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

http://www.epsic.ch/branches/radiohf/

variations Spectre de fréquences

La fréquence de la porteuse

Une adresse

Le type de modulation.Un emballage(enveloppe, paquet, caisse, etc.)

Signal électriqueUne information (texte, objet, etc.)

ModulationEnvoi postal

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 nommée4-QAM (Quadrature Amplitude Modulation à 4 états)

� varier simultanément la tension de la porteuse et la phase j de celle-ciexemple : la modulation de la chrominance (couleur) dans le codage PAL , la modulation 64-QAM.

le signal moduléla porteuse non modulée

Bandes de fréquences allouées

téléphones portables "pour l'informatique"

ISM(IndustrialScientificMedical)

U-NII(Unlicensed-National Information Infrastructure)Puissances réglementées !

Emission en “bande étroite”

� Narrow Band % Spread SpectrumTransmission

� Sensibilité :� Au bruit (S/N ratio)

� Interférences

� Encombrement de fréquences

� �corruption & retransmission & faible débit

Etalement de spectreSystème 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 implémentationplus 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

� La bande passante utilisée par un canal s’étale sur les canaux voisins

Fc

Canal 6Canal 5Canal 4 Canal 7 Canal 8Canal 3 Canal 9

Spectre dSpectre d’’un canalun canal

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

FréquenceCanal7Canal1 Canal13

2,4 GHz 2,4835 GHz

Largeur totale de la bande = 83,5 MHzLargeur totale de la bande = 83,5 MHz

Canaux recouvrants : inexploitables simultanCanaux recouvrants : inexploitables simultanéémentment

AP1

Channel 1AP3

Channel 11

AP2

Channel 6AP4

Channel 1

AP5

Channel 11

AP6

Channel 1AP7

Channel 11

Conséquences : pour une couverture sans interférences

Fréquences 802.11b réservées dans le monde

Ch 22.417

Ch 32.422

Ch 42.427

2.40 2.502.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49

Ch 12.412

Ch 52.432

Ch 82.447

Ch 62.437

Ch 102.457

Ch 72.442

Ch 92.452

Ch 122.467

Ch 142.484

Ch 112.462

Ch 132.472

Sri Lanka

Europe, AU, NZ, CZ, PT, RU, TR,So. Korea, Singapore, Taiwan,Latin America, Philippines, HK,

Japan

US, Canada

France

Israel

12412

2401

2423

22417

2406

2428

32422

2411

2433

42427

2416

2438

52432

2421

2443

62437

2426

2448

72442

2431

2453

82447

2436

2458

92452

2441

2463

102457

2446

2468

112462

2451

2473

122467

2456

2478

132472

2461

2483

2400 MHz 2484 MHzISM Band

Channel number

Top of channel

Center frequency

Bottom of

channel

Gestion du SpectrePlusieurs canaux dans l’espace disponible

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 spectreSystème à saut de fréquence (FHSS)

FHSS –Frequency Hopping Spread Spectrum

Temps

Slots de fréquences

80

60

40

20

0

Station 1 Station 2 Station 3

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

Fréquence

5,18GHz 5,2GHz 5,22GHz 5,24GHz 5,26GHz 5,28GHz 5,3GHz 5,32GHz

20 MHz

4 sous-canaux de correction des erreurs

300 kHz

20 MHz

48 sous-canaux de données

Modulation multiporteuses

DSSS % FHSS

+ modulation GFSK, CCK, OFDM…

%

802.11b� Débit: 1, 2, 5.5, 11 Mbps� Modulation: CCK� Bande de fréquence: 2.4 GHz

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

802.11 a/b/g

Réseau en 802.11b/g

3 canaux non-concomitants

11-54

11-54

11-54

802.11a

�Débit: 6, 9, 12, 24, 36, 48, 54 Mbps

�Modulation: OFDM

�Bande de fréquence: 5 GHz

54 Mbps 54 Mbps

54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps

54 Mbps 54 Mbps

54 Mbps

54 Mbps

54 Mbps

54 Mbps

54 Mbps

Réseau 802.11a

Techniques de modulations appliquées 802

Standard Data Rate Modulation Scheme

IEEE 802.11 Up to 2Mbps in

the 2.4GHz band FHSS or DSSS

IEEE 802.11a Up to 54Mbps in

the 5GHz band OFDM

IEEE 802.11b Up to 11Mbps in

the 2.4GHz band DSSS with CCK

IEEE 802.11g Up to 54Mbps in

the 2.4GHz band

OFDM above 20Mbps, DSSS with CCK

below 20Mbps

Techniques de modulations appliquées

Standard Data Rate Modulation

Scheme

Bluetooth Up to 2Mbps in the 2.45GHz

band FHSS

HomeRF Up to 10Mbps in the 2.4GHZ

band FHSS

HiperLAN/1

(Europe)

Up to 20Mbps in the 5GHz

band CSMA/CA

HiperLAN/2

(Europe)

Up to 54Mbps in the 5GHz

band OFDM

Schémas de modulation