Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Chapitre 2 : Réseaux personnels sans fils 1. Introduction D’un point de vue d'u

Chapitre 2 : Réseaux personnels sans fils 1. Introduction D’un point de vue d'un administrateur, un réseau peut être quand il appartient à un seul système autonome et auquel on ne peut accéder en dehors de son domaine physique ou logique. Un réseau peut être public, ce qui est accessible à tous. Cependant, Les réseaux informatiques peuvent être différenciés en plusieurs types, comme les réseaux client-serveur, peer-to-peer ou hybride, selon son architecture. Il peut y avoir un ou plusieurs systèmes faisant office de serveur. L'autre étant Client, demande au serveur de servir les demandes. Le serveur prend et traite les demandes pour le compte des clients. Deux systèmes peuvent être connectés point à point ou dos à dos, tous deux résident au même niveau et sont appelés pairs. Il peut y avoir un réseau hybride qui implique des architectures réseaux à la fois. 2. Qu’est-ce qu’un réseau personnel Un réseau personnel (PAN) est un réseau informatique utilisé pour la communication entre les appareils informatiques. Il peut s'agir d'appareils compatibles Bluetooth ou infrarouge. Il est caractérisé par une faible portée de connectivité allant jusqu'à 10 mètres (fréquence élevé engendre une longueur d’onde faible). Le PAN peut inclure un clavier et une souris d'ordinateur sans fil, des écouteurs compatibles Bluetooth, des imprimantes sans fil et des télécommandes de télévision comme illustré dans la figure 1. Fig.1. Architecture généralisé d’un réseau PAN. 3. Ultra large bande (Ultra Wide Bande, UWB) Ultra large bande est une technologie et une méthode d'accès au spectre qui peut fournir les communications à très haut débit sur l'espace du réseau local personnel. Basé sur une transmission d’impulsion (à l’inverse d’un signal bande étroite (Narrow Band (NB)) dont l’émission se fait en continu), Le fonctionnement de l'UWB est défini comme un système de transmission ayant un émetteur UWB et est défini par la largeur de bande UWB. Retenons dès maintenant que dans le cas d’applications mettant en œuvre une technologie de type UWB, l’augmentation de la largeur de bande du signal se fait au détriment de la Densité Spectrale de Puissance (DSP) émise afin de garantir la coexistence entre systèmes. La limite supérieure est désignée f H et la limite inférieure est désignéef L. La fréquence à laquelle se produit l'émission la plus élevée est désignée par f M. Un signal UWB est caractérisé par une fréquence centrale et une bande passante fractionné donné l’équation (1) et (2) respectivement. f C= (f H+f L) 2 (1) BW= 2(f H−f L) f H+f L (2) L'émetteur UWB est un radiateur intentionnel qui, à tout moment, a une largeur de bande fractionnaire BW¿0,20 ou a une largeur de bande UWB 500 MHz, quelle que soit la largeur de bande fractionnaire. Cependant, En appliquant le théorème de Shannon-Hartley (Equation 3) sur un signal UWB, nous constatons qu’il est donc plus intéressant d’augmenter la largueur de bande du signal qui est proportionnelle à la capacité de canal plutôt que d’augmenter le Rapport Signal à Bruit (RSB) qui lui varie de façon logarithmique C (S,B )=Blog2(1+ S B N0) (3) Exemple Un canal de 7.5GHz de bande passante couplé à un signal de 0.5mW supporte théoriquement un débit de 180Gbps. C’est donc là le fondement majeur des arguments de l’UWB en faveur de débits supérieures à 500Mbps vis-à-vis d’un système bande étroite. De plus, l’augmentation de la capacité du canal réduit la congestion dans les réseaux. 3.1. Résolution spatio-temporelle La résolution spatio-temporelle d’un signal peut être définie comme la capacité d’un signal à donner une estimation d’une mesure de temps t ou de distanced=ct, ou c représente la célérité de la lumière. Afin de juger de la capacité d’un tel signal, l’inégalité de Cramér-Rao nous donne une estimation théorique de la borne inférieure d’une mesure de distance. σ d 2≥ c 2 8π 2B 2RSB (4) Avec : σ d: est l’écart-type de l’estimé de distance c: Vitesse de la lumière RSB: Rapport signal sur bruit B: est la largeur de bande effective du signal, donnée par la formule suivante : B=[ ∫ −∞ +∞ f 2|S (f )| 2df ∫ −∞ +∞ |S (f )| 2df ] 1 2 (5) L’UWB se positionne comme un bon candidat à des applications de localisation où une grande précision est requise. Exemple Un signal de 7.5GHz de bande reçu avec un RSB de 10 dB permet par exemple d’obtenir théoriquement une précision de 5mm sur l’estimation de distance. Fig.2. Localisation d’un terminal mobile en utilisant un réseau Wifi-UWB 3.2. Caractéristiques de rayonnement La spécification de la Puissance Isotropique Rayonnée Equivalente (PIRE) maximale autorisée qui est limitée à −41.3 dBm/MHz, ce qui correspond à une mesure à 3m d’un champ électromagnétique de 500µV/m dans toute bande de 1MHz. A cela s’ajoute des contraintes d’émissions hors-bande, propres à chaque application, parmi lesquelles nous retrouvons les systèmes dits Indoor et Hand-held. Pour le cas Indoor, l’atténuation hors-bande est de 10 dB tandis qu’elle est plus sévère pour les dispositifs Hand-held du fait de leur utilisation en extérieur avec une atténuation hors-bande de 20 dB comme l’illustre la Figure 3. Fig.3. Système Indoor et Hand-held. Cette puissance de −41.3 dBm/MHz, soit 75 nW/MHz, correspond à une puissance moyenne émise pendant une durée n’excédant pas 1ms. A cela s’ajoute une limitation en puissance crête mesurée autour du maximum spectral. Cette limite est fonction de la Resolution Bandwidth (RBW) utilisée lors de la mesure. Exprimée en dBm, cette limitation en puissance crête se calcule par la relation suivante : Pcrête FCC=20log10( RBW 50 ) 1 MHz<RBW <50 MHz 3.3. Support d’information Impulsionnel En tant qu’élément de base d’un lien de communication UWB, une grande variété de modèles mathématiques d’impulsions a été étudiée afin de tendre vers l’idéal entre complexité de la forme impulsionnel et occupation spectrale. La littérature nous rapporte des études allant de la simple impulsion sinusoïdale à des impulsions beaucoup plus complexes comme celles basées sur des polynômes d’Hermite en passant par la famille des impulsions Gaussiennes comme illustré dans la figure 4. Dans cette partie nous allons se focaliser sur les impulsions Gaussiennes qui sont les plus adapté aux communications UWB. Resolution Band width Fig.4. Formes d’impulsions. D’un point de vue mathématique, l’expression typique d’une impulsion Gaussienne est : g (t)=√ 2δG √π τ ×exp(−¿ t 2 2τ )¿ (6) Avec : δ G: Energie du signal. τ: Ecart Type du signal. Sa représentation fréquentielle, notée G (f ) , s’obtient par TF. Cela nous donne : G (f )=√2δ G√π τ ×exp[ −2 πfτ 2 ] (7) Cependant, il est préférable d’utiliser les dérivées vu leurs avantage de ne pas présenter de composante continue, ce qui limite les ondes stationnaires indésirables dans les antennes lors de l’émission. Les dérivées n-ièmes successives de la Gaussienne s’obtiennent récursivement à partir de l’expression suivante : g n (t)=−n−1 τ 2 g n−2(t )−1 τ 2 g n−1 (t) (8) Et la représentation spectrale par TF de (8) s’écrit : G n (f )=(2πf ) n√2δG√π τ×exp[ −(2πfτ ) 2 2 ] (9) Fig.5. Impulsion Gaussienne et ses premières dérivées. Les figures ci-dessus donnent l’allure de l’impulsion gaussienne et ses trois premières dérivées, tant dans le domaine temporel que fréquentiel. D’après les allures, il est préférable d’augmenter l’ordre de dérivé pour occuper la bande de la FCC 3.3.1. Modèle de la Gaussienne transposée en fréquence Pour répondre aux demandes de flexibilité vis-à-vis des bandes de fréquences, l’impulsion Gaussienne transposée en fréquence est une parfaite technique pour l’amélioration des communications UWB. P (t)=√ 2δ G √π τ ×exp(−¿ t 2 2τ )×cos ⁡(2π f 0t)¿ (10) La TF nous donne sa représentation fréquentielle P (f )=√2δ G√π τ[exp(−( (2πτ (f −f 0)) 2 2 ))+exp(−( (2πτ (f +f 0)) 2 2 ))] (11) A l’inverse de l’impulsion Gaussienne prise seule, une impulsion Gaussienne transposée en fréquence permet de paramétrer de façon indépendante la position de l’impulsion d’un point de vue spectral par f0 ainsi que sa largeur de bande par τ. Fig.5. Impulsion Gaussienne transposée en fréquence 3.4. Modulations pour UWB Les schémas de modulation qui peuvent être mis en œuvre dans un système UWB sont modulation en amplitude telle que la Pulse Amplitude Modulation (PAM) soit en position avec la Pulse Position Modulation (PPM). 3.4.1. Pulse Amplitude Modulation (PAM) La PAM est une technique de modulation impulsionnelle qui consiste à attribuer une amplitude à l’impulsion transmise en fonction de la donnée à transmettre. C’est donc une modulation à plusieurs états dont la représentation mathématique en bande de base est la suivante : m (t)=∑ j∈Z aj p (t−j Ts)(12) Avec : a j: La séquence d’amplitudes correspondant aux données à transmettre, a j∈R T s: La durée des symboles [s]. Deux type de modulation PAM sont étudier à savoir La modulation On-Off Keying (OOK) et La modulation Binary Phased Shift Keying (BPSK). Dans la première modulation une impulsion correspond à la transmission d’un « 1 » logique tandis que le « 0 » logique est codé par une absence d’impulsion comme l’illustre la Figure 6. Fig.6. Pulse Amplitude Modulation (PAM) La modulation uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-2-rsf-rm.pdf