Introduction aux réseaux cellulaires Techniques d accès et de partage de la ressource radio Systèmes de Télécommunication Cycle d harmonisation 2A AST TEL-COM202 2011/2012 Septembre 2011 Georges Rodriguez Dépt. COMELEC Pièce A311 ( : 01 45 81 73 97 * : rodriguez@telecom-paristech.fr TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 1
Technologies, systèmes et services «Cordless» Radio cellulaire Réseaux larges «Wireless» Réseaux locaux «Paging»/messages Boucle Locale Radio Satellite TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 2
Les systèmes de communication sans fil Caractéristique fondamentale Offrir des services de télécommunications indépendants : Position Temps Mobilité TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 3
Les objectifs du cours ü Comprendre les technologies ü Saisir les aspects socio-économiques du «wireless» ü Comprendre les techniques d accès multiple ü Connaître les principaux systèmes TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 4
Plan Introduction le RTC; Le duplex téléphonique; Capacité d un réseau radio; L accès multiple; La technologie radio; TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 5
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Le Réseau Téléphonique Commuté (suite) Utilisateur B Utilisateur A Utilisateur C Utilisateur D TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 8
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Mode «circuit» - mode «paquet» ü Dans le RTC, le switch créé un «circuit» de communication ü Ce circuit s appelle la «boucle de l abonné» ü Cette boucle est constituée de plusieurs segments qui sont concaténés par les commutateurs. Il existe une autre façon d adresser un message! Le mode «paquet» TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 10
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Les caractéristiques du RTC (suite) ü Adressage à Implicite à l existence de la boucle locale ü Identité à Base de données dynamique ü Bidirectionnalité à superposition des deux signaux sur le même support de transmission ü Types de services à Limités par les caractéristiques de la paire torsadée Comment résoudre ces problèmes dans le cas du «wireless»? TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 12
Les caractéristiques du radio-mobile Dans le cas du «wireless» : 1. Le canal matériel n existe pas! 2. L utilisateur n appartient pas nécessairement au réseau de l opérateur! 3. La superposition ne garantie pas la bidirectionnalité! 4. Les propriétés du canal varient dans le temps! 5. L utilisateur du réseau bouge!! TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 13
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Le duplex pour le <<sans-fil>> FDD (Frequency Division Duplex) Duplex Sans Fil TDD (Time Division Duplex) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 16
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Définition de la capacité d un réseau Déf. de capacité : Nombre d abonnés qui peuvent communiquer de façon simultanée sur le réseau téléphonique C est le point de vue de l opérateur du réseau! TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 20
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L interférence co-canal P r (d) P r (d) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 30
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Le principe cellulaire (acte VI Le «colourid» des cellules) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 36
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L accès multiple Motivation : Parole 10-60% du temps en activité vocale!! Conséquence : La ressource canal est très MAL exploitée!! Solution : Partage de la ressource (accès) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 42
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Les techniques d accès multiple (suite) Réglementé Accès Multiple Il existe une règle d accès qu il faut respecter. Le non respect de la règle implique l interdiction d accès à la ressource canal. Aléatoire Il n existe aucune une règle d accès. Il y a des collisions. Le protocole d accès est une règle pour gérer les collisions TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 44
L accès multiple réglementé Fixe La règle est toujours la même,indépendamment que la ressource soit utilisée ou non. Accès Multiple Réglementé Ex : TDMA, FDMA Sur demande La règle est toujours le même mais elle n est pas disponible tout le temps. Il faut la solliciter si j ai un message à transmettre. Ex : Polling ou jeton TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 45
L accès multiple aléatoire Répété En cas de collision, la requête de communication se répète. Accès Multiple Aléatoire Ex : p-aloha, s-aloha Réservé En cas de collision, la requête est inscrite dans une liste de réservation Ex : réservation implicite ou explicite TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 46
Propriétés d un protocole d accès multiple ü Il doit contrôler l allocation de la capacité du canal aux différents utilisateurs ; ü Il doit utiliser la ressource canal de façon efficace : Notions de «throughput» et retard ; ü Il doit gérer l allocation de la ressource de façon équilibrée entre les utilisateurs ; ü Il doit être flexible en autorisant des types de trafic différents ; ü Il doit être stable, à partir d un état d équilibre, toute augmentation du trafic doit conduire le système à un nouvel état d équilibre ; ü Il doit être robuste vis-à-vis d une panne des équipements ; TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 47
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Les protocoles ALOHA Protocoles Aloha Accès Multiple Aléatoire dans les réseaux d ordinateurs Proposé par l Université de Hawai en 1970 Accès : Les utilisateurs accèdent au canal chaque fois qu ils ont des données à transmettre Problème à Il y a des Collisions!! TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 53
Le p-aloha Le protocole p-aloha est extrèmement simple! En supposant que tous les paquets ont exactement la même durée, p-aloha est constitué des modes suivants : Mode «Transmission» à Les utilisateurs émettent quand ils le souhaitent en protégeant leurs informations par un code détecteur d erreurs. Mode «Écoute» à Après Tx les utilisateurs attendent un acquittement (ACK) du récepteur. S il y a eu collision, le RTx détecte des erreurs et émet un non-acquittement (NAK) Mode «Retransmission» à Comme suite a un NAK, les utilisateurs retransmettent leurs messages en attendant un temps aléatoire. Mode «Timeout» à Après un certain temps si aucun ACK ou NAK est reçu, alors les utilisateurs retransmettent leurs messages TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 54
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Le s-aloha (Slotted ALOHA) Le Protocole p-aloha peut être amélioré en rajoutant un minimum de coordination entre les utilisateurs! Comment? Une séquence de marques de synchro est systématiquement diffusée vers tous les utilisateurs. Un utilisateur peut envoyer ses paquets d information seulement pendant la durée d un «slot»; la transmission peut démarrer seulement au début d un «slot». TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 58
Le s-aloha (suite) En supposant que tous les paquets ont exactement la même durée, s-aloha est constitué des modes suivants : Mode «Transmission» à Les utilisateurs émettent en protégeant leurs informations par un code détecteur d erreurs à partir de «tops» de synchro (début d un «slot»).. Mode «Écoute» à Après Tx les utilisateurs attendent un acquittement (ACK) du récepteur. S il y a eu collision, le RTx détecte des erreurs et émet un non-acquittement (NAK) Mode «Retransmission» à Comme suite a un NAK, les utilisateurs retransmettent leurs messages en attendant un temps aléatoire multiple entier de la durée d un «slot». Mode «Timeout» à Après un certain temps si aucun ACK ou NAK est reçu, alors les utilisateurs retransmettent leurs messages selon 1. TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 59
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Le CDMA Quelques questions Qu est ce qu on alloue? Comment séparer les utilisateurs entre eux? Un code (mot de passe) Codes orthogonaux TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 63
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Le CDMA Approche cellulaire TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 71
Le CDMA Approche cellulaire (suite) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 72
Plan Introduction le RTC; Le duplex téléphonique; Capacité d un réseau radio; L accès multiple; La technologie radio; TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 73
Les problèmes issus de la radio Le retard de propagation Les problèmes de la radio Le contrôle de puissance Le canal public Les effets secondaires TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 74
Le retard de propagation Problème : synchro au niveau de la station de base! D d Tp = d/c Ex: d = 150 m Tp = 500 ns D = 30 km Tp = 100 µs! Solution : gestion du «timing advance» TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 75
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Le canal public Solution : CHIFFREMENT! TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 77
Exemple : le chiffrement du A3 Authentication Alg. Signed RESponse (SRES) Trois Algorithmes De Chiffrement A8 Privacy Key Generation Alg. (Kc) A5/x Encription Alg. TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 78
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Les effets secondaires Le «bursting de puissance Les effets biologiques Les effets «secondaires» Les interférences radio Les interférences basse fréquence Les «nouvelles technologies» La radio et l environnement TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 80
Images de BTS TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 81
L image du jour (trouver l erreur) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 82
L image du jour (suite) TEL-COM202 - Réseaux Cellulaires 2011 - Page 83
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