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TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 1 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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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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