Res Cell 3LR

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LES RÉSEAUX CELLULAIRES RYM OUERTANI 1 RYM OUERTANI Institut Supérieur d’Informatique et des Techniques de COMmunication [email protected] Septembre 2013

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LES RÉSEAUX CELLULAIRESRYM OUERTANI

1

RYM OUERTANI

Institut Supérieur d’Informatique et des Techniques de COMmunication

[email protected]

Septembre 2013

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Plan2

� Définitions: systèmes cellulaires, systèmes sans fils

� Canal de propagation

� Système cellulaire� Système cellulaire

� Gestion des ressources radio

� Duplexage

� Accès multiple: FDMA, TDMA, CDMA

� Gestion de la mobilité

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Plan3

� Infrastructure GSM

� Gestion de la localisation

� Gestion de la localisation� Gestion de la localisation

� La sécurité

� Les canaux logiques

� Bilan sur les réseaux 2G

� Au-delà de la 2G

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� Les réseaux 2.5G: le GPRS

� Contexte

� Principe

Plan

� Principe

� Débits

�QoS

� Terminaux

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� Architecture

�Mobilité

� Bilan sur le GPRS

Plan

� Bilan sur le GPRS

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Définitions6

� Réseau cellulaire:

⇒ couverture continue d’un large territoire avec des stations de base

� Systèmes sans fils

⇒ couverture d’îlots⇒ couverture d’îlots

Réseau cellulaire Système sans fil

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Définitions7

� Mobilité:

� Itinérance : capacité à utiliser le réseau en tout

point de la zone de service.point de la zone de service.

� Itinérance internationale (International Roaming):

capacité à utiliser un autre réseau que celui

auquel on est abonné.

�Mobilité radio (hand over): possibilité de déplacer

le terminal en gardant la communication.

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Le canal de propagation8

� Canal = l’espace = le canal radio

� Le signal se propage sous forme d’onde

éléctromagnétique de la forme:éléctromagnétique de la forme:

� : amplitude de l’onde

� : pulsation. f étant la fréquence.

� : phase.

( )ϕω +⋅= tAS sinrr

Ar

fπω 2=

ϕ

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� Caractéristiques:

� Présence d’obstacles

� A la traversée d’un obstacle, l’onde peut subir les

Le canal de propagation

A la traversée d’un obstacle, l’onde peut subir les

phénomènes suivants:

� Réflexion: lorsque l’obstacle est opaque

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� Réfraction: lorsque l’obstacle est transparent

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Le canal de propagation

� Dispersion: lorsque l’obstacle est dispersif

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� Diffusion: l’onde atteint plusieurs récepteurs

Le canal de propagation

� Diffraction: l’onde peut contourner l’obstacle

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Le canal de propagation12

� L’obstacle absorbe une partie de la puissance de l’onde:

Atténuation de la puissance.

� Lorsque l’atténuation est grande, on parle � Lorsque l’atténuation est grande, on parle

d’évanouissement de l’onde.

� A cause des réflexions, …, l’onde est déviée de sa

trajectoire initiale:

⇒ Absence du trajet direct.

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Le canal de propagation13

� L’onde est divisée en plusieurs signaux, chacun avec une

amplitude et un angle différents :

⇒ Effets de multi-trajets.

⇒ permet une couverture de zones initialement

masquées.

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Le canal de propagation14

� Les obstacles peuvent être mobiles : réponse

impulsionnelle du canal variable au cours du temps :

⇒ Canal fluctuant.⇒

� Le canal radio est ouvert: une infinité d’utilisateurs

peuvent y avoir l’accès.

⇒ Présence d’interférences.

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Le canal de propagation15

� Evaluation de la qualité de transmission :

� S=puissance du signal utile

� B=puissance du bruit mesuré au récepteurB=puissance du bruit mesuré au récepteur

� Rapport signal sur bruit: RSB= S/B

� Interférence co-canal: utilisation de la même fréquence

sur deux sites voisins

⇒ Un deuxième paramètre est pris en compte: les

interférences.

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Le canal de propagation16

⇒ Rapport signal sur bruit et interférences

RSBI=S/(B+I)

Du fait de l’existence d’une infinité d’interféreurs : � Du fait de l’existence d’une infinité d’interféreurs :

B<<I.

⇒ On parle couramment de rapport signal sur

interférences : S/I.

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Système cellulaire17

� Pour couvrir une zone continue:

� Placer en contigüe des antennes d’émission (stations de base) dans le réseau.

� Chaque antenne couvre une région limitée appelée

� Chaque antenne couvre une région limitée appelée cellule.

⇒ Découpage du réseau en cellules.

� La taille des cellules n’est pas fixe.

⇒ Découpage non régulier

� La taille de la cellule dépend du trafic.

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Système cellulaire18

� Exemple:

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Système cellulaire19

� L’opérateur affecte une ou plusieurs fréquences à chaque station de base.

� Les mêmes canaux de fréquence sont réutilisés dans plusieurs cellules.plusieurs cellules.

� Un motif cellulaire est l'ensemble des cellules dans

lequel chaque fréquence est utilisée une seule fois.

� Les cellules d’un seul motif utilisent toutes la bande

passante.

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Système cellulaire20

� Exemple : réseau GSM

� Découpage en damier hexagonal.

�Motif optimal : �Motif optimal :

; i, j entiers naturels

� Distance de réutilisation des fréquences :

; R=rayon de la cellule

jijiK ⋅++= 22

RKD ⋅⋅= 3

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Système cellulaire21

� Exemples de motifs:

Motif à K=3 Motif à K=4

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Ressources radio22

� Pour optimiser l’utilisation des fréquences, deux techniques sont mises en place:

� La réutilisation des fréquences.

� L’accès multiple: le multiplexage.

� Le multiplexage consiste à combiner plusieurs signaux pour les transmettre sur un seul support.

� Il existe plusieurs techniques de multiplexages.

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Ressources radio – Accès multiple23

� Accès Multiple à Répartition en fréquence AMRF (FDMA frequency division multiple access) :

� Partage de la bande passante totale en plusieurs � Partage de la bande passante totale en plusieurs canaux simplex (ou porteuses).

� 1 utilisateur par fréquence.

� Un canal physique simplex : une sous-bande.

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Ressources radio – Accès multiple24

FDMA

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Ressources radio – Accès multiple25

� Accès Multiple à Répartition en temps AMRT (TDMA time division multiple access)

� Partage FDMA du spectre en porteuses. Puis :Partage FDMA du spectre en porteuses. Puis :

� Partage TDMA de chaque porteuse en intervalles de temps ou slots.

� Les systèmes TDMA sont de fait FDMA/TDMA.

� Pour éviter les collisions, allouer un slot de temps à chaque utilisateur.

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Ressources radio – Accès multiple26

� Exemple: Le GSM

� Utilise les techniques FDMA+TDMA.

� Porteuses espacées de 200 kHz.

� Trame TDMA à 8 intervalles de temps (577 µs par intervalle de temps).

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Ressources radio – Accès multiple27

� Accès Multiple à Répartition en Code AMRC (CDMA code division multiple access)

� Coder chaque bit sur un ensemble de chips

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Ressources radio – Accès multiple28

� Pour un bit, transmission d’une séquence de chips de longueur n.

� Séquence propre à chaque utilisateur :

⇒ multiplexage de codes.⇒ multiplexage de codes.

� Utilisation de codes orthogonaux.

� Tous les utilisateurs transmettent sur la même fréquence en même temps.

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Ressources radio – Accès multiple29

� Exemple de séquences de code:

{ }{ }{ }

11111111

11111111

2

1

−+++−+−−=++−++−−−=

c

c

� Principe d’orthogonalité:

{ }{ }{ }11111111

11111111

11111111

4

3

2

−+−−−−+−=−−+++−+−=−+++−+−−=

c

c

c

=⋅

≠=⋅∀∀

ncc

jisiccji

ii

ji 0:,

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30

� A l’émission: Multiplexage de tous les utilisateurs sur la même fréquence :

∑=

⋅=N

iii cbm

1

Ressources radio – Accès multiple

� m : le signal multiplexé.

� A la réception: Dissociation de l’utilisateur en question grâce au principe de l’orthogonalité :

=i 1

ii bncm ⋅=⋅

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Ressources radio – Accès multiple31

� Conséquence: Etalement de spectre

� Débit en bits : b bit/s (durée d’un bit Tb)

� Rythme chips : n×b chips/s (durée d’un chip Tc=Tb/n)

⇒ Etalement de spectre⇒ Etalement de spectre