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Ci-dessus : - à gauche Organe Hertzien d’Émission/Réception - FH13-50 ;
Photographie PTT - 23 décembre 1975 - Coll. C. R-V.
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L'Administration des Télécommunications, ayant acheté le 57ème étage de la Tour Montparnasse au moment de sa construction, dispose donc du point le plus haut de Paris dès 1975 pour permettre d'implanter le nombre "d'Antennes Tambour" nécessaires pour relier Paris au reste de la banlieue de toute l'Île-de-France.
Le Réseau de Transmission PHARAON réservé aux Centre de Transit Pentaconta est donc créé, qui s'avère être un réseau connecté en étoile, centré sur Paris Intra-Muros.
Ces liaisons hertziennes numériques, d'une porté maximale de 25 km, d'une capacité maximale de 720 voies simultanées, sont des liaisons numériques de 52 Mbit/s, émises dans la bande de 12,75 à 13,25 GHz, via les "Antennes Tambour" de 2 mètres de diamètre.
Ci-dessus : bloc autonome installé sur le toit-terrasse du Centre de Transit de Vélizy CTZP qui contient les équipements d’Émission/Réception ainsi que le groupe d’Énergie.
Photographie PTT - 10 septembre 1975 - Coll. C. R-V.
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Ci-dessus : antenne PHARAON du Blanc-Mesnil installée au sommet d'un pylône autonome.
Photographie PTT - 23 décembre 1975 - Coll. C. R-V.
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Concernant la Transmission Numérique par Fibres Optiques :
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Supports ultérieurs en Fibres Optiques dites STM (Synchronous Transmission Module) - Norme mise en étude à partir de 1991 ; uniquement sur fibres optiques monomodes :
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Arrivée de l'ATM (Asynchronous Transmission Module )
Définition de l'ATM donnée par le CNET : l'ATM est une technique de transfert d'informations de type paquets conçue pour un environnement multiservice, comportant aussi bien des applications de données à haut débit que des applications à fortes contraintes de temps, telles que l'audiovisuel ou le son de qualité, voire des applications demandant une intégrité sémantique comme le son à haute fidélité ou le service synchrone dit d' « émulation de circuit ». c'est-à-dire qui fournit l'équivalent d'un circuit.
Le format de la cellule élémentaire fixé à 53 octets (5 octets pour l'identification de la cellule et 48 octets pour la charge utile) et à des nœuds de commutation à files d'attentes courtes, avec des mécanismes d'allocation de ressources et de contrôle d'accès garantissant une intégrité suffisante.
Chaque cellule contient un identificateur de conduit virtuel, VPI (Virtual Path Identifier) et un identificateur de circuit virtuel, VCI (Virtual Channel Identifier).
La technique comporte ainsi deux niveaux de multiplexage à l'intérieur du conduit de transmission et distingue un réseau de conduits virtuels gérés par des nœuds, les brasseurs de VP, et un réseau superposé de commutateurs de circuits virtuels opérant sur l'ensemble des identificateurs de conduits virtuels VPI et de circuits virtuels VCI.
Le grand écart : la transition du téléphone analogique vers le tout numérique.
Alors, évidemment, les deux grandes familles téléphoniques (Analogiques et Numériques), ont dû cohabiter pendant encore 30 années entre 1970 et 2000, car l'on ne pouvait pas d'un claquement de doigts changer en une nuit le Tout Analogique pour le Tout Numérique...
Le réseau téléphonique français a ainsi cumulé simultanément jusqu'à la totalité des 6 grandes familles de commutateurs téléphoniques entre 1970 et 1979 (Rotatifs pas à pas à contrôle direct déjà convertis en contrôle indirect, Rotatifs pas à pas à contrôle indirect, Rotatifs à contrôle par impulsions inverses, Crossbar, Semi-électroniques et Numériques temporels de 1ère génération), combinées avec les deux familles de transmissions (Analogiques et Numériques). Nous pouvons dire que ce fut le grand écart, et que les convertisseurs analogique vers numérique et numérique vers analogique, installations très coûteuses et volumineuses florissaient partout, au fur et à mesure de la numérisation très progressive du réseau...
Très-progressivement, le réseau des transmissions fut donc numérisé jusqu'à l'être totalement en 1997 (l'Île-de France l'étant dès Avril 1993), ainsi que l'ensemble des commutateurs les plus anciens (à commutation analogique-spatiale) fut progressivement remplacé ;
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Ci-dessus : M. le Ministre des PTT - Louis Mexandeau (collier de barbe) inaugure le Navire Câblier Raymond Croze, à quai, à la base Marine des PTT de La Seyne-sur-Mer.
Photographie PTT - 12 octobre 1983 - Coll. Orange DANP.
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Ci-dessus : navire câblier Vercors et ses équipes pendant la pose du câble téléphonique sous-marin à fibre optique monomode entre Marseille et Ajaccio (câble CC3) -
Photographies PTT Marseille - 27 juillet 1987 - Coll. C. R-V.
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Ci-dessus : un des deux points d'atterrissement du câble téléphonique sous-marin à fibre optique monomode entre Marseille et Ajaccio (câble CC3).
Photographie PTT Marseille - 27 juillet 1987 - Coll. C. R-V.
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Ci-dessus : navire câblier Raymond Croze et ses équipes, à proximité de L'Île-Rousse (Isula Rossa) pendant la pose du câble sous-marin de télécommunications à fibre optique entre Cannes et L'Île-Rousse (câble CC4) -
Photographie FT - Janvier 1992 - Coll. C. R-V.
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Détail de l'agenda de la numérisation du téléphone français.
Principe de la conversion des signaux analogiques en signaux numériques binaires :
Il s'agit de passer d'un état analogue à une grandeur physique (les ondes vibratoires vocales) à un état mathématique formé par un ensemble de nombres...
Pour parvenir à la conversion de signaux analogiques téléphoniques en signaux numériques téléphoniques, il est nécessaire de procéder à 3 premières étapes : l'échantillonnage, la quantification puis le codage binaire.
- Étape 1 : Échantillonnage. En téléphonie classique avec des téléphones basiques qui existent depuis l'invention du téléphone, les signaux analogiques vocaux (ainsi que les tonalités transmises) d'une conversation en cours entre deux abonnés sont tout d'abord échantillonnés à la fréquence de 8.000 Hz. (Un échantillon vocal est prélevé et mesuré toutes les 125 µs. Ceci signifie que l'on effectue 8.000 mesures de tension à chaque secondes.)
Un tel échantillonnage permet de pouvoir reconstituer à chaque extrémité de la chaîne de commutation et de transmission les conversations de manière fidèle jusqu'à une fréquence maximale audible de 4.000 Hz, limite suffisante pour reconstituer des conversations en cours qui soient compréhensibles.
L'échantillonnage est en fait une approximation d'un signal analogique dans le temps.
Source : Documents Information Télécommunications. 01/1972.
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- Étape 2 : Quantification. Une fois les échantillons vocaux prélevés toutes les 125 µs, il est nécessaire de procéder à une seconde approximation : l'approximation en niveau de tension.
En effet, un signal analogique étant susceptible de prendre une infinité de valeurs entre une tension A et une tension B, cet aspect impose de réduire les valeurs de tensions possibles de ces échantillons en un nombre limité de valeurs-étalons.
La valeur de sortie de l'étage de quantification est la valeur-étalon de référence la plus proche de la valeur réelle de la tension d'échantillonnage d'entrée.
Il a été retenu, en norme téléphonique, que les niveaux de tensions échantillonnées seraient compris entre 256 niveaux de tensions différents (256 valeurs-étalons). (Chaque échantillon est donc systématiquement arrondi en une valeur numérique comprise entre une valeur comprise entre 0 et 255.)
Une telle quantification, même s'il ne s'agit pas de Haute-Fidélité telle que l'on pourrait la qualifier en acoustique, permet en norme téléphonique, le codage de suffisamment d'états d'amplitude possibles des signaux vocaux.
Source : Documents Information Télécommunications. 01/1972.
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- Étape 3 : Codage. Puis ces échantillons vocaux, qui peuvent prendre 256 valeurs différentes sont convertis en numération binaire (en base 2) sur des mots d'une longueur de 8 bits.
À partir de là, les échantillons sont devenus des nombres exprimés en base 2, c'est à dire par un nombre au format de 8 chiffres, dont chaque chiffre peut prendre la valeur 0 ou 1.
Comme ces signaux codés sont échantillonnés à la fréquence de 8.000 Hz, sur un mot binaire de 8 bits, le débit équivalent en éléments binaires par secondes (e.b/s) sera de 8.000 Hz x8 bits = 64.000 bits/s.
Nota : Bit est l'abréviation de BInary digiT, qui constitue la plus petite quantité d'information possible par exemple «OUI» ou «NON» ; «0» ou «1».
En français, le Bit se traduit par Élément Binaire (e.b.)
Source : Documents Information Télécommunications. 01/1972.
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Il serait déjà avantageux de réaliser des transmissions sur de longues distances sous forme numérique, car l'intérêt premier serait de pouvoir amplifier de manière peut coûteuse la liaison numérisée, étant donnée que nous savons à l'avance qu'à un instant donné, la valeur théorique transportée est soit égale à 0, soit égale à 1.
Par contre, dans ce cas présent, nous ne pourrions transporter sur de longues distances qu'une seule voie téléphonique simultanément, ce qui finalement ne s'avérerait pas très avantageux...
Il faut donc trouver quelque chose de plus...
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Le Multiplexage Numérique.
Lorsque nous avons échantillonné à chaque instant T, toutes les 125µs, en fait, cet instant T a duré 3,90µs. (durée fixée par les normes téléphoniques : il faut l'instant le plus court possible, mais tout en gardant une durée suffisamment longue de sécurité, eu égard aux tolérances des composants électroniques, qui eux, sont bien réels, et ne sont pas des formules mathématiques parfaites...)
Donc, sur une liaison numérique, nous voyons qu'il y a un temps mort de 125µs - 3,90µs = 121,10µs.
Puisqu'il existe un si grand temps mort entre deux échantillons numériques vocaux, pourquoi ne pas y insérer d'autres échantillons vocaux émanant d'autres conversations téléphoniques ?
Ainsi nous pourrions transmettre sur une même liaison numérique 125µs/3,90µs = 32 conversations téléphoniques numérisées à la fois ! En fait, si la durée d'échantillonnage est de 3,90µs, nous avons 32 Intervalles de Temps disponibles (IT) pour faire circuler à la fois successivement et simultanément 32 conversations téléphoniques.
C'est ce que l'on appelle le Multiplexage Numérique : à partir d'une simple liaison numérique, nous pouvons acheminer simultanément 32 voies téléphoniques, de quoi faire disparaître la pénurie de capacités de voies de transmissions de conversations, en réutilisant les liaisons métalliques existantes, qui ne peuvent acheminer en basses fréquences qu'une seule conversation à la fois...
Le Multiplexage Numérique est en fait un système Multiplex à répartition dans le temps.
Le Multiplexage Numérique est réalisé dans une matrice de conversion dénommée Circuit M.I.C.
- Étape 4 : Multiplexage Numérique. Ces signaux numérisés sous forme de mots binaires de 8 bits, émanant d'une conversation en cours, avec un débit binaire de 64.000 bits/s, sont ensuite insérés dans une voie d'un Circuit MIC, et ce côte à côte avec d'autres signaux provenant d'autres conversations en cours. (jusqu'à 30 conversations téléphoniques simultanées peuvent circuler sur une même liaison MIC.)
Un Circuit MIC est équipé de 32 voies, car une Liaison MIC est "découpée" en 32 Intervalles de Temps de 3,90µs chacun.
Nota : pour chaque circuit MIC, seulement 30 voies sont en réalité réservées au transport des conversations téléphoniques, car 2 voies sont notamment affectées à la synchronisation et au contrôle d'erreur.
En effet, parmi les 32 voies, numérotées de 0 à 31,
- la voie 0 est destinées à la synchronisation : qui doit permettre d'indiquer aux équipements de multiplexage (ou de démultiplexage) quel est le premier Intervalle de Temps parmi les 32 possibles,
- la voie 16 est destinée par convention à l'échange de signaux de signalisation (dialogues) entre équipements téléphoniques, pour permettre l'aiguillage des conversations, le contrôle d'erreurs etc...
Une fois multiplexés, les signaux des 30 voies de conversations téléphoniques sortent sur une Liaison M.I.C.
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Source : Documents Information Télécommunications. 01/1972.
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En conclusion :
Ci-dessous : 2 notices anciennes expliquant les bases de la Transmission Numérique.
Histoire des Télécommunications Françaises © Claude Rizzo-Vignaud, 5 novembre 2022.