Introduction :
Le domaine des télécommunications
et des réseaux a connu profonds changements, et une évolution rapide durant les
dix années écoulées. Avec l’apparition de nouvelles technologies en
télécommunications, les normes modernes deviennent de plus en plus strictes en
termes de qualité de service rendu aux clients. Mais sur le plan technologique
en particulier, les réseaux de transmission ont vu leur capacité s’accroitre,
notamment concernant le débit supporté et le nombre d’utilisateurs. De plus,
l’intégration des services et la diversité des données échangées (voix, vidéo
haute définition, consultation interactive de base de données, Internet haut
débit…) exigent des systèmes de plus en plus rapides pour traiter des volumes
d’informations en augmentation constante ; tous nécessitent toujours plus de
vitesse, ainsi que des capacités de traitement du signal accrues, en conservant
des délais d’attente les moins contraignants possibles pour l’utilisateur. En
bref, de la qualité de service rendue en termes de communication, quelles que
soient les conditions d’émission et de réception, se dégage deux mots clés :
fiabilité et rapidité. D’autre part, l’aspect financier imposé à la réalisation
d’un projet peut être un facteur déterminant dans le choix d’une technologie
donnée, le but étant de satisfaire le cahier des charges avec un coût minimum
afin d’être compétitif sur le marché en assurant la meilleure rentabilité et en
proposant des solutions originales et efficaces.
Des systèmes complexes de codage, décodage, et des
méthodes d’accès sont donc apparues pour exploiter au maximum les capacités des
médias de transmission.
En effet, la capacité de transport de données est
simultanément liée aux limites physiques des systèmes de transmission, aux
techniques mises en place pour le partage des ressources entre les utilisateurs
et aux traitements du signal reçu. Pour obtenir une densification du trafic des
données sur les réseaux de télécommunications, des techniques d’accès multiple
sont utilisées, comme l’accès par répartition de temps, appelé Time Division Multiple Access (TDMA),
ou l’accès multiple par répartition de fréquence, aussi connue sous le nom de Fréquence Division Multiple Access (FDMA).
L’accès multiple par répartition de code, ou Code
Division Multiple Access (CDMA), est une technique de multiplexage définie
comme étalement de spectre. Cette dernière était initialement destinée aux
applications militaires. Elle permet, par l’étalement de la puissance sur une
large bande de fréquence du canal, de mieux résister aux évanouissements sélectifs en fréquence et de donner au signal
à transmettre la forme d’un bruit le rendant difficilement détectable par des
récepteurs auquel le message n’est pas destiné. Un autre avantage est celui de
la résistance que confère l’étalement de spectre aux brouilleurs pouvant
apparaître en cours de transmission. Pour le CDMA, l’utilisation de séquences
d’étalement comme codes permettant de distinguer les différents utilisateurs
donne, de plus, l’avantage d’exploiter simultanément l’ensemble de la bande de
fréquence est des intervalles de temps. Il en résulte une meilleure gestion des
ressources disponibles. Les conditions posées sur l’orthogonalité des séquences
de code permettent de réduire les interférences entre utilisateurs.
Le développement des systèmes de communication est limité par les contraintes sur la capacité de ces systèmes, c’est-à-dire l'augmentation du nombre d'accès simultanés au canal de transmission, surtout parce que le spectre radio disponible est limité, ce qui oblige à utiliser les ressources disponibles plus efficacement. Le défi est de savoir comment transmettre plus de bits par seconde et par hertz. Un aspect important de cette question est de savoir comment le moyen commun de transmission est partagé entre les utilisateurs. C’est-à-dire le plan d'accès multiple.
- Définition de multiplexage :
La bande passante d'un canal de
communication typique (câble coaxial, fibre optique, etc.) est souvent
beaucoup plus large que la bande passante nécessaire au signal. Pour utiliser
plus efficacement la bande passante du canal choisi et donc en réduire le coût,
il est intéressant de pouvoir transmettre en même temps plusieurs signaux
(multiplexage par répartition en fréquence) ou de grouper les voies de
transmission lentes pour les transmettre successivement sur le même canal en
grande vitesse (multiplexage par répartition de temps).
On appelle multiplexage, la capacité à transmettre sur
un seul support physique (appelé voie
haute vitesse), des données provenant de plusieurs paires d'équipements
(émetteurs et récepteurs) ; on parle alors de voies basse vitesse.
Figure 1: le multiplexage
On appelle multiplexeur
l'équipement de multiplexage permettant de combiner les signaux provenant des
émetteurs pour les faire transiter sur la voie haute vitesse. On nomme démultiplexeur l'équipement de multiplexage sur lequel les
récepteurs sont raccordés à la voie
haute vitesse.
1 - L’accès multiple par répartition de fréquence FDMA : ou (Fréquence Division Multiple Access) (FDMA) : on alloue à chaque utilisateur une bande de fréquences unique. Dans ces conditions, un seul utilisateur peut se servir de ce canal pendant la période où la communication a lieu . En effet, le FDMA représente le mode d’accès par excellence des systèmes analogiques dits « de première génération ». Loin d’avoir disparu, ce mode d’accès fait à présent partie intégrante de tous les systèmes de deuxième et troisième génération. L’exemple le plus représentatif d’un système utilisant ce mode d’accès est le système américain AMPS (Advanced Mobile Phone Service).
Figure 2 : schéma de principe de partage en fréquence(FDMA)
1.1-Caractéristiques
du FDMA :
- En FDMA tous les utilisateurs partagent le transpondeur de satellite ou canal de fréquence simultanément, mais chaque
utilisateur transmet à fréquence unique.
- FDMA peut être utilisé avec le signal analogique
et numérique.
- FDMA nécessite performants filtres dans le
matériel radio, à la différence de TDMA et CDMA .
- FDMA n'est pas vulnérable aux problèmes de
synchronisation qui TDMA Comme une bande de fréquence
prédéterminée est disponible pour toute la durée de communication, les
données de flux (un flux continu de données qui peuvent ne pas être en
paquets) peut facilement être utilisé avec FDMA.
- En raison de la fréquence de filtrage, FDMA n'est
pas sensible à court loin
problème qui se
prononce pour le CDMA .
- Chaque utilisateur émet et reçoit à des
fréquences différentes que chaque utilisateur obtient un intervalle de
fréquence unique,
FDMA est distincte de
duplexage par
répartition en fréquence (FDD). Alors que FDMA permet à
plusieurs utilisateurs d'accéder simultanément à un système de transmission,
FDD se réfère à la façon dont le canal radio est partagée entre le montant et descendant (par exemple, le
trafic des allers-retours entre un téléphone mobile et une station de base de
téléphonie mobile ). Fréquence multiplexage par
répartition (FDM) est également distincte de FDMA. FDM est une
technique qui combine la couche physique et la transmet à faible bande passante
des canaux à travers un canal à bande passante élevée. FDMA, d'autre part, est
une méthode d'accès à la couche liaison de données.
1.2-Les Avantages et les
Inconvénients :
1.2.1-les Avantages :
- Complexité faible pour le mobile.
- Transmission et synchronisation continues possibles.
- Modulation à faible débit.
- Une meilleure gestion de ressources de transmission en cas de faible trafic.
1.2.2-les Inconvénients :
- Complexité des équipements de la station de base.
- Nécessité de duplexeur couteux.
- Pas de diversité de fréquences
2.1- Le principe du TDMA :
Les
signaux de communication occupent tour à tour pendant un temps bref, appelé
intervalle de temps IT ("TS Time-slot") toute la ressource spectrale
de la liaison de transmission. Un temps de garde peut dans certains cas séparer
les différents IT's.
Dans
la variante 1, un TS est alloué périodiquement pendant 1 trame ou un cycle à
chaque source. L’ensemble des TS pendant 1 cycle constitue une trame. Ce mode
est efficace si le trafic de la source est régulier. La position du TS dans la
trame identifie les sources le trafic est sporadique, beaucoup de TS sont
inutilisés et la capacité du système de transmission est inefficace.
2.2- Les types de TDMA :
Deux formes de TDMA
2.2.1-TDMA synchrone :
- Toutes les stations ont droit au même nombre de slots
- Inefficace en présence de trafics diversifiés
- Adaptée aux réseaux d’acquisition des données
2.2.2-TDMA statistique :
- Chaque station à droit a un nombre de slots qui répond à ses besoins
- Plus équitable
- Plus difficile à mettre en œuvre
3-Les avantages et Les inconvénients :
3.1-Les Avantages :
- Coût réduit de la station de base.
- pas de duplexeur full-duplex.
- Souplesse de modification sur le débit transmis.
3.2-Les Inconvénients :
- Gestion complexe.
- Ajout de bit de signalisation et de synchronisation.
- Haut débit sur le canal.
4- Multiplexage FDMA/TDMA combinés :
Dans
ce cas, le signal de chaque source peut, pendant un TS, utiliser une partie du
spectre disponible
allouée
à un groupe de sources. Une source est donc
identifiée par une combinaison TS/bande de fréquences. Si la combinaison
TS/bande de fréquence assignée à une source peut varier dans le temps pendant
la durée de la communication, on parle de techniques d’étalement du spectre [SS
: "spread spectrum"].L'avantage de ces techniques est la diversité :
résistance aux interférences et au confidentialité. Diverses variantes de ces
systèmes sont utilisées dans les radiocommunications et diffèrent par les
méthodes d’accès.
La
figure 4 : illustre (de manière très simplifiée) cette technique : à la
fin de chaque TS, chaque signal est "réarrangé" en fréquence et en
position de TS selon un "code" qui module la fréquence porteuse et
saute ("hop") dans une autre bande de fréquence. Le code est
pseudo-aléatoire et peut être
Orthogonal ou quasi-orthogonal (dans ce cas, il y a des collisions entre les TS des usagers qui apparaissent comme du bruit sur le canal).
Figure 4 : schéma de Multiplexage FDMA/TDMA combinés
5 - L’accès multiple par répartition de codes CDMA : (Code Division Multiple Access) est une technique d’accès multiple grâce à laquelle les différents utilisateurs peuvent communiquer simultanément dans une même bande de fréquences. La distinction entre les différents utilisateurs s’effectue grâce à un code qui leur est attribué et connut exclusivement par l’émetteur et le récepteur. Si l’on considère les systèmes basés sur le FDMA et le TDMA, on s’aperçoit que leur capacité est limitée par la bande de fréquences allouée à chaque utilisateur. Aussi, la capacité d’un système basé sur CDMA est limitée, notamment par le niveau d’interférence dans le réseau.
Figure 5: schéma de principe du (CDMA)
5.1-Les types de CDMA :
- Le CDMA a Saut de temps (TH-CDMA): a été développé à la fin des années 1940 comme première méthode de CDMA, et a été utilisé à des fins militaires. le signal d’information n’est pas transmis sans interruption donc l’information est transférée par flashs
- FH-CDMA (Frequency Hop) : Dans ce système, on fait de l’évasion de fréquence : la clé de chaque utilisateur code pour une suite de fréquences qui feront alternativement office de porteuse. Ce système ressemble à un multiplexage fréquentiel dans lequel l’attribution des fréquences varierait rapidement (par rapport au débit d’informations à transmettre).
- DS-CDMA (Direct Séquence) : C’est à ce type de CDMA qu’on fait généralement référence quand on parle de CDMA, et c’est celui que nous avons étudié aussi bien théoriquement qu’expérimentalement. Ici On multiplie directement le message à transmettre par une le code (séquence pseudo-aléatoire). L’étalement spectral du signal codé vient de ce que la fréquence du code est largement supérieure à la fréquence d’envoi des données.
5.2-LES Principaux domaines d’applications :
- Les télécommunications militaires.
- La radiolocalisation.
- Les liaisons par satellites.
- Les réseaux cellulaires radio mobiles.
- Les réseaux locaux sans fil.
- Les applications industrielles, scientifiques et médicales (ISM).
- Les transmissions par courant porteur.
- Le tatouage de l’information et des images.
5.4- Propriétés du CDMA
Les systèmes CDMA incluent un certain nombre de dispositifs qui ne sont pas forcément présents dans les autres systèmes de communication. Ces propriétés sont très importantes à connaître parce qu’elles permettent de différencier les systèmes. Elles jouent aussi un rôle important pour augmenter la capacité du système, améliorer la qualité de service et développer la performance du système du point de vue du débit/surface.
5.4.1-Contrôle de puissance
L’utilisation
du contrôle de puissance dans tout système cellulaire basé sur le CDMA est un
point faible du point de vue de la performance générale du système, parce qu’il
a un rôle essentiel dans les performances du réseau en termes de couverture, de
capacité et de qualité de service. En effet, l’intérêt du contrôle de puissance
sera plus facilement apprécié lorsque l’effet dit « proche-lointain » sera
décrit. Étant donné que tous les utilisateurs partagent la même bande de
fréquences, chacun d’entre eux est considéré comme un brouilleur en puissance,
c’est-à-dire qu’un problème d’interférence d’accès multiple pourra être
considéré si les signaux étalés ne sont pas orthogonaux.
5.4.2-Récepteur multi trajet (RAKE) :
La
deuxième propriété des systèmes CDMA est le traitement des trajets multiples.
Ce traitement des différents trajets du signal va servir à augmenter la
capacité de système ainsi qu’à améliorer sa performance. En fait, la
propagation des ondes radio dans un canal est caractérisée par de multiples
réflexions et atténuations du signal. Ces phénomènes sont dus aux obstacles
naturels, tels que les immeubles et les montagnes qui provoquent une
propagation caractérisée par des trajets multiples.
5.4.3-Handover :
Le handover présente une
très importante influence sur la réception dans la station mobile. En général,
pendant la procédure de handover, le mobile doit interrompre la
communication avec une station de base avant d’en établir une autre avec une
station de base différente. Dans ce cas-là, il aura besoin de connaître le code
de la nouvelle station de base. Au contraire, pour la fréquence, et parce que
dans un système CDMA les cellules voisines utilisent la même fréquence
porteuse, le mobile peut conserver une liaison radio avec plusieurs stations de
base simultanément, puisqu’il n’y a pas de rupture physique de la
communication. Cela signifie que le soft-handover
n’existe pas dans les systèmes CDMA
5.5-Les avantages et Les inconvénients :
5.5.1-Les avantages :
- Récepteur simple.
- Possibilité de fréquence fixe, bande étroite.
- Efficacité du codage correcteur d’erreurs.
- Moins d’interférences entre utilisateurs d’une même cellule
- Utilisation d’un spectre discontinu.Confidentialité (faible probabilité d`interception).
- Un multiplexage adapté aux systèmes cellulaires.
- Une faible consommation.
5.5.2-Les inconvénients :
- Synchronisation difficile.
- Non synchronisation entre utilisateurs différents :
- brouillages.
- Complexité du récepteur.
- Gain d’étalement limité
- Difficulté de supprimer des bandes de fréquence.
- Interférences entre utilisateurs de la même cellule
6-W-CDMA
(Wideband-Code Division Multiple Access) :
Acronyme de Wideband Code-Division Multiple-Access, WCDMA est l’une des principales technologies utilisées dans les systèmes cellulaires de troisième génération (3GPP). Il a été conçu pour les services multimédia ayant des besoins différents de QoS en termes de délais de transfert et de BER (Bit Error Rate). Dans cette méthode d’accès multiple, les données de l’utilisateur sont répandues sur toute la bande passante (5 MHz à peu près). Cette bande passante peut supporter des débits utilisateur élevés et est performante grâce à la diversité en fréquences.
Figure 6 : Représentation du multiplexage WCDMA
6.1-Le
principe de WCDMA :
Le
WCDMA ou Wideband-CDMA se base sur le CDMA, mais utilise une bande passante
plus large ce qui implique des débits supérieurs.
Il
propose deux types de multiplexage FDD
et le TDD.
6.2-Efficacité spectrale du WCDMA
L’efficacité spectrale du WCDMA peut être définie soit par le nombre d’appels simultanés de quelques débits définis (systèmes 3G), soit par la totalité du débit supporté par la couche physique dans chaque cellule par porteuse de 5 Mhz, mesurée en Kbps/cellule/porteuse. L’efficacité spectrale est une fonction de l’environnement radio, de la mobilité et localisation des utilisateurs, service et QoS et des conditions de propagation. La variation peut être assez large (ex : 50 – 100 %).
6.3-Mode
de fonctionnement :
- Dans le mode FDD, deux bandes passantes de 5 Mhz sont utilisées, l’une pour le « Uplink », l’autre pour le « Dowlink »alors que dans le mode TDD, une seule bande passante de 5 Mhz divisée en portions de temps (time slot) est utilisée pour les deux sens.
- Le TDD est principalement employés pour la transmission des données des systèmes de communication mobiles de la 2ème génération (pour les transmissions numérique).
Figure 7 : Différents modes de duplexage de type full-duplex
6.4-Les avantages et Les inconvénients :
6.4.1-Les avantages:
- gain de traitement plus élevé
- Une possibilité de transmettre des services à haut débit
- De meilleures performances pour détecter des trajets multiples
- Une possibilité de déploiement dans un spectre de fréquence déjà utilisé
6.4.2-Les inconvénient
- Une interférence mutuelle entre les utilisateurs de la cellule.
- Une synchronisation temporelle précise.
- Un contrôle de puissance rapide
7-Qu’elle
est la différence entre CDMA, WCDMA, TDMA, FDMA
En bien, ce sont toutes les technologies qui sont utilisées pour les communications mobiles ou sans fil. Et ils sont venus l'un après l'autre. Il s'agit la bonne technologie de leur temps. Tout d'abord, au sujet de l'accès Multiple par répartition de temps, c'est l'acronyme de TDMA. Dans cette technologie toute la bande de fréquences est assignée verticalement sous la forme d'un nombre fixe d'emplacements à des utilisateurs individuels pendant un certain temps. Inconvénient du temps et de bande passante. Et aussi les données volées à problème. La division de la fréquence des accès multiples, qui sont l'acronyme de FDMA vint. A en cela la largeur de bande donnée est plongé dans un nombre fixe de fréquences horizontalement. Et dans ce également l’une fréquence est affectée à des utilisateurs individuels ; Il restera inactif, si cet utilisateur n'envoie pas de données. En cela aussi il y a gaspillage de bande passante et de temps. Ici aussi données dérobées problème puis par la suite une nouvelle technologie est venu c'est à dire Code Division Multiple Access qui est l'acronyme de CDMA. Il s'agit de la technologie 3 G. Dans cette bande passante n'est pas divisée en toute chose. Données peuvent être envoyé à n'importe quelle fréquence à tout moment par tout utilisateur ; Il n'y a pas un nombre fixe d'utilisateurs. Et le problème de données en acier est également résolu. Cette technologie est utilisée maintenant un jour. La nouvelle mise à jour de la CMDA est WCDMA. Dans ces toutes les bonnes qualités de l'AMRT, FDMA et CDMA est utilisé.