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RF-Hyper 2006 Evolution des systèmes radiomobiles Michel Terré Conservatoire National des Arts et Métiers.

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1 RF-Hyper 2006 Evolution des systèmes radiomobiles Michel Terré Conservatoire National des Arts et Métiers

2 RF- Hyper Les besoins Le succès du GSM, (plus de 43 millions de français !) Le succès du GSM, (plus de 43 millions de français !) L'ADSL, (plus de 10 millions de français !) L'ADSL, (plus de 10 millions de français !) Télévision Numérique Terrestre, Télévision Numérique Terrestre, nouvelles demandes nouvelles demandes nouveaux moyens de communications et de mobilité nouveaux moyens de communications et de mobilité accéder à tous les supports -- voix, données, vidéo -- quel que soit lendroit accéder à tous les supports -- voix, données, vidéo -- quel que soit lendroit

3 RF- Hyper Les besoins "… highly reliable communication whenever and wherever needed" [1] "… to offer an expanded set of operational choices to the users, applications and service providers, operators, regulators in the context of heterogeneous mobile radio systems" [2] "…the user-centric broadband experience is about the user being able to use all the services to which he or she has subscribed from any location, using any device" [3] [0] J. Mitola et al.,"Cognitive radio: An integrated agent architecture for software defined radio," Doctor of Technology, Royal Inst. Technol. (KTH) Stockholm, Sweden, [1] S. Haykin, "Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications", IEEE JSAC, vol 23, n°2, February [2] Projet IST End-to-End Reconfigurability (E²R), [3] Ph. Lainé, L. Le Gouriellec, J. De Vriendt, "Making User-Centric Broadband in Acces A Reality", Alcatel Telecommunications Review, 2 nd Quarter Radio Cognitive !

4 RF- Hyper Les besoins source: D. Rouffet, S. Kerboeuf, L. Cai, V. Capdevielle, "4G Mobile", Alcatel Telecommunications Review, 2 nd Quarter bit/s/Hz/km² !

5 RF- Hyper Les systèmes systèmes à très courte portée (WPAN) remplacer les fils et les cordons à la maison et au bureau. système à courte portée (WLAN) applications de réseaux locaux résidentiels et professionnels. systèmes à moyenne et longue portée (WMAN) téléphonie mobile cellulaire et aux applications associées. systèmes à très longue portée (WWAN) systèmes de communications satellitaires.

6 RF- Hyper Les systèmes à très courte portée Le plus connu : Bluetooth (IEEE ) Le plus connu : Bluetooth (IEEE ) 2.4 GHz, modulation GMSK (env. cste) 2.4 GHz, modulation GMSK (env. cste) Saut de fréquence, 79 canaux de 1 MHz Saut de fréquence, 79 canaux de 1 MHz Débit 1 Mbit/s Débit 1 Mbit/s Portée < 10m, 1 mW Portée < 10m, 1 mW Un avenir : L'Ultra Large Bande (ULB) Un avenir : L'Ultra Large Bande (ULB) IEEE a (fini 01/06) ECMA IEEE a "Wireless USB" "Wireless USB" Bande GHz (7 GHz !) Bande GHz (7 GHz !) Impulsions ou OFDM Impulsions ou OFDM Débit 400 Mbit/s (HDR) Débit 400 Mbit/s (HDR) Portée < 10 m, 0.5 mW Portée < 10 m, 0.5 mW Tout en radio ?

7 RF- Hyper Les systèmes à très courte portée Masque FCC : -41 dBm/MHz, 79 nW/MHz, 0.5 mW dans 7 GHz UWB

8 RF- Hyper Les systèmes à très courte portée Vers le millimétrique Vers le millimétrique 17 GHz 17 GHz 60 GHz beaucoup d'intérêt ! 60 GHz beaucoup d'intérêt ! Le tunnel optique ….? Le tunnel optique ….? Radio / optique fibre optique / radio Radio / optique fibre optique / radio Avenir (moyen terme) Source IMEP/ projet Bilbao Antenne UWB

9 RF- Hyper Les systèmes à courte portée WiFi IEEE802.11g (ex IEEE802.11b) WiFi IEEE802.11g (ex IEEE802.11b) 2.4 GHz, bande 20 MHz 2.4 GHz, bande 20 MHz OFDM, (FFT 64) OFDM, (FFT 64) Débit 54 Mbit/s Débit 54 Mbit/s Portée < 100 m, 100 mW Portée < 100 m, 100 mW WiFi 22 MHz 83.5 MHz

10 RF- Hyper Les systèmes à courte portée WiFi

11 RF- Hyper Les systèmes à moyenne et longue portée UMTS UMTS 2 GHz, bande 5 MHz 2 GHz, bande 5 MHz CDMA, (QPSK) CDMA, (QPSK) Débit 2 Mbit/s Débit 2 Mbit/s Portée 1 – 4 km, Base 15 W, terminal 100 mW Portée 1 – 4 km, Base 15 W, terminal 100 mW Wimax (IEEE802.16e) Wimax (IEEE802.16e) 3.5 GHz, bande 10 MHz, 20 MHz 3.5 GHz, bande 10 MHz, 20 MHz OFDMA, (QAM) OFDMA, (QAM) Débit 75 Mbit/s Débit 75 Mbit/s Portée 1-10 km, Base 15 W, terminal 1W Portée 1-10 km, Base 15 W, terminal 1W Les normes !

12 RF- Hyper

13 Systèmes à très longue portée Bande étroite (téléphonie) Bande étroite (téléphonie) Globalstar Globalstar Mobile satellite LEO Mobile satellite LEO Thuraya Thuraya Mobile satellite GEO Mobile satellite GEO Large bande (données) Large bande (données) UMTS satellite UMTS satellite Terminal 250 mW à 2 W Terminal 250 mW à 2 W

14 RF- Hyper Les évolutions Densification des réseaux Densification des réseaux Amélioration du codage et du contrôle de puissance Amélioration du codage et du contrôle de puissance Généralisation des approches MIMO Généralisation des approches MIMO OFDM généralisée OFDM généralisée

15 RF- Hyper Densification des réseaux Rapproche les stations de base et les points d'accès des usagers Rapproche les stations de base et les points d'accès des usagers A même débit diminution des puissances émises (importance pour la liaison montante : terminal réseau) débit Puissance émise distance

16 RF- Hyper Densification des réseaux Source : FCC, Novembre 2003 Température d'interférence

17 RF- Hyper Amélioration du codage et du contrôle de puissance Effet des Turbo-codes (Berrou, Glavieux 1990) Effet des Turbo-codes (Berrou, Glavieux 1990) Ex UMTS rapport signal sur bruit compris entre 1 et 5 dB contre 10 en GSM Ex UMTS rapport signal sur bruit compris entre 1 et 5 dB contre 10 en GSM Contrôle de puissance Contrôle de puissance 2 Hz en GSM 1.5 kHz en UMTS ! 2 Hz en GSM 1.5 kHz en UMTS ! Source: Raphael Le Bidan, ENST Bretagne

18 RF- Hyper MIMO: Multiple,Input Multiple Output SISO : Puissance reçue MIMO : Puissance reçue canal SNR : signal sur bruit

19 RF- Hyper MIMO: Multiple,Input Multiple Output En diminuant les risques d'évanouissement on peut réduire les marges et diminuer la puissance émise Densité de probabilité de la puissance reçue Probabilité que la puissance reçue soit < à une valeur (même puissance émise)

20 RF- Hyper OFDM simplicité de l'émetteur et du récepteur (à base de FFT), en cas de voie de retour, mise à profit idéale (mode propres) de l'information sur le canal (Waterfilling). résolution simple des multitrajets (préfixe cyclique) Mais facteur de crête (!), car émission signal quasi gaussien f PSD DS-CDMA Vecteur propre associé à la val. propre max de h H h f PSD OFDM f PSD Mono porteuse réponse canal

21 RF- Hyper OFDM Waterfilling de l'OFDM Waterfilling de l'OFDM

22 RF- Hyper Conclusion Densification des réseaux avec augmentation des services et des besoins. Deux phénomènes opposés : Les avancées théoriques et le besoin de cohabitation diminuer les puissances émises Les avancées théoriques et le besoin de cohabitation diminuer les puissances émises Les demandes de haut débit et de mobilité augmenter les puissances émises Les demandes de haut débit et de mobilité augmenter les puissances émises Bluetooth : WiFi : UMTS : WiMax : wimaxforum.org Globalstar : Thuraya :


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