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Introduction aux réseaux cellulaires
Techniques d’accès et de partage de la ressource radio
Systèmes de Télécommunication Cycle d’harmonisation 2A AST
TEL-COM202 2011/2012
Septembre 2011
Georges Rodriguez Dépt. COMELEC Pièce A311
( : 01 45 81 73 97 * : [email protected]
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Technologies, systèmes et services
« Wireless »
Radio cellulaire
« Cordless »
Réseaux locaux
Satellite
Réseaux larges
Boucle Locale Radio
« Paging »/messages
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Les systèmes de communication sans fil
Caractéristique fondamentale
Offrir des services de télécommunications
indépendants :
Position Temps Mobilité
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Les objectifs du cours
ü Comprendre les technologies ü Saisir les aspects socio-économiques du « wireless » ü Comprendre les techniques d’accès multiple ü Connaître les principaux systèmes
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Plan
• Introduction – le RTC; • Le duplex téléphonique; • Capacité d’un réseau radio; • L’accès multiple; • La technologie radio;
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Plan
• Introduction – le RTC; • Le duplex téléphonique; • Capacité d’un réseau radio; • L’accès multiple; • La technologie radio;
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Le Réseau Téléphonique Commuté (suite)
Utilisateur A
Utilisateur B
Utilisateur C
Utilisateur D
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Mode « circuit » - mode « paquet »
ü Dans le RTC, le switch créé un « circuit » de communication ü Ce circuit s’appelle la « boucle de l’abonné » ü Cette boucle est constituée de plusieurs segments qui sont concaténés par les commutateurs.
Il existe une autre façon d’adresser un message !
Le mode « paquet »
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Les caractéristiques du RTC (suite)
ü Adressage à Implicite à l’existence de la boucle locale ü Identité à Base de données dynamique ü Bidirectionnalité à superposition des deux signaux sur le
même support de transmission ü Types de services à Limités par les caractéristiques de la paire torsadée
Comment résoudre ces problèmes dans le cas du « wireless » ?
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Les caractéristiques du radio-mobile
Dans le cas du « wireless » : 1. Le canal matériel n’existe pas ! 2. L’utilisateur n’appartient pas nécessairement au réseau
de l’opérateur ! 3. La superposition ne garantie pas la bidirectionnalité ! 4. Les propriétés du canal varient dans le temps ! 5. L’utilisateur du réseau bouge ! !
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Plan
• Introduction – le RTC; • Le duplex téléphonique; • Capacité d’un réseau radio; • L’accès multiple; • La technologie radio;
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Le duplex pour le <<sans-fil>>
Duplex Sans Fil
FDD (Frequency Division Duplex)
TDD (Time Division Duplex)
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Plan
• Introduction – le RTC; • Le duplex téléphonique; • Capacité d’un réseau radio; • L’accès multiple; • La technologie radio;
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Déf. de capacité :
Nombre d ’abonnés qui peuvent communiquer de façon simultanée sur le réseau téléphonique
Définition de la capacité d’un réseau
C’est le point de vue de l’opérateur du réseau !
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L’interférence co-canal
Pr(d) Pr(d)
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Le principe cellulaire (acte VI – Le « colourID » des cellules)
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Plan
• Introduction – le RTC; • Le duplex téléphonique; • Capacité d’un réseau radio; • L’accès multiple; • La technologie radio;
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Motivation : Parole 10-60% du temps en activité vocale ! !
Conséquence :
La ressource canal est très MAL exploitée ! !
Solution :
Partage de la ressource (accès)
L’accès multiple
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Les techniques d ’accès multiple (suite)
Accès Multiple
Réglementé Il existe une règle d’accès qu’il faut respecter.
Le non respect de la règle implique l’interdiction d’accès à la ressource canal.
Aléatoire Il n’existe aucune une règle d’accès. Il y a des collisions.
Le protocole d’accès est une règle pour gérer les collisions
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L’accès multiple réglementé
Accès Multiple
Réglementé
Fixe La règle est toujours la même,indépendamment
que la ressource soit utilisée ou non. Ex : TDMA, FDMA
Sur demande La règle est toujours le même mais elle n’est
pas disponible tout le temps. Il faut la solliciter si j’ai un message à transmettre. Ex : Polling ou jeton
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L’accès multiple aléatoire
Accès Multiple Aléatoire
Répété En cas de collision, la requête de communication
se répète. Ex : p-ALOHA, s-ALOHA
Réservé En cas de collision, la requête est inscrite dans
une liste de réservation Ex : réservation implicite ou explicite
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Propriétés d’un protocole d’accès multiple
ü Il doit contrôler l’allocation de la capacité du canal aux différents utilisateurs ;
ü Il doit utiliser la ressource canal de façon efficace : Notions de « throughput » et retard ;
ü Il doit gérer l’allocation de la ressource de façon équilibrée entre les utilisateurs ;
ü Il doit être flexible en autorisant des types de trafic différents ;
ü Il doit être stable, à partir d’un état d’équilibre, toute augmentation du trafic doit conduire le système à un nouvel état d’équilibre ;
ü Il doit être robuste vis-à-vis d’une panne des équipements ;
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Les protocoles ALOHA
Accès : Les utilisateurs accèdent au canal chaque fois qu’ils ont
des données à transmettre
Problème à Il y a des Collisions ! !
Protocoles Aloha
Accès Multiple Aléatoire dans les réseaux d’ordinateurs Proposé par l’Université de Hawai en 1970
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Le p-ALOHA
• Mode « Transmission » à Les utilisateurs émettent quand ils le souhaitent en protégeant leurs informations par un code détecteur d’erreurs.
• Mode « Écoute » à Après Tx les utilisateurs attendent un acquittement (ACK) du récepteur. S’il y a eu collision, le RTx détecte des erreurs et émet un non-acquittement (NAK)
• Mode « Retransmission » à Comme suite a un NAK, les utilisateurs retransmettent leurs messages en attendant un temps aléatoire.
• Mode « Timeout » à Après un certain temps si aucun ACK ou NAK est reçu, alors les utilisateurs retransmettent leurs messages
Le protocole p-ALOHA est extrèmement simple !
En supposant que tous les paquets ont exactement la même durée, p-ALOHA est constitué des modes suivants :
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Le s-ALOHA (Slotted ALOHA)
Le Protocole p-Aloha peut être amélioré en rajoutant un minimum de coordination entre les utilisateurs !
Comment ? Une séquence de marques de synchro est systématiquement diffusée vers tous les utilisateurs. Un utilisateur peut envoyer ses paquets d’information seulement pendant la durée d’un « slot »; la transmission peut démarrer seulement au début d’un « slot ».
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Le s-ALOHA (suite)
En supposant que tous les paquets ont exactement la même durée, s-ALOHA est constitué des modes suivants :
• Mode « Transmission » à Les utilisateurs émettent en protégeant leurs informations par un code détecteur d’erreurs à partir de « tops » de synchro (début d’un « slot »)..
• Mode « Écoute » à Après Tx les utilisateurs attendent un acquittement (ACK) du récepteur. S’il y a eu collision, le RTx détecte des erreurs et émet un non-acquittement (NAK)
• Mode « Retransmission » à Comme suite a un NAK, les utilisateurs retransmettent leurs messages en attendant un temps aléatoire multiple entier de la durée d’un « slot ».
• Mode « Timeout » à Après un certain temps si aucun ACK ou NAK est reçu, alors les utilisateurs retransmettent leurs messages selon 1.
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Le CDMA – Quelques questions
Qu’est ce qu’on alloue ? Comment séparer les utilisateurs entre eux ?
Un code (mot de passe) Codes orthogonaux
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Le CDMA – Approche cellulaire
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Le CDMA – Approche cellulaire (suite)
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Plan
• Introduction – le RTC; • Le duplex téléphonique; • Capacité d’un réseau radio; • L’accès multiple; • La technologie radio;
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Les problèmes issus de la radio
Les problèmes de la radio
Le retard de propagation
Le contrôle de puissance
Le canal public
Les effets secondaires
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Le retard de propagation
D
d
Tp = d/c
Ex: d = 150 m Tp = 500 ns D = 30 km Tp = 100 µs !
Problème : synchro au niveau de la station de base !
Solution : gestion du « timing advance »
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Le canal public
Solution : CHIFFREMENT !
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Exemple : le chiffrement du
Trois Algorithmes
De Chiffrement
A3 Authentication Alg. Signed RESponse (SRES)
A8 Privacy Key Generation Alg. (Kc)
A5/x Encription Alg.
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Les effets secondaires
Les effets « secondaires »
Le « bursting de puissance
Les effets biologiques
Les interférences radio
Les interférences basse fréquence
Les « nouvelles technologies »
La radio et l’environnement
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Images de BTS
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L’image du jour (trouver l’erreur)
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L’image du jour (suite)
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