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Les canaux de transmission

vince — 2007-11-27T18:29:28Z

On appelle canal de transmission une bande étroite de fréquence utilisable pour une communication.
Dans chaque pays, le gouvernement est en général le régulateur de l'utilisation des bandes de fréquences, car il est souvent le principal consommateur pour des usages militaires.
Toutefois les gouvernements proposent des bandes de fréquence pour une utilisation libre, c'est-à-dire ne nécessitant pas de licence de radiocommunication.

Les organismes chargés de réguler l'utilisation des fréquences radio sont :

l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) en Europe
la FCC (Federal Communications Commission) aux Etats-Unis
le MKK (Kensa-kentei Kyokai) au Japon

En 1985 les Etats-Unis ont libéré trois bandes de fréquence à destination de l'Industrie, de la Science et de la Médecine.
Ces bandes de fréquence, baptisées ISM (Industrial, Scientific, and Medical), sont les bandes 902-928 MHz, 2.400-2.4835 GHz, 5.725-5.850 GHz.

En Europe la bande s'étalant de 890 à 915 MHz est utilisée pour les communications mobiles (GSM), ainsi seules les bandes 2.400 à 2.4835 GHz et 5.725 à 5.850 GHz sont disponibles pour une utilisation radio-amateur.

Les technologies de transmission

vince — 2007-11-27T18:29:24Z

Les réseaux locaux radio-électriques utilisent des ondes radio ou infrarouges afin de transmettre des données.
La technique utilisée à l'origine pour les transmissions radio est appelé transmission en bande étroite, elle consiste à passer les différentes communications sur des canaux différents.
Les transmissions radio sont toutefois soumises à de nombreuses contraintes rendant ce type de transmission non suffisantes.
Ces contraintes sont notamment :
Le partage de la bande passante entre les différentes stations présentes dans une même cellule.
La propagation par des chemins multiples d'une onde radio.
Un onde radio peut en effet se propager dans différentes direction et éventuellement être réfléchie ou réfractés par des objets de l'environnement physique, si bien qu'un récepteur peut être amené recevoir à quelques instants d'intervalles deux mêmes informations ayant emprunté des cheminements différents par réflexions successives.
La couche physique de la norme 802.11 définit ainsi initialement plusieurs techniques de transmission permettant de limiter les problèmes dûs aux interférences :

La technique de l'étalement de spectre à saut de fréquence,
La technique de l'étalement de spectre à séquence directe,
La technologie infrarouge.

La technique à bande étroite

La technique à bande étroite (narrow band) consiste à utiliser une fréquence radio spécifique pour la transmission et la réception de données.
La bande de fréquence utilisée doit être aussi petite que possible afin de limiter les interférences sur les bandes adjacentes.

Les techniques d'étalement de spectre

La norme IEEE 802.11 propose deux techniques de modulation de fréquence pour la transmission de données issues des technologies militaires.
Ces techniques, appelées étalement de spectre (en anglais spread spectrum) consistent à utiliser une bande de fréquence large pour transmettre des données à faible puissance.
On distingue deux techniques d'étalement de spectre :

La technique de l'étalement de spectre à saut de fréquence,
La technique de l'étalement de spectre à séquence directe

La technique de saut de fréquence

La technique FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, en français étalement de spectre par saut de fréquence ou étalement de spectre par évasion de fréquence) consiste à découper la large bande de fréquence en un minimum de 75 canaux (hops ou sauts d'une largeur de 1MHz), puis de transmettre en utilisant une combinaison de canaux connue de toutes les stations de la cellule.
Dans la norme 802.11, la bande de fréquence 2.4 - 2.4835 GHz permet de créer 79 canaux de 1 MHz.
La transmission se fait ainsi en émettant successivement sur un canal puis sur un autre pendant une courte période de temps (d'environ 400 ms), ce qui permet à un instant donné de transmettre un signal plus facilement reconnaissable sur une fréquence donnée.
L'étalement de spectre par saut de fréquence a originalement été conçue dans un but militaire afin d'empêcher l'écoute des transmissions radio.
En effet, une station ne connaissant pas la combinaison de fréquence à utiliser ne pouvait pas écouter la communication car il lui était impossible dans le temps imparti de localiser la fréquence sur laquelle le signal était émis puis de chercher la nouvelle fréquence.

Aujourd'hui les réseaux locaux utilisant cette technologie sont standards ce qui signifie que la séquence de fréquences utilisées est connue de tous, l'étalement de spectre par saut de fréquence n'assure donc plus cette fonction de sécurisation des échanges.
En contrepartie, le FHSS est désormais utilisé dans le standard 802.11 de telle manière à réduire les interférences entre les transmissions des diverses stations d'une cellule.

Etalement de spectre à séquence directe

La technique DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum, étalement de spectre à séquence directe) consiste à transmettre pour chaque bit une séquence Barker (parfois appelée bruit pseudo-aléatoire ou en anglais pseudo-random noise, noté PN) de bits.
Ainsi chaque bit valant 1 est remplacé par une séquence de bits et chaque bit valant 0 par son complément.

La couche physique de la norme 802.11 définit une séquence de 11 bits (10110111000) pour représenter un 1 et son complément (01001000111) pour coder un 0.
On appelle chip ou chipping code (en français puce) chaque bit encodé à l'aide de la séquence.
Cette technique (appelée chipping) revient donc à moduler chaque bit avec la séquence barker.

Grâce au chipping de l'information redondante est transmise, ce qui permet d'effectuer des contrôles d'erreurs sur les transmissions, voir de la correction d'erreurs.
Dans le standard 802.11b, la bande de fréquence 2.400-2.4835 GHz (d'une largeur de 83.5 MHz) a été découpée en 14 canaux séparés de 5MHz, dont seuls les 11 premiers sont utilisables aux Etats-Unis.
Seuls les canaux 10 à 13 sont utilisables en France.

Toutefois, pour une transmission de 11 Mbps correcte il est nécessaire de transmettre sur une bande de 22 MHz car, d'après le théorème de Shannon, la fréquence d'échantillonnage doit être au minimum égale au double du signal à numériser.
Ainsi certains canaux recouvrent partiellement les canaux adjacents, c'est la raison pour laquelle des canaux isolés (les canaux 1, 6 et 11) distants les uns des autres de 25MHz sont généralement utilisés.
Ainsi, si deux points d'accès utilisant les mêmes canaux ont des zones d'émission qui se recoupent, des distortions du signal risquent de perturber la transmission.
Ainsi pour éviter toute interférence il est recommandé d'organiser la répartition des points d'accès et l'utilisation des canaux de telle manière à ne pas avoir deux points d'accès utilisant les mêmes canaux proches l'un de l'autre.
Le standard 802.11a utilise la bande de fréquence 5.15GHz à 5.35GHz et la bande 5.725 GHz à 5.825 GHz, ce qui permet de définir 8 canaux distincts d'une largeur de 20Mhz chacun, c'est-à-dire une bande suffisamment large pour ne pas avoir de parasitage entre canaux.

La technologie infrarouge

Le standard IEEE 802.11 prévoit également une alternative à l'utilisation des ondes radio : la lumière infrarouge.

La technologie infrarouge a pour caractéristique principale d'utiliser une onde lumineuse pour la transmission de données.
Ainsi les transmissions se font de façon uni-directionnelle, soit en "vue directe" soit par réflexion.
Le caractère non dissipatif des ondes lumineuses offre un niveau de sécurité plus élevé.
Il est possible grâce à la technologie infrarouge d'obtenir des débits allant de 1 à 2 Mbit/s en utilisant une modulation appelé PPM (pulse position modulation).
La modulation PPM consiste à transmettre des impulsions à amplitude constante, et à coder l'information suivant la position de l'impulsion.
Le débit de 1 Mbps est obtenu avec une modulation de 16-PPM, tandis que le débit de 2 Mbps est obtenu avec une modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de données avec 4 positions possibles

Les techniques de modulation

vince — 2007-11-27T18:29:20Z

Tandis que la radio classique utilise une modulation de fréquence (radio FM pour Frequency Modulation) ou bien une modulation d'amplitude (radio AM pour Amplitude Modulation), le standard 802.11b utilise une technique de modulation de phase appelée PSK pour Phase Shift Keying.
Ainsi chaque bit produit une rotation de phase.
Une rotation de 180° permet de transmettre des débits peu élevés (technique appelé BPSK pour Binary Phase Switch Keying) tandis qu'une série de quatre rotations de 90° (technique appelé QPSK pour Quadrature Phase Switch Keying) permet des débits deux fois plus élevés.

Optimisations

La norme 802.11b propose d'autres type d'encodage permettant d'optimiser le débit de la transmission.
Les deux séquences Barker ne permettent de définir que deux états (0 ou 1) à l'aide de deux mots de 11 bits (compléments l'un de l'autre).
Une méthode alternative appelée CCK (complementary code keying) permet d'encoder directement plusieurs bits de données en une seule puce (chip) en utilisant 8 séquences de 64 bits.
Ainsi en codant simultanéments 4 bits, la méthode CCK permet d'obtenir un débit de 5.5 Mbps et elle permet d'obtenir un débit de 11 Mbps en codant 8 bits de données.
La technologie PBCC (Packet Binary Convolutionnary Code) permet de rendre le signal plus robuste vis-à-vis des distorsions dûes au cheminement multiple des ondes hertziennes.

Ainsi la société Texas Instrument a réussi a mettre au point une séquence tirant avantage de cette meilleure résistance aux interférences et offrant un débit de 22Mbit/s.
Cette technologie baptisée 802.11b+ est toutefois non conforme à la norme IEEE 802.11b ce qui rend les périphériques la supportant non compatibles avec les équipements 802.11b.
La norme 802.11a opère dans la bande de fréquence des 5 GHz, qui offre 8 canaux distincts, c'est la raison pour laquelle une technique de transmission alternative tirant partie des différents canaux est proposée.
L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) permet d'obtenir des débits théoriques de 54 Mbps en envoyant les données en parallèle sur les différentes fréquences. De plus la technique OFDM fait une utilisation plus rationnelle du spectre.

Technologie	Codage	Type de modulation	Débit
802.11b	11 bits (Barker sequence)	PSK	1Mbps
802.11b	11 bits (Barker sequence)	QPSK	2Mbps
802.11b	CCK (4 bits)	QPSK	5.5Mbps
802.11b	CCK (8 bits)	QPSK	2Mbps
802.11a	CCK (8 bits)	OFDM	54Mbps
802.11g	CCK (8 bits)	OFDM	54Mbps

Les catégories de réseaux sans fils

vince — 2007-11-27T18:28:43Z

Réseaux personnels sans fils (WPAN)

Le réseau personnel sans fils (appelé également réseau individuel sans fils ou réseau domotique sans fils et noté WPAN pour Wireless Personal Area Network) concerne les réseaux sans fils d'une faible portée : de l'ordre de quelques dizaines mètres.
Ce type de réseau sert généralement à relier des périphériques (imprimante, téléphone portable, appareils domestiques, ...) ou un assistant personnel (PDA) à un ordinateur sans liaison filaire ou bien à permettre la liaison sans fils entre deux machines très peu distantes.

Il existe plusieurs technologies utilisées pour les WPAN :

La principale technologie WPAN est la technologie Bluetooth, lancée par Ericsson en 1994, proposant un débit théorique de 1 Mbps pour une portée maximale d'une trentaine de mètres.
Le Bluetooth, connue aussi sous le nom IEEE 802.15.1, possède l'avantage d'être très peu gourmand en énergie, ce qui le rend particulièrement adapté à une utilisation au sein de petits périphériques.
La version 1.2 réduit notamment les interférences avec les réseaux Wi-Fi.

HomeRF (Home Radio Frequency), lancée en 1998 par le HomeRF Working Group (formé notamment par les constructeurs Compaq, HP, Intel, Siemens, Motorola et Microsoft) propose un débit théorique de 10 Mbps avec une portée d'environ 50 à 100 mètres sans amplificateur.
La norme HomeRF soutenue notamment par Intel, a été abandonnée en Janvier 2003, notamment car les fondeurs de processeurs misent désormais sur les technologies Wi-Fi embarquée (via la technologie Centrino, embarquant au sein d'un même composant un microprocesseur et un adaptateur Wi-Fi).

La technologie ZigBee (aussi connue sous le nom IEEE 802.15.4) permet d'obtenir des liaisons sans fil à très bas prix et avec une très faible consommation d'énergie , ce qui la rend particulièrement adaptée pour être directement intégré dans de petits appareils électroniques (appareils électroménagers, hifi, jouets, ...).

Enfin les liaisons infrarouges permettent de créer des liaisons sans fils de quelques mètres avec des débits pouvant monter à quelques mégabits par seconde.
Cette technologie est largement utilisé pour la domotique (télécommandes) mais souffre toutefois des perturbations dûes aux interférences lumineuses.
L'association irDA (infrared data association) formée en 1995 regroupe plus de 150 membres.

Réseaux locaux sans fils (WLAN)

Le réseau local sans fils (WLAN pour Wireless Local Area Network) est un réseau permettant de couvrir l'équivalent d'un réseau local d'entreprise, soit une portée d'environ une centaine de mètres.
Il permet de relier entre-eux les terminaux présents dans la zone de couverture.
Il existe plusieurs technologies concurrentes :

Le WiFi (ou IEEE 802.11), soutenu par l'alliance WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) offre des débits allant jusqu'à 54Mbps sur une distance de plusieurs centaines de mètres.

hiperLAN2 (HIgh Performance Radio LAN 2.0), norme européenne élaborée par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute), permet d'obtenir un débit théorique de 54 Mbps sur une zone d'une centaine de mètres dans la gamme de fréquence comprise entre 5 150 et 5 300 MHz.

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication), norme des téléphones sans fils domestiques.
Alcatel et Ascom développent pour les environnements industriels, telles les centrales nucléaires, une solution basée sur cette norme qui limite les interférences.
Les points d'accès résistent à la poussières et à l'eau.
Ils peuvent surveiller les systèmes de sécurité 24/24h et se connecter directement au réseau téléphonique pour avertir le responsable en cas de problème.

Réseaux métropolitains sans fils (WMAN)

Le réseau métropolitain sans fils (WMAN pour Wireless Metropolitan Area Network) est connu sous le nom de Boucle Locale Radio (BLR).
Les WMAN sont basés sur la norme IEEE 802.16.
La boucle locale radio offre un débit utile de 1 à 10 Mbit/s pour une portée de 4 à 10 kilomètres, ce qui destine principalement cette technologie aux opérateurs de télécommunication.

Réseaux étendus sans fils (WWAN)

Le réseau étendu sans fils (WWAN pour Wireless Wide Area Network) est également connu sous le nom de réseau cellulaire mobile.
Il s'agit des réseaux sans fils les plus répandus puisque tous les téléphones mobiles sont connectés à un réseau étendu sans fils.
Les principales technologies sont les suivantes :

GSM (Global System for Mobile Communication ou Groupe Spécial Mobile)
GPRS (General Packet Radio Service)
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
Wimax (standard de réseau sans fils poussé par Intel avec Nokia, Fujitsu et Prowim).
Basé sur une bande de fréquence de 2 à 11 GHz, offrant un débit maximum de 70 Mbits/s sur 50km de portée, certains le placent en concurrent de l'UMTS, même si ce dernier est davantage destiné aux utilisateurs itinérants.

Historique

vince — 2007-11-27T18:28:37Z

En 1997 ; alors que l'attention est accaparée par le succès d'Internet et l'euphorie boursière montante, un événement est passé inaperçu sauf pour quelques spécialistes et observateurs : l'adoption du standard IEEE 802.11 ou Ethernet sans fil.
Exploitant la bande de fréquence de 2,4 GHz, le 802.11 plafonne à un débit de 2 Mbits/s au maximum.
Ce précurseur est suivi de plusieurs déclinaisons dont le célèbre Wi-Fi qui connaît un franc succès, aidé par le volontarisme des fabricants, distributeurs et fournisseurs de services...
Wi-Fi, est un nom composé à la manière de hi-fi et signifiant Wireless Fidelity.
Il désigne les différentes déclinaisons de la norme IEEE 802.11 qui permet à plusieurs ordinateurs de communiquer sans fil en utilisant comme support les ondes radio.
Les câbles disparaissent enfin.

Avantage : le déploiement d'un réseau Wi-Fi est assez simple, le prix plutôt modeste en comparaison d'autres technologies. Le Wi-Fi est une technologie intéressante pour de nombreuses sociétés liées au monde des télécoms et d'Internet.
Les collectivités locales et surtout les particuliers profitent de la facilité d'accès à Internet haut débit liée à cette norme.
Dans sa déclinaison la plus connue, 802.11 b, le Wi-Fi utilise la bande de fréquence de 2,4 GHz et atteint un débit théorique de 11 Mbits/s, le 802.11a culmine à 22 Mbits/s et le 802.11 g, enfin, flirte avec les 54 Mbits/s.
Le Wi-Fi peut certes servir à surfer sur Internet, mais pas uniquement.
Il autorise l'organisation de réseaux -pourvus ou pas d'Internet - pour échanger des fichiers, des données, et bien entendu pour jouer :..
Ce ne sont là que quelques exemples de ses usages possibles Les avantages des réseaux sans fil ne sont plus à démontrer surtout à une génération de plus en plus habituée à la mobilité.
La multiplication des appareils (PDA, PC portables, terminaux et bientôt les téléphones portables) capables de communiquer entre eux en fait le support idéal des réseaux modernes.