Rseaux sans-fil Rseaux sans filet rseaux de mobilesFlorent Dupont Florent Dupontfdupont@liris.cnrs.frhttp://liris cnrs fr/florent dupont http://liris.cnrs.fr/florent.dupontObjectifs du cours j Comprendre les spcificits des rseaux "sans-fil" dans l t i i d i l h b j ' la transmission, depuis les couches basses jusqu'aux applications tudier les exemples de technologies actuelles pour tudier les exemples de technologies actuelles pour illustrer : les notions d'architecture (station de base, cellule) ( ) les mcanismes de handover les problmes de scurit etc. Enjeu conomique et social : trs forte croissance, modification des comportements h mains (tra ail loisir modification des comportements humains (travail, loisir, communication, etc.)Master Informatique - UCBL Florent Dupont2Documents, bibliographie , g p Rseaux de mobiles et rseaux sans filAl Agha, Pujolle, Vivier (Eyrolles) 802.11 et les rseaux sans filP l M hl th l (E ll ) Paul Muhlethaler (Eyrolles) Principles of Wireless NetworksK. Pahlavan, P. Krishnamurthy (Prentice Hall) Wi-Fi par la pratiqueD M l t G P j ll (E ll ) Davor Males et Guy Pujolle (Eyrolles)ART A t it d R l ti d Tl i ti ART Autorit de Rgulation des Tlcommunicationshttp://www.art-telecom.fr/Master Informatique - UCBL Florent Dupont3+ nombreux sitesPlan du cours (1) ( )1repartie Historique Utilisation des bandes de frquencesR l B d l t i i Rappels : Bases de la transmission PropagationPrincipes fondamentaux spcifiques : Principes fondamentaux spcifiques : Mobile,Antenne Antenne, Architecture, Cellule Cellule, Handover etc.Master Informatique - UCBL Florent Dupont4etcPlan du cours (2) ( )2mepartie : exemples de systmesGSM GSM - GPRS/EDGE - UMTS WiFiGSMGPRS Systmes satellites : TV, WiFi DVBEDGE UMTSWiFi Boucle Radio Locale Systmes : DECT, Bluetooth, IrDADECTIrDABluetoothy , , Systmes IS95, CDMA 2000 IP MobileCDMA 2000BluetoothDVB Services mobiles Rseaux futurs : 4GIS95BLRMaster Informatique - UCBL Florent Dupont5seau utu s GHistoriqueMaster Informatique - UCBLHistorique q 1838 : Thorie (S. Morse) 1858 : Cble transatlantique 1864 : quations de Maxwell 1865 : Tlgraphe (S. Morse) 1876 : Tlphone (Bell) ( ) 1898 : 1recommunication mobile (Marconi,puis Arme US) 1915 : 1reliaison tlphonique transcontinentale (Bell System) 1930 : Tlvision (principes)Master Informatique - UCBL Florent Dupont7Historique q 1948 : Invention du transistor, thorie de Sh Shannon 1950 : nombreuses communications mobiles professionnelles professionnelles 1958 : 1errseau cellulaire public (Allemagne) ( g ) 1962 : 1ersatellite TV (Telsar I) 1962 : 1ersatellite gostationnaire (Intelsat I) 1964 : Transmission de donnes sur RTC 1969 : Internet 1970 : Bell / 1GMaster Informatique - UCBL Florent Dupont8Historique q 1970 : dbut des systmes cellulaires analogiques 1980 : dbut des systmes sans cordon 1983 : tudes GSM (numrique) ( q ) 1985 : tudes DECT 1988 : Dbuts GSM / tudes CDMA 1988 : Dbuts GSM / tudes CDMA 1990 : IEEE 802.11 Wireless LAN1990 M i il t l (t ) 1990 : Messagerie unilatrale (tape) 1991 : Dploiement GSM 1993 : DEC 1800, dbut IS-95 (CDMA)Master Informatique - UCBL Florent Dupont9Dveloppement du sans-fil pp+ La drglementation a jou un rle important g j p+ Progrs en lectronique : i i t i ti d i t miniaturisation des quipements augmentation de l'autonomie (batteries) rduction du prix des quipements+ Moyen le plus rapide et le moins coteux pour + Moyen le plus rapide et le moins coteux pour couvrir un territoire sans "re-cbler"+Intrt de la mobilitne pas confondre sans-fil et mobileMaster Informatique - UCBL Florent Dupont10ne pas confondre sans fil et mobileMaster Informatique - UCBL Florent Dupont11Utilisation des bandes de frquencesMaster Informatique - UCBLUtilisation des bandes de frquences qMaster Informatique - UCBL Florent Dupont13Utilisation des bandes de frquences qMaster Informatique - UCBL Florent Dupont14Agence nationale des frquences (www.afnr.fr) Bandes de frquences : attribues aux diffrents services de radiocommunication par le Rglement des radiocommunications radiocommunication par le Rglement des radiocommunicationsde l'Union internationale des tlcommunications, labor par les confrences mondiales des radiocommunications. En France, les bandes ainsi attribues sont rparties entre 9 affectataires (7 administrations et 2 autorits indpendantes) AC Administration de laviation civile DEF Ministre de la dfense ESP Espace INT Ministre de lintrieur INT Ministre de l intrieur MTO Administration de la mtorologie PNM Administration des ports et de la navigation maritime (ex phares et balises) (ex phares et balises) RST Ministre de lducation nationale, de la recherche et de la technologie CSA Conseil suprieur de l'audiovisuelMaster Informatique - UCBL Florent Dupont15CS Co se sup eu de aud o sue ART Autorit de rgulation des TlcommunicationsAgence nationale des frquences (www.anfr.fr) + des frquences utilisables pour certains matriels de faible puissance et de faible porte puissance et de faible porte Exemple :Bande des frquences 2400 2454MHzPuissance max. 100 mWLargeur canal non imposeRfrences Dcisions ART Nxxx Rfrences Dcisions ART N xxxMaster Informatique - UCBL Florent Dupont16Master Informatique - UCBL Florent Dupont17Rappels : Bases de la transmissionMaster Informatique - UCBLFrquences : Fourier q Toute fonction priodique g(t) ayant pour priode T=1/f peut se dcomposer en une somme de fonctions priodiques sinusodales et dcomposer en une somme de fonctions priodiques sinusodales et cosinusodales : ) ft 2 ( b ) ft 2 i ( ) t ( Les coefficients anet bnsont les amplitudes respectives des sinus et = =t + t + =1 nn1 nn) nft 2 cos( b ) nft 2 sin( a c ) t ( gn np pcosinus (harmoniques) et c est gal la valeur moyenne du signal :} } }T T T1 2 2} } }= t = t =0 0n0ndt ) t ( gT1c , dt ) nft 2 cos( ) t ( gT2b , dt ) nft 2 sin( ) t ( gT2a Cette dcomposition est appele srie de Fourier. Exemples : frquences dans un signal une imageMaster Informatique - UCBL Florent Dupont19Exemples : frquences dans un signal, une imageFrquences : Fourier q Transforme de FourierReprsentation d'un signal sur une base de fonctions exponentielles complexes Cas mono-dimensionnel+ +} } t t= =dx e ). x ( f ) u ( F du e ). u ( F ) x ( fjux 2 jux 21FFMaster Informatique - UCBL Florent Dupont20Exemple : rponse en frquence de l'oeilMaster Informatique - UCBL Florent Dupont21Numrisation / discrtisationAmplitudeQuantificationTempspContinue DiscrteSignal analogique Signal quantifiContinug g q g qMonde rel macros.Signal numrique Signal chantillonnFiltre analogique / ampli Signal logique idalisDiscretIl ny a que dans ce cas que lon peut capa commutes / CCD CalculateurchantillonnageMaster Informatique - UCBL Florent Dupont22y q q passocier un nombre entier au signalchantillonnage : Thorme de ShannonThorme De Shannon: Fe > 2 x Fmax(Signal) Thorme De Shannon: Fe > 2 x Fmax(Signal)Exemple : pchantillons Signal Signal reconstitu ? Un signal incorrectement chantillonn Master Informatique - UCBL Florent Dupont23ne pourra pas tre reconstituBande passante pLa bande passante caractrise tout support de transmission, c'est la bande de frquences dans laquelle les signaux sont correctement reus :W = Fmax Fmin (en Hz) Le spectre du signal transmettre (ventuellement d l) d it t i d l b d t d modul) doit tre compris dans la bande passante du support physique.Master Informatique - UCBL Florent Dupont24Bande passante p Exemples: l'atmosphre limine les U.V. l'oreille humaine est sensible dans la bande 20 Hz-20 KHz Rseau tlphonique commut (RTC) Rseau tlphonique commut (RTC)Amplitude AmplitudeAmaxAmax-3dBFrquence30034003100 HzqHzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont25Dbit maximum d'un canal de transmission Si un signal quelconque est appliqu l'entre d'un filtre passe-bas ayant une bande passante W, le signal ainsi filtr peut tre reconstitu avec un chantillonnage 2W/s(Nyquist, Shannon)Dmax= 2 W log2Ven bit/ssi le signal comporte V niveaux significatifs (Valence). La bande passante limite la rapidit de modulation.Exemple: Pour un canal sans bruit dont la bande passante est de 3000 Hz qui ne peut transmettre qu'un signal binaire, D max = 6000 bit/s.Master Informatique - UCBL Florent Dupont26Bruit, capacit , p Bruits alatoires dgradation de la transmission Quantit de bruit = rapport de la puissance du signal transmis la puissance du bruit = rapport signal sur bruit (SNR l i i l t i ti S/N) = rapport signal sur bruit, (SNR en anglais signal to noise ratio ou S/N). Pour un canal de transmission de bande passante W perturb par du bruit dont le rapport signal sur bruit est S/N, la capacit depp g , ptransmission maximale C en bit/s vaut :C =W log2(1+PS/PN)en bit/s2 S NS/N est exprim en dB en gnral, mais pas dans la formule !(S/N)dB= 10 log10(PS/PN) PS/PN=10(S/N)dB/10( )dBg10(S N)S N Exemple: Pour un canal dont la bande passante est de 3000 Hz et un rapport S/N=30dB, (valeur typique du rseau tlphonique l i ) P /P 1000 C 30 000 bit/Master Informatique - UCBL Florent Dupont27analogique), PS/PN=1000 => C = 30 000 bit/s.Perturbations Perturbations l'information extraite du signal reu peut conduire des erreurs. Causes multiples, principale proccupation dans les systmes de tlcommunication tlcommunication. Affaiblissement ou attnuation = perte d'nergie du signal pendant sa propagationAttnuation (dB) = 10 log10(P1/P2)(-3 dB correspond une perte de la moiti de la puissance) ( p p p ) Affaiblissements diffrents suivant les harmoniques distorsionsEn pratique affaiblissements damplitude ngligeable jusqu fcappele frquence de coupure. Pour compenser cet affaiblissement et pour permettre des transmissions sur de longues distances amplificateurs ou rpteursMaster Informatique - UCBL Florent Dupont28transmissions sur de longues distances amplificateurs ou rpteursPerturbations L'attnuation augmente avec la frquence (passe-bas). La distorsion temporelle = toutes les composantes harmoniques dun signal ne se propagent pas la mme vitesse. Un dphasage du signal (distorsion de phase) constitue une perturbation. u = u (f) . Le dphasage dpend de la frquence. Le temps de groupe est donn u (f) . Le dphasage dpend de la frquence. Le temps de groupe est donn par :)) f ( ( d 1) f ( Tu =df 2) f ( T tMaster Informatique - UCBL Florent Dupont29Bruit Tout signal indsirable interprt par le rcepteur et dlivrant une information incohrente. Sources de bruit : metteur du signal ; media de transmission ; media de transmission ; perturbation atmosphrique. Bruit thermique = agitation thermique des lectrons Bruit thermique = agitation thermique des lectrons (source de bruit la plus courante) Diaphonie = influence mutuelle entre deux signaux utiles Diaphonie = influence mutuelle entre deux signaux utiles mais sur des conducteurs voisins.Master Informatique - UCBL Florent Dupont30Modulation / Dmodulation Transmission dun signal spectre troit sur un support large bande passante mauvaise utilisation du support techniques de modulation et de multiplexageSoit un signal priodique : y(t) = A sin (2 ft + u) Soit un signal priodique : y(t) = A sin (2tft + u) Signal transport sousforme d'une onde faisant varier une des caractristiques physiques du support: q p y q pp diffrence de potentiel lectrique; onde radiolectrique intensit lumineusePorteuse: p(t) = Apcos (2tfpt + up) On fait ensuite subir des dformations ou modulations cette porteuse pour distinguer les lments du message.Master Informatique - UCBL Florent Dupont31Modulation La modulation est la transformation d'un message transmettre en un signal adapt la transmission sur un support physique. Les objectifs de la modulation sont:t iti d d i d f une transposition dans un domaine de frquences adapt au support de transmission;ill t ti d i l t l b it une meilleure protection du signal contre le bruit; une transmission simultane de messages dans les bandes de frquences adjacentes, pour une meilleure utilisation du support.f Trois types de modulation de base existent, en faisant varier les trois paramtres de l'onde porteuse: Ap, fp, up.Master Informatique - UCBL Florent Dupont32Modulation de frquence q(FSK: Frequency Shift Keying) ( q y y g) une valeur de frquence une valeur du signalMaster Informatique - UCBL Florent Dupont33Modulation de frquence q Porteuse sinusodale de frquence F0module par deux frquences opposes +f0et -f0une frquence est associe chaque niveau logique.-600 Hz +600 Hz1200 Hz 1800 Hz 2400 HzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont34Modulation de frquence q Liaison "full-duplex": pmission / Rception simultane on partage la bande passante du canalune voie l'mission F1+/- f1+ une voie la rception F2+/- f2Bande passante du canal Bande passante du canal1080 Hz 1750 Hz980 Hz 1180 Hz 1650 Hz 1850 HzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont351080 Hz 1750 HzModulation d'amplitudep(ASK: Amplitude Shift Keying) ( p y g) une valeur d'amplitude une valeur du signal Master Informatique - UCBL Florent Dupont36Modulation de phasep(PSK: Phase Shift Keying) ( y g) un dphasage une valeur du signal Avec des codes plusieurs bits, on peut augmenter le dbit sans h l f d d l ti changer la frquence de modulation. Les vitesses de transmission sont plus leves qu'en modulation FSK pour la mme bande passanteMaster Informatique - UCBL Florent Dupont37p pModulation de phasep Exemple : avis V22 du CCITT (1200 bauds) - phase code sur 2 bitsConstellation V2200 (90)01 (0)10 (180)11 (270) Nombre de dphasages limit par le bruit pour retrouver le bon signalMaster Informatique - UCBL Florent Dupont38Modulation combine Combiner plusieurs types de modulation parmi les trois types de modulation dcrits auparavant. Les normes actuelles utilisent des combinaisons des modulations de phase et d' lit d d'amplitude.Exemple : Modulation V29 7200 bits/s 8 tats de phase et 2 valeurs d'amplitude 8 tats de phase et 2 valeurs d amplitudeConstellation V29010 001 111011 000 33001 111 110 101 32Master Informatique - UCBL Florent Dupont39100Modulation combine en quadrature q Porteuses en quadrature : addition de deux porteuses de frquence f0en quadrature, on obtient une seule porteuse, toujours de frquence f0Master Informatique - UCBL Florent Dupont40Modulation combine en quadrature qModulation de phaseQuadrature Amplitude ModulationQAM 164 tats (2 bits)QAM 1616 tats (4 bits)000 0101 00Quadrant00 01010 1 11 1011 10Quadrant 00Quadrant 1010 1110 1110 11101 00Quadrant 01Quadrant 11 00 01Modulation des 2 porteusesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont41Modulation des 2 porteusesModulation combine en quadrature qQuadrature Amplitude M d l tiQuadrature Amplitude ModulationModulationQAM 6464 tats (6 bits)ModulationQAM 128128 tats (7 bits)64 tats (6 bits)( )Master Informatique - UCBL Florent Dupont42Multiplexagep g Objectif : optimiser l'usage des canaux de transmission pour un transit simultan du maximum d'informations partage (multiplexage) du support physique de transmission entre plusieurs signaux.C t h i t l t i d t i Ces techniques peuvent se classer en trois grandes catgories: multiplexage frquentiel : MRF (Multiplexage par Rpartition de Frquence)FCMRF (Multiplexage par Rpartition de Frquence)FDM (Frequency Division Multiplexing) multiplexage temporel : FCT multiplexage temporel :MRT (Multiplexage Rpartition dans le Temps)TDM (Time Division Multiplexing)FTCTDM (Time Division Multiplexing) multiplexage par codeCDM (Code Division Multiplexing)TF CMaster Informatique - UCBL Florent Dupont43TMultiplexagep g La ralit est parfois (?) plus complexe p ( ) p pFCTMaster Informatique - UCBL Florent Dupont44Multiplexage en frquences p g q Partage de la bande de frquences disponible en plusieurs canaux (ou sous-bandes) plus troits : en permanence chacun de ces canaux est affect un "utilisateur" exclusif Ligne de transmission large bandeFiltrage Dmodulation Modulation FiltrageCanal 1 Canal 1Filtrage Modulation FiltrageCanal 2 Canal 2DmodulationFiltrage Modulation FiltrageCanal 2 Canal 2Filt M d l tiDmodulationD d l tiFiltrage Modulation FiltrageCanal n Canal nLigne large bandeDmodulationCanaux Frquenceg g1n 23Master Informatique - UCBL Florent Dupont45Multiplexage frquentiel de trois canaux tlphoniques 3 liaisons tlphoniques multiplexes avec technique FDM. Des filtres appropris limitent la bande passante 3100 Hz par canal tlphonique. Pour assurer un multiplexage correct, une bande de frquences de 4000 Hzp g , qest attribue chaque canal afin de bien les sparer les uns des autres. Aff ibli t Affaiblissement60 64 68 72 KHz 300 3400 Hz 60 64 68 72 KHzBandes de frquencesBandes aprs transposition enBandes regroupes sur le canal multiplexMaster Informatique - UCBL Florent Dupont46frquences originalestransposition en frquenceMultiplexage en longueur d'ondep g gWDM (Wavelength Division Multiplexing)proche du multiplexage frquentiel Fib 1Prismes (ou systmes diffraction)Fibre n1Fibre n2Fibre n3Fibre n4 Entre : 2 fibres : flux lumineux d'nergie et de bande de frquences diffrentesMultiplexage WDM compltement passif trs haute fiabilit. FibreW ~ 25000 GHZ n signal qq GH (limite pb de con ersion l mire/lectricit)Master Informatique - UCBL Florent Dupont47 un signal: qq GHz (limite = pb de conversion lumire/lectricit)Multiplexage temporel p g pchaque "utilisateur" a pendant un court instant et tour de rle, la totalit de la bande passante disponible (gnralement rserv aux signaux numriques).Tampon TamponCanal 1 Canal 1Tampon TamponCanal 2 Canal 2Voie compositeTampon TamponCanal n Canal nMUX MUXCanal1Canal 2Canal 3Canal nA1 A2 A3An B1 B2 B3Bn C1TempsT T ITMaster Informatique - UCBL Florent Dupont48Trame A Trame BMultiplexage temporel p g p La vitesse de transmission des voies bas dbit (d)( )est fonction de la vitesse de transmission de la ligne (D) et du nombre de voies n ligne (D) et du nombre de voies nd=D/n La priode T des trames est fonction du nombre de voies et de l'intervalle de temps lmentaire IT de voies et de l intervalle de temps lmentaire IT.T= n x ITMaster Informatique - UCBL Florent Dupont49Modulation par impulsions codes (MIC)Multiplexage temporel pour les transmissions tlphoniques. chantillonnage des signaux analogiques de chacune des voies; chantillonnage des signaux analogiques de chacune des voies; quantification et codage des chantillons multiplexs pour obtenir un signal numrique. multiplexage temporel des chantillons des diffrentes voies; multiplexage temporel des chantillons des diffrentes voies;chantillonnageAmplitudeCodage du signal analogiquechantillonnagetTe: priode d'chantillonnage76543Quantificationt3210Master Informatique - UCBL Florent Dupont505 = %1016 = %110 5 = %101 3 = %011Modulation par impulsions codes (MIC) Les chantillons sont ensuite multiplexs pour former un ensemble de trames. Multiplexage temporel des chantillons de trois voies101| 010| 110| 110| 010| 110Trame 1Trame 2Master Informatique - UCBL Florent Dupont51Multiplexage temporel statistique Multiplexage temporel simple : tranches de temps pas toujours utilises des bits ou des caractres de remplissage sont insrs. Multiplexage temporel statistique ou asynchrone (ATDM: Asynchronous Time Division Multiplexing) Allocation dynamique des tranches de temps aux seules voies qui ont des donnes transmettre un instant donn des donnes transmettre un instant donn. permet de raccorder plusieurs quipements sur une seule ligne, mme si le dbit cumul de chaque voie est suprieur au dbit maximum de la ligne. dbit cumul de chaque voie est suprieur au dbit maximum de la ligne. Le multiplexeur intgre un microprocesseur et des mmoires tampon:il permet des dbits et des paramtres de transmission diffrents sur p pchaque voie ou sous-canal et chaque extrmit.Master Informatique - UCBL Florent Dupont52Multiplexage temporel statistique Le multiplexeur :dt t l t id dtecte les tampons non vides, prlve les donnes mmorises, supprime les bits non significatifs dans le cas d'une transmissiongasynchrone (start, stop, parit), comprime ventuellement les donnes et les insre dans les trames de la voie composite. pd1d2Voie 1Voie 2d1d2Voie 1Voie 2 d2 Voie 2Voie 3Voie 4MUX|||d1|d2|d5|||MUXTramed2 Voie 2Voie 3Voie 4d5 Voie 5Tampons l'instant tTramed5 Voie 5Tampons l'instant t + AtMaster Informatique - UCBL Florent Dupont53l instant t l instant t + Attalement de spectre : DSSS p Donnes transmettre Donnes transmettrebit 0 bit 1 Code pseudo-alatoireE l 10 hicode pourbit 1code pourbit 1 Exemple avec 10 chipscode pour code pourbit 0 Signal de sortieMaster Informatique - UCBL Florent Dupont54talement de spectre : Comparatif talement de spectre : ComparatifCaractristiques Saut de FrquenceFHSSSquence directeDSSS FHSS DSSSAvantages La + sreEnv. difficileLa + employeEnv. peu perturbDbit thorique (Mb/s) 12Dbit effectif (Mb/s) 0.3 0.7 1.2 1.4Scurit Squence de saut Code dtalement Scurit Squence de saut Code d talementTaux derreur moyen 10-310-8Distance maximale en intrieur 50 m 25 mDistance maximale en extrieur 800 m200 m Cohabitation entre WLAN simple contraignantNb max de stations par AP 30 50 10 20Remarques Partage de labande passanteMdia monopolis par metteurMaster Informatique - UCBL Florent Dupont55Principe du CDMA: talement de spectre par les codesxSymboles (voie nk )talementt t- {code k}+ {code k}(Re)xTs1Tc Ts1 b l Q hiTs1 11 symbole Q chipsQ: facteur d'talementcode k code ktSquence dtalement:code k priodis au temps TsfwTsQTc1.1=Tscode k priodis au temps TsfwfwSpectre originalSpectre aprs talementmode TDD de lUMTS (2) Q=16; Ts ~ 4 s; Tc ~ 260 ns(3.84Mchip/s) filtre 1/2 Nyquist (excs de bande: 22%) => Qr= 19,B0 ~ Qr.1/Ts = 5MHzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont56 jeu de Q codes orthogonaux: Walsh-Hadamard x code celluleSynoptique de la trame TDD-UMTS (Voie de donnes)976 Tc 256 Tc 1104 Tc 96 TcSymboles (69)midambule Symboles (69) T. Garde25 sK codes CDMAK s Q1 time slot667 K s Q 667 sPoint de basculementLiaison descendante Liaison montante1 Trame TDD = 15 slot = 10 msMaster Informatique - UCBL Florent Dupont57PropagationMaster Informatique - UCBLGain d'antenne Relation entre le gain d'antenne et la surface effective de l'antenne :2 24 4cfA AGe et=t= G = gain A =surface effectivec Aesurface effective f = frquence de la porteuse c = vitesse de la lumire 3 108m/s c = vitesse de la lumire 3.108 m/s = longueur d'onde de la porteuseMaster Informatique - UCBL Florent Dupont59Propagation par onde de sol p g pPropagation "courbe" p gAntennemettrice /Antennemettrice /Terremettrice / rceptricemettrice / rceptrice Suit la courbure de la terreGrandes distances Grandes distances Frquence -> 2 MHzE l R di AMMaster Informatique - UCBL Florent Dupont60 Exemple Radio AMPropagation ionosphrique p g p qionosphreAntenne AntenneTerremettrice / rceptricemettrice / rceptrice Rflexion sur la ionosphre Rflexion sur la ionosphre Grandes distances Frquence -> 30 MHzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont61Ligne directe gPropagation p gAntennemettrice /Antennemettrice /Terremettrice / rceptricemettrice / rceptrice LOS (Line of Sight) Antennes d'mission et de rception en ligne directe La vitesse des ondes dpend du milieu travers Le changement de milieu (indice de rfraction) induit une Master Informatique - UCBL Florent Dupont62"courbure" dans le trajetAttnuation Dpend essentiellement de la distance po d P Po= d P Pe r avec : Pe= puissance mise (antenne mission)ep ( ) Pr = puissance reue (antenne rception) d = distance entre les antennes d = distance entre les antennes pouvant varier de 2 4Master Informatique - UCBL Florent Dupont63Attnuation Pour une antenne idale isotropique :( ) ( )2 24 4 fd d Pet t ( ) ( )2 24 4cfd dPPret=t= Pe= puissance mise (antenne mission) P = puissance reue (antenne rception) Pr = puissance reue (antenne rception) d = distance entre les antennesit d l l i 3 108/ c = vitesse de la lumire 3.108 m/s = longueur d'onde de la porteuseMaster Informatique - UCBL Florent Dupont64Pertes en dB Calcul en fonction de la frquence et de laqdistance :| |cfdlogdlogPPlog Lre) dB (420420 10|.|

\|t=|.|

\|t=||.|

\|=( ) ( ) dB , d log f log L) dB (r56 147 20 20 + =. \ . \. \Master Informatique - UCBL Florent Dupont65Pertes en dB Calcul en tenantcompte des antennes :( ) ( ) ( )eA A fcdA AdG GdPP22 2224==t=e re re rrA A fA AG GP2 2( ) ( ) ( ) A A log d log log L) dB (10 20 20 + = ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) dB , A A log d log f log LA A log d log log Lr e ) dB (r e ) dB (54 169 10 20 2010 20 20 + =+ = Ge= gain de l'antenne d'mission Gr= gain de l'antenne de rceptionr g p Ae= surface effective de l'antenne d'mission Ar= surface effective de l'antenne de rceptionMaster Informatique - UCBL Florent Dupont66r su ace e ect e de a te e de cept oNotion de multi-trajets j Exemple en intrieurSomme pdes signauxTrajet directTrajet indirect indirectZones de rflexion (matriau mtallique)Master Informatique - UCBL Florent Dupont67Zones de rflexion (matriau mtallique)Types de rseaux sans fil Types de rseaux sans filMaster Informatique - UCBLCouverture des rseaux sans filZone de couvertureMaster Informatique - UCBL Florent Dupont69Couverture des rseaux sans fil PAN : Personal Area Network~ quelques mtres autour de l'usagerEx : Bluetooth, IrDAHAN H A N t k HAN : Home Area Network~ 10 mtres autour d'une station relaisEx : HomeRF Ex : HomeRF LAN : Local Area Network (WLAN pour Wireless)~ quelques dizaines de mtres centaines de mtres ~ quelques dizaines de mtres, centaines de mtresEx : DECT, IEEE 802.11 WAN : Wide Area Network WAN : Wide Area Network~ quelques centaines / milliers de kmEx : GSM, GPRS, UMTS, CDMA, SatellitesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont70GS , G S, U S, C , Sate tesModes de transmissionCaractristiques Unidirectionnelle Omnidirectionnelle(Point point)Porte Importante (qq kms) FaibleVitesse Eleve FaibleInterfrences Rares FrquentesConfidentialit Bonne MauvaiseDiffusion destransmissionsApplications Interconnexion de 2btiments sans passerGestion dun parc deportablespar un oprateur(prive)TechnologiesUtili LaserI fRadioI f Utilises InfrarougeMicro-ondesSatelliteRadioInfrarougeMicro-ondesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont71RadioPrincipes fondamentaux Master Informatique - UCBLPrincipes fondamentaux p Spcifiques au sans fil : p q mobile, antenne, point d'accs, pont rseau, borne d'extension borne d extension organisation cellulaire i d h d mcanisme de handover Master Informatique - UCBL Florent Dupont73Mobile D'une unit logique PC, PDA, Tlphone, D'un metteur / rcepteur (adaptateur)I t ( t PCMCIA) Interne (carte PCMCIA) Externe Master Informatique - UCBL Florent Dupont74AntenneAntennes A t di ti llomni-directionnellesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont75Antennes directionnellesAntenne Caractristique pour tous les types d'antennes : q p yp Facteur de Mrite (G/T) Sensibilit d'un systme de rception Sensibilit d un systme de rception Mesure globale du systme de rception dtermin par la taille de l'antenne (G) utilise et par la qualitpa a ta e de a te e (G) ut se et pa a qua t(T) (niveau de bruit) du rcepteur. Puissance Isotrope Rayonne quivalente Puissance Isotrope Rayonne quivalente (PIRE) puissance rayonne dans une direction donne ou puissance rayonne dans une direction donne ou dans la zone couverte.Master Informatique - UCBL Florent Dupont76Point d'accs Liaison rseau filaire - rseau sans fil Gre le trafic des mobiles d'une celluleen rception et en transmission de donnes en rception et en transmission de donnes Type de matriel : Station (ddie de prfrence) avec : carte rseau traditionnelle pour le rseau filaire carte mission / rception radio couche logicielle adquate couche logicielle adquateMaster Informatique - UCBL Florent Dupont77Borne d'extension Mlange Point d'accs (gre une cellule) + pont radio Pas de connexion au rseau filaire ( point d'accs) Agrandit la zone de couverture sans ajout de cble Agrandit la zone de couverture sans ajout de cble Gre le trafic de sa cellule comme les points d'accs Possibilit d'en utiliser plusieurs pour atteindre les mobiles les + loigns.Master Informatique - UCBL Florent Dupont78Pont radio Lien entre 2 rseaux cblsde 100 m jusqu' quelques kms Se connecte un rseau et non une station Se connecte un rseau et non une station Ne gre pas de cellule de communicationMaster Informatique - UCBL Florent Dupont79Organisation cellulaire Cellule de communication =BSS B i S t S igBSS : Basic Set Servicede taille variable : lie l'environnement lie la puissance du mobile car le point lie la puissance du mobile, car le point d'accs (fixe) dispose priori d'une source d'nergie suffisante d nergie suffisante ESS : Extended Set Service : plusieurs BSS plusieurs AP (Access Point) plusieurs BSS plusieurs AP (Access Point)Master Informatique - UCBL Florent Dupont80Organisation cellulaire g Rutilisation de la mme frquence sur des zones gographiques diffrentes Avantage : augmentation de la capacitInconvnient : augmentation des interfrencesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont81 Inconvnient : augmentation des interfrencesImplantation des antennes pMaster Informatique - UCBL Florent Dupont82Exemple : couverture d'une zone pOrganisation en 6 clusters de 4 cellules1 celluleBABAen 6 clusters de 4 cellulesBA ACDBACDBACDB BADBADBADC CEx: Bande passante de 100 MHz200 KHz ncessaire par canal100 / 2 100C100MHz / 4 cellules = 25 MHz par cellule25M / 200K = 125 canaux par cellule125 canaux *24 cellules = 3000 canaux100MHzpour la cellule 100M / 200K = 500 canauxMaster Informatique - UCBL Florent Dupont83Gain = nombre de clustersOrganisation cellulaire g Nombre d'utilisateurs :avec : NmxBWn =avec : W = largeur de la bande passanteB = bande passante ncessaire par utilisateurN B B = bande passante ncessaire par utilisateur N = facteur de rutilisation spectrale b d ll l l t = nombre de cellules par cluster m = nombre total de cellulesNotion de qualit de service, prise en compte de la l it t ill d t i tMaster Informatique - UCBL Florent Dupont84complexit, taille des terminaux, etc.Organisation cellulaire g Plusieurs types de cellules : yp Femtocellules (qq mtres)Picocellules (qq dizaines de mtres) Picocellules (qq dizaines de mtres) Microcellules (zone urbaine, antennes basses) Macrocellules (zone urbaine, antennes hautes) Megacellules Satellites (centaines de kms) g ( ) Raisons : taille de la zone couvrir nombre Raisons : taille de la zone couvrir, nombre d'utilisateurs, btiments, etc.Master Informatique - UCBL Florent Dupont85Organisation cellulaire g Facteur de rutilisationNRD3 =avec :R D = distance entre cellules R = rayon de la cellule y N = taille du clusterMaster Informatique - UCBL Florent Dupont86Exemple en zone urbaine, N=7 p ,BBBGFACDGACEDBG CFEDFABBFAEDBGACGFACDGFACDBGAC BG CFED EEFAEDGFAECDMaster Informatique - UCBL Florent Dupont87EOrganisation cellulaire g Rapport signal sur interfrences pp g=i erfrence intutilePPSIR Pour deux stations de bases BS1et BS2, avec un t i l di t d t d d BS tt tii , erfrence intterminal une distance d1et d2des BS mettant avec une puissance Peooo o = =1221ddd KPd KPSIRee Frquences / cellules = Maximiser SIR1 2 eMaster Informatique - UCBL Florent Dupont88Organisation cellulaire g Rapport signal sur interfrenceso dSIR0pp go =iidSIR044| |244423616NRDDRSIRLL=|.|

\|= ~ en dB, SIR=-7,78+40 log(DL/R)=1,76+20 log NN 3 4 7 12 13 19SIR en dB11,3 13,8 18,6 23,3 24,0 27,34Master Informatique - UCBL Florent Dupont89Mcanisme de "Handover" Procd issu du tlphone cellulaire GSM Permet au mobile de continuer un transfert commenc dans une cellule, dans une autre Intercellulaire : passage d'une cellule une autre (APAP) Si le signal est trop faible (en gnral) Si un point d'accs sature (partage de trafic) Intracellulaire : Changement de canal (si signal fort) avec qualit faibleI t Inter-rseauTrs important pour les systmes 3GOn parle de Handoff dans les systmes USMaster Informatique - UCBL Florent Dupont90 On parle de Handoff dans les systmes USMcanisme de "Handover"En communicationMcanisme de HandoverEn veille En veille91Mcanisme de HandoverMcanisme de "Handover" Objectif : assurer la continuit des communications tout en assurant une certaine qualit de service. Raisons : optimiser l'utilisation des ressources quilibrer le trafic entre cellules influe sur les aspects couches basses (physique et liaison) influe sur les aspects rseau (commutation de liens)Master Informatique - UCBL Florent Dupont92Mcanisme de "Handover" Exemple GSMMSC : Mobile Switching la qualit du lien est mesur priodiquementMSC : Mobile Switching Center/ControllerBS : Base Station en cas de problme, la BS envoie une alarme vers le MSCMSC le MSC cherche une nouvelle cellule ou un nouveau canall MSC d l h it lBS1 BS2 le MSC dclenche ensuite le handover si c'est possible (l'ancien canal est alors libr) (l ancien canal est alors libr), sinon la communication continueMaster Informatique - UCBL Florent Dupont93Mcanisme de "Handover" le handover est tent de plus en plus souvent : p p rduction de la taille des cellules dans les systmes 2G (numriques) systmes 2G (numriques)(de plus en plus pour le milieu urbain = forte densit de population) densit de population) optimisation du traficC t i t Contraintes : obtenir des mesures prcises de qualit faire le bon choix pour le changement de cellule raliser rapidement le handoverMaster Informatique - UCBL Florent Dupont94raliser rapidement le handoverMcanisme de "Handover" : 3 phases p1. Mesures de qualit et de supervision du lien actif q p puissance du signal reu (RSSI : Received Signal Level Indicator). (RSSI : Received Signal Level Indicator). le taux derreur binaire (BER : Bit Error Rate).ti C/I (C i /I t f ) ratio C/I (Carrier/Interference) distance entre le mobile et la station de base.Ex: GSM entre 3 et 10 mesures toutes les 0,5sMaster Informatique - UCBL Florent Dupont95Mcanisme de "Handover"2. Choix de la cellule ciblele mobile gre une liste de candidates (5 maxi en GSM) si il reoit un signal suffisant pour le canal pilote puissance relative des signaux (P2> P1) puissance relative des signaux avec seuil(P1< seuil et P2> P1) puissance relative des signaux avec hystrsis (P2> P1 +seuil) puissance relative des signaux avec seuil et hystrsis (P il t P P il ) (P1< seuil1et P2> P1 +seuil2)Master Informatique - UCBL Florent Dupont96Mcanisme de "Handover"3. Excution du Handover un nouveau canal est attribula connexion est transfre la connexion est transfre l'ancien canal est libr Diffrents types de Handover : handover doux (soft-handover) handover dur (hard-handover) handover dur (hard handover) handover souple (smooth-handover)Master Informatique - UCBL Florent Dupont97 Mcanisme de "Handover" Handover doux (soft-handover) ( )Avant Pendant AprsMSC MSC MSC MSCBS1 BS2MSCBS1 BS2MSCBS1 BS2 Plus de consommation de ressources+ Meilleur confort lors de passage d'une cellule l'autreMaster Informatique - UCBL Florent Dupont98Meilleur confort lors de passage d une cellule l autreMcanisme de "Handover" Handover dur (hard-handover)MSC MSC MSC( )Avant Pendant AprsMSCBS1 BS2MSCBS1 BS2MSCBS1 BS2 Coupure de communicationla + rduite possible en tablissant le lien l'avanceMaster Informatique - UCBL Florent Dupont99+ Pas de sur-consommation des ressourcesMcanisme de "Handover" Handover souple (smooth-handover)Pour les rseaux TCP/IP, le transport se fait par paquets indpendants : plus le nombre de paquets perdus est rduit, plus le handover est "souple" Handover analogiqueAux tats-unis, les systmes de 1regnration cohabitent avec les systmes numriques :si les 2 systmes et le terminal le permettenthandover analogique pour assurer la continuit de la communicationMaster Informatique - UCBL Florent Dupont100Mcanisme de "Slection / Re-slection" Pour un mobile en veille, on parle de slection de la t ti d b station de base. Un mobile :coute les messages diffuss par les BS tous les coute les messages diffuss par les BS tous les mobiles est prt se connecter au rseau en cas d'appel est prt se connecter au rseau en cas d appel signale sa position rgulirement La mise sous tension d'un mobile implique une slectionp qde BS. Le dplacement induit une re-slection rgulire. La gestion de la localisation = roaming Recherche de mobile = paging dans la dernire cellule ou dans tout le rseau (inondation)Master Informatique - UCBL Florent Dupont101dans tout le rseau (inondation) Accs au rseau Le nombre d'utilisateurs est trs suprieur aupnombre de canaux disponibles Protocoles de rservation = problmatique Protocoles de rservation problmatique particulireavec un contrle centralis non avec un contrle centralis non avec un contrle distribu non accs alatoire (type CSMA) autreMaster Informatique - UCBL Florent Dupont102Accs au rseau CSMA (Carrier Sense Multiple Access) a pour( p ) porigine un systme de communications par radio entre des machines sur les les Hawa (ALOHA - (annes 1970) Principe ALOHA : une station qui veut mettrep qmet, si aucun accus de rception, attente alatoire et r-mission.Trs faible performance pour un fort trafic. Xerox Intel & DEC : standard de fait pour un Xerox, Intel & DEC : standard de fait pour un rseau Ethernet 10 Mbit/s. Norme IEEE 802 3 CSMA CDMaster Informatique - UCBL Florent Dupont103Norme IEEE 802.3 - CSMA -CDAccs au rseau CSMA-CD with Collision Detectiondit CSMA 1-persistant coute du canal avant mission rduction coute du canal avant mission rduction des collisions si canal occup attente en coutant si canal occup, attente en coutant ds que le canal se libre missionen cas de collision attente alatoire en cas de collision, attente alatoire performances suprieuresMaster Informatique - UCBL Florent Dupont104Accs au rseau CSMA non-persistant p si canal occup, attente d'une dure alatoire faible charge beaucoup de bande passante faible charge, beaucoup de bande passante gaspilleCSMA i t t CSMA p-persistant slot = temps maximal de propagation si canal libre, mission avec probabilit pet attente du prochain slot avec probabilit 1-p et attente du prochain slot avec probabilit 1 p si canal occup, attente du prochain slotefficacit lie l'optimisation de pMaster Informatique - UCBL Florent Dupont105efficacit lie l'optimisation de pGSM Master Informatique - UCBLHistorique GSM q 1979 - Accord : 900 MHz pour le mobile 1982, Confrence Europenne des Postes et Tlcommunications2 sous bandes de 25 MHz 2 sous-bandes de 25 MHz 890-915 MHz Mobile -> Rseau 935-960 MHz Rseau -> Mobile 935-960 MHz Rseau -> Mobile GSM = Groupe Spcial Mobile - 13 pays Europens France / Allemagne (tout numrique) France / Allemagne (tout numrique) 1987, transmission numrique avec multiplexage temporel bande moyenne En France : France Tlcom et SFR / Alcatel et Matra Dbuts en 1991, ouverture commerciale en 1992Master Informatique - UCBL Florent Dupont107Norme GSM ETSI = European Telecommunications StandardspInstitute ANSI Norme adopte en dehors de l'Europe Norme adopte en dehors de l Europe Concurrence : norme US et norme JaponMaster Informatique - UCBL Florent Dupont108Norme GSM : Comits techniques q SMG 1 - dfinition des services SGM 2 - interface radio SGM 3 rseau fixe SGM 3 - rseau fixe SGM 4 - services de donnes SGM 5 - Universal Mobile Telecommunication System SGM 6 - administration des rseaux SGM 7 et 8 - tests pour la station mobile et sous- SGM 7 et 8tests pour la station mobile et soussystme radio SGM 9 - carte SIMMaster Informatique - UCBL Florent Dupont109 SGM 9 - carte SIMGSM Russite : spcifications compltes!!! p p architectureservices services interface radio GSM 900 et DCS 1800Master Informatique - UCBL Florent Dupont110Rseau GSM Architecture cellulaire : limite la puissancepd'mission des mobiles = allonge l'autonomie Ondes radio : Ondes radio : Mobile vers BS (station de base)BS M bil BS vers Mobile 2 mobiles dans une mme cellule ne communiquent pas directementMaster Informatique - UCBL Florent Dupont111Cellule GSM Typiquement une cellule hexagonale avec uneyp q gstation de base BS (ou BTS) = tour avec antennesBase Transmitter Station GSM 900 MHz, distance mobile-BS = 35 kms maxmacro-cellule macro cellule DCS 1800 MHz, distance mobile-BS = 2 kms maxmini-cellule mini-cellule puissance plus faible attnuation plus importante des hautes frquences avec la distanceMaster Informatique - UCBL Florent Dupont112Cellule GSM station principale = antenne sur mt, pylne p p py "sous-station" en ville principalement (rues encaisses, tunnels, btiments, ) encaisses, tunnels, btiments, )= antennes peu leves, boucles radio enterres ou dans les murs, cbles rayonnants avec des ou dans les murs, cbles rayonnants avec des fentes dans l'enveloppe extrieureutilisation de rpteurs utilisation de rpteursMaster Informatique - UCBL Florent Dupont113Cellule GSMLes metteurs sont gnralement constitus de 3antennes rparties 120 La rpartition du signal radio antennes rparties 120 . La rpartition du signal radioqui-amplitude forme en premire approximation unhexagone. hexagone.(un metteur muni d'une seule antenne omni-directionnelle a un diagrammesensiblement quivalent).Signal radio qui-amplitudef1Signal radio qui amplitudecelluleBTSf2f3120BTSf2Master Informatique - UCBL Florent Dupont114Structure du rseauBSS NSSBSHLR AUCInterface UmInterface MAPRseauBSC MSCInterface AbisRseau tlphonique ou RNISEIRBS : Base StationBSC : BS Controller (contrle entre 20 et 30 BS)VLRInterface AbisInterface AEIRBSC : BS Controller (contrle entre 20 et 30 BS)BSS : BS System = interface radio (quipement physique de la cellule)NSS : Network Set ServiceMSC :Mobile services Switching Center = commutateurs mobiles gVLR : Visitor Location Register = base d'enregistrement des visiteurs (dynamique)HLR : Home Location Register = BdD de localisation, caractrisation des abonnsAUC : Authentification Center = centre d'authentification des abonnsMaster Informatique - UCBL Florent Dupont115EIR : Equipement Identity Register = base de donnes des terminauxBS : Station de base metteur / rcepteur (TRX)M d l ti / d d l ti li ti d ti Modulation / dmodulation, galisation, codage, correction derreur Mesures radio (transmises au BSC) ( ) Un TRX = 1 porteuse = 7 communications Rural BTS=1 TRX, Urbain BTS=2-4 TRX BTS Standard (2,5-32 Watt)Locaux techniques Locaux techniques Antennes + cble + coupleur + 1-4 TRX Micro-BTS (0.01-0.08 Watt) ( ) Zone urbaine dense quipement intgrC fMaster Informatique - UCBL Florent Dupont116 Cot faibleBSC : Contrleur de stations de base Gre les ressources radio allocation de frquences pour les communications communications mesures des BTS, contrle de puissance des mobiles et BTS mobiles et BTS dcision et excution des handovers Rle de commutateurEx: Plusieurs dizaines de BSC ParisMaster Informatique - UCBL Florent Dupont117HLRBase de donnes de gestionabonns Mmorise les caractristiques dun abonn IMEI - International Identification Equipment Identity : numro unique dans le mobile lors de sa fabrication Numro dabonn IMSI - International Mobile Subscriber Identityse trouve dans la carte SIM Subscriber Identity Module SIM - Subscriber Identity Module Profil dabonnement Mmorise le VLR o labonn est connect (mme Mmorise le VLR o l abonn est connect (mme ltranger) pour permettre l'acheminement ventuel d'un appel entrantMaster Informatique - UCBL Florent Dupont118appe e t a tMSC, VLR et EIR , MSC : Commutateur de services mobiles Communication mobile vers autre MSC Handover si hors BSC Gre le VLR pour la mobilit des usagers (identit temporaire) Fonction de passerelle avec RTC VLR : stocke dynamiquement les informations des abonns lies leur mobilit EIR : Equipement Identity Register = identit des terminaux, contrle d'homologation, dclaration de vol, etc.Master Informatique - UCBL Florent Dupont119MSCMaster Informatique - UCBL Florent Dupont120OMCOperation and Maintenance Center Poste de surveillance de l'ensemble du rseau. Une partie de l'OMC surveille la partie BSS (BTSp p (et BSC), c'est OMC-Radio (OMC-R), l'autre partie surveille la partie NSS, c'est l'OMC-S (OMC- p , (Commutation (Switch)). Chacun d'eux remonte l'ensemble des alarmes Chacun d eux remonte l ensemble des alarmes majeures ou mineures issues du rseau. L'OMC est l'outil de maintenance (curative) Il permet des est l outil de maintenance (curative). Il permet des interventions distance (logicielles).Master Informatique - UCBL Florent Dupont121BSS sous-systme radio y Couche 1 physique Couche 2 liaison de donnes fiabilisation de la transmission (protocole) Couche 3 rseau gestion des circuits commuts g Radio Ressource (RR) gestion des canaux logiques surveillance des balises Mobility Management (MM) localisation/authentification/allocation identit temporaire Connection Management (CM)C ll C t l Sh t M S i S l t S iMaster Informatique - UCBL Florent Dupont122 Call Control, Short Message Service, Supplementary ServicesInterfaces et protocoles pMaster Informatique - UCBL Florent Dupont123Frquences utilises q Bande EGSM (GSM tendue) : largeur 35 MHz de 880 915 MHz Mobile Based 925 960 MH B M bil de 925 960 MHz Base Mobile cart de 45 MHz174 canaux de 200KHz 174 canaux de 200KHz Bande DCS :largeur 75 MHz largeur 75 MHz de 1710 1785 MHz Mobile Base de 1805 1880 MHz Base Mobile de 1805 1880 MHz Base Mobile cart de 95 MHz 374 canaux de 200KHzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont1243 ca au de 00Exemple pLiaisons montantes Liaisons descendantes Liaisons montantes Liaisons descendantesFrquencesnumro ncart fixeLiaison montanteLiaison descendanteMaster Informatique - UCBL Florent Dupont125Frquences utilises q Attnuation en 1/f2Les hautes frquences se propagent moins loin pour une mme puissance p p DCS plutt rserv aux zones urbaines forte densit de trafic (ncessite plus de stations de densit de trafic (ncessite plus de stations de base)Master Informatique - UCBL Florent Dupont126Frquences utilises q Numro n cod sur 10 bitsVoie descendante : pour 1 n 124 f=935+(0,2xn) GSM pour 975 n 1024 f=935+(0,2x(n-1024)) EGSM pour 512 n 885 f=1805+0,2x(n-512) DCS ( )Voie montante : calcule avec l'cart duplex fixe Rseaux mixtes possibles : terminaux bi-bandes ncessairesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont127Frquences utilises q Attribution des frquences : volue dans le temps q p Bande montante :1996 1997ItinrisSFRBouygues SNCF1996 1997890 915 17101725 1755 17858761999F MHzBouyguesItinrisSFRSNCFItinrisSFR1999MHz890 915 17101725SFR1755 1785876SFRF MHzMaster Informatique - UCBL Florent Dupont128Voie balise et voie trafic Chaque station de base met en permanence des informations sur sa voie balise (BCH = Broadcast Channel)U bil ill h BS d i d Un mobile en veille change avec sa BS des signaux de contrle (mission en slot 0 f, rception en slot 0 f+cart) f+cart) Le niveau de la voie balise (BCH) est connu pour : la mise en route chercher le niveau le + lev pour la mise en route, chercher le niveau le + lev pour se connecter une BS mettre des infos oprateurs et frquences des cellules mettre des infos oprateurs et frquences des cellules voisines messages affichs sur l'cran du mobileMaster Informatique - UCBL Florent Dupont129essages a c s su c a du ob eVoie balise et voie traficMobile en veille : Un rcepteur coute les BCH des cellules voisines toutes les 5s si le signal reu est faible, toutes les 15s si le signal t f t est fort La liaison montante est utilise pour des demandes de connexion (RACH) connexion (RACH)Mobile en communication : h d i d l t d t l l i change des signaux de parole et de contrle sur la voie TCH (mission en slot i f, rception en slot i f+cart) coute des voies balises pour un ventuel changement de coute des voies balises pour un ventuel changement de celluleMaster Informatique - UCBL Florent Dupont130Spectre de la bande GSM descendante pVoie balise Voie balise de la cellule la plus forte pour un oprateurMaster Informatique - UCBL Florent Dupont131Spectre de la bande GSM montante pPics : Pics : correspondent l'allumage des mobiles mobilesSuperposition de 2h d'enregistrementCommunication Communicationproche de l'enregistreurMaster Informatique - UCBL Florent Dupont132Spectres de la bande montante et descendante pendant une conversation descendante pendant une conversationMaster Informatique - UCBL Florent Dupont133Encombrement spectral d'un signal GSM p g200 kHz : -30 dB400 kHz : -60 dBMaster Informatique - UCBL Florent Dupont134Modulation GMSKGaussian Minimum Shift Keying ~combinaison de modulation de phase modulation de phase et de frquence.Largeur de bande:200 kHzDbit binaire:270 833 kbps 270.833 kbps1 bit = 3.7 sMaster Informatique - UCBL Florent Dupont135b t 3 sMultiplexage temporel : TDMA Multiplexage temporel : TDMA8 Time Slots par canalDure d'une trame TDMA = 4 62 ms0 1 2 3 4 5 6 7 0 7Dure d une trame TDMA = 4.62 ms0 1 2 3 4 5 6 7 0 7 7500 x 1/13 MHz = 577 s(7500 i d d Q t d bil )temps temps(7500 priodes de Quartz de mobile)156.25 bit270 kbpsMaster Informatique - UCBL Florent Dupont136270 kbpsMultiplexage temporel : TDMA p g pRception puis mission 3 time-slots aprs (1,7ms) pour le mobile :- vite la simultanit des traitementsMaster Informatique - UCBL Florent Dupont137- la synchronisation elle-mme est dcaleCodage de la parole g p Le codage consiste comprimer de faon efficace Le codage consiste comprimer de faon efficaceles donnes de telle sorte minimiser le dbitrequis et donc rentabiliser les ressources mises requis et donc rentabiliser les ressources mises disposition. Compte tenu du spectre de la voix (300 - 3400H ) l i ti d i l l Hz), la numrisation du signal peru par lemicrophone ncessiterait un dbit de 64 kbit/s.=> C'est un trop haut dbit, donc on utilise uncodage spcifique.Master Informatique - UCBL Florent Dupont138Codage de la parole g p Le codeur utilis dans la norme GSM est un Le codeur utilis dans la norme GSM est un codeur donnant un dbit de 13 kbit/s.Principe : Principe :La parole est analyse par tranche de 20 ms et d 260 bit (13 kbit/ ) code sur 260 bits (13 kbit/s). Le codage de canal ajoute de la redondance cesignal afin de lui donner de la robustesse face au gcanal de propagation radio. On aboutit uncodage sur 456 bits (22,8 kbit/s).Master Informatique - UCBL Florent Dupont139g ( )Codage de la parole8 burstsg p12 bits8 kHz7.4 : 18 tramesADCODECparoleCODECcanalEntrela-cement96kbps1920bit / 20ms22.8kbps456bit / 20ms300 Hz 3400Hz1920bit / 20ms 456bit / 20ms13kbps260bit / 20ms33.8kbps300 Hz3400Hz260bit / 20msA/D : convertisseur Analogique -> DigitalMaster Informatique - UCBL Florent Dupont140Codage de la parole g pA/D SegmentationCodeur CodeurEntrelacement CryptageFormataged bA/D Segmentationde parole de canalC yp gdes bursts8 kHz 160 chantillons260 bi / 20456 bitsModulation EmetteurParole(125 s)13 bitsde 13 bits260 bits / 20 ms= 13 kbit/s22,8 kbit/sRcepteur DmodulationEcouteEgaliseur Dcryptage DsentrelacementDcodeurde paroleDcodeurde canalA/DL'entrelacement : Des paquets d'erreurs ont lieu sur un canal radiomobile. Ces paquets sont gnrs par des vanouissements qui peuvent tre de mme dure que le burstMaster Informatique - UCBL Florent Dupont141gnrs par des vanouissements qui peuvent tre de mme dure que le burst,il convient de rpartir les donnes sur plusieurs trames conscutives.Contrle de puissance d'mission p La station de base contrle de nombreux paramtres du mobile dont la puissance d'mission : minimisation de Pmistout en conservant la QoS diminution des interfrences augmentation de l'autonomieMaster Informatique - UCBL Florent Dupont142PuissancePmax ~ 20 WGain ~ 18 dBi900 MHzPmax = 2 WGain 0 dBiGain ~ 18 dBiPertes ~ 3 dBGain ~ 0 dBi1800 MHzPmax = 1 WGain ~ 0 dBi Gain ~ 0 dBiLa puissance varie par pas de 2 dB jusqu une rduction La puissance varie par pas de 2 dB jusqu une rduction maximale de 20 dB (99%).Master Informatique - UCBL Florent Dupont143Gestion des retardsRetard maxi = 2 x 35 km = 233 s (300 000 km/s)45Au niveau de la station de base :0 1 2 345 6 7Master Informatique - UCBL Florent Dupont144Gestion des retards =Timing Advance (paramtre TA) (paramtre TA)Max 2 x 35 km = 233 s => 64 valeurs (6 bits)paramtre envoy chaque trame (gestion de la mobilit)4 5Au niveau de la station de base : Au niveau de la station de base :0 1 2 345 6 7Master Informatique - UCBL Florent Dupont145Rsolution: 1 bit = 3.7 s = 2 x 550 mPositionnement, localisation , La connaissance de ce paramtre pour unep pstation de base permet de connatre la distance au mobile Avec triangulation = 3 BS => localisationMaster Informatique - UCBL Florent Dupont146Changement de cellule g Lors d'une conversation, le mobile coute les BCH des cellules voisines. L'coute se fait entre l'mission et la rception du burst suivant : mesure de niveau (peu de temps) temps) Pour dcoder les informations, le mobile s'arrte d'mettre et de recevoir toutes les 26 trames (slot idle): le mobile et de recevoir toutes les 26 trames (slot idle): le mobile coute et dcode la voie balise de l'une des cellules voisines. Quant la station de base, elle met les,informations toutes les 51 trames. 51 et 26 tant premiers entre eux, toutes les voies balises t d d seront dcodes:Trames dcodes : 0,26,1,27,2,28Master Informatique - UCBL Florent Dupont14726+26-51Canaux logiques g q0 1 2 3 4 5 6 7TCH: Traffic CHannelSDCCH: Standalone Dedicated Control CHannelBCCH: Broadcast Control CHannelMaster Informatique - UCBL Florent Dupont148Trafic / Capacit (1/2) p ( )2563470 1 2 3 4 5 6 7 Canal 5Master Informatique - UCBL Florent Dupont149Trafic / Capacit (2/2) p ( )251746153473260 1 2 3 4 5 6 7 Canal 50 1 2 3 4 5 6 7 Canal 18Master Informatique - UCBL Florent Dupont150Rutilisation des frquences q5 7 7 557 71015 151010 15 15710Master Informatique - UCBL Florent Dupont151Rutilisation et interfrencesCanal15Canal7Canal15 15 7 15SNmin= 9 dBMaster Informatique - UCBL Florent Dupont152Mobile en fonctionnementA la mise sous tension se passent les oprations suivantes : I'utilisateur valide sa carte SIM en tapant au clavier son numro de code PIN I utilisateur valide sa carte SIM en tapant au clavier son numro de code PIN (Personal ldentity Number) le rcepteur du GSM scrute les canaux de la bande GSM et mesure le niveau reu sur chaque canal reu sur chaque canal le mobile repre le canal BCCH parmi les signaux les plus forts le mobile rcupre les informations concernant le FCCH. Ce signal lui permet de se caler prcisment sur les canaux GSM se caler prcisment sur les canaux GSM le mobile rcupre le signal de synchronisation de la trame TDMA diffus sur le BCCH et synchronise sa trame le mobile lit sur le BCCH les infos concernant la cellule et le rseau et transmet le mobile lit sur le BCCH les infos concernant la cellule et le rseau et transmet la BTS lidentification de lappelant pour la mise jour de la localisationLe mobile a alors achev la phase de mise en route et se met en mode veille, mode dans lequel il effectue un certain nombre doprations de routine : q p lecture du PCH ( Paging channel) qui indique un appel ventuel lecture des canaux de signalisation des cellules voisines mesure du niveau des BCH des cellules voisines pour la mise en routeMaster Informatique - UCBL Florent Dupont153 mesure du niveau des BCH des cellules voisines pour la mise en route ventuelle dune procdure de handoverMobile en fonctionnementA la rception d'un appel :l b fil i l d l b bil 06 XX XX XX XX labonn filaire compose le n de labonn mobile: 06 XX XX XX XX lappel est aiguill sur le MSC le plus proche qui recherche l'IMSI dans le HLR et la localisation du mobile dans le VLR le MSC le plus proche du mobile (Visited MSC : fait diffuser dans la zone de localisation, couvrant plusieurs cellules, un message l'attention du mobile demand par le PCH) le mobile concern met des donnes sur RACH avec un Timing Advance fix O et un niveau de puissance fix par le rseau (ces paramtres seront ajusts ultrieurement) p j ) le rseau autorise laccs par le AGCH et affecte au mobile une frquence et un time-slot l'appel est identifi grce la carte SIM l appel est identifi grce la carte SIM le mobile reoit la commande de sonnerie dcrochage de labonn et tablissement de la communicationMaster Informatique - UCBL Florent Dupont154Mobile en fonctionnementLors de lmission dun appel labonn mobile compose le numro du correspondant du rseau tlphonique commut la demande arrive la BTS de sa cellule elle traverse le BSC pour aboutir dans le commutateur du rseau MSC lappelant est identifi et son droit dusage vrifi lappel est transmis vers le rseau public le BSC demande lallocation dun canal pour la future i ti communication dcrochage du correspondant et tablissement de la communicationMaster Informatique - UCBL Florent Dupont155communicationLocalisation - itinrance Lors d'un appel entrant, pour contacter un mobile : pp p on envoie un message de recherche (paging) dans la dernire cellule auquel le mobile sest dans la dernire cellule auquel le mobile s est enregistr dans tout le rseau (inondation) da s tout e seau ( o dat o )recherche avec les bases de donnes recherche avec les bases de donnes centralisesd t li dcentralises hybridesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont156GSM : canaux logiques g q Catgories g Broadcast Channel (groupe BCH) Voie descendante voie balise Voie descendante, voie balise Common Control Channel (groupe CCCH)Voie descendante et montante Voie descendante et montante Dedicated Control Channel (groupe DCCH) Voie descendante et montante Traffic Channel (groupe TCH) Voie descendante et montanteMaster Informatique - UCBL Florent Dupont157GSM : canaux logiques g q Groupe BCH p Frequency Correction Channel (FCCH) Calage sur la frquence porteuse Signal sinusodal parfait Synchronisation Channel (SCH) Synchronisation et identification Burst dapprentissage identique dans tout le rseau Code BISC (coupl avec la frquence, on identifie la cellule) Code SC (coup a ec a que ce, o de t e a ce u e) Broadcast Control Channel (BCCH) Information sur le systme Numro de ZaC, paramtre de slection des cellules, paramtres pour laccs alatoire, description des canaux logiques, description des cellules voisines...Master Informatique - UCBL Florent Dupont158pGSM : canaux logiques g q Groupe CCCH Paging Channel (PCH) Paging pour SMS et demande dappel (rponse du mobile sur le RACH) Random Access Channel (RACH) Montant, accs alatoire (demande des mobiles) Access Grant Channel (AGCH) Message dallocation dun canal de signalisation (SDCCH) et Timing AdvanceC ll B d t Ch l (CBCH) Cell Broadcast Channel (CBCH) Diffusion dinformations applications (mto, routes)Master Informatique - UCBL Florent Dupont159routes)GSM : canaux logiques g q Groupe DCCH p Stand-Alone Dedicated Control Channel (SDCCH) Pour le Setup et pour mise jour de localisation Slow Associated Control Channel (SACCH) Instrumentation dun canal de trafic (TCH ou SDCCH) Contrle de puissance, contrle qualit radio, rapatriement des mesures Fast Associated Control Channel (FACCH) Fast Associated Control Channel (FACCH) Extension de la capacit du SACCH par vol de slot aux canaux quil instrumente Utilisation en Handover uniquementMaster Informatique - UCBL Florent Dupont160GPRSMaster Informatique - UCBLGPRS GPRS (General Packet Radio Service) : transfert dedonnes par paquet sur GSM (modulation GMSK) versInternet et rseaux X25 : jusqu 171 kbit/s (suivant lecodage de canal CS 1 CS 4) codage de canal CS-1 CS-4)C d d l Dbit Util P t ti Codage de canal Dbit Utile ProtectionCS-1 9,05 kbit/s ++CS-2 13,4 kbit/s + CS 2 13,4 kbit/sCS-3 15,6 kbit/s -CS-4 21,4 kbit/s -- (aucune protection)Factur au dbit - MMSMaster Informatique - UCBL Florent Dupont162GPRS change de donnes en mode paquets : dcouper linformation et transmettre les donnes par paquet lorsque les canaux ne sont pas utiliss pour la h i phonie optimise les ressources radio par gestion de priorit, mise en attente et affectation de ressources radio mise en attente et affectation de ressources radio uniquement en cas de transfert Un canal radio peut tre utilis par plusieurs utilisateurs Un canal radio peut tre utilis par plusieurs utilisateurs.Les Time Slots sont partags => moins de blocage. Un utilisateur peut utiliser plusieurs canaux radio Un utilisateur peut utiliser plusieurs canaux radio.Les Time Slots sont agrgs => dbits plus importants.Master Informatique - UCBL Florent Dupont163GPRS Sur les timeslots dun TRX, certains sont allous au GPRS, mais la voix a toujours la priorit Utilise la capacit libre Utilise la capacit libre On peut utiliser jusqu 8 Time Slots (8 x 21.4 kbit/s + header = 171 kbit/s pour CS 4) kbit/s + header= 171 kbit/s pour CS-4). La transmission peut se faire indpendamment en U Li k t D Li k i f t UpLink et en DownLink mais pas forcment en simultan (suivant le type de mobile) Gnralement, on alloue plus de Time Slots en DownLink quen UpLink.Master Informatique - UCBL Florent Dupont164GPRS : structure du rseauMaster Informatique - UCBL Florent Dupont165GPRS : structure du rseau L'implantation du GPRS peut tre effectue sur un rseau GSM i t t L BS bi t difi ti i ' t existant. Les BS ne subissent aucune modification si ce n'est l'adjonction d'un logiciel spcifique, qui peut tre install par tlchargement. Plus en amont, le contrleur de stations de base doit tre doubl par un contrleur de paquets (PCU pour Paquets Controler Unit). Vient ensuite la chane destine aux donnes par paquets constitue Vient ensuite, la chane destine aux donnes par paquets, constitue du commutateur (SGSN) ou Switch spcifique GPRS, quivalent du Mobile Switch Controler (MSC), contrleur qui a pour fonction de ifi l' i t t d b d l th tifi t d' t i vrifier l'enregistrement des abonns, de les authentifier et d'autoriser les communications, et du module d'accs (GGSN) au monde IP (Internet ou Intranet). Le GGSN et le SGSN sont expliqus dans la partie suivante. Sans licence GSM, il n'est pas possible d'installer un rseau GPRS. Master Informatique - UCBL Florent Dupont166GPRS : structure du rseau GGSN : Gateway GPRS Support Node ou Routeur IP 'i t f t l t s'interfaant avec les autres rseaux : fonctionnalit d'interconnexion dans le centre de communication (MSC) qui permet de communiquer communication (MSC), qui permet de communiquer avec les autres rseaux de donnes par paquets extrieurs au rseau GSM. masque au rseau de donnes les spcificits du GPRS. Il gre la taxation des abonns du service, et doit supporter le protocole utilis sur le rseau de doit supporter le protocole utilis sur le rseau de donnes avec lequel il est interconnect. Les protocoles de donnes supports en standard parp pp pun GGSN sont IPv6, CLNP et X25. SGSN : Serving GPRS Support Node ou Routeur IP grant les terminaux pour une zoneMaster Informatique - UCBL Florent Dupont167terminaux pour une zone. GPRS : structure du rseauLe SGSN (Serving GPRS Support Node) :f ti lit d i d l t d t ti fonctionnalit du service dans le centre de commutation (MSC), qui permet de grer les services offerts l'utilisateur. interface logique entre l'abonn GSM et un rseau de donnes externe. missions principales : missions principales : gestion des abonns mobiles actifs (mise jour permanente des rfrences d'un abonn et des i tili ) services utiliss) relais des paquets de donnes. Quand un paquet de donnes arrive d'un rseau PDN (Packet Data Network)( )externe au rseau GSM, le GGSN reoit ce paquet et le transfert au SGSN qui le retransmet vers la station mobile. Pour les paquets sortants, c'est le SGSN qui les Master Informatique - UCBL Florent Dupont168ob e ou es paquets so ta ts, c est e SGS qu estransmet vers le GGSN.GPRS : couches logicielles gMaster Informatique - UCBL Florent Dupont169GPRS : couches logicielles gDans le terminal mobile, nous trouvons de bas en haut les couches suivantes : suivantes : La couche physique, qui se dcompose en deux sous-couches fonctionnelles ; La sous-couche RF qui gre les fonctions radio du terminal Elle La sous couche RF, qui gre les fonctions radio du terminal. Elle met les informations reues de la couche physique. Elle dcode les informations reues de la station de base et les transfre pour interprtation vers la couche physique ; La couche physique produit les trames, qui seront mises par la couche radio ; pour les trames reues du rseau, elle dtecte et corrige les erreurs de transmission ; L h MAC ( RLC R di Li k C t l) il t l li i La couche MAC (ou RLC pour Radio Link Control) pilote la liaison radio entre le terminal et la station de base, c'est--dire les mcanismes de retransmission en cas d'erreur, la fonction de contrle d'accs aux ressources radio quand plusieurs terminaux sont en d accs aux ressources radio quand plusieurs terminaux sont en concurrence. Le RLC peut demander la retransmission d'un bloc de donnes ; La couche suprieure SNDC (SubNetwork Dependant Convergence) Master Informatique - UCBL Florent Dupont170p ( p g )gre la mobilit, le cryptage et la compression de donnes. GPRS : routage des paquetsg p q Le routage de chaque paquet est indpendant de celui qui l d d l i i l it le prcde ou de celui qui le suit. Pendant la phase de connexion d'un terminal dans un rseau GSM les changes de signalisation sont rseau GSM, les changes de signalisation sont nombreux, et pour faire face aux contraintes du mode paquet, les informations de routage obtenues pour h i l i t t i l GSM t acheminer le premier paquet vers un terminal GSM sont stockes dans le GGSN. Ainsi la route pour les paquets suivants est slectionne Ainsi la route pour les paquets suivants est slectionne partir du contexte stock dans le GGSN (le Temporary Logical Link Identity ou TLLI). Master Informatique - UCBL Florent Dupont171EDGE Master Informatique - UCBLEDGE EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) ou EGPRS EGPRS Le dbit max du GPRS nest valable que pour des C/I importants (utilisation du CS-4), ce qui nest pas t j l toujours le cas. On va donc changer de modulation GMSK => 8-PSK. La vitesse de modulation est la mme que pour le La vitesse de modulation est la mme que pour le GMSK mais permet un dbit instantan 3 fois plus lev, chaque tat de modulation transmettant linformation relative 3 bits l information relative 3 bits. Dbits du EDGE 6 dbits sont normaliss de PCS-1 PCS-6 variant d 22 8 kbit/ 69 2 kbit/ Ti Sl t de 22,8 kbit/s 69,2 kbit/s par Time Slot. Le dbit max instantan sera donc de 553 kbit/s (moy # 300 kbit/s).Master Informatique - UCBL Florent Dupont173( oy # 300 b t/s)EDGE Ncessite le remplacement des metteurs- prcepteurs et terminaux Compatible avec le reste des quipements Compatible avec le reste des quipementsQ(0,1,0)(0,0,0) (0,1,1)I1I(1,1,1) (0,0,1)01 bit par symbole3 bits par symbole(1,1,0)(1,0,0)(1,0,1)Master Informatique - UCBL Florent Dupont174Modulation GMSKModulation EDGEUMTS Master Informatique - UCBLUMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Jusqu'en 1995 : dfinition des objectifs et contraintes des aspects essentiels de l'UMTS : cadre d'application, services interfaces radio plate-forme rseau gestion services, interfaces radio, plate forme rseau, gestion, systmes satellites, etc. Spcifications dtailles en 1998 : premiers produits sortent et disponibilit des services partir de 2005. Le principe de l'UMTS est souvent rsum dans la formule anyone anywhere anytime signifiant que chacun doit anyone, anywhere, anytime, signifiant que chacun doit pouvoir joindre/tre joint, n'importe o et n'importe quand. Le systme doit permettre l'acheminement desy pcommunications indpendamment de la localisation de l'abonn, que celui-ci se trouve chez lui, au bureau, en avionMaster Informatique - UCBL Florent Dupont176avion, UMTS L'UMTS doit rpondre aux besoins de toutes les populations d'usagers et en particulier il doit regrouper les populations d usagers et en particulier il doit regrouper les fonctionnalits et avantages des systmes existants : qualit de parole leve et couverture tendue comme les t ll l i systmes cellulaires, appels de groupe, diffusion de messages, accs rapide et faibles cots comme les systmes de faibles cots comme les systmes de radiocommunications privs, terminaux de petite taille et couverture dense l'instar des systmes de radiomessagerie unilatrale systmes de radiomessagerie unilatrale, communications de dbit lev et d'excellente qualit comme pour les systmes sans cordon, couverture mondiale des systmes satellites, accs des sites distants comme pour les rseaux de transmission de donnesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont177transmission de donnes. UMTS Quelques caractristiques importantes permettent ainsi d'id tifi l t d t i i ti d'identifier les systmes de troisime gnration : interface radio pouvant s'adapter aux diffrentes mthodes d'accs multiple (FDMA/TDMA/CDMA) en fonction des d accs multiple (FDMA/TDMA/CDMA) en fonction des sites, terminaux capables de tlcharger leur systmeg yd'exploitation en fonction du rseau et de l'volution du systme, architecture s'appuyant sur les principes du rseau architecture s'appuyant sur les principes du rseau intelligent, capacit d'interfonctionnement avec le rseau fixe de capacit d interfonctionnement avec le rseau fixe de faon totalement transparente pour les usagers, portabilit des services de type RNIS. Master Informatique - UCBL Florent Dupont178UMTS L'UMTS sera donc un rseau structur autour des trois concepts de rseaux suivants rseaux d'accs (Access Networks) assurant la t i i d b d i f ti ( i li ti t transmission de base des informations (signalisation et trafic), la commutation locale pour l'accs au rseau fixe, rseaux fdrateurs (Backbone Networks) qui intgrent rseaux fdrateurs (Backbone Networks) qui intgrent l'infrastructure de base du rseau fixe et les ressources radio (contrle d'appel et gestion des connexions radio (contrle d appel et gestion des connexions typiquement), rseaux de services (Services Networks) assurant le( )stockage et la gestion des donnes ainsi que le traitement des services offerts aux usagers. Master Informatique - UCBL Florent Dupont179UMTS Anciennes prvisions p2002 2005Services Multimdia 144 kbit/s - 2 Mb/s Cration de services Multimdia enrichi Itinrance avec d'autres rseaux FPLMTS Portabilit du service Itinrance GSM/UMTS Terminaux Adaptatifs tlchargeables Capacits multimdia Terminaux Adaptatifs tlchargeables Bi-mode/bi-bande GSM/UMTSCapacits multimdia enrichiesRseaud'accsNouveau BSS 2 GHz Efficacit spectraleUtilisation ATM largie Nouvelle(s) bande(s)Rsea de ol tion de GSM S pport de m ltimdia Rseau detransportvolution de GSMConvergence mobile/fixeSupport de multimdia amlior pour l'utilisation de l'ATMMaster Informatique - UCBL Florent Dupont180UMTS La 3me gnration de tlphonie mobile est lUMTS (U i l M bil T l i ti S t ) (Universal Mobile Telecommunication System). Cette nouvelle norme repose sur les technologies W-CDMA (combinaison de CDMA et FDMA) et TD-CDMA CDMA (combinaison de CDMA et FDMA) et TD CDMA (combinaison de TDMA, CDMA et FDMA). Le principe de transmission repose sur ltalement de spectre et la modulation QPSK. Les frquences utilises sont 2 bandes appaires (1920-1980 MHz et 2110 2170 MHz) et 2 bandes non appaires 1980 MHz et 2110-2170 MHz) et 2 bandes non appaires(1900-1920 MHz et 2010-2025 MHz). Cette technologie va permettre la transmission de donnes Cette technologie va permettre la transmission de donnes en mode paquet (et en mode circuit) des dbits denviron 2 Mbit/s.Master Informatique - UCBL Florent Dupont181S t llit SatellitesMaster Informatique - UCBLSatellites Diffrentes orbites : GEO, MEO, LEOOrbite moyenneMEO =M di E h O biSatellite gostationnaireGEOMedium Earth Orbit~ 10000 kmsGEO36000 kmsOrbite basse Orbite basseLEO =Low Earth Orbitqq 100 kmsMaster Informatique - UCBL Florent Dupont183qq 100 kmsSatellite GEO Simple mettre en uvre p Mme vitesse angulaire que la terre (semble fixe) Couverture globale : 3 satellites seulement g Nombre total limit (angle interfrences entre satellites) Orbite ~ 36000 Kms Dlai (A/R) : 250 ms (important) ( ) ( ) Applications: Diffusion, VSAT, liaison point point Dbit: jusqu' 155 Mb/s j q Exemples : Astra, Hotbird Master Informatique - UCBL Florent Dupont184Satellite MEO Orbite : 10000 Kms Dlai (A/R) : 80 ms ( ) Applications : voix (mobiles), data bas dbit Dbit : 300b/s 38 4 kb/s Dbit: 300b/s 38.4 kb/s Exemples : Odyssey, Ellipso Master Informatique - UCBL Florent Dupont185Satellite LEO Orbite : 640 1600 Kms Orbite : 640 1600 Kms Dlai (A/R) : 6 21 ms ( ngligeable) Couverture globale : environ 40 900 satellites Applications: voix (mobiles), data haut & baspp ( )dbit Dbit : 2.4 kb/s 155 Mb/s Dbit: 2.4 kb/s 155 Mb/s Exemples : Iridium, Globalstar, Tldesic ...Master Informatique - UCBL Florent Dupont186SatellitesTV : TV :mode de rception ayant la croissance la plus dynamique y qSourceMaster Informatique - UCBLSatellite : croissance en Europe* p100110708090millions+ 63% de1995 2001405060yers TV en + 36% de1995 2001102030Foy0Total Rception directe & Cble 65,47 71,78 75,76 80,78 85,36 92,23 95,69Rception directe 24 29 25 96 28 74 31 12 33 91 37 02 39 611995 1996 1997 1998 1999 2000 2001Rception directe 24,29 25,96 28,74 31,12 33,91 37,02 39,61Cble 41,18 45,81 47,02 49,66 51,45 55,21 56,08*Europe : 22 pays inclus Source: tudes de march de la rception satellite en EuropeMaster Informatique - UCBL Florent Dupont188Satellite : croissance en France86ions+ 350% de 1995 20014s TV en mill2Foyers+ 53% de1995 to 20010Total Rception directe & Cble 2,89 3,76 4,52 5,36 6,11 6,96 7,541995 1996 1997 1998 1999 2000 2001Rception directe 1,05 1,40 2,47 3,26 3,92 4,30 4,74Cble 1,83 2,36 2,05 2,10 2,19 2,66 2,80Source: tudes de march de la rception satellite en France, Institut franais de DmoscopieMaster Informatique - UCBL Florent Dupont189Source: tudes de march de la rception satellite en France, Institut franais de DmoscopieLa rception hertzienne en France2015- 20% de 1995 200110V en millions5Foyers TV50Rception hertzienne 18,01 17,23 16,76 16,21 15,70 14,57 14,471995 1996 1997 1998 1999 2000 2001S t d d h d l ti t llit F I tit t f i d D iMaster Informatique - UCBL Florent Dupont190Source: tudes de march de la rception satellite en France, Institut franais de DmoscopieASTRA : leader de la rceptiondirecte en Europe* directe en Europe 100+4 3%708090ons+8 4%+9,2%+5,3%+5,7%+4,5%+12,3%+4,3%506070TRA en millio+20,8%+15,1%+8,4%203040Foyers AST010Total Rception directe & Cble 40 72 49 18 56 58 61 33 66 97 70 52 74 54 77 93 87 51 91 321992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001Total Rception directe & Cble 40,72 49,18 56,58 61,33 66,97 70,52 74,54 77,93 87,51 91,32Rception directe 11,22 15,43 19,99 21,73 22,97 24,78 26,51 28,25 30,94 33,67Cble 29,50 33,75 36,59 39,60 44,00 45,74 48,03 49,68 56,57 57,65*30 pays europens, dont 8 pays dEurope de lEst partir de 2000Master Informatique - UCBL Florent Dupont19130 pays eu ope s, do t 8 pays d u ope de st pa t de 000Source: tudes de march de la rception satellite en EuropeASTRA : leader en France5+3 7%+11,8%4millions+25,3%+24,9%+3,7%23ASTRA en +22,8%+36,7%+18,9%1Foyers +36,4%+20,1%0Total Rception directe & Cble 0,8 1,09 1,31 1,61 2,2 2,61 3,28 4,09 4,25 4,75Rception directe 0 09 0 16 0 22 0 42 0 66 1 28 1 83 2 23 2 58 3 121992 1993 1994 1995 1996 1997* 1998 1999 2000 2001Au 31 dc.Rception directe 0,09 0,16 0,22 0,42 0,66 1,28 1,83 2,23 2,58 3,12Cble 0,71 0,93 1,09 1,19 1,54 1,33 1,45 1,86 1,67 1,63*Modification de la mthodologie depuis fin 1997Master Informatique - UCBL Florent Dupont192g pSource: tudes de march de la rception satellite en France, Institut franais de DmoscopieRception numrique en Europe: satellite dans 7 foyers sur 101 3424p q p y23.535,31 1,741,34182022riques20.4116.682,814,690,891,18121416yers num13.05ASTRA12 6914,0216,891,102,000,70,0 2681012lions de foy6.249.4714 M.5,507,6710,1612,6914,020,480,26246en mil0Juin '99 Dc. '99 Juin '00 Dc. '00* Juin '01* Dc '01*Satellite Cble HertzienMaster Informatique - UCBL Florent Dupont193SatelliteCble Hertzien*Inclusion de 8 pays supplmentaires: Bielosussie, Bulgarie, Estonie, Lettonie, Lituanie, Roumanie, Ukraine, GrceSource: SES/ASTRA, Satellite MonitorsStructure du march numrique France Satellite Satellite3,17 millions (89,7%)Cble0,36 millions (10,3%)Base: 3,53 millions de foyers numriquesau 30 juin 2002Master Informatique - UCBL Florent Dupont194Source: tudes de march de la rception satellite en France, Institut franais de DmoscopieConsolidation: un march en pleine volution p March des oprateurs satellitaires: p Excdent de capacit en orbiteDveloppement diffr des services bande Dveloppement diffr des services bande large par satelliteP i ti ti d t t llit i Privatisation des oprateurs satellitaires organiss sous forme dorganisations i t t l intergouvernementalesMaster Informatique - UCBL Florent Dupont195Services large bande par satellite g pDistribution de services voie unique avec voie de retour voie unique avec voie de retour terrestreServicesA DSL par satellite A-DSL par satellite pour particuliersServices large bande po r entreprises38 Mbit/spour entreprisesServices co-positionns avec les transmissions TVMaster Informatique - UCBL Florent Dupont196Services large bande par satellite g pDistribution de services voie unique avec voie de retour terrestreServicesADSL par satellite pour particuliersServices large bande pour entreprises Services large bande pour entreprisesServices co-positionns avec les transmissions TV38 Mbit/sServices bi-directionnels large bande par satellitePanoplie complte de services,16 - 2048 kbit/s38 Mbit/savec voie retour de 16 2048 kbit/sMarch rsidentiel: Gilat 360PME/SOHO: - Gilat Skystar Advantage- BBI, bas sur standard DVB-RCSMaster Informatique - UCBL Florent Dupont197S t llit SatellitesAccs Internet ADSL large bande tout IP large bande tout IPSource InfosatMaster Informatique - UCBLCouverture Satellite garantit un haut dbit sur un grand territoire sans zone d'ombre Contrainte : vue dgage au sud Service bidirectionnel large bande norme DVB-RCS Master Informatique - UCBL Florent Dupont199Une technologie DVB RCS TOUT IP Technologie DVB-RCS Technologie VSAT DVB MPE Descendant DVB RCS montant Propritaire desc. Propritaire montant Sortie Ethernet Tout IP Sortie Synchrone ou USB ncessite un RIP,IGMP,RTP,UDP,TCP Jusqu'60 Mb (desc)routeur Pas de multicast Jusqu' 1,2 Mb (mon) turbo codage Jusqu' 8 Mb (desc) Jusqu' 512kb (mon)Master Informatique - UCBL Florent Dupont200Cadre rglementaire g Pas de permis de construire (parabole de95 cm) Pas d'autorisation ART (puissance de 2 watt) Pose intgre par un installateur agr dans le prix de l'quipement terrestre. Utilisation en bande KU (10-11 Ghz)Master Informatique - UCBL Florent Dupont201La gestion de qualit de service g q Le DVB RCS permet la gestion de la QOS p g Gestion de GFU (Group. Ferm d'Utilisateur)Gestion de CIR CBR (montant / descendant) Gestion de CIR CBR (montant / descendant) Gestion par adresse MAC (Ethernet) Allocation dynamique de bande passante Gestion multicast dbit garanti pourg pl'audiovisuel (TV qualit VHS MPEG4 ISO) Gestion QOS au niveau 2 Gestion QOS au niveau 2Master Informatique - UCBL Florent Dupont202Le multimdia oprationnel p Disponibilit du multicast sur l'ensemble despstations bi-directionnelles et unidirectionnelles. Acheminement de chanes de TV MPEG4 Acheminement de chanes de TV MPEG4 ducatives sur IP 800Kb garanti. Acheminement de chane de radio MPEG4 Acheminement de chane de radio MPEG4 Possibilit de lire le flux multicast sur des stations i t ti (DVB MPE) uniquement en rception (DVB MPE) Totale interoprabilit avec l'ADSL de F.T.Master Informatique - UCBL Florent Dupont203Exemple de fonctionnement pFourniture daccs internet par satellite avec fourniture dune chaine de TV multicast MPEG4 sur IP Satellite AB 2 Eutelsat Satellite AB 2 Eutelsat8 Ouest Lyces, Collges et coles connect en haut dbit par ADSL (Netissimo ou TDSL) et recevant le flux multicast TV/RADIO 800 Kbits par satellite (SATBOX) en mode uniquement rception.Lyces Collges et Ecoles disposant dunHUB Eutelsat (Rambouillet) Lyces Collges et Ecoles disposant d un accs internet large bande par satellite (TCP/IP UDP) et dun accs multimdia de type TV/RADIO 800 kbits en mode MPEG4 ISO multicast sur IP Fourniture dune chane de TV ou de Radio au format MPEG4 ISO sur IP en d l i ( d li )Accs Internet XDSL RENATER Accs internet fourni par Eutelsat au travers dun filtre de servicemode multicast (encodage live) provenant dun studio de production rgional (CRDP) par exemple. Master Informatique - UCBL Florent Dupont204filtre de service (ducation)Des prix performants p p Station bi-directionnelle fournie et installe : 2600 Euros HT Une capacit variant selon vos besoins Une capacit variant selon vos besoins 256/64k150Euros/mois 512/128 290Euros/mois 512/128 290Euros/mois 768/256 400Euros/mois (offre spcifique) 1024/256 560Euros/mois 1024/256 560Euros/mois Chane de TV 650 kbits : 8 750 Euros/moisMaster Informatique - UCBL Florent Dupont205Deux acteurs complmentaires p EUTELSAT SA INFOSAT ICPS SA Oprateur transport 1er oprateur europen Oprateur de services Premier fournisseur de avec plus de 20 satellites en orbitesolution MPEG4 ISO sur IP/DVB Des tlports secourus Supervision 24/24 6 ans de R&D sur l'IP/DVBS i li t d Oprateur de TPS Spcialiste des services IP/DVBMaster Informatique - UCBL Florent Dupont206Distribution WiFi en milieu rural (3 5 Km) 1 Hub 3 Mbits sur point haut 8 Prises 8 adresses par site (8 entreprises avec 8 postes chacun) 1 Station mission/rception satellite TOTAL : 25 000 Euros Prix de la prise : 3125 EurosMaster Informatique - UCBL Florent Dupont207Fonctionnement mutualis Investissement 25 000 Euros sur 3 ans pour 8 prises 2 Mbits + station satellite Amortissement 3 ans : 87 E/mois/prise Accs internet satellite 1M/256K :560 E/mois Prix total d'une prise avec internet : 157 Euros/mois/prise Au del de 3 ans : 70 par moisMaster Informatique - UCBL Florent Dupont208Pr oj et Sat el l i t e + Wi Fi Pr oj etSat el l i t e +Wi FiFr ance Tel ecomMaster Informatique - UCBLLa question de la couverture haut dbit Pourquoi le haut dbit partout ? Pour apporter aux grandes entreprises des solutions hauts dbits disponibles et homognes sur tous leurs it sites, Pour permettre aux entreprises de poursuivre leur dveloppement en restant sur leurs zones dactivit dveloppement en restant sur leurs zones dactivit respectives, Pour donner la possibilit aux collectivits locales Pour donner la possibilit aux collectivits locales dattirer de nouvelles entreprises sur les territoires de leur responsabilit, p , Pour poursuivre le dveloppement du march haut dbit sur lensemble du territoire national en Master Informatique - UCBL Florent Dupont210collaboration avec les collectivits locales.Point sur la couverture haut dbit La progression de la couverture haut dbit : p g Fin 2003, une couverture ADSL globale de 79% de la population,p p Ds fin 2004, ce taux de couverture passera 90 %, Discussions avec lensemble des acteurs concerns par lamnagement du territoire pour permettre datteindre 95 % de couverture de la population ds fi 2005 fin 2005, Dveloppement de solutions complmentaires lADSL avec des technologies alternatives (satellite et lADSL avec des technologies alternatives (satellite et WiFi) pour aller 100 %.Master Informatique - UCBL Florent Dupont211Prvision du taux de couverture ADSL fin 2004TAUXDE COUVERTUREARDENNESSOMMEAISNEPAS-DE-CALAISOISESEINE-MARITIMENORDTAUXADSLDE COUVERTUREDECEMBRE 200490 % de la population 90 % de la population 90 % de la population90 % de la population90 % de la population90 % de la population 90 % de la population 90 % de la population 90 % de la populationHAUTE-SAONEVOSGESHAUTE-MARNEYONNEAUBELOIR-SARTHEMORBIHANFINISTERECOTES-D' ARMORILLE-ET-VILAINE MAYENNEMANCHECALVADOSEUREMEUSELOIRETEURE-ET-LOIRMEURTHE-ET-MOSELLEMOSELLEMARNEESSONNEYVELINES SEINE-ET-MARNEVAL-D' OISEHAUT-RHINBAS-RHINORNESTERRITOIREDEBELFORTAINHAUTE-SAVOIEJURASAONE-ET-LOIRENIEVREHAUTEHAUTE-SAONECHERVIENNE DEUX-SEVRESVENDEEET-CHERMAINE-ET-LOIREDOUBSCOTE-D' ORINDRE-ET-LOIRELOIRE-ATLANTIQUERHONEALLIERCREUSEINDREMoins de 50%de 50 69 %PARISHAUTS-DE-SEINESEINE-SAINT-DENISVAL-DE-MARNEHAUTES-ALPESDROMEHAUTE-LOIRELOT-ET-SAVOIECORREZEPUY-DE-DOMES OCHARENTECHARENTE-MARITIMEHAUTE-VIENNELOIREISEREGIRONDERHONEARDECHECANTALDORDOGNELOTLOZEREde 50 69 %de 70 89 %de 90 100 %HAUTE-CORSEVAUCLUSEAUDEARIEGETARNTARN-ET-GARONNELANDESGARONNEHAUTE-GARONNEHAUTES-PYRENEESHERAULTGARDCORSE-DU-SUDPYRENEES-ATLANTIQUESVARALPES-MARITIMESALPES-DE-HAUTE-PROVENCEBOUCHES-DU-RHONEAVEYRONGERSFrance Tlcom 22-1-2004Master Informatique - UCBL Florent Dupont212DU SUDPYRENEES-ORIENTALESArchitecture gnraleCouverture gographique : Nationale, hors DOM -TOMg@Satelliteg g p qSite SocitRseaudaccsInternetd accssatelliteRseau IPTerminalsatellitePlate-formesatellitePlateforme OlaneRouteurRseau IPFrance TlcomAccs satellite EntrepriseMaster Informatique - UCBL Florent Dupont213Accs satellite EntrepriseLa gamme des accs satellites Entreprises Une connexion illimite lInternet Haut Dbit en tout point du territoireOAccs128/64 kb/sOAccs512/128 kb/sOAccs 1024/256 kb/sOAccs 2 M/ 512 kb/s Un service de messagerieU d IP fi Une adresse IP fixe Un service dassistance Une supervision du rseau de collecte 7j/7 et 24h/24 Une supervision du rseau de collecte 7j/7 et 24h/24 Master Informatique - UCBL Florent Dupont214Le terminal satelliteEntreprise Fourniture du service : raccordement du site client au rseau IP de France Tlcom grce linstallation au rseau IP de France Tlcom grce l installation dun modem-routeur chez le client et dune antenne satellite oriente vers le sudMaster Informatique - UCBL Florent Dupont215Les accs satellites Entreprises :Pack surf Satellite Solution entre de gamme comprenantles prestations i tPack surf Satellitesuivantes : Une connexi on per manent e l ' I nt er netvi a l e sat el l i t e bidirectionnelle 24h/24. Le raccordement du site client au rseau IP de France Tlcom seffectue grce linstallation chez le client dun modem-routeur (IDU) et dune antenne satellite (ODU) dont le diamtre est de 75 cm Accs 1 Accs 2 Accs 3(IDU) et d une antenne satellite (ODU) dont le diamtre est de 75 cm 1,20m oriente vers le Sud. Tarifs :Accs 1 Accs 2 Accs 3Dbit crte descendant 128 Kbit/s 512 Kbit/s 1 Mbit/sDbit crte montant 64 Kbit/s 128 Kbit/s 256 kbit/sNb de postes conseills 5 10 20 pTerminal l'achat ( HT) 1599 1599 1599FAS 690 690 690Redevance mensuelle 95 140 250Master Informatique - UCBL Florent Dupont216= Le 2 M/512 Kbit/s est disponibleLes accs satellites Entreprises : Olane Open Sat Une messagerie au nom personnalis,Olane Open Sat Le site web hberg au nom de lentreprise : La vitrine sur internet ladresse socit.com Les salaris restent connects mme en dplacement : Les salaris restent connects, mme en dplacement : Consultation et envoi des messages internet sur mobile WAP/GPRS Orange ou PC portable Envoi et rception des fax distance avec Fax in Mail Mise votre disposition des outils de productivit collectiveG ti d f t SMS l li l il Gestion des fax et SMS en un seul clic comme les emails, avec Fax in Mail Partage des agendas, des documents et des ressources au seing gdune quipe, y compris avec des partenaires, grce BizaoMaster Informatique - UCBL Florent Dupont217Pack Surf Wi-Fi : comment a marche ?Commune rurale Commune rurale Liaison 2 Mbps / 512 kbpsAntenne WiFiOmniLiaison 2 Mbps / 512 kbpsAntenne WiFiOmniHUB Satellite Contrleur d l lPoint d'accsHUB Satellite Contrleur d l lPoint d'accsquipementSatelliteWiFiDirectifdaccs localswitch routeurPont WiFi et antenne directionellequipementSatelliteWiFiDirectifdaccs localswitch routeurPont WiFi et antenne directionelleFrance TelecomRseau IPServeur localdirectionelleFrance TelecomRseau IPServeur localdirectionelleClients InternetServeur RadiusCPE ClientsClients InternetServeur RadiusCPE ClientsMaster Informatique - UCBL Florent Dupont218ZonedistanteZonedistanteLquipement clientAntenne Wi-Fi / Ethernet Antenne extrieureextrieureextrieureMaster Informatique - UCBL Florent Dupont219Les dploiements Pack Surf Wi-FiExpr i ment at i ons Expr i ment at i ons Pack Sur f Pack Sur f Wi Fi Wi Fi 14Tessy/ Vire4Vernou41La Cavalerie (12) Inauguration le 2 OctobreMaudre (38)Inauguration le 3 NovembreChampagn St Hilaire85Romagne8642Inaugurationle 3 NovembreMoustier-St-Marie (04)Inaugurationle 7 NovembreNeulise (42)Inauguration le 23 OctobreNeuliseMaudreLes Estables1615 434238Inaugurationle 23 Octobre Vernou-en-Sologne (41)Inaugurationle 24 Novembre Saint Mamet (15) I ti l 15 d b34MoustiersLa CavalerieSt Mamet1204Inauguration le 15 dcembreEstables (43),Inauguration le 19 fvrierRomagne (86), Champagn Saint Hilaire (86)MarciacCaylusSt SalvySDIS(86)Inaugurationle 9 mars 2004 Appel s dOf f r esAppel s dOf f r es Master Informatique - UCBL Florent Dupont220pp ppr empor t s r empor t sLes exprimentations Pack Surf WiFi Contexte :9 it i t d t l i ti h l t d 9 sites exprimentaux, dont les inaugurations schelonnent de dbut octobre 2003 mars 2004 Investissements et installation pris en charge par Francep g pTelecom Une architecture homogne pour lensemble des sites : accs satellite 2 Mo un routeur 3 cellules un contrleur daccs satellite 2 Mo, un routeur, 3 cellules, un contrleur d accs. Les offres proposes aux clients finaux :p p 128/64 Kbit/s, 256/64 Kbit/s et 512/64 Kbit/s, Des offres packages comprenant la connectivit internet et un i d b t l tt service de bote aux lettres, Des services locaux : Tableau virtuel et notification dvnements.Master Informatique - UCBL Florent Dupont221Bilan des expriment at ions Pack Surf WiFi 144 clients raccords , sur 7 sites ouverts Taille moyenne des communes : 790 habitants 21 clients par commune en moyenne, soit un taux de pntration moyen : 3% 50% Rsidentiel 50% Pros, PME, collectivitsRpartition des placements :128/64 60% 128/64 : 60%, 256/64 : 32% 512/128 : 8 %Master Informatique - UCBL Florent Dupont222Boucle Locale Radio (BLR)Point sur les licences : source TACTIS Point sur les licences : source TACTISMaster Informatique - UCBLSommaire 1 Boucle Locale Radio : les enjeux 1Boucle Locale Radio : les enjeux 2 - Les licences attribues 2.1 - Deux oprateurs nationaux 2.2 - Sept oprateurs rgionaux mtropolitains 2.3 Trois oprateurs DOM 2.3Trois oprateurs DOM 2.4 Nouvelle procdure dattributions 3 - Premiers lments dobjectifs de c