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Les communications hertziennes

Jean-Claude Bellocq

CITI

Dept TELECOM, INSA BAYONNE

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Introduction

• Les communications hertziennes, ou radiocom. =– exploitation du spectre électromagnétique en

champ libre pour effectuer de la transmission d’information.

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I-Les applications

• La diffusion

• La liaison point à point

• L’accès fixe

• Les radio-mobiles

• Les réseaux cellulaires

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La diffusion• Principe = diffusion d ’information sur 1

zone géographique.

• Caractéristiques – 1 liaison simplex (sens descendant)– 1 émetteur fixe omnidirectionnel– des récepteurs directionnels

• Applications– TV, radiophonie, signalisation...

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La liaison point à point• Principe = Relier 2 sites par un canal de

transmission non câblé.

• Caractéristiques :– 1 liaison simplex ou duplex– 2 E/R fortement directionnels et bien orientés– points relais (terrestres, satellites)

• Applications– ponts radios, liaisons satellites

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L ’accès fixe• Principe = Permettre la transmission

d ’information entre 1 point d ’accès fixe et 1 utilisateur fixe

• Caractéristiques :– 1 liaison duplex– 1E/R omnidirectionnel– 1 E/R fortement directif

• Applications– La Boucle Locale (Radio ou satellite)

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Les radio-mobiles

• Principe = Permettre la transmission d ’information entre 1 point d ’accès fixe et 1 utilisateur mobile

• Caractéristiques :– 1 liaison duplex– 2 E/R omnidirectionnel

• Applications– radio-taxis, médecins ...

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Les réseaux cellulaires• Principe = permettre l ’extension de la zone

géographique couverte et l ’augmentation du nombre d’utilisateurs

• Caractéristiques :– liaisons duplex– E/R omnidirectionnel– 1 sous-réseau fixe de points d ’accès (cellules)

• Applications– la téléphonie mobile, les réseaux radio

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II-Un peu d’histoire

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• 1873-1895 : découverte, expérimentation des ondes EM– 1873 : l ’anglais JC Maxwell prédit l ’existence des ondes EM.

– 1887 : l’allemand H. Hertz observe les ondes EM.

– 1890 : le français E. Branly réussi à capter ces ondes (1ère antenne??).

– 1895 : l’Italien G. Marconi réalise la 1ère transmission radio en morse. (marconigrammes). (1897 : démonstration aux investisseurs)

• 1912-1930 : inventions et mise en œuvre des premiers services grand public– 1912 : le SOS du Titanic est capté par le navire Carpathia et sauve 800

personnes

– 1920 :1ère liaison radiotélégraphique France-Amérique ouverte au public.

– 1924 : Première utilisation de la radio mobile par la police américaine.

– 1927 :1ère liaison radiophonique Londres-New-York.

II-Un peu d’histoire

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• 1930-70 : augmentation de la bande de fréquence et mise en place de réseaux radio en modulation de fréquence. Satellites– 1935 : 4 liaisons téléphoniques intercontinentales depuis Paris.

– 1945 : Arthur C. Clarke propose les satellites géostationnaires pour la communication.

– 1955 : début des 1ères liaisons radio (160MHz) à Paris (taxis, médecins)

– 1957 : lancement de Spoutnik-I par les soviétiques

– 1970 : fin des ondes courtes pour la radiophonie : remplacées par les satellites.

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• 1970-2000 : développement du cellulaire, apparition du numérique – 1969 : les Bell labs inventent le concept du cellulaire

– 1970-90: le cellulaire analogique se développe. 1979 : système cellulaire NTT au Japon 1983 : allocation des fréquences pour l ’AMPS (Advanced Mobile Phone

Service) aux USA. 1985 : en France, Radiocom2000, en Angleterre le TACS en //, développement des systèmes sans cordon

– depuis 1990 : Systèmes à modulation numérique USA : USDC(91) , DCS-1900 (94), IS-95 (95) Europe : GSM (90), DECT (93), DCS-1800 (93) Japon : JTACS (88), PHS (cordless system, 93)

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• Aujourd’hui – cellulaire (GSM 900MHz, DCS 1800MHz, UMTS)

– communications internationales : 70% par cables sous-marins, 30% par satellites

• Tendances– apparition de l ’internet et multimédia mobiles (l ’ère du service)

– convergence voix-données

– interconnexion des systèmes

– réseaux sans fil (pico-cellules) : WiFi, Bluetooth, ...

– Techniques : smart antennas, UWB (ultra wide band)

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III-Le spectre électromagnétique

• C ’est une denrée rare à partager– Nécessité d ’attribuer une bande de fréquences

pour 1 application donnée– Adapter la largeur de spectre et le choix de la

fréquence aux besoins de chaque applications

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II-1. Le spectre radio

– B) Définition de bandes (ex: UHF)• normalisation

f0 =1GHz flow ~f0/3,16 fhigh ~3,16.f0

(régulier sur une échelle logarithmique)

f ~2,8. f0 =2,8GHz

fhigh =10.flow

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Sys

tèm

es d

e T

éléc

omm

un

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s, P

.G. F

onto

llie

t. T

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cité

, vol

18, e

diti

ons

EP

FL

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ONU

ITU

ITU-T(ex CCITT)

ITU-D

ITU-R

- Europe,Afrique,Moyen-Orient- Amérique,Groenland- Asie, Océanie

-radiocoms-organise WRC- techinque- réglementation

IFRB-gardien du spectre- enregistre les fr.radio- liens avec admin locales

-WTSC-normalisations

TSB

GCNT

http://www.itu.int

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CEPTFrance(ART)

... ...

......

ETSI

- Rapports-Recommandations-Décisions

opérateurs

constructeurs

administration

TC

STC STC ...

- standards (ETS)- rapports (ETR)

http://www.etsi.org

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IV- Présentation du cours

Source DestinataireMilieu de propag

Demcanal RxCod TxMod Dem

Antennes et émetteurs

Canal radio

Codage, égalisation, brouillage

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La liaison radio

Gaind’antenne

Affaiblis-sement

Evanouis-sements

FastFading

Gaind’antenne

Bruit additif

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Les transmetteurs

A feeder Afeeder

Gaind’antenne

Affaiblis-sement

Gaind’antenne

Bruit additif

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Les transmetteurs

• Les antennes – principes

– le doublet

– caractéristiques d ’antennes

– les antennes filaires

– les antennes de surface

• Cours : ~7h• TD : 4 à 5 séances• TP : abordé dans

certains TP

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Le milieu de propagation

Milieu de propag

Bruits

Affaiblis-sement

Evanouis-sements

FastFading

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Le milieu de propagation

• Effets de propagation

• Caractérisation

• Sources de bruit

• modèles de propag. pour la planification

• Cours : ~4h• TD : 2 séances• TP : transversal à tous

les TPs (4).

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Le canal radio

Canal radio

RxTx

Milieu de propagDemMod

Mod Dem

Canal radio en bande de base

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Le canal radio

• Signal radio – codage, modulation

• Canal radio– évanouissements,

étalements temporels...

• Modélisation en bande de base

• Cours : ~4h• TD : 2 séances

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Etude des systèmes

RxTx

Milieu de propagDemMod

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Les systèmes

• Les ponts radio• La diffusion TV / radio• Transmissions satellites• la BLR• Le cellulaire• le DECT• WiFi

• Cours : ~4h – (2h Bouygues Tel.)

• TD : 2 séances• TP :

– 1 : mesures GSM

– 1 : mise en place de wLAN

– 2 : logiciel de déploiement GSM

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V : les métiers

• Réseau, Intégrateur : prise en compte de la spécificité radio (wireless LAN…)

• Téléphonie mobile : opérateurs (centres opérationnels), constructeurs.

• Développement et Recherche– les antennes– le traitement du signal– la téléphonie mobile, les réseaux sans fil, ...

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VI-références

• « Antennas and propagation for Wireless communication systems », Simon R. Saunders, ed Wiley

• « Wireless communications : principles & practice », Theodore S. Rappaport, ed Prentice Hall

• « micro-ondes », tome II, Combes, ed. Dunod • « Electromagnetic waves and antennas »,

www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa