Téléphonie Analogique et Numérique

Bien avant l’apparition de la VoIP, nous avions deux solutions de téléphonie en place. La téléphonie analogique fut la première inventée, bien avant l’arrivée du numérique.

Aujourd’hui ces deux solutions sont encore très largement répandues, et perdent du terrain petit à petit.

Dans cet article nous allons nous intéresser au fonctionnement des communications analogiques et numériques dans le cadre de la téléphonie.

Car oui, il est n’est pas rare d’intégrer des lignes et des postes analogiques et numériques dans nos installations de VoIP. Il est même tout à fait possible de devoir reprendre une installation existante.

 

1) La Téléphonie Analogique

 

Tout d’abord, qu’est-ce qu’une transmission analogique ? Et bien c’est une transmission qui utilise les propriétés physiques d’un support pour faire transiter un signal.

Par exemple, lors-ce que l’on parle, le son de notre voix utilise les propriétés de l’air pour se propager. L’air va vibrer, et cette vibration va se propager. Il s’agit là d’un signal analogique.

Nous verrons plus tard l’opposition avec un signal numérique qui lui est uniquement sous forme de 0 et de 1.

 

Voici une représentation d’un signal analogique en fonction du temps.

CCNAV - S1.3 - Image-1

 

Quand vous parlez dans le combiné d’un téléphone, la membrane du micro vibre. Cette membrane est reliée à une bobine de fil électrique placée au centre d’un aimant permanent. Donc lors-ce que vous parlez, la membrane vibre, donc la bobine vibre, ce qui créé un courant électrique.

La fréquence et l’amplitude de ce courant sont liées à l’amplitude et la fréquence des mouvements de la bobine, donc de la membrane.

 

Ce courant électrique est envoyé dans un fil électrique.

Si à l’autre bout du fil nous plaçons un haut-parleur, nous pouvons faire vibrer la membrane de ce dernier, et restituer le son.

 

Nous avons là un signal électrique identique aux vibrations de la membrane.

CCNAV - S1.3 - Image-2

 

Bien entendu, sur les lignes analogiques nous ne retrouvons pas que la voix. Il y a aussi de la signalisation comme l’appui sur les touches, la sonnerie, etc…

 

Durant son parcours, le signal peut être altéré par des perturbations, il peut s’atténuer, etc…

Il est possible de régénérer le signal, non sans perte de qualité.

 

Voici qui suffira pour une compréhension basique d’un signal analogique.

 

A présent, penchons-nous sur une question plus pertinente : de quoi est composée une ligne analogique ?

Elle est composée d’une paire de fils avec une tension de 48v. Ces deux fils s’appellent Ring et Tip.

Le Tip ou Ground est le côté positif. Le Ring ou Battery est le côté négatif.

CCNAV - S1.3 - Image-3

 

Une paire représente une ligne. Il peut y avoir un appel à la fois sur une ligne.

Cette paire de fils forme une boucle.

La boucle est ouverte (donc le courant ne passe pas) quand le téléphone est raccroché.

Quand on décroche le combiné, la boucle se ferme, et le courant passe. Un signal électrique alors appelé « Loop Start Signaling » part de l’opérateur et passe à travers le téléphone.

Il existe de nombreux signaux différents en téléphonie analogique.

 

Nous avons les Supervisory Signals pour informer des états :

  • Décroché
  • Raccroché
  • Sonnerie

Et nous avons les Informationals Signals pour les états :

  • Appuie de touche
  • Destination injoignable
  • Occupé
  • Retour sonnerie
  • Congestion
  • Etc…

 

Et enfin les Address Signals avec DTMF.

Les codes DTMF – Dual-Tone Multi Frequency permettent d’envoyer un signal correspondant à l’appui sur une touche.

CCNAV - S1.3 - Image-4

Chaque code correspond à un couple de deux fréquences. C’est pour cela que si vous appuyez sur une touche durant un appel, vous allez entendre un son. Et chaque touche a un son différent.

 

Cela suffira pour notre présentation basique de la téléphonie analogique.

Pour résumé simplement, la téléphonie analogique est très rudimentaire, car c’est la plus ancienne technologie.

La voix est transmise à l’aide d’un signal électrique dans un fil de cuivre. Ce signal peut être altéré et atténué durant son transfert. C’est un des défauts de la téléphonie analogique (cela ne veut pas dire que les autres techniques ne souffrent pas de ces problèmes).

Une ligne analogique est composée d’une paire de fils formant une boucle. Lors-ce que l’on décroche le combiné, la boucle se ferme et un courant circule. La tension est de 48V.

Retenez bien qu’avec une paire nous pouvons former une ligne. Pour avoir plusieurs lignes et donc plusieurs appels simultanés, il faut plusieurs paires.

Donc sur une ligne analogique, nous aurons au maximum un appel à la fois.

En plus de la voix, il y a de la signalisation qui circule sur la ligne (toujours sous forme analogique).

 

2) La Téléphonie Numérique

 

A présent, parlons de la téléphonie numérique.

Vous l’aurez deviné, ici la voix circule de manière numérique sur les lignes. C’est-à-dire qu’elle est transformée en une suite de 0 et de 1.

De la même manière, un fichier audio peut être encodé en MP3, et vous pourrez le stocker sur votre disque dur. A la lecture, votre ordinateur va décoder le fichier, et vous restituer un signal sonore.

Dans le cas de la téléphonie, c’est le poste qui se charge de l’encodage. A la destination le signal sera décodé.

Dans les fils, c’est toujours un signal électrique qui circule. Mais cette fois-ci il représente simplement une suite de 0 ou de 1.

Par exemple, un « 1 » pourrait être représenté par une tension de 5V, et un  « 0 » par une tension de 0V.

 

Cela apporte déjà un avantage considérable.

En effet, l’altération du signale n’est pas aussi grave qu’en analogique. Si notre signale de 5V est altéré pour une quelconque raison, et que nous n’avons plus que 4V à l’arrivée, nous pouvons assumer qu’il s’agit d’un 1.

La restauration du signal se fait donc sans perte.

Bien entendu, un signal trop altéré ne pourra être utilisé.

 

La question est donc « Comment le poste transforme la voix en un signal binaire ? ».

Comme en analogique, nous commençons par transformer la voix en un signal électrique.

 

Nous allons ensuite suivre le théorème de Shannon qui dit :

« La représentation discrète d’un signal par des échantillons régulièrement espacés exige une fréquence d’échantillonnage supérieure au double de la fréquence maximale présente dans ce signal. »

Sachant que le réseau téléphonique possède une fréquence allant de 300 à 3 400 Hz, il nous faut donc une fréquence d’échantillonnage qui fasse au moins le double, c’est-à-dire 6 800 Hz.

La fréquence standard retenue est de 8 000 Hz.

C’est-à-dire que nous allons prendre 8 000 échantillons par seconde, soit un toutes les 125 microsecondes.

 

Il y a ensuite 3 étapes.

 

1 – Echantillonnage du signal

Le principe est simple. Nous allons prendre 8 000 échantillons du signal par seconde.

CCNAV - S1.3 - Image-5

Pour des raisons évidentes je n’ai pas représenté les 8 000 échantillons.

 

2 – Quantification des échantillons

Deuxièmement, nous allons quantifier les échantillons.

Pour chaque échantillon, nous allons lui attribuer une valeur en fonction de sa hauteur.

CCNAV - S1.3 - Image-6

Chaque trait bleu représente une valeur. Nous pourrions par exemple quantifier les échantillons avec des nombres allant de 0 à 100.

1 seconde de son pourrait être représenté par 8 000 nombres allants de 0 à 100.

 

Vous pouvez voir que plus l’amplitude est faible, plus la quantification est précise.

La quantification est faite de cette manière car le plus souvent lors-ce que l’on parle au téléphone l’amplitude est basse. Cela permet une meilleure précision.

 

3 – Codage en binaire

A présent il faut sortir un code binaire qui représente la quantification.

Pour chaque échantillon, 8 bits seront utilisés pour représenter sa valeur.

A raison de 8 000 échantillons par seconde, cela consomme 64 000 bits/s

 

Nous avons principalement 2 lois de quantification, A-Law et µ-Law.

La première est utilisée principalement en Europe et en Afrique, alors que la deuxième est utilisée principalement en Amérique du nord et au Japon.

Leur fonctionnement est proche.

 

A présent, le son de notre voix est transposé en un signal binaire.

Ce signal binaire peut être envoyé à travers un câble électrique.

Autre avantage d’une transmission binaire, c’est qu’il est possible de transmettre plusieurs signaux sur un même lien, en même temps.

Pour cela nous faisons appel à une technique appelée TDM – Time Division Multiplexing.

Si nous avons 3 sources qui souhaitent utiliser un lien, elles transmettront à tour de rôle.

Ce qui fait qu’en téléphonie numérique, un seul lien peu supporter plusieurs communications simultanées.

 

Pour la connexion à l’opérateur de téléphonie, il existe 2 types de lignes numériques :

  • Les lignes T1: principalement utilisées en Amérique du Nord et au Japon
  • Les lignes E1: utilisés dans le reste du monde

 

Une ligne T1 propose 24 DS0 – Digital Signal 0, c’est-à-dire 24 canaux pour le transport de la voix. Il y a une bande passante total de 1.544 Mbps.

Il existe ensuite les lignes T2 (6.312 Mbps), les lignes T3 (44,736 Mbps en Amérique et 32,064 Mbps au Japon) et les lignes T4 (275 Mbps en Amérique et 97,728 Mbps au Japon).

 

Une ligne E1 propose 30 ou 31 DS0, et il y a un total de 32 canaux. Il y a une bande passante de 2 Mbps.

Le canal 0 est réservé pour les infos de framing (synchronisation, transport d’alarme, etc…).

Le canal 16 (donc le 17ème) peut être utilisé pour le signaling ou pour la voix.

Il y a donc 30 ou 31 canaux pour la voix, selon la solution de signaling utilisée (voir plus bas).

Il existe aussi les lignes E2 (8.448 Mbps), les lignes E3 (34.368 Mbps) et les lignes E4 (139.264 Mbps).

 

Un DS0 est un canal de 64 Kbps.

 

Pour placer des appels sur une ligne numérique il faut du signaling.

Pour rappel, en analogique nous avons vu 3 types de signaling :

  • Supervisory Signals
  • Informationals Signals
  • Address Signals

 

En analogique, le signaling est fait en envoyant des signaux électriques spécifiques sur la ligne.

En numérique nous ne pouvons pas faire de même.

 

Il existe 2 solutions pour le signaling en numérique :

  • CAS – Channel Associated Signaling
  • CCS – Common Channel Signaling

Le CAS propose d’envoyer les informations de signaling sur les mêmes canaux que la voix.

Pour une ligne T1, elle propose 24 DS0. Sur chacun de ces 24 canaux, nous allons emprunter un peu de bande passante, pour envoyer les données de signaling.

Pour une ligne E1, elle propose 31 DS0. Nous empruntons un peu de bande passante sur les 31 canaux.

 

L’emprunt ce fait comme ceci : toutes les 6 frames envoyés, nous utilisons le 8ème bit de cette sixième frame pour le signaling.

 

Exemple pour une ligne T1.

CCNAV - S1.3 - Image-7

 

La lettre « S » indique que la frame est utilisée pour la signalisation.

En dessous est représenté un code binaire. Le « X » représente le bit emprunté.

Le processus continu de la même manière pour la frame 12, la 18e, etc…

 

Bien entendu, si nous empruntons de la bande passante normalement utilisée pour la voix, nous aurons une baisse de la qualité.

Mais cette diminution n’est pas perceptible par l’oreille humaine.

 

La méthode CAS est souvent appelé RBS – Robbed Bit Signaling.

 

Le CCS quant à lui propose de réserver un canal pour le signaling.

Sur une ligne T1, nous n’avons alors plus que 23 canaux pour la voix. C’est le canal 24 qui est réservé.

Sur une ligne E1, nous n’avons alors plus que 30 canaux pour la voix. C’est le canal 16 qui est réservé.

 

CCS est la méthode privilégiée de signaling, car il permet une plus grande flexibilité avec les messages de signalisation. La sécurité est aussi améliorée car la signalisation n’est pas envoyée dans les canaux de voix.

Enfin, cela permet aux opérateurs d’utiliser des messages de signalisation propriétaires.

 

En résumé, la téléphonie numérique est bien plus évoluée que la téléphonie analogique.

La voix est numérisée puis convertie en un code binaire, qui est transféré sur un câble électrique.

Grace à la méthode TDM, il est possible de faire passer plusieurs communications en simultanées sur une ligne.

Nous disposons de lignes T1 ou E1, et il existe deux méthodes pour supporter la signalisation, CAS et CCS.

 

A noter qu’en France, France Télécom (Numéris) propose des lignes numériques qu’ils appellent T0 et T2, qu’il ne faut pas confondre avec les lignes T1 que nous avons vu.

Une ligne T0 propose 2 canaux pour la voix, et 1 pour la signalisation.

La ligne T2 Numéris est en fait une ligne E1. Seul le nom change.

 

3) Réseau de Téléphonie Interne

 

Nous avons vu beaucoup de théorie, mais à quoi ressemble vraiment le réseau de téléphonie interne ?

 

Pour un particulier il est possible de relier directement un poste au réseau de l’opérateur.

C’est le type d’installation classique pour un domicile.

 

Sinon, pour les entreprises il est possible d’utiliser un Autocommutateur ou PABX. Il s’agit d’un appareil capable de gérer la téléphonie interne, et de connecter les postes internes au réseau public. C’est l’ancêtre du serveur de VoIP.

CCNAV - S1.3 - Image-8

 

Comme il ne peut y avoir qu’un seul appel simultané sur une ligne analogique, il peut être nécessaire d’avoir plusieurs liens vers l’opérateur. Cela autorisera plusieurs appels entrants et sortants simultanés.

En numérique, le problème ne se pose pas.

Un PABX peut en général fonctionner en analogique ou en numérique, aussi bien pour la téléphonie interne que pour le lien vers l’opérateur.
Pour cela il faut ajouter des cartes analogiques ou numériques au PABX. Ces cartes comportent des ports.

 

4) PSTN et ISDN

 

Allons directement à l’essentiel.

Le PSTN – Public Switched Telephone Network est le réseau public de téléphonie analogique.

En français le PSTN s’appelle RTC – Réseau Téléphonique Commuté.

C’est le réseau de l’opérateur qui route les appels publics.

 

L’ISDN – Integrated Services Digital Network est le réseau public de téléphonie numérique.

En français il s’appelle RNIS – Réseau Numérique à Intégration de Services. En France, le réseau RNIS de France Télécom est plus connu sous le nom de Numéris.

 

En analogique, nous avons vu que le lien vers le PSTN est une paire de fils qui forme une boucle. Nous appelons cela la Local Loop.

Elle relie le réseau de téléphonie interne à un switch appelé CO Switch. Le réseau public est composé d’une multitude de switch reliés par des Trunk.

 

En numérique, le lien vers l’ISDN peut, comme nous l’avons vu, être une ligne T1, E1, etc…

 

5) Numéros de Téléphone

 

Terminons sur les numéros de téléphones.

En informatique, les adresses IP identifient les machines. L’adressage IP se fait de manière hiérarchique avec un système de réseau / sous-réseau.

Les numéros de téléphones fonctionnent sur un principe similaire.

 

Le standard E.164 est un plan de numérotation développé par l’ITU – International Telecommunication Union.

Chaque numéro dans le plan E.164 comprend les éléments suivants :

  • Code du pays : indique le pays
  • Code National : indique une zone dans le pays
  • Numéro de l’abonné

En France, le code du pays est 33

 

Voici quelques détails sur les indicatifs français.

  • 01 : Région Île-de-France
  • 02 : Région Nord-ouest, Réunion et Mayotte
  • 03 : Région Nord-est
  • 04 : Région Sud-est et Corse
  • 05 : région Sud-ouest, et DOM-COM de l’océan Atlantique
  • 06 et 07 : mobiles
  • 08 : Services payants
  • 09 : Services téléphoniques
  • 00 : Préfixe pour appeler l’international

 

Je vous invite à consulter la page suivante pour plus de détails. Vous trouverez notamment les indicatifs départementaux.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Indicatif_t%C3%A9l%C3%A9phonique_local_en_France

 

Pour ce qui est de la numérotation en interne à votre entreprise, libre à vous d’assigner les numéros comme bon vous semble.

 

 

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Publié dans La Téléphonie
2 commentaires pour “Téléphonie Analogique et Numérique
  1. bibang dit :

    c’était bien

  2. abdellah koudri dit :

    merci bcp

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