Modulation d’amplitude sur deux porteuses en quadratures (MAQ)

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Équipements hybrides

Le signal numérique permet aussi bien de véhiculerdes communications phoniques que des données (messages textes, flux métiers, position GPS). Les possibilités d’exploitation sont grandes, et on assiste de plus en plus à une volont é des fournisseurs de mettre à disposition un grand nombre de données telles que les puissances d’émissions et de réceptions, certaines données utilisateurs et bien d’autres. Comme pour les mobiles GSM, les terminaux intègrent de plus en plus de solutions de connectivité, tel que le Bluetooth, l’infrarouge ou le Wi-Fi. Le but avoué étant de permettre des interconnexions des flux de données entre différents types de réseaux. Certains accessoires des terminaux TETRA montrent également leur utilité dans le milieu professionnel, tels que des appareils photos et caméras, pouvant reporter les images d’un mobile à un autre. Les utilisations de tels réseaux étant variés, les cas d’utilisation dépendent totalement du besoin, et c’est là que l’extrême modularité des équipements et infrastructure apporte un réel plus à une utilisation radio classique. De plus, les terminaux se voient également pourvus de machines virtuelles Java, permettant le déploiement aisé d’applications personnalisées en fonction du besoin de l’exploitant. [5]

Les caractéristiques radios de TETRA

Le système TETRA utilise 18 trames (une multi-trame) par seconde dont 17 sont employés par les canaux trafic. Le 18è réservé pour la signalisation ou la synchronisatio des équipements. Une trame comprend 4 times slots, un time slot comprend 255 symboles.
TETRA utilise TDMA et similaire à la norme GSM. Ell e utilise quatre intervalles de temps par porteuse, la largeur de bande de fréquence étant de25 MHz. Tout comme le GSM, le premier intervalle de temps sur la porteuse transmet le BCCH (Broadcast Control CHAnnel), un canal logique qui assure la synchronisation et les données de contrôles. La connexion entre la station mobile radio et la station de bases est séparée endeux bandes pour les liaisons ascendantes et descendantes. Le tableau 1.01 résume tous les paramètres radio du réseau TETRA.

Le réseau TETRA étendu

Le réseau étendu consiste en plusieurs réseaux TETRA simples interconnectés entre eux. Les éléments constituant les réseaux sont les mêmes. urPoassurer leur liaison, un commutateur de gestion et un centre de gestion sont indispensables pour la gestion du réseau en entier. Les liaisons inter stations de base sont câblées soient par des faisceaux hertziens soient par des fibres optiques. Pour l’interconnexion de plusieurs réseaux TETRA, al zone de couverture devient plus large. De plus, un accès de communication vers les autres réseaux extérieurs est possible via un « switch » TETRA. De plus, il est de plus possible de donner un accès vers des communications extérieures, en couplant le switch au RTC privé (réseau téléphonique de l’entreprise) ou publique (réseau téléphonique publique). Les postes TETRA pourront insia joindre les réseaux téléphoniques ciblés, ou être joints de la même manière. Bien évidemment,cette fonctionnalité est contrôlée par l’administrateur du système, qui décide à qui donner les droits idoines. La figure 1.02 représente un chantier situé sur deux sites distants, qui doivent tout deux être couverts et partager une même configuration. Le principe de base du réseau TETRAétendu tienne à ce que la répartition en groupe soit transparente, de façon qu’un même groupe puisse être présent à la fois dans les multiples zones ed couverture.
Les deux stations de base montrées sur ce schéma sont reliées entre elles par un « switch » TETRA. En plus de permettre l’interconnexion des différentes zones de couvertures, le switch apporte de nombreuses fonctionnalités de configuration, de management et de contrôle du réseau. La répartition des groupes sur les deux sites est ainsi assurée.

Disposition des canaux de communication

Pour une fréquence de porteuse utilisée sur un siteradio, jusqu’à 3 communications de groupes simultanées peuvent être établies, pour un nombrellimité de postes dans chaque groupe. La norme TETRA permet de plus d’autres fonctionnalités, tel que l’envoi de messages types SMS, les appels d’urgences, la localisation de terminaux. Tout ceci étant, de plus, soumis au contrôle total de l’administrateur du réseau grâce à une structure centralisée. Il est possible d’adjoindre 2 fréquences de porteuses à une unique BTS, montant ainsi le nombre de communications simultanées à 7 (la voie balise est mutualisée pourles deux) porteuses, on a donc 4 canaux au lieu de 3 pour la seconde porteuse). Son mode de fonctionnement est particulier par rapports à d’autres réseaux radionumériques, tels que le GSM. Le schéma ci-dessous montre les spécificités qui font de la norme TETRA un système fiable avec peu de ressources utilisées.
Ainsi, sur une largeur de bande de 200kHz, chaque canal doit être séparé de 25kHz. Un menu canal est divisé en quatre intervalles de temps, dont un est utilisé pour la signalisation et ne peut donc pas établir de communication phonique. Par conséquent, par rapport au GSM par exemple, on retrouve trois communications simultanées possibles par porteuses, soit une utilisation triplée du spectre, quadruplée si on considère le transfertde données. Avec une même largeur de bande, TETRA permet une utilisation quatre fois plus qu’un réseau GSM Le nombre d’utilisateurs en TETRA est beaucoup plus important qu’en GSM avec une même ressource.

Cryptage AIE (Air Interface Encryption)

Le réseau radio supporte le chiffrement des communications et de la signalisation sur l’interface air. Le cryptage AIE assure la sécurité des données entrle terminal radio et la station de base de l’infrastructure réseau. Le chiffrement de la partie interface air consiste en un codage dynamique du flux de communication et de signalisation entre le terminal radio et la station de base relais. Ce flux, qui est une succession d’octets, passe au travers d’un algorithme de codage qui le transforme de telle sorte que le message devient tout à fait inco mpréhensible après traitement. Seul l’autre partie, disposant du même algorithme pourra décoderl’information. Cet algorithme fait partie intégrante du terminal radio et est unique.

Cryptage de bout en bout (End to End encryption)

Le cryptage de bout en bout (End to End encryption) protège les messages à travers l’infrastructure. Il fournit une meilleure confidentialité des communications entre les terminaux radio. Les conversations et les données circulent à travers le réseau crypté, seuls les terminaux communicants peuvent les décryptés. Même le réseaune « comprend » pas le message. Ce niveau de chiffrement ne concerne pas la partie signalisation.

TETRA : une norme ouverte

Jusqu’à présent, la technologie de radio numériquea été présentée contre des spécifications du fabricant. Ces spécifications sont connues sous lenom de « propriétaire » des normes et du matériel d’un fabricant, rendant peu probable à offrir l’interopérabilité avec celles de l’autre. TETRA est un standard ouvert. Plusieurs fabricants proposent du matériel radio TETRA sur un marché concurrentiel. Cette concurrence incite les fabricants à innover e t stimule une baisse notable du prix des équipements terminaux. Par conséquent, l’offre d’équipements TETRA, intégrant une technologie de pointe et les fonctions voix et données, ne cesse de s’étoffer. TETRA ont été adoptées par un certain nombre de fournisseur permettant ainsi un plus grand choix, l’efficacité des coûts et l’amélioration de la qualité. Pour produire la norme, ETSI a travaillé aux côtés de représentants des principaux fabricants et fournisseurs, ainsi que des principaux groupes d’utilisateurs. Cela a garanti, non seulement en résultat que les ordinateurs peuvent fournir la fonctionnalité requise par al cible de groupes d’utilisateurs pour l’avenir prévis ble, mais aussi que les fournisseurs puissent comprendre la solution technologique, tels que des systèmes fiables répondant aux besoins et exigences attendus des clients peuvent être fournis. [19]

Le TETRA over IP

Le TETRA sur IP (TETRA over IP ou ToIP) est une solution basée sur la norme de la technologie du réseau, utilisant des outils et protocoles prouvés.Cela contribue à garantir que les collectivités locales et l’appui continu est facilement disponible pour les années à venir. La flexibilité dans l’architecture du système qu’on entend parler dansl’ensemble de ce livre se traduit par l’utilisation de toute la topologie du réseau pouvant être utilisés dont les avantages sont pratiquement illimitées. Le réseau peut être augmenté au fur et à mesure quele nombre d’utilisateurs croît. Il est à noter que la croissance du système présente peu d’impacts auxservices du réseau. De plus, les équipements du réseau comme les répartiteurs, les stations de estiong du réseau, les passerelles et les enregistreurs peuvent être installés n’importe oùansd le réseau, l’emplacement de ces équipements ne présente aucune restriction.
ToIP intègre les avantages de deux ensembles différents de normes ouvertes pour produire l’un des plus efficaces systèmes de communications disponibles aujourd’hui. Le premier est la suite de normes protocole Internet. La deuxième est TETRA dont les normes qui, en plus d’une complète et vaste gamme de solutions de communication voix, également un grand nombre de groupes d’utilisateurs, fournissent des services très efficaces d’usage de la fréquence et des canaux disponibles. Chaque canal radio TETRA a une bande passante de 25 kHz et prend en charge jusqu’à quatre canaux de communications de voix et de données simultanément. Les utilisateurs sont alloués dynamiquement à des intervalles de temps sur les canaux TETRA par l’infrastructure, assurant ainsi une exploitation maximale de chaque canal radio. En outre, les normes TETRA procurent plusieurs types de services de données, des courts messages prédéfinis à des pleins modes de données en mode circuit ; ceux pouvant être utilisés pour une large gamme d’applications. Le système offre des débits de données différentes selon le niveau de protection requis. [9]

Application de réseaux IP à des systèmes TETRA

Un des grands avantages de cette topologie distribuée et de la souplesse du système, c’est qu’elle offre la résistance, la fiabilité et de grandes possibilités de se développer à partir de n’importe quel emplacement des équipements. Le routage des traficsest basé sur le concept « TETRA over IP ». Des paquets de données TETRA (voix et données) sonttransportés à l’intérieur des paquets standard IP et le routage IP est utilisé pour diriger les paquets jusqu’à leur destination. Avec le routage IP, un équipement de commutation central n’est pas nécessaire et cela améliore sensiblement la disponibilité et l’efficacité deservices de traitement des appels. Une grande partie de l’équipement de réseau (unité de contrôle de Base, passerelle PABX, dispatcher, Recording) est basé sur des plates-formes COTS (Commercial Off The Shelf). En conséquence, relier ces équipements devient largement similaire à l’ajout d’un ordinateur via un réseau local. De ce fait, toute combinaison de topologie en étoile ou maillépeut être adopté pour mieux équilibrer le fonctionnement du système. Cela influence la gestion des trafics, la résilience et le rapport coût efficacité. Les ressources utilisées du système sont mobiles dans le réseau, autrement dit les équipements comme les répartiteurs et les passerelles peuvent être placés n’importe où dans le réseau. Ces avantages résument la flexibilité du sytème.
De plus, pour une meilleure résilience du système, les éléments du réseau tels que routeurs, passerelles, serveurs et différentes liaisons sont multipliables selon les besoins des utilisateurs. Le réseau TETRA basé sur les protocoles TCP/IP offre ermettentp aux sites radio de continuer le traitement des appels locaux en cas de coupure des liaisons à travers le réseau. Et même si une partie du réseau est inaccessible, le fonctionnemen en multi-site reste toujours opérationnel. L’infrastructure continue de fonctionner et de traiter les appels, même si les serveurs centraux tombent en panne. La gestion de base de données à distance et le protocole TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) permet le routage de l’architecture maillé, offrant une meilleure tolérance aux pannes.

Les avantages de TETRA over IP (ToIP)

Les réseaux fondés sur le protocole TCP/IP offrentbeaucoup de souplesse et possèdent un degré élevé de tolérance aux pannes. TETRA est basée surl’usage de la signalisation numérique, les données numérisées. Entreprise par le minimum de décodage des données TETRA, le réseau IP peut gérer l’information numérique, exactement comme il serait tout autre service en créant des paquets de données avec l’information à transmettre et les afficher par l’intermédiaire du réseau à la bonne destination. Les paquets sont reconstituésà leurs destinations, les équipements TETRA sont effectivement ignorés lors des transitions dans le réseau, ce qui est essentiellement « transparent » pour autant que les éléments de la radio TETRA (Equipements de station de base et terminaux) sont concernés. Les éléments qui composent le réseau de commutation, basé sur les protocoles IP, peuvent prendre tout style d’architecture ou mélange de styles. Tous ces éléments de réseau sont intégrés des installations de gestion de réseau (agents SNMP) pour équiper le réseau avec une puissante capacité de gestion. Lestests de niveau des modules ainsi que le fait de diagnostiquer facilitent la détection, la localisation des fautes de contrôle et de traitement.

Les spécificités de TETRA

A part les niveaux de sécurité que le réseau TETRAfournit à ses utilisateurs, TETRA offre les modes de communication que les réseaux GSM ne peuvent effectuer. Il y la mode de communication directe DMO et le mode trunking. Le principe et les avantages de ces modes de communication seront développés dans ce chapitre.

Le mode Trunking

Le mode « trunking » met toutes les fréquences de al station de base à la disposition de tous les utilisateurs, quels qu’ils soient et à n’importe quel moment. Avec ce fonctionnement, un groupe de fréquences est choisi, ce qui permet un groupe de communication. Les communications deviennent plus rapides car il n’y a pas de limite, les intervenants peuvent partager les canaux disponibles. Ce mode permet de mieux exploiter la capacité d’une bande de fréquence donnée.
Pour le cas des systèmes analogiques, tous les utilisateurs sont placés sur un même canal, avec les risques de congestion et les interférences que cela peuvent générer. Mais ce mode de communication offre l’opportunité de communicationsà canaux multiples, des redondances, des niveaux multiples de fall back et peu de risque pour la perte de la communication. La figure ci-après (Figure 2.01) compare l’efficacité du spectredes radios conventionnelles et des réseaux radio adoptant la méthode de partages de fréquences. Cett courbe résume que, pour les radios classiques le nombre de canaux demandé par le système croit suivant le nombre d’utilisateurs alors que pour le réseau à ressources partagées, la croissance du nombre d’utilisateurs ne demande pas l’accroissement de nombre de canaux.

Table des matières

CHAPITRE 1 LE RESEAU TETRA ET SES SPECIFICITES
1.1 Introduction
1.1.1 Historique
1.1.2 Description
1.2 Réseaux privés numériques
1.2.1 Réseaux privés
1.2.2 Réseaux numériques
1.2.3 Équipements hybrides
1.3 Les caractéristiques radios de TETRA
1.4 Architecture d’un réseau TETRA
1.4.1 Un réseau TETRA simple
1.4.2 Le réseau TETRA étendu
1.5 Fonctionnement du réseau TETRA
1.5.1 Disposition des canaux de communication
1.5.2 Les fonctionnalités de TETRA
1.6 Les spécificités du réseau TETRA
1.6.1 La transmission des données
1.6.1.1 Généralités
1.6.1.2 Le traitement du signal
1.6.1.3 Le canal de transmission
1.6.2 Sécurité du réseau TETRA
1.6.2.1 Authentification
1.6.2.2 Cryptage AIE (Air Interface Encryption)
1.6.2.3 Cryptage de bout en bout (End to End encryption)
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 LA NORME TETRA
2.1 Présentation de la norme
2.1.1 Introduction
2.1.2 Les services offerts par TETRA
2.1.2.1 Les services supports
2.1.2.2 Les télé-services
2.1.2.3 Les services supplémentaires
2.1.3 TETRA : une norme ouverte
2.2 Le TETRA over IP
2.2.1 Introduction
2.2.2 Application de réseaux IP à des systèmes TETRA
2.2.3 Les avantages de TETRA over IP (ToIP)
2.3 Les spécificités de TETRA
2.3.1 Le mode Trunking
2.3.2 Le mode DMO (Direct Mode Opération)
2.3.2.1 Définition
2.3.2.2 Principe du DMO
2.3.2.3 Avantages du DMO
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3 Modulation utilisée dans TETRA
3.1 Les modulations numériques
3.1.1 Introduction
3.1.2 Généralité
3.1.3 Définitions et appellations
3.1.4 Principes de modulations numériques
3.1.4.1 Critères de choix d’une modulation
3.1.4.2 Densité spectrale du signal modulé
3.1.5 Modulation par déplacement d’amplitude (ASK ou MDA)
3.1.5.1 Modulation par tout ou rien OOK
3.1.5.2 Modulation à « M ETATS »
3.1.6 Modulation par déplacement de phase (MDP)
3.1.7 Modulation d’amplitude sur deux porteuses en quadratures (MAQ)
3.1.7.1 Modulation et démodulation
3.1.7.2 Efficacité spectrale
3.1.7.3 « MAQ » : une généralisation de la MDA et de la MDP
3.1.8 Modulation par déplacement de fréquence (MDF)
3.1.8.1 La modulation MDF à phase discontinue
3.1.8.2 La modulation MDF à phase continue MDF-PC
3.2 MODULATION GMSK, QPSK et -π/4 DQPSK
3.2.1 La modulation GMSK
3.2.1.1 Généralité sur la GMSK
3.2.1.2 Principe de la modulation GMSK
3.2.1.3 Modèle mathématique
3.2.1.4 Probabilité d’erreur Pe ou BER (Bit Error Rate)
3.2.2 La modulation QPSK
3.2.2.1 Généralités
3.2.2.2 Modèle mathématique
3.2.2.3 La constellation « MDP-4 »
3.2.2.4 Probabilité d’erreur
3.2.3 La modulation π/4-DQPSK
3.2.3.1 Généralités
3.2.3.2 Modèles mathématiques
3.2.3.3 Constellation de la modulation π/4-DQPSK
3.2.3.4 Probabilité d’erreur
3.3 Conclusion
CHAPITRE 4 Performance de la modulation π/4-DQPSK
4.1 Présentation Simulink Matlab 7.5
4.2 Modèle Simulink de π/4 DQPSK et GMSK
4.2.1 Présentation de la simulation
4.2.2 Fonctionnement des boutons
4.2.3 Schémas blocs des trois modulations
4.2.4 Fonctionnement de chaque bloc
4.3 Simulation
4.3.1 La modulation π/4-DQPSK
4.3.1.1 Diagrammes de constellations
4.3.1.2 Diagramme de l’oeil
4.3.2 La modulation GMSK
4.3.2.1 Le diagramme de constellation
4.3.2.2 Le diagramme de l’oeil
4.3.3 La modulation QPSK
4.3.3.1 Diagramme de constellation
4.3.3.2 Diagramme de l’oeil
4.4 Comparaison de la performance des trois modulations en termes de probabilité d’erreur
4.5 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE LISTE DES EQUIPEMENTS NECESSAIRES POUR LA MISE EN PLACE DU
RESEAU TETRA
BIBLIOGRAPHIE
FICHE DE RENSEIGNEMENT
RESUME
ABSTRACT

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