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anntenne katherin configuration portscoverageTRANSCRIPT
LES RÉSEAUX CELLULAIRESRYM OUERTANI
1
RYM OUERTANI
Institut Supérieur d’Informatique et des Techniques de COMmunication
Septembre 2013
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
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
4
� Les réseaux 2.5G: le GPRS
� Contexte
� Principe
Plan
� Principe
� Débits
�QoS
� Terminaux
5
� Architecture
�Mobilité
� Bilan sur le GPRS
Plan
� Bilan sur le GPRS
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
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.
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
9
� 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
� Réfraction: lorsque l’obstacle est transparent
10
Le canal de propagation
� Dispersion: lorsque l’obstacle est dispersif
11
� Diffusion: l’onde atteint plusieurs récepteurs
Le canal de propagation
� Diffraction: l’onde peut contourner l’obstacle
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Système cellulaire18
� Exemple:
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.
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
Système cellulaire21
� Exemples de motifs:
Motif à K=3 Motif à K=4
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.
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.
Ressources radio – Accès multiple24
FDMA
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.
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).
Ressources radio – Accès multiple27
� Accès Multiple à Répartition en Code AMRC (CDMA code division multiple access)
� Coder chaque bit sur un ensemble de chips
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.
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:,
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 ⋅=⋅
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