Techniques à étalement de spectre stephane.frati@unice.fr
Besoins Rappels sur la modulation Amplitude (AM) Fréquence (FM) Phase (ϕ ) Allocations des bandes de fréquences DSSS FHSS
Besoins
Modulations Envoi postal Une information (texte, objet, etc.) Un emballage (enveloppe, paquet, caisse, etc.) Une adresse Modulation Signal électrique Le type de modulation. La fréquence de la porteuse variations Spectre de fréquences http://www.epsic.ch/branches/radiohf/
Modulation d amplitude (AM) http://www.epsic.ch/branches/radiohf/
Modulation de fréquence (FM)
Modulation de phase (ϕ )
Modulation en quadrature C est un type de modulation consiste à prendre deux porteuses de même fréquence, mais déphasées l une par rapport à l autre de 90 (quadrature). Ces porteuses sont ensuite modulées en amplitude, sans porteuse, puis additionnées l une avec l autre. Plusieurs solutions sont à disposition soit : ne faire varier que la phase j de la porteuse exemple : la modulation QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) aussi nommée 4-QAM (Quadrature Amplitude Modulation à 4 états) varier simultanément la tension de la porteuse et la phase j de celle-ci exemple : la modulation de la chrominance (couleur) dans le codage PAL, la modulation 64-QAM. le signal modulé la porteuse non modulée
Bandes de fréquences allouées téléphones portables "pour l'informatique" Puissances réglementées! ISM (Industrial Scientific Medical) U-NII (Unlicensed-National Information Infrastructure)
Emission en bande étroite Narrow Band % Spread Spectrum Transmission Sensibilité : Au bruit (S/N ratio) Interférences Encombrement de fréquences corruption & retransmission & faible débit
Etalement de spectre Système à séquence directe (DSSS)
Multiplication par la séquence pseudo aléatoire dans un émetteur à étalement de spectre Multiplication: 1*1= -1*-1= 1 et -1*1= 1*-1= -1
Spectre utilisé avant et après étalement
Multiplication par la séquence pseudo aléatoire dans un récepteur à étalement de spectre
Emission en bande large Spread Spectrum 1Mhz à 10Watts % 10Mhz à 1Watts Moins sensible mais implémentation plus onéreuse Niveau de sécurité intéressant pour les militaires (50 s) FCC* rend disponible au public en 80 s *voir chapitre 06-Organisations et standards
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Un seul canal utilisé par transmission sensible aux interférences Plusieurs réseaux co-localisés doivent utiliser des canaux espacés de 25 à 30 MHz pour ne pas interférer Canal 3 Canal 4 Canal 5 Canal 6 Canal 7 Canal 8 Canal 9 Spectre d un d canal Fc La bande passante utilisée par un canal s étale sur les canaux voisins
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Technique la plus répandue aujourd hui : 802.11b 14 canaux de 20 MHz Fréquences crête espacées de 5 MHz canal 1 = 2,412 GHz ; canal 14 = 2,477 GHz Canal1 Canal7 Canal13 2,4 GHz 2,4835 GHz Fréquence Largeur totale de la bande = 83,5 MHz Canaux recouvrants : inexploitables simultanément ment
Conséquences : pour une couverture sans interférences AP1 Channel 1 AP3 Channel 11 AP5 Channel 11 AP2 Channel 6 AP4 Channel 1 AP6 Channel 1 AP7 Channel 11
Fréquences 802.11b réservées dans le monde Sri Lanka Israel France US, Canada Japan Europe, AU, NZ, CZ, PT, RU, TR, So. Korea, Singapore, Taiwan, Latin America, Philippines, HK, Ch 1 2.412 Ch 2 2.417 Ch 3 2.422 Ch 4 2.427 Ch 5 Ch 6 2.432 2.437 Ch 7 2.442 Ch 8 Ch 9 2.447 2.452 Ch 10 Ch 11 2.457 2.462 Ch 12Ch 13 2.4672.472 Ch 14 2.484 2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50
Gestion du Spectre Plusieurs canaux dans l espace disponible Channel number 240 1 1 2412 242 3 243 1 7 2442 245 3 246 1 13 2472 248 3 Top of channel 240 6 2 2417 242 8 243 6 8 2447 245 8 Center frequency 241 1 3 2422 243 3 244 1 9 2452 246 3 Bottom of channel 241 6 4 2427 243 8 244 6 10 2457 246 8 242 1 5 2432 244 3 245 1 11 2462 247 3 242 6 6 2437 244 8 245 6 12 2467 247 8 2400 MHz ISM Band 2484 MHz
Pour un non-recouvrement des canaux 14 canaux de 22 MHz (13 en France, 11 aux US) 3 canaux disjoints (1, 6 et 11) Débit théorique maximum de 11 Mbps 3 points d accès ou ponts radio peuvent couvrir la même zone, offrant un débit global de 33 Mbps
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Technologie à sauts de fréquences 79 canaux de 1 MHz de largeur de bande 3 ensembles de 26 séquences, soit 78 séquences de sauts possibles Exemple : 3 stations sur 7 intervalles de temps : émissions simultanées mais pas sur le même canal
Etalement de spectre Système à saut de fréquence (FHSS)
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Station 1 Station 2 Station 3 Slots de fréquences 80 60 40 20 0 Temps
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing bande U-NII (5 GHz) (et aussi ISM pour g) division des 2 premières sous-bandes en 8 canaux de 20 MHz chaque canal contient 52 sous-canaux de 300 khz utilisation de tous les sous-canaux en parallèle pour la transmission débit de 6 à 54 Mbits/s : modulation BPSK : 0,125 Mbits/s par sous-canal : total 6 Mbits/s modulation QAM64 : 1,125 Mbits/s par sous-canal : total 54 Mbits/s
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing 48 sous-canaux de données 4 souscanaux de correction des erreurs 300 khz 20 MHz 5,18GHz 5,2GHz 5,22GHz 5,24GHz 5,26GHz 5,28GHz 5,3GHz 5,32GHz Fréquence 20 MHz
Modulation multiporteuses
DSSS % FHSS % + modulation GFSK, CCK, OFDM
802.11 a/b/g 3 canaux nonconcomitants Réseau en 802.11b/g 11-54 11-54 11-54 802.11b Débit: 1, 2, 5.5, 11 Mbps Modulation: CCK Bande de fréquence: 2.4 GHz Réseau 802.11a 54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps 802.11g Augmenter le débit du 802.11b basé sur un nouveau codage Débit recherché: 24, 36, 48, 54 Mbps Modulation proposée: OFDM (idem 802.11a) Bande de fréquence: 2.4 GHz 802.11a 54 Mbps Débit: 6, 9, 12, 24, 36, 48, 54 Mbps Modulation: OFDM 54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps Bande de fréquence: 5 GHz 54 Mbps
Techniques de modulations appliquées 802 Standard Data Rate Modulation Scheme IEEE 802.11 IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g Up to 2Mbps in the 2.4GHz band Up to 54Mbps in the 5GHz band Up to 11Mbps in the 2.4GHz band Up to 54Mbps in the 2.4GHz band FHSS or DSSS OFDM DSSS with CCK OFDM above 20Mbps, DSSS with CCK below 20Mbps
Techniques de modulations appliquées Bluetooth HomeRF Standard HiperLAN/1 (Europe) HiperLAN/2 (Europe) Data Rate Up to 2Mbps in the 2.45GHz band Up to 10Mbps in the 2.4GHZ band Up to 20Mbps in the 5GHz band Up to 54Mbps in the 5GHz band FHSS FHSS Modulation Scheme CSMA/CA OFDM
Schémas de modulation