Les réseaux locaux sans fil: WIFI (Wireless Fidelity)

WIRELESS LAN (WLAN) 

○ Définition : Un réseau d’ordinateurs et de matériels sans fil qui offre les fonctionnalités des réseaux locaux LAN traditionnels (Ethernet), mais en utilisant une technologie sans fil. 

○ WLAN fonctionne en architecture cellulaire : chaque cellule possède sa zone de couverture et ses caractéristiques d’association 

○ Dans la pratique : Un WLAN permet de relier des équipements à une liaison haut débit sur un rayon de plusieurs dizaines de mètres en intérieur et de centaines de mètres en extérieur (500m) 

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TECHNOLOGIES DES RÉSEAUX SANS FIL 

Chapitre 3: Les réseaux locaux sans fil: WIFI (Wireless Fidelity) 

Nejla OUESLATI 

1. U: 2019-2020 

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WI-FI ALLIANCE 

○ Wi-Fi Alliance : Organisme qui regroupe les principaux acteurs du marché sans fils dans le monde 

○ Son but : 

 promouvoir Wi-Fi comme standard international pour les réseaux sans fil  garantir l‟interopérabilité des produits Wi-Fi (Wireless Fidelity)  garantir la sécurité dans Wi-Fi (WP A & WPA2) 

○ Wi-Fi (pour Wireless Fidelity) est un nom d‟un label donné par Wi-Fi Alliance aux équipements conforment à la norme IEEE 802.11 C‟est un type de réseau WLAN 

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LE STANDARD IEEE 802.11 

○ IEEE 802.11 – Standard d‟origine (1990 – 1997) 

○ But : Développer une couche physique et une couche liaison permettant d‟offrir une connectivité sans fil à toute station aussi bien fixe que mobile 

○ Vitesse de transmission : 1 et 2 Mbits/s dans la bande ISM (2,4 GHz) 

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LES VARIANTES DU WIFI 

▪ Des révisions ont été apportées à la norme originale afin d’optimiser le débit, la sécurité ou l‟interopérabilité. 

▪ Wi-Fi correspond à trois standards différents: 802.11a, 802.11b et 802.11g. 

▪ 802.11b et 802.11g, qui est compatible avec 802.11b, évoluent tous deux dans la bande des 2.4 GHz 

▪ 802.11a n‟est compatible ni avec 802.11b ni avec 802.11g car il évolue dans une bande de fréquences différente (5 GHz) 

▪ (-): Le passage total à 802.11a exige le changement de toutes les cartes Wi-Fi équipant les terminaux 

▪ Certaines extensions modifient la couche physique, d‟autres rajoutent des fonctionnalités au niveau liaison. 

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○ IEEE 802.11ac (2013) Gigabit WiFi : Groupe IEEE pour le très haut débit ; Bande < 6 GHz ; Débit entre 500 Mbit/s et 1 Gbit/s ; MIMO multi-utilisateurs. 

○ IEEE 802.11ad (2013) WiGig : Groupe IEEE pour le très haut débit ; Bande des 60 GHz ; Débit entre 1 et 6 Gbit/s ; Portée limitée ; 

○ Wi-Fi 6 (802.11ax) : La version définitive de la norme 802.11ax n‟est pas attendue avant fin 2019 Cette nouvelle évolution du Wi-Fi doit permettre de dépasser les 10 Gb/s tout en gardant une compatibilité avec les deux fréquences des précédentes versions : 2,4 et 5 GHz. 

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PROBLÈMES DU DÉBIT ET PORTÉE 

○ Les débits varient en fonction de l‟environnement Intérieur, extérieur, obstacles, matériaux rencontrés, … 

○ Les débits varient en fonction du type de données transmises Taille de trame, niveau de sécurité, … 

○ Norme physique actuelle : 802.11n Débit théorique de 270-300Mbit/s et débit réel plus proche de 75- 100Mbit/s en réalité Portée théorique (MIMO) deux fois supérieure à celle de 802.11g Optimisé par l‟utilisation du codage Orthogonal Frequency- Division Multiplexing (OFDM) La combinaison MIMO-OFDM sur la bande ISM optimise les performances de transmission Norme compatible avec les matériels 802.11b, 802.11g et 802.11n (sauf pour certains anciens matériels) 

PROBLÈME DU DÉBIT PARTAGÉ 

○ Le débit réel d‟un réseau 802.11 n‟est pas stable et peut varier dans le temps. Le réseau étant partagé, les ressources sont divisées entre tous les utilisateurs de la même cellule. Les interfaces WiFi ont la particularité d‟adapter leur débit d‟émission en fonction du rapport Signal à Bruit (S/N) mesuré à la réception d‟une trame. Lorsqu‟une station n‟a pas la qualité suffisante pour émettre à 54 Mbit/s, elle dégrade son débit à 48, 36, 24, 18, 11, 5.5, 2, 1 Mbit/s. 

○ Cette dégradation provient soit d‟un éloignement, soit d‟obstacles, soit d‟interférences. 

Cette solution (adaptation )présente l‟avantage de conserver des cellules assez grandes. L‟inconvénient principal est qu‟il est impossible de prédire le débit d‟un point d‟accès : si une station transmet à 54 Mbit/s et une autre à 1 Mbit/s, le débit réel moyen du point d‟accès sera plus proche de 1 Mbit/s 

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○ Client sans fil (STA): tout périphérique hôte pouvant se connecter à un réseau sans fil 

○ Point d’accès (Access Point): est un équipement de Niveau 2 Contrôle l’accès entre un réseau câblé et un réseau sans fil.  Il permet aux clients sans fil d’accéder à un réseau câblé et inversement.  Sert de convertisseur de média acceptant les trames Ethernet du réseau câblé et les convertissant en trames compatibles avec 802.11 avant de les transmettre sur le réseau local sans fil.  Accepte les trames 802.11 du réseau local sans fil et les convertit en trames Ethernet avant de les placer sur le réseau câblé.  Prise en charge de la norme 802.11 avec un aspect sécuritaire (authentification et cryptage) 

○ Les points d’accès prennent en charge les connexions sans fil dans une zone limitée, appelée cellule ou BSS (Basic Service Set). 10 

COMPOSANTS D‟UN WLAN 

○ De nombreux composants doivent être pris en compte dans un réseau local sans fil: un client sans fil ou STA, un point d‟accès, un pont sans fil et une antenne. 

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○ Pont sans fil: Permet de connecter deux réseaux câblés via une liaison sans fil. 

 Permet des connexions longue distance point-à-point 

entre des réseaux.  Permet d‟étendre un réseau existant  Grâce aux fréquences RF sans licence, deux réseaux situés à plus de 40 km l’un de l’autre peuvent être connectés sans avoir recours à des câbles.  Se connecte à un réseau et non à une station 

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○ Antennes : 

○ Utilisées sur les points d‟accès et les ponts sans fil. 

○ Les antennes sont classifiées en fonction de la manière dont elles diffusent le signal: 

 Les antennes directionnelles concentrent la puissance du signal dans une seule direction (dans un pont sans fil).  Les antennes omnidirectionnelles sont conçues pour 

émettre de manière identique dans toutes les directions (dans un point d‟accès). 

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LES ANTENNES 

○ Les antennes permettant:  de rayonner ou de capter à distance les ondes électromagnétiques dans un appareil ou une station d’émission ou de réception tels que des STA.  de convertir un signal électrique en une onde électromagnétique  Améliorent la puissance du signal de sortie provenant d‟un périphérique sans fil.  L‟amélioration de la puissance du signal réalisée par une antenne est appelée un gain.  Des gains élevés se traduisent généralement par des distances de transmission accrues. 

○ réversible : fonctionne en émission et en réception. 

○ Antenne isotrope : est un modèle théorique qui sert de référence pour le calcul du gain des antennes. 

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○ Borne d‟extension: Mélange Point d’accès (gère une cellule) + pont radio 

 Pas de connexion au réseau filaire (≠ point d’accès)  Agrandit la zone de couverture sans ajout de câble  Gère le trafic de sa cellule comme les points d’accès  Possibilité d’en utiliser plusieurs pour atteindre les mobiles les + éloignés.  joue le rôle d‟un répéteur, elle augmente la portée du signal radio,  Autre technique pour augmentation de la portée est l‟augmentation de 

la puissance du signal émis par le point d‟accès mais c‟est illégal 

○ Une carte réseau: à la norme 802.11 (carte Wifi ou adaptateur sans fil) 

○ permet à une machine de se connecter à un réseau sans fil 

○ Fonctionne 

 en mode maître (mode infrastructure) est employé pour créer un service qui ressemble à un point d’accès traditionnel.  en mode client (dialogue avec un AP WIFI)  en mode ad-hoc (absence d‟un maître et d‟un AP: dialogue point à point 

avec une autre carte Wifi) 

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ARCHITECTURES DES WLANS INTERNES 

○ la norme 802.11 offre deux modes de fonctionnement: 

– Mode “infrastructure” classique basé sur des points accès (AP ou switchs WIFI) 

– Mode “Ad Hoc” : mode point à point (poste à poste) 

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MODE INFRASTRUCTURE 

○ connecter les ordinateurs équipés d‟une carte réseau WiFi entre eux via un ou plusieurs points d‟accès ou AP 

○ Chaque ordinateur se connecte à un point d’accès via une liaison sans fil et envoie et reçoit les données à travers les AP, 

○ WLAN Mono-Cellule (BSS: Basic Service Set): 

 L‟ensemble des stations radio à la portée d‟un seul AP forme une cellule.  Les AP sont connectés au réseau câblé exemple Ethernet  Chaque BSS a un identifiant (BSSID), qui est l’adresse MAC du point 

d’accès ( 6 octets)  Taille du BSS: dépend de la zone de couverture du point d‟accès. (en max 

100 stations peuvent être associées à un point d‟accès)  Les points d’accès (AP) sont responsables : 

• contrôle d’accès, authentification, identification, gestion de l’association sur leur zone de couverture – ils jouent aussi le rôle de station (STA) dans un BSS  Le support de transmission et le débit radio sont partagés entre les stations 

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Itinérance (Roaming) : Un utilisateur nomade passe de façon transparente d’un BSS à l’autre; utilisé dans 

• 802.11f : « Inter-Access Point Protocol » – Itinérance (« Roaming“ 
• 802.11r : « fast BSS transition“ 

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TOPOLOGIE ESS VARIABLE 

○ Topologie ESS variable : cellules recouvrantes ou non 

○ les cellules recouvrantes permettent d‟offrir un service de mobilité (IEEE 802.11f, IEEE 802.11i) : pas de perte de la connexion 

 802.11F est un protocole utilisé pour la gestion d’un ESS,  définit les communications nécessaires à réaliser entre les 

AP pour son bon fonctionnement.  a besoin d’un système de distribution (DS) pour échanger les 

informations entre les AP. 

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○ WLAN Multi-Cellule (ESS: Extended Service Set): 

 Constitué par plusieurs AP (donc 

plusieurs BSS) reliés entre eux par une liaison appelé système de distribution(DS : Distribution System)  le DS peut être un réseau filaire, un câble ou un réseau sans fil.  Le ESS est repéré par un ESSID 

(service set identifier) un identifiant de 32 caractères en ASCII: nom du réseau  ESSID est abrégé SSID 

MODE INFRASTRUCTURE ÉTENDU 

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MODE AD HOC (1/2) 

○ IBSS (Independent Basic Service Set): 

○ Ensemble des terminaux (équipés de carte wifi) communicants entre eux directement (sans AP) dans une faible zone de couverture et avec la même bande de fréquence (même canal) 

○ On peut avoir plusieurs IBSS indépendants dans la même zone par séparation fréquentielle 

○ WiFi ne prévoit pas des protocoles de routage ou de relayage des données entre les terminaux. 

○ les machines utilisateurs servent des routeurs entre elles: besoin d‟un algorithme de routage dynamique 

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MODE AD HOC (2/2) 

Pas de point d’accès : le relais est fait par une autre machine (qui tient le rôle de routeur) 

Les machines conversent directement avec celles appartenant à leur rayon 

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LE MODE AD–HOC COMME MODE INFRASTRUCTURE 

○ une station peut partager un accès à Internet : le réseau fonctionne comme un BSS 

Support filaire 

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INFRASTRUCTURES VS AD–HOC 

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Vision globale d ‟un WLAN 

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MODÈLE OSI 

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L‟ARCHITECTURE PROTOCOLAIRE DU WIFI 

○ La norme 802.11 couvre les deux premières couches du modèle OSI. 

○ La couche physique (notée parfois couche PHY), a pour rôle de transporter correctement la suite de signaux 0 ou 1 que l‟émetteur souhaite envoyer au récepteur 

○ La couche liaison de données, constitué de deux sous-couches : le contrôle de la liaison logique (Logical Link Control, ou LLC) et le contrôle d’accès au support (Media Access Control, ou MAC) 

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○ La couche LLC utilise les mêmes propriétés que la couche LLC 802.2. Il est de ce fait possible de relier un WLAN à tout autre réseau local appartenant à un standard de l‟IEEE. (il suffit juste de changer la sous couche MAC) 

○ La couche MAC a un rôle similaire à celui de la couche MAC 802.3 du réseau Ethernet filaire, 

 Contrôle d‟accès à un medium partagé,  Effectue l‟adressage et la reconnaissances des trames  Utilise CSMA/CA (au lieu de CSMA/CD)  Optimise le partage du canal : équité / collisions 

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COUCHE PHYSIQUE 

○ La couche physique Travaille avec la sous couche MAC 

○ La norme 802.11 définit trois types de couches physiques : 

 Une couche se reposant sur l‟infrarouge (IR) et standardisée par 

l‟IrDA n‟a jamais connu le succès (distances faibles entre les terminaux)  Deux couches se reposant sur les ondes radio de fréquences 2.4 GHz, avec un débit théorique de 1 ou 2 Mb/s et utilisant deux techniques radio DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) et FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) 

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ETHERNET FILAIRE ET SANS FIL 

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Composée de deux sous-couches : 

PLCP (PHY Layer Convergence Protocol) : Sous-couche communicant avec la MAC; s’occupe de l’écoute du support et fournit un CCA (Clear Channel Assessment), qui est le signal utilisé par la couche MAC pour savoir si le support est occupé ou non. 

LES SOUS–COUCHES DE LA COUCHE PHYSIQUE 

PMD (PHY Medium Dependent) : Sous-couche qui interface directement le medium (air): codage, modulation, étalement… 

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HIÉRARCHIE DES TRAMES DANS LES DIFFÉRENTES COUCHES 

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Ces informations varient en fonction de l‟interface physique utilisée : FHSS, DSSS, IR, OFDM 

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DES DONNÉES AU SIGNAL: LA MODULATION 

○ Un canal de transmission est une bande de fréquence étroite utilisable pour une communication 

○ La largeur du canal (bande passante) est en général proportionnelle au débit de la communication 

○ Des canaux peuvent se recouvrir en partie générant une dégradation de la qualité du signal et du débit 

○ La transmission de l’information se réalise par modulation d’une porteuse 

○ Le signal transmis (modulé) est caractérisé par son spectre 

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PLCP-PDU : Physical Level Common Protoco – Protocol Data Unit 

préambule : détection du signal, synchronisation, détection du début de trame, prise du canal radio 

données : informations provenant de la couche MAC : MPDU (MAC Protoco Data Unit) 

Constituées de trois parties : 

LES TRAMES DE NIVEAU PHYSIQUE 

en-tête : diverses informations comme le débit 

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DES DONNÉES AU SIGNAL: LA MODULATION 

○ Modulations numériques à une seule porteuse 

○ Objectif: donner aux données numériques une représentation analogique sous forme de signal ayant une fréquence porteuse spécifique avec une largeur bien définie 

○ Porteuse: signal sinusoïdal ayant la fréquence de transmission désirée 

○ Le signal en bande de base change les paramètres de la porteuse 

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 En Amplitude: Amplitude Shift Keying ASK  En Fréquence : Frequency Shift Keying FSK  En Phase : Phase Shift Keying PSK 

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BANDES DE FRÉQUENCES DANS 802.11X 

○ Pour 802.11, Wi-Fi (802.11b) et 802.11g – Bande sans licence ISM (Instrumentation, Scientific,Medical) dans les 2,4 GHz – Largeur de bande : 83 MHz 

○ Pour Wi-Fi5 (802.11a) – Bande sans licence dans les 5,2 GHz – Largeur de bande : 300 MHz aux US 

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COUCHE PHYSIQUE: ALLOCATION FRÉQUENTIELLE IEEE 802.X 

○ Problème 2: 

○ I/ Transmission radio=Transmission en bande étroite:  les différentes communications sont sur des canaux différents.  La bande de fréquence utilisée est petite donc la transmission sera sensible aux bruits  Plusieurs réseaux co-localisés doivent utiliser des canaux espacés de 25 à 30 MHz pour ne pas interférer 

○ II/ Problèmes d’interférences dans le même BSS:  Partage de la bande passante entre les différentes stations présentes dans une même cellule.  Sensibilité aux chemins multiples d’une onde radio. 

○ Solutions: étaler le spectre du signal émis avec une technique d‟étalement de spectre pour avoir un signal large bande 

Protection contre les interférences dans des bandes de fréquence étroites 36 

○ Problème 1: l‟utilisation de deux réseaux co-existants, et utilisant la même bande de fréquence créé des interférences et collisions importants. 

○ Solution 1: 

 partitionner la bande de fréquence en 14 canaux étroits et associer des 

canaux différents pour les réseaux voisins (AP voisines)  Chaque BSS communique sur un canal fixé lors de la configuration de 

l’AP (Infrastructure) ou de l’adaptateur (adhoc)  Sur ces 14 canaux radio disponibles, seulement 3 ne se chevauchent 

pas. 2 canaux fonctionnent sans interférence quand ils sont séparés d’au moins 4 canaux 

On peut avoir un max. de 3 canaux non recouvrant .( ex. canal 1, canal 6 canal 11) 35 

COUCHE PHYSIQUE: ÉTALEMENT DE SPECTRE 

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○ Définition: c‟est une technique de transmission consistant à étaler l‟énergie d’un signal à bande étroite sur une largeur de bande qui est beaucoup plus importante que le débit d‟information . On obtient alors un signal étalé dans le domaine spectral (fréquentiel): 

○ utiliser une bande de fréquence large pour transmettre des données à faible puissance 

○ Moins sensible mais implémentation plus onéreuse 

○ Niveau de sécurité intéressant pour les militaires 

Le signal à bande étroite est plus sensible : 

Au bruit (S/N ratio) 

COMPARAISON ENTRE UN SIGNAL À BANDE ÉTROITE ET UN SIGNAL ÉTALÉ 

Interférences 

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ÉTALEMENT DU SPECTRE : SPREAD SPECTRUM (SS) 38 

L’étalement spectral diminue le DSP du signal 

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L‟ÉTALEMENT PAR SAUT DE FRÉQUENCE ( FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM OU FHSS ) 

○ Spectre divisé en plusieurs canaux de largeur B chacun 

○ Au cours d‟une même transmission, l‟émetteur change régulièrement de canal (c ‟est à dire la fréquence de la porteuse) selon une séquence pseudo aléatoire contenant N fréquences porteuses connues du récepteur. 

○ Cette séquence : 

 répartit uniformément le signal sur toute la bande de fréquences (largeur NxB) et  diminue la probabilité d‟interférence avec d‟autres signaux émis. 

○ Technique utilisée en Bluetooth et IEEE802.11 39 

FHSS 

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FHSS POUR IEEE802.11 

○ la bande ISM des 2.4 GHz est divisée en 79 canaux ayant chacun 1 MHz de largeur de bande 

○ La couche FHSS définit trois ensembles de 26 séquences, soit au total 78 séquences de sauts possibles. 

○ possibilité de fonctionner simultanément 26 réseaux 802.11 FHSS (donc 26 réseaux co-existants) dans une même zone, 

○ La transmission de donnée se fait par l’intermédiaire de sauts toutes les 300 ms , d’un sous-canal à un autre selon une séquence prédéfinie. 

○ Les signaux (données transformées par FHSS) sont ensuite modulés par une modulation de phase de type GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying). 

○ Le débit est compris entre 1 et à 2 Mbit/s 

○ Inconvénient: minimiser interférences mais débit limité à 2 Mbit/s. 41 

SPECTRE ÉTALÉ À SÉQUENCE DIRECTE: DSSS 

○ Utilisation d‟une séquence d‟étalement aléatoire (série de chips ou spreading code) pour répartir le spectre du signal à bande étroite à transmettre sur tout le canal 

○ l‟étalement est directement proportionnel au nombre de bits du code utilisé (facteur d‟étalement=nbre de chips par symbole) 

○ Principe: Transmission des (données XOR Chipping Code) 

○ Performances:  ☹ Coût élevé  ☹ Consommation d‟énergie importante  ☺ Débit important (car spectre étalé)  ☺ Plus de résistance aux bruits et interférences  ☺ Possibilité de choisir le code 

○ Cette technique d‟étalement par code est utilisée dans le standard IEEE802.11b et pour l‟UMTS. 42 

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○ DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) 

○ Exemple1: envoyer 11101 au lieu de 1 et son inverse (00010) au lieu de 0 

○ alors on émettra les chips suivants : 11101 00010 11101 au lieu de 101 

○ Plus ce code est long, plus le débit est artificiellement multiplié, donc plus le spectre est étalé. 

○ Exemple 2: 

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GAIN D‟ÉTALEMENT 

○ le signal d‟information de largeur de bande BWinfo = 2.Rs (Rs: rapidité de modulation ou vitesse de symbole) est étalé sur une bande beaucoup plus large BWss= 2.Rc (Rc vitesse de chips); le facteur d‟étalement peut s‟écrire sous différentes formes : 

Exemple: en UMTS, la vitesse chip est de 3.84 Mchips/sec, le débit symbole (rapidité de modulation) est de 15 ksymb/sec et le facteur d‟étalement est donc de 256=3,84*10^6/(15*10^3). 

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LES CODES ORTHOGONAUX 

○ Ce sont les codes qui ne présentent pas de ressemblance (donc fonction d‟intercorrélation ou encore leur produit scalaire est nul: <C1,C1 >= 1 mais aussi <C1,C2 >= 0 ), ils sont utilisés dans les techniques d‟accès CDMA (Code Division Multiple Access) 

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PRINCIPE DS-CDMA 

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Réception 

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EXEMPLE DS-CDMA 

○ Rappelons que le bit ayant pour valeur „1‟ est représenté par „+1‟, le bit ayant pour valeur „0‟ est représenté par „-1‟. 

○ séquence de données de l‟utilisateur1 est m1: +1 -1 -1 +1 

○ Le code de l‟utilisateur1 est c1: +1 +1 +1 +1 

○ séquence de données de l‟utilisateur2 est m2: +1 +1 -1 -1  Le code de l‟utilisateur2 est c2: +1 +1 -1 -1  Montrer que les deux codes sont orthogonaux  Quel est le signal envoyé par chaque utilisateur (1 et 2) en utilisant DS- 

CDMA?  Quel est le signal reçu par le récepteur ?  Supposons que le récepteur souhaite extraire les données envoyées 

par l’utilisateur2. Montrer la procédure à suivre et le résultat obtenu. 

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IEEE 802.11 VERS IEEE 802.11B 

IEEE 802.11 (sans étalement) 

○ Occupation spectrale en bande de base sans étalement spectral 

○ modulation DBPSK pour 1 Mbit/s (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK pour 2 Mbit/s (Differential Quadrature PSK) 

○ sensibilité aux chemins multiples IEEE 802.11b 

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○ Mise en œuvre de l ‟étalement spectral 

Facteur étalement 

○ Utilisation de la séquence de Barker (11 chips) – durée chip = durée symbole /11 

○ Passage à un débit de 11 Mb/s 

○ Rappel: modulation; D = R n: ∗ nbre n = R de ∗ logbits 2(V); par D: symbole débit ; R: rapidité de ○ Couverture: 100m en outdoor, 30m en indoor 

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○ Chaque AP utilise deux séquences « Barker » différentes et complémentaires de 11 bits pour coder « 0 » et « 1 » 

○ L‟étalement de spectre par code utilisé dans le standard Wifi met en œuvre les traitements suivants : 

○ le signal binaire des données ayant un débit de base D = 1 Mbit/s et une bande étroite de 1 MHz est multiplié par une séquence Barker pn de 11 bits pour avoir un signal Dn de largeur spectrale 11 MHz 

○ le signal résultant, Dn, module la porteuse de l‟émetteur en modulation de phase à 2 états ou BPSK, la porteuse modulée occupe alors une bande égale à 2.Dn = 22 MHz 

○ Donc le spectre s‟est étalé de 1 MHz à 22 MHz 

○ l‟étalement est directement proportionnel au nombre de bits utilisés pour le code (facteur d‟étalement) 

○ L‟émetteur et le récepteur doivent connaitre le spreading code, sinon, pas de désétalement et le signal est équivalent à un bruit à large bande 49 

DSSS 

○ L‟étalement de spectre par code produit une porteuse modulée dont le spectre occupe une largeur de 22 MHz : 22Mhz=2*11*1Mhz 

○ Le signal étalé g et le signal avant étalement a ont la même amplitude, donc même puissance; or largeur de bande de g est plus importante donc son DSP doit être plus faible 

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DSSS POUR LE WIFI 

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ALLOCATION FRÉQUENTIELLE IEEE 802.11B 

○ la bande ISM 2.4 GHz s‟étend sur l‟intervalle [2.4 GHz ; 2.4835 GHz] Donc la largeur de bande totale est 83.5 MHz 

 En 802.11b, la bande ISM 2.4GHz est partitionnée en 14 sous 

canaux avec DSSS,  La largeur de chaque sous canal est de 22 MHz  L‟espacement entre deux sous canaux successifs est de 5 MHz  Trois canaux seulement sont utilisables simultanément et à 

proximité : ex canal 1, canal 6 et canal 1  3 points d‟accès ou ponts radio peuvent couvrir la même zone, 

offrant un débit global de 33 Mbps  préambule et entête de trame toujours transmis à 1 Mbit/s, le 

reste à 1 ou 2 Mbit/s 

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IEEE 802.11B (WI-FI) 

○ Différents débits sont possibles selon le RSB 

○ La modulation et l‟étalement permettent de contrôler le débit 

○ possibilité de monter à 11Mb/s par augmentation de la taille de la constellation 

○ CCK: Complementary Code Keying 

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 Séquences d‟étalement de 8 chips complexes modulées chacun en DQPSK (M=4 états):  Utilisation de 4 ou 16 séquences de chips possibles au lieu d‟un seul comme la séquence de Barker 

○ Avec l‟étalement de spectre DS-SS on peut contrer les interférences entre canaux recouvrant 

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MODULATION OFDM (ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING) 

○ Technique d‟étalement de spectre basée sur l’émission simultanée sur n bandes de fréquence (situées entre 2 et 30 MHz) de N porteuses sur chaque bande. 

○ Le signal est réparti sur les porteuses. 

○ Les fréquences de travail sont choisies en fonction des réglementations, les autres sont « éteintes » de manière logicielle. 

○ signal OFDM présente une occupation optimale de la bande allouée grâce à l’orthogonalité des sous- porteuses 

○ Modulation utilisée dans WiFi IEEE 802.11a/g 

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FRÉQUENCES WI–FI 5 – 802.11A 

○ Aux Etats unis : Fréquence de 5 GHz dans la bande UNII ( Unlicensed National Information Infrastructure : pas de licence d’utilisation) – 8 canaux dans les fréquences basses – 4 pour les plus hautes. 

○ En Europe : – Bande de 5,15 à 5,35 GHz : 8 canaux possibles – Bande de 5,47 à 5,735 GHz : 11 canaux possibles 

indoor outdoor 

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OFDM POUR LE WI-FI 

○ Utilisé par le standard 802.11a (54 Mbps) et 802.11g (54 Mbps) 

○ On a 8 canaux chacun de 20 MHz 

○ Divise chaque canal de 20 MHZ en 52 sous-canaux de 300KHz 

○ Les 48 premiers ss/canaux sont utilisés pour la transmission de données et les 4 derniers pour la correction d‟erreurs 

○ Les émissions et réceptions se font dans les 48 ss/canaux de façon simultanée et sont multiplexées sur un seul canal de 20 MHz 

○ Wi-Fi 5 introduit un correcteur d’erreurs FEC (Forward Error Correction) avant la modulation 

○ Les données sont transmis dans les 48 ss/canaux 

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○ En fonction du FEC, une copie est faite sur les 4 derniers ss/canaux pour éviter une retransmission complète des données 

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FRÉQUENCES WI–FI 5 – 802.11A 

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RÉPARTITION D‟UN CANAL DE 20 MHZ EN DES CANAUX DE 300 KHZ 

• utilisation de tous les sous-canaux en parallèle pour la transmission 
• débit de 6 à 54 Mbits/s : 

modulation BPSK et ε =1/2(ε est le taux de code): 0,125 Mbits/s par sous-canal : total 6 Mbits/s 

modulation QAM64 , ε =3/4 : 1,125 Mbits/s par sous-canal : total 54 

57 Mbits/s (1,125*48=54) 

• Durée d‟un symbole OFDM Ts=4 microsecondes 

○ Débit binaire global Dbc = (1/Ts) symb/sec x nbre bits/symbole x 48 sous-porteuses 

○ Si on a un rendement ε à cause d‟un codage canal, le débit d‟information est : Db = ε.Dbc 

○ Application: Déterminer le nombre de bits de données par symbole OFDM lorsqu‟on utilise un débit binaire global (avant codage) de 24 Mbps ( ε =1/2). 

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Débit élevé > probabilité de perte élevée 

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EVOLUTIONS 

○ IEEE 802.11g: 

 Evolution de 802.11b pour les hauts débits: 54 Mbits/s max.  802.11b fonctionne sur la bande 2.4 GHz, et atteint juste 11 

Mbits/s  802.11a profite de l‟efficacité spectrale d‟OFDM et atteint 54 

Mbits/s sur la 5 GHz  Idée: Transposer le mécanisme OFDM de 802.11a avec les mêmes 

paramètres sur la bande de 2.4 GHz 802.11g  La bande 2.4 GHz, est divisée en une série de canaux de 1 MHz de 

large. 79 canaux sont alors définis 

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○ Avantages 

Transmission en parallèle sur des sous-canaux de faible largeur de bande et à un faible débit ➢ obtention d‟un seul et unique canal à haut débit 

Pas recouvrement des 8 canaux disjoints ➢ 8 réseaux 802.11a (au lieu des 3 réseaux 802.11b) 

Robuste contre l‟interférence inter-symboles causées par l‟environnement sans fil multi-trajets 

Implémentation simple en utilisant la FFT 

Inconvénients 

Robuste contre les interférences co-canal à bande étroite 

OFDM réclame plus de puissance que les autres techniques d‟étalement 

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EVOLUTIONS 

○ IEEE 802.11g: 

 Evolution de 802.11b pour les hauts débits: 54 Mbits/s max.  802.11b fonctionne sur la bande 2.4 GHz, et atteint juste 11 

Mbits/s  802.11a profite de l‟efficacité spectrale d‟OFDM et atteint 54 

Mbits/s sur la 5 GHz  Idée: Transposer le mécanisme OFDM de 802.11a avec les mêmes 

paramètres sur la bande de 2.4 GHz 802.11g 

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IEEE 802.11G: 

○ Similitudes avec 802.11b  opère dans la bande des 2.4GHz  le signal transmis occupe environ 20MHz 

○ Différences : 

 Modulation OFDM en plus des modulations du 802.11b  il doit y avoir 20MHz d‟espacement entre les différents canaux (versus 5MHz pour 802.11b) pour pouvoir fonctionner sans trop d‟interférences 

○ Problème : 

 Limitation du nombre de canaux 802.11g 

○ Solution :  diminuer la puissance de chaque AP, ce qui permet d‟avoir des AP plus proches les uns des autres 

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IEEE 802.11N 

 Evolution de 802.11g/a pour les hauts débits: 300 Mbits/s max.  Fonctionne en 2.4 ou 5 GHz  Introduit le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), qui utilise plusieurs antennes d‟émission et de réception pour augmenter le débit (“smart antennas”).  Peut avoir jusqu‟à 8 antennes. La majorité n‟utilise que 4 antennes au maximum  Avec 4 antennes, 2 peuvent servir en émission, 2 en réception simultanément 

○ Le nombre des sous-canaux OFDM est augmenté (de 48 à 52) 

○ redondances dans le codage canal: amélioration du codage avec un taux FEC (Forward Error Correction) allant jusqu‟à 5/6 (1/6 de redondance pour 5/6 de données au lieu de 3⁄4) 

○ Des GI (Guard intervals) entre les symboles envoyés sur les sous-canaux varient (400ns ou 800 ns): réduire interférence inter-symboles 

63 La combinaison MIMO-OFDM sur la bande ISM optimise les performances de transmission 

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