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

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

Les besoins Radio Cognitive ! "… 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, 2000. [1] S. Haykin, "Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications", IEEE JSAC, vol 23, n°2, February 2005. [2] Projet IST End-to-End Reconfigurability (E²R), http://e2r.motlabs.com/ [3] Ph. Lainé, L. Le Gouriellec, J. De Vriendt, "Making User-Centric Broadband in Acces A Reality", Alcatel Telecommunications Review, 2nd Quarter 2005. RF- Hyper

Les besoins bit/s/Hz/km² ! RF- Hyper source: D. Rouffet, S. Kerboeuf, L. Cai, V. Capdevielle, "4G Mobile", Alcatel Telecommunications Review, 2nd Quarter 2005. 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. RF- Hyper

Les systèmes à très courte portée Tout en radio ? Le plus connu : Bluetooth (IEEE802.15.1) 2.4 GHz, modulation GMSK (env. cste) Saut de fréquence, 79 canaux de 1 MHz Débit ≈ 1 Mbit/s Portée < 10m, 1 mW Un avenir : L'Ultra Large Bande (ULB) IEEE802.15.3a (fini 01/06) ECMA 368-369 IEEE802.15.4a "Wireless USB" Bande 3.1-10.6 GHz (7 GHz !) Impulsions ou OFDM Débit ≈ 400 Mbit/s (HDR) Portée < 10 m, 0.5 mW RF- Hyper

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

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

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

Les systèmes à courte portée WiFi RF- Hyper

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

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

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

Densification des réseaux 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) Puissance émise débit distance RF- Hyper

Densification des réseaux Température d'interférence Source : FCC, http://hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/FCC-03-289A1.pdf, Novembre 2003 RF- Hyper

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

MIMO: Multiple,Input Multiple Output canal SISO : Puissance reçue  MIMO : Puissance reçue  SNR : signal sur bruit 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) 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 hH h OFDM Mono porteuse réponse canal RF- Hyper

OFDM Waterfilling de l'OFDM 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 demandes de haut débit et de mobilité  augmenter les puissances émises Bluetooth : www.bluetooth.com WiFi : www.wifi.org UMTS : www.3gpp.org, www.3gtoday.com WiMax : wimaxforum.org Globalstar : www.globalstar.com Thuraya : www.thuraya.com RF- Hyper