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Cours Technologies réseaux Licence GTR 3 ème année Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté dElectronique et Informatique.

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1 Cours Technologies réseaux Licence GTR 3 ème année Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté dElectronique et Informatique / Département dInformatique Techniques aléatoires d'allocation de fréquences pour les réseaux satellitaires

2 2 16/11/2013 Méthodes daccès: Classification Méthode dallocation statique: TDMA FDMA CDMA SCPC Méthode dallocation dynamique: Aloha Slotted-Aloha

3 3 16/11/2013 Méthode dallocation statique:

4 4 16/11/ TDMA (Time Division Multiple Access)

5 5 16/11/2013 TDMA (Time Division Multiple Access) Cest une technique daccès qui se repose sur le multiplexage temporelle des fréquences.

6 6 16/11/2013 Principe: Chaque porteuse sera divisée dans le temps et repartie à plusieurs utilisateurs Chaque utilisateur sera contraint denvoyer que durant un certain intervalle alloué dynamiquement(time slot )

7 7 16/11/2013 Trame TDMA : Une trame TDMA sera composé de : Time Slots Un time slot de synchronisation (Reference Burst)

8 8 16/11/2013 Format dune trame TDMA: Chaque time slots seront séparés les uns des autres par un intervalle de temps (bande de garde)

9 9 16/11/2013 TDMA dans les satellites: Une station maître avec une visibilité du réseau complet gérera laccès au satellite.

10 10 16/11/2013 TDMA dans les satellites: chaque terminal est autorisé à émettre un burst selon un plan de transmission par slot (BTP). pour chaque transpondeur le BTP spécifie la fréquence de la polarisation ainsi que la durée du burst Elle utilise la modulation / démodulation QPSK.

11 11 16/11/2013 Exemple: DVB RCS 9780 Alcatel Utilise la technique daccès TDMA. Il offre un accès Internet bidirectionnel à haut débit Chaque utilisateur est relié à une station dinterconnexion

12 12 16/11/2013 Exemple: DVB RCS 9780 Alcatel Utilise une trame TDMA pour accéder Chaque utilisateur transmet ses données en les répartissant dans les time slots qui lui ont été alloués

13 13 16/11/ FDMA (Frequency Division Multiple Acess)

14 14 16/11/2013 Rappel du FDM Le FDM (Frequency Division Multiplexing) permet de partager la bande de fréquence en une série de plusieurs canaux de plus faible largeur.

15 15 16/11/2013 FDMA Le FDMA est une technique daccès qui se repose sur le multiplexage fréquentiel des fréquences

16 16 16/11/2013 FDMA FDMA alloue a chaque utilisateur (ou station) un ou plusieurs canaux.

17 17 16/11/2013 FFD/FDMA Pour une communication en duplex, le FDMA est combiné avec le FDD (Frequency Division Duplexing).

18 18 16/11/2013 FDD/FDMA chaque utilisateur se verra allouer 2 canaux, un pour l'envoie (uplink) l'autre pour la réception (downlink). Le GSM utilise cette technique, pour des communications en duplex

19 19 16/11/2013 Exemple FDD/FDMA pour le GSM

20 20 16/11/2013 Exemple FDD/FDMA pour le GSM Les canaux de fréquences qui se trouvent entre et 915 MHz sont des UPLINK (du mobile vers la BTS) Les canaux de fréquences qui se trouvent entre et 960 MHz sont des DOWNLINK (de la BTS vers le Mobile)

21 21 16/11/2013 Les 2 Formes de FDMA Il existe 2 formes de FDMA FAMA (Fixed –Assignement Multiple Access) ou allocation fixe de canal DAMA (Demand-Assignment Multiple Access) ou allocation de canal à la demande

22 22 16/11/2013 FDMA-FAMA Avec cette méthode, les canaux sont pré-alloués aux utilisateurs, et aucune modification n'est permise. Chaque station de transmission, qu'elle soit active ou non, possède un canal de transmission, doù le risque dune sous exploitation de la bande de fréquence

23 23 16/11/2013 Exemple FDMA-FAMA

24 24 16/11/2013 Exemple FDMA-FAMA On remarque de la figure (a), que chaque station a un quota fixe de fréquence. La figure (b) nous montre les équipement de transmission de la station A. FDMA-FAMA est généralement utilisé quand une station émet constamment une quantité d'information de taille fixe.

25 25 16/11/2013 FDMA-DAMA FDMA-DAMA permet une allocation de canaux aux usagers actifs. Âpres qu'un usager aie fini d'utiliser un canal. Ce canal sera ensuite alloué à un autre utilisateur actif.

26 26 16/11/2013 Utilisation de FDMA-DAMA Cette technique est essentiellement utilisée pour les communications VSAT, mais aussi par l'armée pour des communications par satellites (SATCOM).

27 27 16/11/ CDMA (Code Division Multiple Access)

28 28 16/11/2013 CDMA (Code Division Multiple Access) Connu aussi en tant que étalement de spectre parce qu'il prend la version numérique dun signal analogique et létale sur une bande plus large à un niveau de puissance inférieur. Cette méthode est appelé DSSS ( Direct sequence spread spectrum ). Comme pour les techniques vue précédemment, CDMA permet un accès multiple au support. Développé à lorigine par les militaires dans un but de sécurité.

29 29 16/11/2013 Concept du CDMA Plusieurs orateur discute en même temps. Seul ceux qui parle la même langue peuvent comprendre ce qui se dit.

30 30 16/11/2013 Utilisation des ressources

31 31 16/11/2013 CDMA Chacun transmet au-dessus de tout le monde. Chaque utilisateur occupe toute la bande de fréquence. Et cela en même temps.

32 32 16/11/2013 Comment cela est-il possible ?

33 33 16/11/2013 Utilisation de différent code, tel que si vous connaissez le bon code, vous pouvez recevoir seulement la personne qui envoi avec ce code !

34 34 16/11/2013 Transmission CDMA

35 35 16/11/2013 Principe Transmission : Code : n bits connue par lémetteur et récepteur Chaque bit à transmettre est multiplié par le code. on transmet donc n bits. On a donc un étalement de spectre

36 36 16/11/2013 Principe Réception : Pour récupérer la Data originale, on multiple le signal reçu par le code

37 37 16/11/2013 Les codes doivent être orthogonaux entre eux lors de transmission multiple par plusieurs utilisateurs dans une même bande passante Deux codes CA et CB sont orthogonaux ssi leur produit scalaire est nul : CA CB = Σ (CA,i × CB,i) = 0

38 38 16/11/2013 Resume: Cest une technique daccès multiple qui applique une séparation par codes. Plusieurs stations peuvent transmettre en même temps sur une même bande de fréquence Chaque station utilise son propre code.

39 39 16/11/2013 CDMA Avantages:Inconvénient Létalement de spectre est très consommateur en bande passante Plus il y a dutilisateurs, plus de codes distincts doivent être utilisés Transmission simultané sur la même bande de fréquence par plusieurs émetteur. Résistance aux interférences Ajout de nouveaux utilisateurs plus facile Sécurité au niveau physique Handovers facilités

40 40 16/11/2013 Spread Spectrum, CDMA et GPS

41 41 16/11/2013 Navstar / GPS Présentation : Le système de radiolocalisation Navstar / GPS (Global Positioning System) a été développé par les Etats -Unis (Département de la Défense) à partir de 1973 pour offrir aux utilisateurs (prioritairement l'armée américaine) la possibilité de déterminer de façon précise leurs coordonnées en tout point de la surface de la Terre. Les satellites ont été mis sur orbite à partir de 1978 et le système Navstar / GPS a été déclaré totalement opérationnel en 1994.

42 42 16/11/2013 Le système Navstar / GPS comprend : Un secteur "spatial", constitué d'une constellation de satellites Un secteur "commande et contrôle Un secteur "utilisateur"

43 43 16/11/2013 Constellation de satellites La constellation GPS est constituée de 24 satellites répartis sur 6 plans orbitaux inclinés de 55° par rapport au plan équatorial.

44 44 16/11/2013 Secteur commande et contrôle Dépend de l'armée américaine chargées de maintenir le système opérationnel de façon permanente. La station maîtresse est située à Colorado Springs et c'est elle qui fournit le temps de référence, contrôle et programme le repositionnement éventuel des satellites. Les autres stations assurent le contrôle du système et la mise à jour des informations à bord des satellites.

45 45 16/11/2013 Un secteur "utilisateur" Il regroupe l'ensemble des utilisateurs civils et militaires qui ne font que recevoir et exploiter les informations des satellites ; de ce fait le système ne peut être saturé et le nombre maximum d'utilisateurs GPS est illimité. Récepteur GPS portable

46 46 16/11/2013 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU GPS DETERMINATION DE LA POSITION Proche du principe de triangulation. On mesure la distance entre lutilisateur et un certain nombre de satellites de positions connues. On définit ainsi des sphères centrées sur des satellites et dont lintersection donne la position

47 47 16/11/2013 Triangulation

48 48 16/11/2013 Signal depuis un satellite Le recepteur et quelque part dans cette sphère

49 49 16/11/2013 Trois Satellite (positionnement 2 D )

50 50 16/11/2013 Positionnement 3 D

51 51 16/11/2013

52 52 16/11/2013 GPS Satellite, Caractéristiques Signale Les signaux des satellite peuvent être séparer et détecter par la technique CDMA. Afin de suivre un satellite en vue commun avec plusieurs autres satellites avec la technique CDMA, un récepteur GPS doit reproduire la séquence PRN (pseudo random noise ) pour le satellite souhaité en même temps que le signal de porteuse de la réplique. Le récepteur GPS est capable didentifier le satellite quil utilise à laide du signal pseudo aléatoire émis par chaque satellite. Il charge, à laide de ce signal, les informations sur lorbite et la position du satellite

53 53 16/11/2013 Mesurer de la distance On mesure le temps T mis par le signal pour aller de lun vers lautre. Le signal voyageant à la vitesse de la lumière. La distance est donc R = c. T

54 54 16/11/2013 Mesure du temps T Le satellite et le récepteur émettent au même instant le code pseudo aléatoire. Linstant est réglé sur lhorloge générale du système GPS. Le récepteur retarde le cette émission jusquà ce que son signal se superpose avec celui provenant du satellite. Ce retard est le temps T de la propagation du signal du satellite jusquà lutilisateur.

55 55 16/11/2013

56 56 16/11/2013 Coordonné de lutilisateur Lutilisation de cette méthode avec trois satellites permet alors à lutilisateur de déterminer ses distances R1, R2 et R3 si ( x, y, z )sont les coordonnées de lutilisateur et ( xi, yi, zi) celles des satellites, Un système de trois équations à trois inconnues permet de trouver les coordonnées de lutilisateur. R 1 2 =(x-x 1 ) 2 +(x-x 2 ) 2 +(x-x 3 ) 2 R 2 2 =(y-y 1 ) 2 +(y-y 2 ) 2 +(y-y 3 ) 2 R 3 2 =(z-z 1 ) 2 +(z-z 2 ) 2 +(z-z 3 ) 2

57 57 16/11/ SCPC (Single Carrier Per Channel)

58 58 16/11/2013 SCPC (Single Carrier Per Cahannel) Système de transmission satellitaire qui utilise une seule porteuse par canal.

59 59 16/11/2013 Principe: Chaque canal disposera dune seule porteuse qui fera référence à une source unique en dautres terme une porteuse est allouée à un seul canal

60 60 16/11/2013 Exemple: Algérie Telecom Satellite exploite un réseau VSAT SCPC système symétrique d'une grande souplesse d'installation et d'exploitation. Ce réseau opère dans la bande Ku et permet une couverture élargie du territoire national notamment dans les zones dépourvues d'infrastructures de télécommunications conventionnelles.

61 61 16/11/2013 Exemple: Caractéristiques : Il utilise deux segments spatiaux de 24 Mhz et 11 Mhz Il permet l'écoulement de soixante (60) communications simultanées. Il est interconnecté avec les réseaux terrestres fixes, GSM et internationaux.

62 62 16/11/2013 Exemple: Les services offerts : La téléphonie à 16 Kbits/s, La télécopie groupe 3 (9600 bits/s), Les transmissions de données à 9,6 jusqu'à 64 Kbit/s La visioconférence à 64 ou 128 Kbits.

63 63 16/11/2013 Exemple : Ce réseau VSAT offre à l'usager implanté sur le territoire national ou à l'étranger, la possibilité de disposer d'un outil moderne de communication, dans les limites de la zone de couverture du satellite.

64 64 16/11/2013 Méthode dallocation dynamique:

65 65 16/11/ Aloha

66 66 16/11/2013 ALOHA Système mis au point à l'université d'Hawaï, pour les accès aléatoires aux canaux satellites. Le problème des hawaïens était de relier toutes leurs îles, pour l'interconnexion des sites informatiques répartis sur les différentes îles de l'archipel.

67 67 16/11/2013 ALOHA En Hawaien, « Aloha » signifie « Bonjour » La plus ancienne des Méthodes daccès (début des années 70s) Ancêtre de tous les protocoles CSMA/xx Méthode daccès multiple par multiplexage temporel aléatoire. Deux variantes : ALOHA pure et ALOHA à tranches (Slotted ALOHA)

68 68 16/11/2013 ALOHA pure ( non-synchronisé ) Un canal commun relie toutes les sources. Cest la première version du protocole. Complètement décentralisé.

69 69 16/11/2013 Principe Permet au utilisateurs de transmettre chaque fois quils ont des données a envoyé. Collision attendu Les trames entré en collision sont détruites

70 70 16/11/2013 Protocole Tant quil y a une trame a envoyé faire : 1. Envoi trame et attend un accusé Ack 2. Si après cretain temps,le ACK nest pas reçu (timer times out), attendre un temps aléatoire et aller à 1. Fin

71 71 16/11/2013 ALOHA pure

72 72 16/11/2013 ALOHA pure Avantage : Transmettre dès que cest souhaiter Décentralisé Inconvénient : Faible utilisation de canal. Plus il y a de transmission, plus il y a de collisions. Débit instable ( baisse lorsque tous le monde est entrain de transmettre Débit max : 0.18, mauvaise utilisation du canal

73 73 16/11/2013 ALOHA Slotted (synchronisé ) Discrétise le temps en slots ( slot = temps de propagation aller-retour ) Synchronisation sur une même horloge externe. Chaque station sait exactement quand un slot commence

74 74 16/11/2013 Principe Le canal est organisé en slot uniforme, de taille égale au temps de transmission dune trame. La transmission est permise quau début de la limite du slot.

75 75 16/11/2013 Protocole Tant quil y a une trame a envoyé faire : 1. Envoi trame au début dun slot et attend un accusé Ack. 2. Si après cretain temps,le ACK nest pas reçu (timer times out), attendre un temps aléatoire et aller à 1. Fin

76 76 16/11/2013 ALOHA Slotted

77 77 16/11/2013 ALOHA Slotted Avantage : Augmentation de l'utilisation du canal. 2 trames qui se chevauche ne le font que sur un slot au maximum Inconvénient : Nécessite une synchronisation des horloges pour repérer les débuts de slots

78 78 16/11/2013 Selective Reject ALOHA Principe Même chose que ALOHA pure, transmission non-synchronisé Mais découpe le message en de petits paquets.

79 79 16/11/2013 Selective Reject ALOHA Avantage : En cas de collision il suffit de renvoyé quune parti Inconvénient : Un préambule est nécessaire dans chaque paquet. Débit max : 0.36, mauvaise utilisation du canal

80 80 16/11/2013 Différence entre ALOHA et Slotted ALOHA ALOHA pureALOHA Slotted

81 81 16/11/2013 Différence entre ALOHA et Slotted ALOHA

82 82 16/11/2013 Amélioration ALOHA ne pas transmettre si le support est déjà occupé, Analogie avec lHomme : ne pas couper la parole aux autres

83 83 16/11/2013 Exemple dutilisation : Utilisé dans ICAROS, projet de communication satellite large bandes. Développement par Swiss PTT, Telefonica, Telia Research AB, Eutelsat.

84 84 16/11/2013 Merci pour votre attention!

85 85 16/11/2013 Questions?


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