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Projet de Fin d’Études pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur d’Etat en Téléco

Projet de Fin d’Études pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur d’Etat en Télécommunications Thème Automatisation des opérations de contrôle du spectre radioélectrique Présenté par : BENCHOUR Haroun EUCHI Ramzi Encadré par : Mr. SADOK Mustapha Soutenu devant le jury : Mr ABDI Mossadek Président Mr BENBAKRETI Samir Examinateur Promotion : IGE 37 Année Universitaire : 2016- 2017 اﻟﺠﻤﮭـــــﻮرﯾــــــﺔ اﻟﺠـــﺰاﺋـــﺮﯾـــــــﺔ اﻟـــﺪﯾﻤﻘـــــﺮاطﯿـــــــﺔ اﻟﺸـﻌﺒﯿـــــﺔ Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ministère de la Poste et des Technologies de l’Information et de la Communication Institut National des Télécommunications et des Technologies de l’Information et de la Communication اﻟﻤﻌﮭـ ــ ـــﺪ اﻟﻮطﻨـــﻲ ﻟﻼﺗﺼ ـــــ ﺎﻻت وﺗﻜﻨــــﻮﻟﻮﺟﯿــﺎت اﻹﻋﻼم واﻻﺗﺼﺎل Résumé Ce thème va porter sur l’automatisation des opérations de contrôle du spectre des fréquences radioélectriques, où on veut étudier la possibilité d’automatiser certaines opérations pour améliorer l’efficacité des systèmes utilisés pour le contrôle au niveau des organismes de régulation des fréquences radioélectriques, comme l’estimation des angles d’arrivés des émissions présentes sur une bande de fréquences en faisant appel à la radiogoniométrie afin d’identifier, de localiser les émetteurs cibles et les distinguer des émissions fantômes résultant des bruits et des intermodulations. Pour ce faire nous allons en premier lieu fournir l’état de l’art des opérations de contrôle et des systèmes utilisés. Ensuite on va en deuxième chapitre évoquer le concept de la radiogoniométrie et citer les critères de performances des stations de contrôle, On traitera un troisième chapitre dédié aux interfaces radio des différents standards des technologies cellulaires. Le quatrième chapitre va être consacré à la simulation pour étudier des cas pratiques. Particulièrement, on essayera de mettre à profile l’algorithme aveugle en utilisant Matlab pour générer sur une gamme donnée de fréquences, des signaux de différents standards sur lesquels on va appliquer un traitement par l’algorithme aveugle afin d’avoir les relèvements en azimut d’une manière automatisée, chose qui permettra de résoudre davantage les problèmes de brouillage et de renforcer la fiabilité des systèmes utilisés. Mots-clés : Radiogoniométrie, Angle d’arrivée, Azimut. ii Abstract This topic will focus on the automation of radio monitoring operations, in order to investigate the possibility of automating certain operations related to the field of radio monitoring, making it possible to improve the efficiency of the systems used to carry out these operations such as estimation of angles of arrival of the present transmissions in a frequency range in a blind way so that they can be identified and located and that resolution of the occurring interferences can be made possible. To do this we will first provide state-of-the-art of radiomonitoring operations, direction finding and associated systems by discussing some general concepts on radio monitoring. Next, the concept of direction finding and performance parameters of direction finders used in radiomonitoring systems will be discussed. We will devote the third chapter to the simulation to study practical cases. In particular, an attempt will be made to implement the blind algorithm by using Matlab to generate signals of different standards in a frequency band on which blind algorithm processing will be applied in order to have the bearing spectrum in an automated way. We will also propose and implement an automated method for automatic violation detection (AVD) in order to overcome hard tasks executed by radio monitoring operators. Keywords : Direction finding, Angle of arrival, Azimuth, Matlab. iii Table des matières Résumé ......................................................................................................................................... i Abstract ....................................................................................................................................... ii Table des matières...................................................................................................................... iii Liste des tableaux ...................................................................................................................... vii Liste des figures ....................................................................................................................... viii Liste des sigles ........................................................................................................................... xi Remerciements ......................................................................................................................... xiv Remerciements .......................................................................................................................... xv Introduction générale .................................................................................................................. 1 Chapitre 1 : Généralité sur le contrôle du spectre ....................................................................... 2 1.1. Introduction : ............................................................................................................... 2 1.2. Radio surveillance (contrôle du spectre) : .................................................................. 2 1.3. Systèmes de radio surveillance entre le domaine civil et militaire : ........................... 3 1.4. Rôles des systèmes de radio surveillance : ................................................................. 4 1.5. Différentes configurations des stations de contrôle : .................................................. 5 1.5.1. Configuration fixe : ............................................................................................. 5 1.5.2. Configuration transportable : .............................................................................. 5 1.5.3. Configuration mobile : ........................................................................................ 5 1.6. Systèmes de radiolocalisation des sources d’émissions radio associés à la radio surveillance : ........................................................................................................................... 6 1.7. Architecture des stations de contrôle automatisées : .................................................. 7 1.8. Antennes utilisées par les stations de contrôle : .......................................................... 8 1.8.1. Les gammes de fréquences VLF, LF, MF, HF : ............................................... 10 1.8.2. Les gammes de fréquences VHF et UHF : ....................................................... 11 1.8.3. La gamme SHF : ............................................................................................... 12 1.9. Sous système d’interception : ................................................................................... 13 1.9.1. Différence entre les intercepteurs et les récepteurs de communication : .......... 14 iv 1.9.2. Intercepteur à balayage superhétérodyne : ........................................................ 14 1.9.3. Intercepteur à analyse parallèle :....................................................................... 15 1.10. Concept de radiolocalisation des sources d’émissions et techniques utilisées : ....... 17 1.10.1. Radiolocalisation par triangulation goniométrique :......................................... 17 1.10.2. Radiolocalisation par point transporté (running fix) : ....................................... 18 1.10.3. Radiolocalisation à station unique : .................................................................. 18 1.11. Nouvelle perspective pour le contrôle du spectre : ................................................... 18 1.12. Conclusion : .............................................................................................................. 20 Chapitre2 : Radiogoniométrie et critères de performance des stations de contrôle .................. 21 2.1 Introduction ............................................................................................................... 21 2.2 Radiogoniométrie :.................................................................................................... 21 2.3 Utilisation de la radiogoniométrie : .......................................................................... 22 2.4 Mesure de l’angle d’arrivée : .................................................................................... 23 2.5 Spectre angulaire et exploitation de l’angle d’incidence : ........................................ 24 2.6 Configurations géométriques des Réseaux d’antennes utilisés dans la radiogoniométrie : ................................................................................................................. 26 2.6.1. Réseaux d’antennes circulaires uniformes : ...................................................... 26 2.7 Aperçu sur la conception des systèmes : ................................................................... 27 2.8 Critères de performance d’un système de radiogoniométrie : .................................. 29 2.8.1. Précision ............................................................................................................ 29 2.8.2. Sensibilité :........................................................................................................ 29 2.8.3. Immunité suffisante aux signaux à haute amplitude : ....................................... 30 2.8.4. Immunité aux distorsions dues à la propagation multi trajets : ........................ 33 2.8.5. Immunité aux signaux d’interférences Co-canal : ............................................ 33 2.8.6. Courte durée minimale nécessaire pour effectuer le traitement : ..................... 33 2.8.7. Probabilité d’interception et Vitesse de recherche élevées pour les radiogoniomètres à balayage : .......................................................................................... 34 2.9 Conception des réseaux d’antennes utilisés pour la radiogoniométrie : ................... 34 2.9.1. Critères de conception d’un réseau d’un réseau d’antennes pour la radiogoniométrie : ............................................................................................................. 35 v 2.9.2. Exemple de conception : ................................................................................... 36 2.9.3. Nombre d’antennes élémentaires et canaux de traitement : .............................. 37 2.9.4. Radiogoniométrie large bande : ........................................................................ 40 2.9.5. Interception des signaux à saut de fréquence :.................................................. 44 2.9.6. Propagation des ondes par trajets multiples : .................................................... 46 2.10 Conclusion : .............................................................................................................. 47 Chapitre 3 : Interface radio des différents standards ................................................................ 48 3.1. Introduction : ............................................................................................................. 48 3.2. L’interface Radio de GSM : ...................................................................................... 48 3.2.1 Le duplexage FDD et multiplexage FDMA/ TDMA : .......................................... 48 3.2.2 Interface radio du standard GSM: ......................................................................... 50 3.2.3 La structure d’un time slot : .................................................................................. 51 3.2.4 Hiérarchie de trame : ............................................................................................. 52 3.2.5 Les canaux logiques et physiques : ....................................................................... 52 3.2.6 Les canaux de diffusion et mappage : ................................................................... 54 3.2.7 La synchronisation : .............................................................................................. 55 3.2.8 La modulation GMSK : ........................................................................................ 55 3.2.9 Codage de canal .................................................................................................... 56 3.2.10 Le saut de fréquence : ....................................................................................... 56 3.3. L’interface Radio de l’UMTS (UTRA/FDD) : ......................................................... 57 3.3.1. Multiplexage WCDMA et Duplexage : ............................................................ 57 3.3.2. L’étalement de spectre : .................................................................................... 61 3.3.3. Le codage du canal : ......................................................................................... 62 3.3.4. Modulation : ...................................................................................................... 63 3.3.5. Les canaux physiques : ..................................................................................... 63 3.3.6. La procédure de synchronisation : .................................................................... 64 3.4. Principes généraux sur l’interface Radio de LTE : ................................................... 65 3.4.1. Principe de base de l’OFDM : .......................................................................... 65 3.4.2. Bloc de ressources : .......................................................................................... 66 3.4.3. Caractéristiques du signal LTE : ....................................................................... 67 vi 3.4.4. Modulations : .................................................................................................... 69 3.4.5. Systèmes à antennes multiples : ........................................................................ 70 3.4.6. Multiplexage temporel : .................................................................................... 71 3.4.7. Duplexage : ....................................................................................................... 72 3.4.8. Synchronisation et avance en temps : ............................................................... 72 3.4.9. Canaux physiques LTE : ................................................................................... 73 3.4.10. Chaîne de transmission : ................................................................................... 75 3.5. Conclusion : .................................................................................................................. 76 Chapitre 4 : simulation .............................................................................................................. 77 4.1. Introduction : ............................................................................................................. 77 4.2. Algorithme aveugle pour la radiogoniométrie : ........................................................ 77 4.2.1. Traitement proposé : ......................................................................................... 78 4.2.2. Processus d’obtention du spectre angulaire : .................................................... 79 4.2.3. Test et résultats : ............................................................................................... 81 4.3. 2eme simulation : Automatic Violation Detection (AVD) ......................................... 83 4.4. Conclusion : .............................................................................................................. 85 Conclusion générale .................................................................................................................. 86 Bibliographie................................................................................................................................ i Annexe : Démonstration de l’équation (2.1) ................................................................................ i vii Liste des tableaux Tableau 1: Exemples de caractéristiques de réception et numérisation en analyse parallèle[2] ................................................................................................................................................... 17 Tableau 2: Domaines d’utilisation de la radiogoniométrie ..................................................... 23 Tableau 3: Principaux paramètres OFDM pour LTE [9] ........................................................ 68 Tableau 4: Différentes configurations pour les systèmes d’antennes à la station de base [9] . 70 viii Liste des figures Figure 1: différentes configurations des stations de contrôle [6]............................................... 5 Figure 2: Équipements portables complémentaires [17] ........................................................... 6 Figure 3: Architecture d'un système d'analyse technique [2] .................................................... 7 Figure 4: Système de contrôle type, intégré avec un système de gestion [6] ............................ 8 Figure 5: Exemple de réseau d'antennes rideaux log-périodiques en étoile [1]....................... 11 Figure 6: antenne omnidirectionnelle unipolaire large bande à polarisation circulaire [1] ..... 11 Figure 7: Exemples d'éléments d'antennes pour les uploads/Management/ pfe-haroun.pdf