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Les réseaux sans fil
Au début, les systèmes de communication sans fil ont été principalement utilisés par les compagnies militaires et d’expédition. Ils se sont développés ensuite dans les services de radiodiffusion commerciale, de téléphonie cellulaire, services de positionnement global (GPS), réseau local sans fil (WLAN), réseau personnel sans fil (WPAN).En fonction des applications, la portée, le débit, la mobilité, il peut s’agir des réseaux d’accès (Accès Networks), de diffusion (Broadcast Networks), radio mobile ou encore locale (WLAN : Wireless Area Networks).
Les réseaux d’accès sans fil offrent le haut débit pour un réseau câblé aux derniers kilomètres, car la liaison est généralement fixe. Les réseaux de diffusion concernent principalement la télévision et la radio, ils sont sans voie montante pour le moment. Les réseaux radio mobile englobent la téléphonie cellulaire et offrent un débit réduit à quelques kbits. Les réseaux locaux (WLAN) quant à eux visent de multiples services hauts débits pour des zones à forte densité d’activités.
Les années 90 ont marqué l’expansion mondiale de la téléphonie numérique sans fil. Le confort d’utilisation, la souplesse et surtout la mobilité sont les clés de la cette réussite.
Aujourd’hui, ces systèmes de communication sont devenus une partie intégrante de la vie quotidienne et offrent en les associant une meilleure qualité de services.
Les ondes millimétriques
La notion de mobilité l’un des points forts de tous les systèmes de communications sans fil est devenu avec le temps une nécessité pour les applications d’ autres types telles que la vidéo, l’audio, les textes, les images. Ce besoin pèse de tout son poids lorsqu’on sait que l’une des technologies émergentes du domaine sans fil actuellement est celle des ondes millimétriques, avec un fort potentiel en termes de bande passante et haut débit. La translation vers les hautes fréquences est expliquée de plusieurs façons parmi lesquelles :
La rareté de la ressource fréquentielle dans les basses fréquences, La complexité de l’efficacité spectrale pour les fréquences inférieures à 10 GHz,
La conception d’applications gigabits.
Les ondes millimétriques couvrent le spectre de 30 à 300 GHz (EHF: Extra High Frequency) et offrent comme avantages:
La disponibilité d’une énorme bande passante sans licence,
De fortes pertes de puissance en fonction de la distance.
Le spectre millimétrique grâce à ces atouts est un bon candidat pour les applications gigabits sans fil des réseaux sans fil locaux (WLAN), et réseaux personnels (WPAN). L’utilisation des ondes millimétriques pour les WLAN ou MBS a débuté vers les années 90. Au début, l’objectif était d’utiliser cette bande de fréquences. Pour des réseaux basés sur l’ ATM et aussi pour la mise en place de réseaux d’accès. L’intérêt est :
Largeur des bandes passantes disponibles, Facilité de la réutilisation des fréquences due aux fortes atténuations en fonction de la distance, Compacité des équipements due aux courtes longueurs d’onde.
Dans le spectre des ondes millimétriques, trois bandes particulières ont été retenues, en raison de leur disponibilité pour le type d’applications visées. Ce sont celles comprenant 30 GHz, 40 GHz et 60 GHz. La bande de 60 GHz en particulier présente les avantages majeurs suivants :
Énorme largueur de bande disponible (continue et moins restreint pour l’émission de puissance),
Grande capacité et flexibilité.
Les standards de 60 GHz permettront d’avoir un débit de l’ordre de plusieurs gigabits sur une portée plus grande que celle des systèmes UWB, mais plus petite que celle de la norme IEEE 802.11n. Ceci est un réel défi lorsqu’on connait les grandes pertes de propagation à cette bande de fréquences et la marge de puissance de transmission à respecter.
Phénomènes de propagation
Lors d’une transmission sans fil, les ondes ou le signal transmis sont généralement affectés par trois types de phénomènes physiques : la réflexion, la diffraction, la diffusion. La réfraction et le guidage d’ondes.
La réflexion se produit lorsque le signal transmis rencontre des obstacles de grande dimension comparés à sa longueur d’onde. Ce pourrait être un bâtiment, la terre ou encore bien d’autres obstacles. Dans ce cas, le signal est renvoyé vers la source au lieu de poursuivre sa propagation vers le récepteur.
La diffraction se produit lorsque le signal est obstrué par une surface irrégulière et pointue ou encore ayant une faible ouverture. Le signal est ainsi diffusé en traversant l’ obstacle. Généralement, les ondes issues de cette diffraction sont utilisées pour établir d’autres trajets entre l’émetteur et le récepteur en cas de non-visibilité directe.
La diffusion quant à elle est un phénomène physique qui force le rayonnement d’une onde électromagnétique à dévier du trajet direct par un ou plusieurs obstacles locaux ayant des dimensions réduites comparés à la longueur d’onde du signal transmis. On appelle ces obstacles des diffuseurs. Comme exemples, nous pouvons citer le feuillage, les panneaux de signalisation et les lampadaires.
La réfraction se produit lorsque le signal traverse un mur, ou une surface et se retrouve dans un milieu ayant un indice de réfraction différent du premier milieu de propagation. Ce phénomène induit une déviation de la direction de propagation.
Le guidage d’ondes se produit lorsque le signal traverse un tunnel, un couloir. Le signal se propage dans la direction du guide.
Les industries et la bande de 60 GHz
Les industries s’intéressent beaucoup à la bande de 60 GHz et beaucoup d’efforts ont été menés par elles dans le but de fournir des standards. Le premier standard industriel qui couvre la bande de 60 GHz est l’lEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 pour les réseaux locaux et métropolitains. C’est une bande exploitée avec licence, il faut le préciser. Elle est utilisée pour les communications extérieures en ligne de vue pour l’interconnexion aux derniers kilomètres. Au Japon deux standards relatifs à la bande de 60 GHz ont été émis par l’ ARIB (Association of Radio Industries and Business) ce sont: L’ ARIB-STD T69 et L’ ARIB-STD T74. Le premier est le standard des équipements radio transmettant de la vidéo en ondes millimétriques. Ceux-ci ont une faible puissance de transmission et sont des systèmes point à point. Le second est le standard des applications WLAN très haut débit pour stations radio à faible puissance d’émission, des systèmes points à multipoints. Les deux standards couvrent la bande s’ étendant de 59-66 GHz définis au Japon.
L’intérêt pour 60 GHz est continuellement croissant avec notamment la formation de multiples groupes de standards en rapport avec les ondes millimétriques et les alliances d’industries. En mars 2005, le 802.15.3c Task Group (TG3c) fut formé, sont l’objectif était de développer une couche physique alternative adaptée aux ondes millimétriques. Celle-ci devant se baser sur l’existante de WPAN. En aout 2006 l’ECMA TC-48 commença à fournir des efforts en vue de standardiser le contrôle d’accès au média, ainsi que la couche physique pour les communications haut débit de courtes portées. Ceci en utilisant la bande de 60 GHz.
En octobre 2006, le consortium de la haute définition sans fil fut annoncé, avec un cercle d’entreprises consommatrices d’ électroniques. Ils délivrèrent des spécifications pour le haut débit, l’audio-vidéo de haute qualité non compressé à 60 GHz. Dans les développements plus récents, la Wireless Gigabit Alliance (WiGig) formée en mai 2009 a établi des spécifications unifiées pour les technologies sans fil à 60 GHz. L ‘objectif global est de faciliter l’inter opérabilité entre produits issus de divers champs d’ applications.
Fonctionnement de I’OFDM
Il y a eu beaucoup de débats au niveau des industries concernant le bénéfice entre les différentes techniques TOMA (Time Division Multiple Access), COMA (Code Division Multiple Acces) et OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Acces). Plusieurs fois l’une ou l’autre des techniques a été positionnée comme ayant des avantages fondamentaux sur les autres. Dans les années 1980, deux candidats existaient pour l ‘accès radio, il s’agissait notamment du TOMA et du COMA Les standards adoptèrent à cette époque-là le TOMA pour les systèmes de communication mobile de deuxième génération (2G). Lorsque la question fut de nouveau mise sur la table pour les systèmes mobiles de troisième génération (3G) vers les années 1990, deux candidats étaient sur la ligne de départ : le COMA et l’OFOM. Le COMA fut adopté comme standard. À partir de cette époque, l’OFOM était déjà prédite conformément au train de l’histoire d’être la technique phare pour les standards de quatrième génération.
Chacune de ces techniques que nous venons de citer lorsqu’elle est bien optimisée s’adapte tout à fait au besoin et est à la hauteur des autres, il devient donc difficile de choisir une technique appropriée. Le choix se fait donc selon certains critères et en fonction des applications prévues du système de communication. À titre d’exemple, nous pouvons citer l’industrie du cellulaire qui malgré l’évolution de la capacité du TOMA a choisi plutôt le COMA pour ces réseaux 30 dans les années 1990 parce qu’elle répondait mieux au besoin.
Une question pourrait se poser, celle de savoir si l’OFOM possède un avantage sur le COMA, la réponse est non pour les réseaux de moins de 10 MHz de bande passante.
L’avantage fondamental de l’ OFOM est qu’il fournit un faible débit par porteuse individuelle, est pratique en cas d’interférences entre symboles et simplifie grandement l’égalisation dans le canal. Ainsi le système OFOM peut atteindre une efficacité spectrale, légèrement supérieure au COMA. Toutefois, les architectures avancées pour récepteurs y compris les approches pratiques sont en œuvre pour mettre les systèmes COMA sur le pas de l’OFOM.
Parmi donc les critères qui ont guidé notre de choix nous pouvons énumérer :
La simplicité et le faible coût de mise en œuvre.
L’efficacité dans un canal multi trajet.
L’exploitation optimale de la bande passante.
L’adaptabilité à l’environnement intérieur où le canal est quasi stationnaire.
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Table des matières
CHAPITRE 1 :INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1 Introduction
1.2 Objectif
1.3 Organisation du travail
CHAPITRE 2 :GÉNÉRALITÉS SUR LA RADIO DIFFUSION
2.1 Introduction
2.2 Historique
2.3 Les réseaux sans fil
2.4 Les ondes millimétriques
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 :CANAL DE PROPAGATION
3.1 Introduction
3.2 Phénomènes de propagation
3.2.1 Fading à grande échelle
3.2.2 Fading à petite échelle
3.3 Modèles de canaux et caractéristiques
3.3.1 Modèle de canal interne
3.3.2 Modèle de canal externe
3.4 Réglementation pour la bande de 60 GHz
3.4.1 Amérique du Nord
3.4.2 Europe
3.4.3 Corée
3.4.4 Japon
3.4.5 L’Australie
3.5 Les industries et la bande de 60 GHz
3.5.1 L’alliance Gigabit sans fil
3.5.2 La haute définition sans fil
3.5.3 L’ECMA 387
3.5.4 L’IEEE 802.1 5.3.C
3.5.5 L’IEEE 802.11.ad
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 :TECHNIQUES ET APPROCHE
4.1 Introduction
4.2 Fonctionnement de I’OFDM
4.2.1 Principe de fonctionnement de L’OFDM
4.2.2 Intervalles de gardes
4.3 Implémentation de I’OFDM
4.3.1 Chaine d’émission et Réception OFDM
4.3.2 Technique d’évaluation des performances
4 .4 Conclusion
CHAPITRE 5 :RÉSULTATS ET ANALYSES
5.1 Introduction
5.2 Performances pour différents Canaux
5.2.1 Résultats pour les fréquences 2.4 et 5 GHz
5.2.2 Performances à 60 GHz
5.3 Conclusion
CHAPITRE 6 :CONCLUSION GÉNÉRALE
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