Techniques à étalement de spectre - IUT

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
Envoi postal
Une information
(texte, objet, etc.)
Un emballage
(enveloppe, paquet,
caisse, etc.)
Une adresse
Modulation
Signal électrique
Le type de modulation.
La fréquence de la
porteuse
variations Spectre de fréquences
http://www.epsic.ch/branches/radiohf/

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 nommée
4-QAM
(Quadrature Amplitude Modulation à 4 états)
varier simultanément la tension de la porteuse et la phase j de celle-ci
exemple : la modulation de la chrominance (couleur) dans le codage PAL , la
modulation 64-QAM.
le signal modulé
la porteuse non modulée

Bandes de fréquences allouées
téléphones portables "pour l'informatique"
Puissances réglementées !
ISM
(Industrial
Scientific
Medical)
U-NII
(Unlicensed-National
Information
Infrastructure)

Emission en “bande étroite”
Narrow Band %
Spread Spectrum
Transmission
Sensibilité :
Au bruit (S/N ratio)
Interférences
Encombrement de
fréquences
corruption &
retransmission &
faible débit

Etalement de spectre
Système 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 implémentation
plus 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
Spectre d’un d un canal
Canal 3 Canal 4 Canal 5 Canal 6 Canal 7 Canal 8 Canal 9
Fc
La bande passante utilisée par un canal s’étale sur
les canaux voisins

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
Canal1 Canal7
Canal13
2,4 GHz 2,4835 GHz
Largeur totale de la bande = 83,5 MHz
Canaux recouvrants : inexploitables simultanément
simultan ment
Fréquence

Conséquences :
pour une couverture sans interférences
AP5
Channel 11
AP1
Channel 1
AP6
Channel 1
AP2
Channel 6
AP3
Channel 11
AP7
Channel 11
AP4
Channel 1

Fréquences 802.11b réservées dans le monde
Ch 1
2.412
Ch 2
2.417
Ch 3
2.422
Ch 4
2.427
Ch 5 Ch 6 Ch 7
2.432 2.437 2.442
Ch 8 Ch 9 Ch 10 Ch 11 Ch 12 Ch 13
2.447 2.452 2.457 2.462 2.467 2.472
2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50
Ch 14
2.484
Sri Lanka
Israel
France
US, Canada
Japan
Europe, AU, NZ, CZ, PT, RU, TR,
So. Korea, Singapore, Taiwan,
Latin America, Philippines, HK,

Gestion du Spectre
Plusieurs canaux dans l’espace disponible
240
1
2400 MHz
240
6
1
2412
241
1
2
2417
242
3
241
6
3
2422
242
8
242
1
4
2427
243
3
242
6
243
1
5
2432
243
8
243
6
6
2437
7
2442
244
3
244
1
8
2447
244
8
ISM Band
245
3
244
6
9
2452
245
8
245
1
10
2457
246
3
245
6
246
1
11
2462
246
8
12
2467
13
2472
247
3
247
8
248
3
2484 MHz
Channel number
Top of channel
Center
frequency
Bottom of
channel

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 spectre
Système à saut de fréquence (FHSS)

FHSS –
Frequency Hopping Spread Spectrum
Slots de fréquences
80
60
40
20
0
Station 1 Station 2 Station 3
Temps

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
48 sous-canaux de données
300 kHz
20 MHz
4 souscanaux
de
correction
des erreurs
5,18GHz 5,2GHz 5,22GHz 5,24GHz 5,26GHz 5,28GHz 5,3GHz 5,32GHz
20 MHz
Fréquence

Modulation multiporteuses

DSSS % FHSS
%
+ modulation GFSK, CCK, OFDM…

802.11 a/b/g
3 canaux nonconcomitants
Réseau en 802.11b/g
11-54
11-54
11-54
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
802.11a
54 Mbps
54 Mbps
Réseau 802.11a
Débit: 6, 9, 12, 24, 36, 48, 54 Mbps
Modulation: OFDM
54 Mbps 54 Mbps
54 Mbps 54 Mbps 54 Mbps
54 Mbps 54 Mbps
54 Mbps
Bande de fréquence: 5 GHz
54 Mbps
54 Mbps

Techniques de modulations appliquées 802
Standard Data Rate Modulation Scheme
IEEE 802.11
IEEE 802.11a
IEEE 802.11b
IEEE 802.11g
Up to 2Mbps in
the 2.4GHz band
Up to 54Mbps in
the 5GHz band
Up to 11Mbps in
the 2.4GHz band
Up to 54Mbps in
the 2.4GHz band
FHSS or DSSS
OFDM
DSSS with CCK
OFDM above 20Mbps, DSSS with CCK
below 20Mbps

Techniques de modulations appliquées
Bluetooth
HomeRF
Standard Data Rate
HiperLAN/1
(Europe)
HiperLAN/2
(Europe)
Up to 2Mbps in the 2.45GHz
band
Up to 10Mbps in the 2.4GHZ
band
Up to 20Mbps in the 5GHz
band
Up to 54Mbps in the 5GHz
band
FHSS
FHSS
Modulation
Scheme
CSMA/CA
OFDM

Schémas de modulation