Chap3 Accès Radio

8/18/2019 Chap3 Accès Radio

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Houda KHEDHER 1

Chapitre2 :Accès au canal radio


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De quoi allons nous parler?

• Introduction

• Méthodes d’accès multiple: définitions et

caractéristiques – Accès multiple à répartition en fréquences – Accès multiple à répartition dans le temps

– Accès multiple à répartition en codes

• Protocoles d’accès aléatoire


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Introduction

Usagers mobiles

Ressources radio limitées

Impossibilité de réservation permanente d’un

canal à chaque usager

Définir une méthode de partage de la bande defréquences en canaux physiques: accès multiple

Définir des protocoles d’accès aux canaux


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Méthodes d’accès multiple: définitions

• FDMA (Frequency Division Multiple Access) ou AMRF( Accès Multiple à Répartition en Fréquences)

• TDMA (Time Division Multiple Access) ou AMRT ( Accès

Multiple à Répartition dans le Temps)• CDMA (Code Division Multiple Access) ou AMRC ( Accès

Multiple à Répartition en Codes)

Communications bidirectionnelles = liaison full duplex. Obtenues par duplexage


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T1vers T2

Temps

Duplexage FDD et TDD

5

T2vers T1

f1

f2

Temps

T1vers T2

f1

Temps

Temps

T2vers T1

FDD (Frequency Division Duplex): Voies montante et descendanten’utilisent pas les mêmes fréquences porteuses

TDD (Time Division Duplex): La voie montante et la voie descendante sontséparées dans le temps


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Systèmes bande étroite (1)

Spectre radio découpé en plusieurs sous-canaux à bandeétroite limités à un ou quelques utilisateurs

Un canal = ensemble de deux fréquences utilisées pour descommunications bi-directionnelles

Fréquences pour le lien montant (MS BS) = canauxmontants (uplink )

Fréquences pour le lien descendant (BSMS) = canaux

descendants (downlink ) Écart duplex: séparation fréquentielle entre la voiemontante et la voie descendante


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Systèmes bande étroite (2)

Utilisation: systèmes à haute capacité (plus le canalest étroit, plus le nombre total de canaux est élevé)

Inconvénients:

Sensibilité au phénomène de fading Blocage des appels: en cas d’allocation de tous lescanaux, les appels frais sont bloqués

FDMA architecture bande étroite

CDMA architecture large bandeTDMA système bande étroite ou système large

bande


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Systèmes large bande

La totalité ou une partie importante du spectreaccessible à tous les utilisateurs

Avantages:

Faible sensibilité à l’évanouissement (fading)

Interférences intentionnelles ou naturellesréduites

Dégradations harmonieuses des performancesen cas d’augmentation de la charge


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Accès Multiple à Répartition enFréquences (1)

Division de la bande de fréquences en plusieurs sous bandes(méthode la plus conventionnelle d’accès multiple)

Fréquence

Temps

Occupé par l’utilisateur 1


Non occupéCanal

physique

(A)

(B)

(C)

(A) Porteuses A, B, C

Dans le FDMA, un canal correspond

à une fréquence porteuse


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Tous les canaux disponibles dans une cellule donnéesont attribués à la demande

Utilisation d’un ou plusieurs canaux de contrôle enfonction de la taille du système

Faible largeur de bande: canaux étroits (≤ 30kHz)

Un appel = une fréquence


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Un circuit unique par porteuse: chaque canal FDMA estdéfini pour véhiculer un seul circuit téléphonique

.

.

.

Fréquence 1

Fréquence 2

Fréquence 3

Fréquence 4

Fréquence N

Domaine

fréquentiel

La largeur de bandede chaque canal est

typiquement inférieureà 30 kHz

Circuit de contrôle

Circuit de contrôle

Circuit de parole

Circuit de parole

Circuit de parole


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Caractéristiques Faible complexité du terminal mobile: pas d’égalisation ou de tramage

complexe et de synchronisation

Faible en-tête de transmission : transmission continue peu de bitsd’en-tête pour synchronisation, tramage et certaines informations decontrôle transmises sur le canal de parole

Coûts des équipements fixes élevés: un canal par porteuse plusd’équipements au niveau de la station de base

Nécessité d’utiliser un duplexeur: contre les interférences entre

émetteur et récepteur du mobile Transmission continue: mobile et station de base transmettent en

continu et de façon simultanée


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Offrir la bande de fréquences à chaque utilisateur pendant unefraction de temps donnée (slot)



Non occupé

Canal physique

Fréquence

Temps

Slots 1, 2, 3, 4

Dans le TDMA, un canal correspond

à un intervalle de temps

Accès Multiple à Répartition dans leTemps (1)


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Contrôle Voix Voix Voix

Voix

Voix

Voix

VoixVoix

Voix

Voix

VoixVoix

Voix

Voix

Voix

Voix

Voix

Voix

Voix

.

.

.

Fréquence 1

Fréquence 2

Fréquence 3

Fréquence 4

Fréquence N

Domainefréquentiel

Intervalles de temps

Domaine temporel

La largeur de bandede chaque canal est

typiquement compriseentre 20 et 300 kHz

Plusieurs circuits par porteuse Fréquence radio partagée par plusieurs terminaux, chaque terminalutilisant un slot particulier


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Caractéristiques Complexité des mobiles

Transmission par bursts: transmission discontinue

Entête de transmission plus importante: mode de transmission par

bursts resynchronisation pour chaque burst. Temps de gardenécessaires pour séparer les slots. Entêtes de messages = jusqu’à 20 à30% du nombre total de bits transmis

Coûts des équipements au sol moins élevés: moins de canaux radiodiminution du nombre d’équipements au niveau des stations de base

Pas d’utilisation de duplexeur: émissions et réceptions sur des slotsdifférentsduplexeur inutile

Complexité du handover: handovers plus efficaces que dans unsystème FDMA


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Hiérarchie temporelle typique enTDMA

Préambule Message Post ambule

Slot 1 Slot 2 Slot i Slot N Slot 1 Slot N……

Trame MTrame 1

Burst

Super Trame


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Autoriser l’allocation de la totalité de la bande de fréquences,de manière simultanée, à tous les utilisateurs

Canal physique

Code

Temps

Fréquence



Non occupé

Dans le CDMA, un canal

correspond à un code

Accès Multiple à Répartition en Codes (1)


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Accès Multiple à Répartition en Codes (2)

• Chaque utilisateur est identifié par une séquencesignature unique (code) servant à identifier lerécepteur destinataire

Flexibilité, sécurité, …

• Le code est appliqué à chaque bit de données àtransmettre

Étalement de spectre

• Superposition des signaux des utilisateurs actifs Interférence d’accès multiple

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Codes d’étalement

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Accès Multiple à Répartition en codes (3)

Une séquence aléatoire est attribuée à chaque stationmobile

Architecture reposant sur la technique de modulationà étalement de spectre (Spread Spectrum)

Deux techniques d’étalement

Etalement par sauts de fréquence (Frequency Hopping): lespectre d’une porteuse modulée est étalé en changeant lafréquence de la porteuse pseudo-aléatoirement au cours du temps

Etalement direct ( Direct Spreading): étaler le spectre enmultipliant le signal utile par un signal numérique plus rapideappelé code


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Accès Multiple à Répartition en codes (4)

Caractéristiques

Nombre de circuits par porteuse théoriquement illimité: canalunique ou très peu de canaux fréquentiels. Plusieurs centainesd’appels par porteuse

Largeur de bande importante (1 à 10 MHz)

Complexité au niveau du mobile: traitement des informations plus important que dans les autres types de systèmes (implanterun niveau de codage supplémentaire)

Coûts des équipements fixes: relativement faibles (nombre potentiel d’utilisateurs/canal pouvant être très élevé)


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Caractéristiques de l’étalement despectre

Les données occupent une largeur de bande plus large quecelle nécessaire au transfert des données d’une communication

Meilleure résistance au brouillage et àl’interférence

L’étalement de spectre est réalisé avant l’émission grâce àl’utilisation d’un code indépendant de la séquence de données.Le même code est utilisé à la réception pour désétaler le signalreçu

Faible probabilité d’interception par des tiers

Niveau de confidentialité élevé


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CDMA à séquence directe (1)

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CDMA à séquence directe (2)


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Performances et Capacités

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Protocoles d’accès aléatoire (1)

Dans les systèmes radio mobiles Le mobile doit accéder à un canal partagé par tous les mobiles de sa zone Existence de stations cachées due à l’effet de masque

Effet de capture

Changements constants dans la composition de la population des mobilesau sein d’une zone impossibilité d’utilisation de jetons ou de priorités

Les stations de base ignorent le nombre et les identités des mobiles présents dans leur cellule et susceptibles d’accéder aux ressources protocole à demande d’accès à contrôle centralisé non convenable

Approche décentralisée pour l’accès au canal decommunication


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Protocoles d’accès aléatoire (2)

Avantages

Gestion efficace et flexible de l’accès au canal

Simplicité de mise en œuvre

Conséquences

Les mobiles entrent en contention pour l’accès aucanal

Collisions entre les messages émis par lesdifférents mobiles


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Protocoles non « slottés » et sansécoute préalable des canaux

ALOHA (ou pure-ALOHA): mis en œuvre pour la premièrefois pour un réseau radio de diffusion de paquets reliant lesîles d’Hawaï en 1970 Extrême simplicité Politique complètement décentralisée et ne nécessitant aucune

synchronisation

Principe de base: quand une station a un message à envoyer, ellel’émet sur le canal radio sans aucune précaution. À la fin de latransmission de chaque paquet, un acquittement revient aux stationsindiquant si le paquet est bien reçu ou s’il y a eu une collision

Inconvénients majeurscollision perte d’informations

Instabilité et débit limité (plus il y a de transmissions, plus il y a decollisions retransmissionsdébit baisse: tout le monde est entrain de retransmettre


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Protocoles avec écoute préalable ducanal (1)

CSMA (Carrier Sense Multiple Access) 1-persistant:écouter le canal avant d’émettre et l’envoi d’un messagen’est autorisé que si le canal est libre. En revanche, si lecanal est occupé, la station reste en écoute jusqu’à la fin

de l’émission en cours pour émettre dès la libération ducanal

Collision réémission du message après unintervalle de temps de durée fixe ou aléatoire

Distance entre stationsdélai de propagationcollisions


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CSMA non persistant: Une station détectant le canaloccupé retarde sa tentative d’émission d’un tempsaléatoire

Meilleures performances à forte chargeCSMA p-persistant: Lorsque le canal devient libre,

la station émet avec une probabilité p et diffère sonémission avec une probabilité (1 - p)

Diminution de la probabilité de collision par rapport à la politique CSMA 1-persistant


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CSMA/CD ou CSMA avec détection des collisions (CD,Collision Detection) Méthode normalisée par l’ISO A l’écoute préalable du canal, s’ajoute l’écoute pendant la

transmission: une station prête à émettre, ayant détecté le canal libre,

transmet et continue à écouter le canal. En cas de collision: Elle interrompt immédiatement sa transmission;

Elle émet une séquence de brouillage (jamming paquet) pour forcer lesautres stations en collision à cesser d’émettre;

Elle tente la réémission ultérieurement

Détection immédiate des collisions et interruption de latransmission en cours

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• CSMA/CD

A émetB émet

C et D écoutent

D émet

Détection de collision et émission

de jamming packet

B écoute

C émet

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Protocoles avec écoute préalable du canal (5):CSMA en contexte radio-mobile

BTMA ( Busy-Tone Multiple Access) Problème: existence de stations cachées

Protocoles CSMA inutiles tels quels

Recours à un canal de signalisation BTC ( Busy-Tone Channel) pour

l’émission d’un signal (ton d’occupation ou Busy-Tone, signal sousforme sinusoïdale)

Émission de données sur DC ( Data Channel)

Le Busy-Tone est envoyé par la station émettrice pendant l’émission deson message

Le Busy-Tone est émis par les stations démodulant les signaux émis

( Busy-Tone = acquittement)

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BTMA

Station A

Station B

Station C

BTC

DC

BTC

DC

BTC

DC

Canal occupé: report d’émission de la station A

Début d’émission de la station B sur le canal DC

Détection d’émission sur le canal DC: émission d’un ton sur le BTC par la station C

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Protocoles avec écoute préalable du canal (6):DSMA

DSMA ( Digital/Data Sense Multiple Access)

Utilisé en contexte centralisé

La station de base inclut dans chaque message du canaldescendant un drapeau d’indication d’occupation/non occupation

du canal montant Les stations mobiles écoutent ce drapeau avant émission

Si le drapeau indique que le canal est libre l’émissionest tentée sur le slot suivant Dès détection du début d’émissionle drapeau est

positionné à l’état occupé (par la station de base) jusqu’à la fin de l’émission

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Protocoles slottés sans écoute du canal

S-ALOHA (slotted ALOHA): autoriser les débuts d’émissions qu’encertains instants particuliers

Découpage du temps en tranches (slots)

autorisation d’émission de trames qu’en début de tranche

Collision: canal inutilisable pendant au plus un slot

retransmission après un temps aléatoire Synchronisation entre stations

Messages de courte durée

Taille maximale égale à un time slot

Collision

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Protocoles tramés avec réservation

R-ALOHA ( Reservation - ALOHA): réservation à l’avance detranches de temps pour les stations qui ont des paquets à émettre

Tranches regroupées en trames

Principe: une transmission réussie signifie automatiquement uneréservation dans la même tranche de la trame suivante

systèmes par satellites et réseaux locaux sans fil

A

N=4

B A BC

N=4 37

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