Les systèmes MC-CDMA

Union International des Télécommunications

  L’UIT est l’institution spécialisée des Nations Unies pour les Technologies de l’Information et de la Communication (TIC). Elle attribue dans le monde entier des fréquences radioélectriques et des orbites de satellites, élabore les normes techniques qui assurent l’interconnexion   harmonieuse des réseaux et des technologies. L’UIT est organisé en trois grands domaines d’activité qui travaillent, entre autres dans le cadre de conférences et de réunions :
Radiocommunication (UIT-R) L’essor spectaculaire des communications hertziennes, en particulier pour la fourniture de services à large bande, montre combien il est nécessaire d’offrir des solutions mondiales pour répondre aux besoins d’attributions additionnelles de bandes de fréquences et de normes harmonisées destinées à améliorer l’interopérabilité. Ce secteur coordonne ces services hertziens, très divers dont le nombre ne cesse d’augmenter, ainsi que la gestion internationale du spectre des fréquences radioélectriques et des orbites des satellites.
Normalisation des Télécommunications (UIT-T) Les normes de l’UIT appelées Recommandations sont fondamentales pour le fonctionnement des réseaux actuels des TIC. Sans les normes de l’UIT, nous ne pourrions pas lancer le fonctionnement de systèmes sur le plan local comme à l’échelle mondiale. Au cours d’une année type, l’union publie ou révise au minimum 150 normes traitant aussi bien des fonctions de base des réseaux que des services de prochaine génération.
Développement (UIT-D) Dans un monde de plus en plus interconnecté, il est dans l’intérêt de chacun d’élargir l’accès aux TIC. L’UIT pilote plusieurs initiatives de premier plan, conformément au mandat qui lui est confié sur le plan international pour réduire la facture numérique. Par ailleurs, l’UIT publie régulièrement les statistiques les plus détaillées et les plus fiables sur les TIC.

Le spectre radiofréquence

  Les ondes radioélectriques sont des ondes électromagnétiques, ayant par convention internationale une fréquence inférieure à 3000 GHz et se propageant dans l’espace sans guide artificiel. À l’intérieur de cet intervalle de fréquences, leur utilisation à des fins de communication doit faire l’objet d’une réglementation internationale. En fait aujourd’hui seules les bandes comprises entre 9 KHz et 400 GHz font l’objet d’une attribution au plan international. Ces deux fréquences extrêmes peuvent être considérées comme étant les limites du spectre radioélectrique utilisable, bien qu’en fait il n’existe que très peu d’applications au-delà des 50 GHz, excepté la Radioastronomie. L’attribution du spectre au niveau internationale est plus ou moins grossière, et elle se raffine au fur et à mesure qu’on se rapproche du niveau national, donc l’état est le seul maitre de la gestion des fréquences sur son territoire. Selon le tableau d’attribution des bandes de fréquences, l’espace mondial est segmenté en régions précisant l’association de ces régions à des bandes de fréquences destinées à des services particuliers. L’UIT compte trois régions groupant parfois deux à trois continents. La figure suivante représente la répartition des différentes bandes de fréquence selon une échelle croissante en fréquence d’une part et d’autre part décroissante en longueur d’onde.

Gestion du spectre en Algérie

   Les fréquences radioélectriques appartiennent au domaine public de l’Etat. Celui-ci a confié à l’Agence Nationale des Fréquences (ANF), créée par décret exécutif N°02-97 du 02 mars 2002 dans le cadre de la réforme du secteur de la poste et des télécommunications, des missions de gestion, de planification et de contrôle du spectre des fréquences radioélectriques. L’ANF est un établissement Public à caractère Industriel et Commercial (EPIC) doté de la personnalité morale et de l’autonomie financière.L’Agence nationale des Fréquences compte 171 agents, au siège et 84 répartis sur les directions régionales.Cette agence est placée sous la tutelle du Ministère chargé des Télécommunications. La loi n°2000-03 du 5 joumada El oula 1421 correspondant au 5 aout 2000 fixe les règles générales relatives à la poste et aux Télécommunications. Cette loi a pour objectifs de développer et fournir des services de postes et de Télécommunication de qualité, assurés dans des conditions objectives, transparentes et non discriminatoires dans un environnement concurrentiel tout en garantissant l’intérêt générale [5]. Une licence peut être délivrée à toute personne physique ou morale adjudicataire d’un appel à la concurrence qui s’engage à respecter les conditions fixées dans le cahier des charges. La documentation complète se trouve sur le journal officiel de la République Algérienne n°48. Cependant il faut noter la non présence d’un document officiel réglant de façon précise et technique l’attribution de bandes de fréquences. Cependant, deux fiches d’information relatives à ANF, une définissant les conditions d’utilisation des réseaux locaux radioélectriques (RLAN) dans les bandes de fréquences des 2.4 GHz et 5 GHz [5][6], l’autre réglant l’utilisation des équipements d’identification par radiofréquences (RFID).

La stratégie e-Algérie

  Les technologies de l’information et de la communication sont devenues un puissant levier du développement économique et social. Elles sont la source d’innovations continuelles au cœur de la croissance des économies et créent des opportunités nouvelles de développement. Il est donc indéniable que l’intégration de notre développement dans un contexte de mondialisation s’avère nécessaire afin d’éviter une fracture irrémédiable avec les économies mondiales [7][8]. Les TIC sont initialement liés au développement économique, le passage à une économie numérique fondée sur la connaissance, favorisée par l’existence de biens et de services nouveaux sera un puissant facteur de croissance, de compétitivité et de création d’emplois [8][9]. C’est dans cette perspective qu’un plan multisectoriel appelé « Stratégie EAlgérie » a été développé pour définir les objectifs à atteindre et les actions à mettre en œuvre [8]. Ce plan s’articule autour de treize axes majeurs, pour chacun des axes, un état des lieux a été suivi d’une définition d’objectifs majeurs et spécifiques à atteindre au cours des cinq prochaines années ainsi qu’une liste d’actions pour leur mise en œuvre.
– Accélération de l’usage des TIC dans les administrations publiques.
– Accélération de l’usage des TIC au niveau des entreprises.
– Développement des mécanismes et des mesures incitatives permettant l’accès des ménages et des petites entreprises aux équipements et aux réseaux des TIC.
– L’impulsion du développement de l’économie fondée sur le savoir.
– Renforcement de l’infrastructure des Télécommunications Haut débit.
– Le développement des compétences humaines.
– Renforcement de la recherche et de l’innovation
– Mise à niveau du cadre juridique national (Législatif et Réglementaire).
– Information et Communication.
– Valorisation de la coopération internationale.
– Mécanisme d’évaluation et de suivi.
– Les mesures organisationnelles
– Moyens financiers.
Ce programme national a été élaboré en concertation avec les institutions et administrations ainsi qu’avec les opérateurs publics et privés agissant dans le domaine des TIC. La communauté scientifique et universitaire a été également mise à contribution pour enrichir les réflexions et éclairer la vision des différents acteurs.

Le modèle OSI

   Les constructeurs de systèmes destinés aux secteurs des Télécommunications et de l’informatique ont proposé des architectures réseaux propres à leurs équipements, le cas d’IBM qui a proposé le SNA4 et DEC pour le DNA5 . Ces architectures ont pour inconvénient le caractère propriétaire, ce qui rend leur interconnexion difficile à moins d’un accord entre constructeurs. Aussi, pour éviter la multiplication des solutions d’interconnexion d’architectures hétérogènes, l’ISO6 , organisme dépendant de l’ONU a développé un modèle de référence OSI7 . Ce modèle décrit les concepts utilisés et la démarche suivie pour normaliser l’interconnexion des systèmes ouverts . Au moment de la conception de ce modèle, la prise en compte de l’hétérogénéité des équipements était fondamentale. En effet, ce modèle devait permettre l’interconnexion avec des systèmes hétérogènes pour des raisons historiques et économiques. Il ne devrait en outre pas favoriser un fournisseur particulier ; d’autre part il devrait permettre de s’adapter à l’évolution des flux d’informations à traiter sans remettre en questions les investissements antérieurs. Cette prise en compte de l’hétérogénéité nécessite donc l’adoption de règles communes de communication et de coopération entre les équipements, c’est-à-dire que ce modèle devrait logiquement mener à une normalisation internationale des protocoles. Un modèle OSI n’est pas une véritable architecture de réseau, car il ne précise pas réellement les services et les protocoles à utiliser pour chacune de ses couches. Il décrit plutôt ce que doivent les différentes couches. Néanmoins l’OSI a écrit ses propres normes pour chaque couche, et ceci de manière indépendante du modèle (comme le fait tout constructeur). Les premiers travaux sur le modèle OSI datent de 1977. Ils ont été basés sur l’expérience acquise en matière de grands réseaux et de réseaux privés plus petits.

Table des matières

Remerciements
Résumé
Acronymes
Introduction
1 Contexte des travaux de recherche 
1.1 Le secteur des Télécommunications
1.2 Union International des Télécommunications
1.2.1 Radiocommunication (UIT-R)
1.2.2 Normalisation des Télécommunications (UIT-T)
1.2.3 Développement (UIT-D)
1.3 La Radiocommunication
1.3.1 Réglementation
1.3.2 Paramètres de propagation
1.3.3 Techniques de prédiction de propagation
1.3.4 Le spectre radiofréquence
1.3.5 Gestion du spectre en Algérie
1.4 La stratégie e-Algérie
1.5 Avancement technologique pour une gestion dynamique du spectre
1.6 Le secteur des Radiocommunications Mobiles
1.6.1 Le modèle OSI
1.6.1.1 Les différentes couches du modèle OSI
1.6.2 La normalisation des standards de communication
1.6.2.1 Organisme IEEE
1.6.2.2 Institution ETSI
1.6.2.3 Le projet 3GPP
1.6.3 Les réseaux cellulaires de téléphonie mobile
1.6.3.1 Les réseaux de première génération 1G
1.6.3.2 Les réseaux 2G : GSM, GPRS et EDGE
1.6.3.3 Les réseaux 2G : GSM, GPRS et EDGE
1.6.3.4 La future 4G
1.7 Les réseaux sans fil LAN/MAN
1.7.1 La norme WLAN IEEE802.11
1.7.2 La norme WMAN IEEE802.16
1.8 La convergence des technologies
1.9 Les réseaux NGN
1.10 Prototypage de système de communication
1.10.1 Structures de réalisation
1.10.2 Élément de base d’architecture
1.10.2.1 Implémentation sur un matériel ASIC
1.10.2.2 Implémentation sur processeur programmable (GPP et DSP)
1.10.2.3 Implémentation sur FPGA
1.10.3 Les objectifs du prototypage
1.11 Conclusion
2 Phénomènes régissant le canal de propagation 
2.1 Aspects physiques de la propagation
2.1.1 Phénomènes à grande échelle
2.1.2 Phénomènes à petite échelle
2.1.3 Bruits radioélectriques
2.1.4 Les sources de distorsions du signal
2.2 Caractérisation des canaux
2.2.1 Évanouissement lent/rapide
2.2.2 La sélectivité fréquentiel du canal
2.3 La représentation du canal de Propagation
2.4 Canaux déterministes
2.5 Canaux aléatoires
2.5.1 Hypothèse du canal WSS
2.5.2 Hypothèse du canal US
2.6 Techniques de sondage du canal
2.6.1 Techniques Temporelles
2.6.2 Techniques Fréquentielles
2.7 Modèles de canaux de propagation
2.8 Sélection de Modèle de canal de propagation
2.8.1 Modèle de canaux SISO
2.8.2 Modèle de canaux MIMO
2.8.2.1 Modèle SCM-3GPP
2.8.2.2 Modèle IEEE 802.11 TGn
2.8.2.3 Modèle WINNER
2.9 Conclusion
3 Techniques de transmission de l’information 
3.1 L’étalement du spectre
3.1.1 La technique TH-SS
3.1.2 La technique FH-SS
3.1.3 La technique DS-SS
3.2 Techniques d’accès multiples
3.2.1 Technique FDMA
3.2.2 Technique TDMA
3.2.3 Technique CDMA
3.2.4 La technique WCDMA
3.2.5 La technique OFDMA
3.3 Les Codes d’étalement
3.3.1 Les Principaux Codes
3.4 Les modulations à porteuses multiples
3.5 Principe de l’OFDM
3.5.1 La notion d’orthogonalité
3.5.1.1 L’orthogonalité temporelle
3.5.1.2 L’orthogonalité fréquentielle
3.5.2 Le signal OFDM
3.5.3 Insertion de l’intervalle de garde
3.5.4 Insertion de sous-porteuse de garde
3.6 Techniques combinant modulation MC et étalement du spectre
3.6.1 Les systèmes MC-DS-CDMA
3.6.2 Les systèmes MT-CDMA
3.6.3 Les systèmes SS-MC-MA
3.7 Les systèmes MC-CDMA
3.7.1 L’émetteur MC-CDMA
3.7.2 Le récepteur MC-CDMA
3.8 L’ajout de la dimension spatiale
3.9 Les systèmes de communications MIMO
3.9.1 Capacité des canaux MIMO
3.9.1.1 Capacité du canal SISO
3.9.1.2 Capacité du canal SIMO
3.9.1.3 Capacité du canal MIMO
3.9.2 La diversité dans le contexte MIMO Codes espace-temps
3.9.3 Le codage espace-temps en bloc
3.9.3.1 Code temps-espace d’Alamouti
3.10 La combinaison MIMO-OFDM
3.11 Les systèmes STBC-MC-CDMA
3.12 Conclusion
4 Implémentation de la couche physique 
4.1 L’environnement SIMULINK
4.2 La couche PHY-OFDM du standard 802
4.3 Structure de système 802.11
4.4 Système émetteur
4.5 Définition du modèle
4.6 La norme WMAN 802.16
4.7 Simplifications et Hypothèses
4.8 Analyse système
4.9 Implémentation Simulink
4.9.1 Model Simulink
4.9.1.1 Bloc paramètres du modèle
4.9.1.2 Bloc source de données
4.9.1.3 Bloc modulation
4.9.1.4 Bloc codage d’Alamouti
4.9.1.5 Bloc multiplexage OFDM
4.9.1.6 Bloc étalement du spectre
4.10 Résultats de simulation
4.11 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Liste des publications

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