La communication sans fil

Les différents types de réseaux sans fil

LA COMMUNICATION SANS FIL

Alors si ces technologies sans fil ne sont pas nées de la dernière pluie, pourquoi la vague du sans fil ne déferle-t-elle sur nous qu’aujourd’hui ? Les réponses sont multiples.

 Faible débit D’une part, les débits des connexions sans fil ont toujours été loin derrière ceux des connexions filaires (fig. 1.01). Il a longtemps fallu se contenter de quelques kilobits par seconde (kb/s) ce qui n’était pas comparable aux débits des réseaux filaires où l’on parle depuis longtemps en mégabits par seconde (Mb/s). Solutions propriétaires En outre, les produits disponibles n’étaient généralement pas standardisés (on parle de solutions «propriétaires ») ce qui interdisait le plus souvent l’interopérabilité entre les offres des différents fournisseurs. Cela signifie qu’en choisissant une technologie donnée, on était dépendant d’un constructeur unique, qui pouvait disparaître ou encore imposer des tarifs excessifs.

 Réglementation Par ailleurs, la réglementation sur les ondes radio a également ralenti le développement du sans fil pour les réseaux d’entreprise. Les ondes radio étant par nature une ressource limitée, chaque pays définit des règles que les émetteurs doivent respecter.

 Le prix Dernier frein du sans fil et non des moindres : le coût des équipements était très élevé, ce qui rendait prohibitif l’installation d’un réseau sans fil dans la majorité des contextes, en particulier pour les réseaux d’entreprises. L’absence de standard explique en grande partie ce coût élevé : si chaque constructeur utilise sa propre technologie, il doit utiliser des composants spécialisés produits uniquement pour lui, c’est-à-dire en relativement faibles quantités, donc chers. Inversement, si tous les constructeurs appliquent le même standard, les composants utilisés seront « communs » et bon marché.

Les bases de système de communication

Un système de communication permet de transmettre l’information numérique d’une source (qui génère l’information) à une ou plusieurs destinations (communication point- à point ou point-multipoint). Les signaux transmis sont sous une forme numérique, ou bien analogique à l’origine, mais numérisés à une certaine étape (opérations d’´échantillonnage et de quantification). Afin d’augmenter la fiabilité de la transmission, chaque signal est représenté par une séquence de bits qui, idéalement, doit être la moins redondante possible. En effet, un codage à la source permet d’effectuer des opérations de compression de données (ex : suppression des bits insignifiants) minimisant ainsi la largeur de bande à utiliser.

Dans notre travail, nous considérons que la source d’information est idéale, c’est-à-dire que chaque symbole binaire émis représente un bit d’information. Etant donné que le canal de transmission n’est pas parfait, des perturbations peuvent altérer le signal transmis. Une solution sera d’utiliser un codage correcteur d’erreur (ex : codage convolutionnel, codage en blocs, etc.). D’une façon générale, le codage correcteur d’erreur consiste à introduire d’une manière contrôlée des bits de redondance dans la séquence des bits d’information. La destination, connaissant le codage de canal utilisé, est capable de corriger les erreurs survenues lors de la transmission. Cette technique augmente la fiabilité de la communication mais également la largeur de bande requise.

Cet aspect n’est pas considéré dans notre travail. Une fois que la séquence de bits à transmettre est prête (après le codage source et le codage canal), elle doit être adaptée au médium physique de transmission. Cette opération, appelée modulation, consiste à associer un signal particulier à une séquence particulière de bits. Les modulations souvent rencontrées dans ce qui suit sont les modulations M-PSK (Phase Shift Keying) et M-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Le signal résultant est enfin transmis dans le canal. Ce signal est corrompu en raison de l’atténuation et de la distorsion provenant de plusieurs facteurs tels que le bruit, les interférences et le délai.

A la réception, toutes les opérations effectuées à la source retrouvent un équivalent. Par conséquent, les signaux reçus sont démodules puis les séquences de bits décodées afin de retrouver la séquence de bits d’information originairement envoyée. [5]

Les contraintes de canal sans fil
Le canal est la composante le plus importante du système de communication et également le plus controversée. En effet, le canal présent des distorsions aléatoires et incontrôlables comme les interférences, le bruit, l’atténuation avec la distance et les délais. Dans ce qui suit, nous décrivons les facteurs de distorsion les plus importants et nous fournissons leurs expressions mathématiques à utiliser dans nos modèles de canaux.

L’évanouissement à grande échelle
Les communications sans-fil sont sévèrement dégradées par les effets de la propagation. Un signal émis par une antenne se propage dans toutes les directions (antenne omnidirectionnelle). Contrairement à l’antenne dite directive, où le signal se répand dans des directions plus restreintes. Le signal propagé subit des réflexions, des réfractions, et des diffusions sur des objets présents dans l’environnement de propagation. Ces objets peuvent être des bâtiments, des arbres voire des voitures dans le milieu extérieur (outdoor) et des murs, des meubles soit même des personnes dans le milieu intérieur (indoor).

La propagation sur de longues distances atténue la puissance du signal, un effet que nous appelons la perte en puissance du signal en fonction de la distance (pathloss). Pour cela, un récepteur observe plusieurs versions atténuées et retardées du signal transmis, et bruitées par le bruit blanc additif interne des réceptrices et autres formes d’interférences. Un modèle idéal de propagation a été présenté par Jakes :

Les évanouissements à petite échelle
Les évanouissements à petite échelle correspondent aux fluctuations rapides en espace, en temps et en fréquence, du signal reçu. Ils sont causés par la dispersion du signal sur les objets se trouvant entre l’émetteur et le récepteur, ce qui génère différentes copies du signal transmis. Ces copies peuvent se combiner constructivement et par conséquent augmenter le rapport signal à-bruit au récepteur ou de 10 manières destructives en diminuant le rapport signal-a-bruit au récepteur.

On appelle ce phénomène évanouissement multi-trajet (multi-path fading). Les évanouissements à petite échelle génèrent des fluctuations ayant une moyenne suivie par les évanouissements à grande échelle.

Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTES DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 LA COMMUNICATION SANS FIL
1.1 Raisons du retard du réseau sans fil
1.2 Les bases de système de communication
1.3 Les contraintes de canal sans fil
1.3.1 L’évanouissement à grande échelle
1.3.2 Les évanouissements à petite échelle
1.3.3 Bruit
1.4 Les différents types de réseaux sans fil
1.4.1 Les réseaux personnels sans fil (WPAN)
1.4.2 Les réseaux locaux sans fil (WLAN)
1.5 Les réseaux distribués
1.5.1 Réseau Ad hoc
1.5.2 Réseau capteur
1.6 Capacité des canaux radio capacité de Shannon
1.7 Métriques de performances des canaux de transmission sans fil
1.7.1 Métriques basées sur la capacité
1.7.2 Métrique basée sur la probabilité d’erreur
1.8 Conclusion
CHAPITRE 2 LE SYSTEME MULTI-ANTENNES MIMO
2.2 Le Système MIMO
2.2.1 Modèle du canal MIMO à évanouissement
2.2.2 Intérêt des systèmes MIMO
2.2.3 Capacité du canal MIMO
2.3 Techniques de diversité
2.3.1 Diversité temporelle
2.3.2 Diversité fréquentielle
2.3.3 Diversité spatiale
2.4 Le multiplexage spatial
2.5 Codage spatio-temporel
2.5.2 Alamouti 2×1
2.5.3 Alamouti 2×2
2.6 Les récepteurs les plus courants
2.6.1 Récepteur linéaire du Forçage à Zéro
2.6.2 Récepteur MMSE
2.6.3 Récepteur à retour de décision V –BLAST
2.6.4 Le récepteur Maximum de Vraisemblance
2.7 Modèle de canal MIMO 
2.8 Le système du MIMO virtuel 
2.9 Conclusion
CHAPITRE 3 TECHNIQUES EXPLOITEES DANS LE RESEAU COOPERATIF
3.1 Communication Coopérative
3.1.1 Model du canal de base
3.2 Protocoles coopérative
3.2.1 Amplify and forward
3.2.2 Decode and forward
3.3 Communication coopérative à multi relais
3.4 Analyse de techniques de relayage
3.5 Système d’analyse de performance d’un réseau coopérative
3.5.1 Liaisons non coopératives à multi saut
3.5.2 Liaison coopérative
3.6 Avantages et inconvénients de la coopération
3.6.1 Les avantages
3.6.2 Les inconvénients
3.6.3 Les compromis du système
3.7 Conclusion
CHAPITRE 4 PERFORMANCE DES TECHNIQUES DE RELAYAGE .
4.1 Simulateur Matlab
4.1.1 Interface de la simulation
4.1.2 Fenêtre de paramétrage
4.2 Topologie de la simulation
4.3 Résultat de simulation pour les modulations BPSK et QPSK
4.3.1 BPSK sur le canal de Rayleigh
4.3.2 BPSK dans un canal AWGN
4.3.3 BPSK dans un canal à fréquence sélective
4.3.4 QPSK dans le canal de Rayleigh
4.3.5 QPSK dans le canal à sélective de fréquence
4.4 Résultat de simulation pour la modulation QAM
4.4.1 Dans le canal de Rayleigh dans 16-QAM
4.4.2 16 QAM dans canal à sélective de fréquence
4.4.3 Résultat pour 64 QAM dans Rayleigh
4.4.4 Résultat de 64 QAM pour le canal à sélective de fréquence
4.5 Suggestion à partir du résultat
4.6 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES ANNEXES 1 : LE MODELE STANFORD UNIVERSITY INTERIM.
ANNEXES 2 : EXTRAIT DE CODE
BIBLIOGRAPHIE
FICHE DE RENSEIGNEMENT

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