rf-hyper 2006 evolution des systèmes radiomobiles michel terré conservatoire national des arts et...
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RF-Hyper 2006
Evolution des systèmes radiomobiles
Michel TerréConservatoire National des Arts et Métiers
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 demandesnouvelles demandes
nouveaux moyens de communications et de mobiliténouveaux moyens de communications et de mobilité accéder à tous les supports -- voix, données, vidéo -- quel que accéder à tous les supports -- voix, données, vidéo -- quel que
soit l’endroitsoit l’endroit
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, 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.
Radio Cognitive !
RF- Hyper
Les besoins
source: D. Rouffet, S. Kerboeuf, L. Cai, V. Capdevielle, "4G Mobile", Alcatel Telecommunications Review, 2nd Quarter 2005.
bit/s/Hz/km² !
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
Le plus connu : Bluetooth (IEEE802.15.1)Le plus connu : Bluetooth (IEEE802.15.1) 2.4 GHz, modulation GMSK (env. cste)2.4 GHz, modulation GMSK (env. cste) Saut de fréquence, 79 canaux de 1 MHzSaut de fréquence, 79 canaux de 1 MHz Débit Débit ≈ ≈ 1 Mbit/s1 Mbit/s Portée < 10m, 1 mWPortée < 10m, 1 mW
Un avenir : L'Ultra Large Bande (ULB)Un avenir : L'Ultra Large Bande (ULB)IEEE802.15.3a (fini 01/06) ECMA 368-369IEEE802.15.3a (fini 01/06) ECMA 368-369IEEE802.15.4aIEEE802.15.4a
"Wireless USB""Wireless USB" Bande 3.1-10.6 GHz (7 GHz !)Bande 3.1-10.6 GHz (7 GHz !) Impulsions ou OFDMImpulsions ou OFDM Débit Débit ≈ ≈ 400 Mbit/s (HDR)400 Mbit/s (HDR) Portée < 10 m, 0.5 mWPortée < 10 m, 0.5 mW
Tout en radio ?
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
Vers le millimétriqueVers le millimétrique 17 GHz17 GHz 60 GHz 60 GHz beaucoup d'intérêt ! beaucoup d'intérêt !
Le tunnel optique ….?Le tunnel optique ….? Radio / optique Radio / optique fibre fibre optique / radio optique / radio
Avenir(moyen terme)
Source IMEP/ projet Bilbao
Antenne UWB
RF- Hyper
Les systèmes à courte portée
WiFi IEEE802.11g (ex IEEE802.11b)WiFi IEEE802.11g (ex IEEE802.11b) 2.4 GHz, bande 20 MHz2.4 GHz, bande 20 MHz OFDM, (FFT 64)OFDM, (FFT 64) Débit Débit 54 Mbit/s54 Mbit/s Portée < 100 m, 100 mWPortée < 100 m, 100 mW
22 MHz
83.5 MHz
RF- Hyper
Les systèmes à courte portée
RF- Hyper
Les systèmes à moyenne et longue portée
UMTSUMTS 2 GHz, bande 5 MHz2 GHz, bande 5 MHz CDMA, (QPSK)CDMA, (QPSK) Débit Débit 2 Mbit/s2 Mbit/s Portée 1 – 4 km, Base 15 W, terminal 100 mWPortée 1 – 4 km, Base 15 W, terminal 100 mW
Wimax (IEEE802.16e)Wimax (IEEE802.16e) 3.5 GHz, bande 10 MHz, 20 MHz3.5 GHz, bande 10 MHz, 20 MHz OFDMA, (QAM)OFDMA, (QAM) Débit Débit 75 Mbit/s 75 Mbit/s Portée 1-10 km, Base 15 W, terminal 1WPortée 1-10 km, Base 15 W, terminal 1W
Les normes !
RF- Hyper
RF- Hyper
Systèmes à très longue portée
Bande étroite (téléphonie)Bande étroite (téléphonie) GlobalstarGlobalstar
Mobile Mobile satellite LEO satellite LEO ThurayaThuraya
Mobile Mobile satellite GEO satellite GEO
Large bande (données)Large bande (données) UMTS satelliteUMTS satellite
Terminal 250 mW à 2 WTerminal 250 mW à 2 W
RF- Hyper
Les évolutions
Densification des réseauxDensification des réseaux
Amélioration du codage et du contrôle de Amélioration du codage et du contrôle de puissancepuissance
Généralisation des approches MIMOGénéralisation des approches MIMO
OFDM généraliséeOFDM généralisée
RF- Hyper
2ree
0
bb d4kT
GGP
N
ER
Densification des réseaux
Rapproche les stations de base et les points d'accès Rapproche les stations de base et les points d'accès des usagersdes usagers
A même débit A même débit diminution des puissances émises diminution des puissances émises(importance pour la liaison montante : terminal (importance pour la liaison montante : terminal réseau) réseau)
débit
Puissance émise
distance
RF- Hyper
Densification des réseaux
Source : FCC, http://hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/FCC-03-289A1.pdf, Novembre 2003
Température d'interférence
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 Ex UMTS rapport signal sur bruit compris entre 1 et 5 dB
contre 10 en GSMcontre 10 en GSM
Contrôle de puissanceContrôle de puissance 2 Hz en GSM 1.5 kHz en UMTS !2 Hz en GSM 1.5 kHz en UMTS !
2ree
0
bb d4kT
GGP
N
ER
Source: Raphael Le Bidan, ENST Bretagne
RF- Hyper
MIMO: Multiple,Input Multiple Output
SISO : Puissance reçue 2
21
e2
hPSNR
MIMO : Puissance reçue
2
22
21
e2
hhPSNR
2
canal
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 puissancereçue
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
f
PSD
OFDM
f
PSD
Mono porteuse
réponse canal
RF- Hyper
OFDM Waterfilling de l'OFDMWaterfilling de l'OFDM
RF- Hyper
Conclusion
Densification des réseaux avec augmentation des services et Densification des réseaux avec augmentation des services et des besoins.des besoins.
Deux phénomènes opposés :Deux phénomènes opposés : Les avancées théoriques et le besoin de cohabitation Les avancées théoriques et le besoin de cohabitation
diminuer les puissances émisesdiminuer les puissances émises Les demandes de haut débit et de mobilité Les demandes de haut débit et de mobilité augmenter augmenter
les puissances émisesles puissances émises
Bluetooth : www.bluetooth.comBluetooth : www.bluetooth.comWiFi : www.wifi.orgWiFi : www.wifi.orgUMTS : www.3gpp.org, www.3gtoday.comUMTS : www.3gpp.org, www.3gtoday.comWiMax : wimaxforum.orgWiMax : wimaxforum.orgGlobalstar : www.globalstar.com Thuraya : www.thuraya.com
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