Communication sans fil - Guide rapide

La communication sans fil implique la transmission d'informations à distance sans l'aide de fils, de câbles ou de toute autre forme de conducteurs électriques.

La communication sans fil est un terme large qui englobe toutes les procédures et formes de connexion et de communication entre deux ou plusieurs appareils à l'aide d'un signal sans fil via des technologies et des appareils de communication sans fil.

Caractéristiques de la communication sans fil

L'évolution de la technologie sans fil a apporté de nombreuses avancées avec ses fonctionnalités efficaces.

• La distance transmise peut être comprise entre quelques mètres (par exemple, la télécommande d'un téléviseur) et des milliers de kilomètres (par exemple, une communication radio).

• La communication sans fil peut être utilisée pour la téléphonie cellulaire, l'accès sans fil à Internet, le réseau domestique sans fil, etc.

• D'autres exemples d'applications de la technologie radio sans fil comprennent les appareils GPS, les ouvre-portes de garage, les souris d'ordinateur sans fil, les claviers et casques d'écoute, les écouteurs, les récepteurs radio, la télévision par satellite, la télévision et les téléphones sans fil.

Sans fil - Avantages

La communication sans fil implique le transfert d'informations sans aucune connexion physique entre deux ou plusieurs points. En raison de cette absence de toute «infrastructure physique», la communication sans fil présente certains avantages. Cela inclurait souvent une distance ou un espace de réduction.

La communication sans fil présente plusieurs avantages; les plus importants sont discutés ci-dessous -

Rentabilité

La communication filaire implique l'utilisation de fils de connexion. Dans les réseaux sans fil, la communication ne nécessite pas d'infrastructure physique élaborée ni de pratiques de maintenance. Par conséquent, le coût est réduit.

Example - Toute entreprise fournissant des services de communication sans fil n'engage pas beaucoup de frais, et par conséquent, elle est en mesure de facturer à bas prix au regard de ses frais clients.

La flexibilité

La communication sans fil permet aux gens de communiquer quel que soit leur emplacement. Il n'est pas nécessaire d'être dans un bureau ou dans une cabine téléphonique pour passer et recevoir des messages.

Les mineurs de l'outback peuvent compter sur les téléphones par satellite pour appeler leurs proches et ainsi contribuer à améliorer leur bien-être général en les gardant en contact avec les personnes qui comptent le plus pour eux.

Commodité

Les appareils de communication sans fil comme les téléphones portables sont assez simples et permettent donc à quiconque de les utiliser, où qu'ils se trouvent. Il n'est pas nécessaire de connecter physiquement quoi que ce soit pour recevoir ou transmettre des messages.

Example- Les services de communication sans fil peuvent également être vus dans les technologies Internet telles que le Wi-Fi. Aucun câble réseau ne gênant les mouvements, nous pouvons désormais nous connecter avec presque n'importe qui, n'importe où, n'importe quand.

La vitesse

Des améliorations peuvent également être observées dans la vitesse. La connectivité réseau ou l'accessibilité ont été nettement améliorées en précision et en vitesse.

Example- Une télécommande sans fil peut faire fonctionner un système plus rapidement qu'un système filaire. La commande sans fil d'une machine peut facilement arrêter son fonctionnement en cas de problème, alors que le fonctionnement direct ne peut pas agir si vite.

Accessibilité

La technologie sans fil facilite l'accessibilité car les zones reculées où les lignes de terre ne peuvent pas être correctement posées sont facilement connectées au réseau.

Example- Dans les régions rurales, l'éducation en ligne est désormais possible. Les éducateurs n'ont plus besoin de se rendre dans des régions éloignées pour enseigner leurs leçons. Grâce à la diffusion en direct de leurs modules pédagogiques.

Connectivité constante

Une connectivité constante garantit également que les gens peuvent répondre aux urgences relativement rapidement.

Example - Un mobile sans fil peut vous assurer une connectivité constante lorsque vous vous déplacez d'un endroit à l'autre ou pendant que vous voyagez, alors qu'une ligne fixe filaire ne le peut pas.

Parmi les différents termes utilisés en téléphonie mobile, les plus utilisés seront abordés ici.

Mobile Station (MS)- La station mobile (MS) communique les informations avec l'utilisateur et les modifie aux protocoles de transmission de l'interface radio pour communiquer avec le BSS. Les informations utilisateur communiquent avec le MS via un microphone et un haut-parleur pour la parole, le clavier et l'affichage pour la messagerie courte et la connexion par câble pour d'autres terminaux de données. La station mobile comprend deux éléments d'équipement mobile (ME) et un module d'identité d'abonné (SIM).

Mobile Equipment (ME)- ME est un matériel que le client achète au fabricant de l'équipement. La pièce matérielle contient tous les composants nécessaires à la mise en œuvre des protocoles d'interface avec l'utilisateur et l'interface radio avec les stations de base.

Subscriber Identity Module (SIM)- Il s'agit d'une carte à puce émise lors de l'abonnement pour identifier les spécifications d'un utilisateur telles que l'adresse et le type de service. Les appels dans le GSM sont dirigés vers la carte SIM plutôt que vers le terminal.

Les SMS sont également stockés sur la carte SIM. Il contient les informations personnelles de chaque utilisateur, ce qui permet un certain nombre d'applications utiles.

Base Station (BS)- Une station de base émet et reçoit des données utilisateur. Lorsqu'un mobile n'est responsable que de la transmission et de la réception des données de son utilisateur, une station de base est capable de traiter simultanément les appels de plusieurs abonnés.

Base Transceiver Station (BTS)- La transmission des données utilisateur a lieu entre le téléphone mobile et la station de base (BS) via la station émettrice-réceptrice de base. Un émetteur-récepteur est un circuit qui émet et reçoit, c'est-à-dire fait les deux.

Mobile Switching Center (MSC)- MSC est la partie matérielle du commutateur sans fil qui peut communiquer avec les commutateurs PSTN à l'aide du protocole Signalling System 7 (SS7) ainsi qu'avec d'autres MSC dans la zone de couverture d'un fournisseur de services. Le MSC assure également la communication avec d'autres réseaux filaires et sans fil ainsi que la prise en charge de l'enregistrement et de la maintenance de la connexion avec les stations mobiles.

L'image suivante illustre les parties de différents sous-systèmes. HLR, VLR, EIR et AuC sont les sous-systèmes du sous-système Réseau.

Channels - Il s'agit d'une plage de fréquences attribuée à un service ou à des systèmes particuliers.

Control Channel - Canal radio utilisé pour la transmission de l'établissement d'appel, de la demande d'appel, du lancement d'appel et à d'autres fins de balise ou de contrôle.

Forward Control Channel(FCC) - Canal radio utilisé pour la transmission d'informations de la station de base vers le mobile

Reverse Channel(RC) - Canal radio utilisé pour la transmission d'informations du mobile vers la station de base.

Voice Channel(VC) - Canal radio utilisé pour la transmission de la voix ou des données.

Handoff - Il est défini comme le transfert d'un appel du canal ou de la station de base vers une autre station de base.

Roamer - Une station mobile qui fonctionne dans une zone de service autre que celle à partir de laquelle le service a été souscrit

Transceiver - Un appareil capable de transmettre et de recevoir simultanément des signaux radio.

Des schémas d'accès multiples sont utilisés pour permettre à de nombreux utilisateurs mobiles de partager simultanément une quantité finie de spectre radio.

Techniques d'accès multiples

Dans les systèmes de communication sans fil, il est souvent souhaitable de permettre à l'abonné d'envoyer des informations simultanément de la station mobile à la station de base tout en recevant des informations de la station de base à la station mobile.

Un système cellulaire divise une zone donnée en cellules où une unité mobile dans chaque cellule communique avec une station de base. L'objectif principal de la conception du système cellulaire est de pouvoirincrease the capacity of the channel, c'est-à-dire pour traiter autant d'appels que possible dans une bande passante donnée avec un niveau de qualité de service suffisant.

Il existe plusieurs manières d'autoriser l'accès à la chaîne. Cela comprend principalement les éléments suivants -

• Accès multiple par répartition en fréquence (FDMA)
• Accès multiple par répartition dans le temps (TDMA)
• Accès multiple par division de code (CDMA)
• Accès multiple par division spatiale (SDMA)

Selon la façon dont la bande passante disponible est allouée aux utilisateurs, ces techniques peuvent être classées comme narrowband et wideband systèmes.

Systèmes à bande étroite

Les systèmes fonctionnant avec des canaux sensiblement plus étroits que la bande passante de cohérence sont appelés systèmes à bande étroite. La TDMA à bande étroite permet aux utilisateurs d'utiliser le même canal mais alloue une tranche de temps unique à chaque utilisateur sur le canal, séparant ainsi un petit nombre d'utilisateurs dans le temps sur un seul canal.

Systèmes à large bande

Dans les systèmes à large bande, la largeur de bande de transmission d'un seul canal est beaucoup plus grande que la largeur de bande de cohérence du canal. Ainsi, les évanouissements par trajets multiples n'affectent pas grandement le signal reçu dans un canal à large bande, et les évanouissements sélectifs en fréquence ne se produisent que dans une petite fraction de la bande passante du signal.

Accès multiple par répartition en fréquence (FDMA)

FDMA est la technologie de base des services de téléphonie mobile avancés. Les caractéristiques de FDMA sont les suivantes.

• FDMA attribue une sous-bande de fréquence différente à chaque utilisateur différent pour accéder au réseau.
• Si FDMA n'est pas utilisé, le canal est laissé inactif au lieu d'être attribué aux autres utilisateurs.
• Le FDMA est implémenté dans les systèmes à bande étroite et il est moins complexe que le TDMA.
• Un filtrage serré est effectué ici pour réduire les interférences des canaux adjacents.
• La station de base BS et la station mobile MS émettent et reçoivent simultanément et en continu en FDMA.

Accès multiple par répartition dans le temps (TDMA)

Dans les cas où une transmission continue n'est pas requise, le TDMA est utilisé à la place du FDMA. Les caractéristiques de TDMA sont les suivantes.

• TDMA partage une seule fréquence porteuse avec plusieurs utilisateurs où chaque utilisateur utilise des intervalles de temps sans chevauchement.
• La transmission de données dans TDMA n'est pas continue, mais se produit en rafales. Par conséquent, le processus de transfert est plus simple.
• TDMA utilise des intervalles de temps différents pour la transmission et la réception, de sorte que les duplexeurs ne sont pas nécessaires.
• La TDMA présente un avantage qui est possible d'allouer différents nombres de tranches de temps par trame à différents utilisateurs.
• La bande passante peut être fournie à la demande à différents utilisateurs en concaténant ou en réattribuant un créneau horaire en fonction de la priorité.

Accès multiple par division de code (CDMA)

La technique d'accès multiple par division de code est un exemple d'accès multiple où plusieurs émetteurs utilisent un seul canal pour envoyer des informations simultanément. Ses caractéristiques sont les suivantes.

• En CDMA, chaque utilisateur utilise le spectre complet disponible au lieu d'être attribué par une fréquence distincte.
• CDMA est fortement recommandé pour les communications vocales et de données.
• Alors que plusieurs codes occupent le même canal dans CDMA, les utilisateurs ayant le même code peuvent communiquer entre eux.
• CDMA offre plus de capacité d'espace aérien que TDMA.
• Le transfert entre les stations de base est très bien géré par CDMA.

Accès multiple par division spatiale (SDMA)

L'accès multiple par division spatiale ou l'accès multiple par division spatiale est une technique qui est une architecture MIMO (multi-input multiple-output) et utilisée principalement dans les communications sans fil et par satellite. Il présente les caractéristiques suivantes.

• Tous les utilisateurs peuvent communiquer en même temps en utilisant le même canal.
• La SDMA est totalement exempte d'interférences.
• Un seul satellite peut communiquer avec plusieurs récepteurs satellites de la même fréquence.
• Les antennes directionnelles à faisceau ponctuel sont utilisées et, par conséquent, la station de base en SDMA peut suivre un utilisateur en mouvement.
• Contrôle l'énergie rayonnée pour chaque utilisateur dans l'espace.

Spread Spectrum Accès multiple

L'accès multiple à spectre étalé (SSMA) utilise des signaux qui ont une largeur de bande de transmission dont l'amplitude est supérieure à la largeur de bande RF minimale requise.

Il existe deux principaux types de techniques d'accès multiple à spectre étalé -

• Spectre étalé à sauts de fréquence (FHSS)
• Spectre étalé à séquence directe (DSSS)

Spectre étalé à sauts de fréquence (FHSS)

Il s'agit d'un système numérique à accès multiple dans lequel les fréquences porteuses des utilisateurs individuels sont modifiées de manière pseudo aléatoire dans un canal à large bande. Les données numériques sont divisées en salves de taille uniforme qui sont ensuite transmises sur différentes fréquences porteuses.

Spectre d'étalement de séquence directe (DSSS)

C'est la technologie la plus couramment utilisée pour CDMA. Dans DS-SS, le signal de message est multiplié par un code de bruit pseudo aléatoire. Chaque utilisateur reçoit son propre mot de code qui est orthogonal aux codes des autres utilisateurs et afin de détecter l'utilisateur, le récepteur doit connaître le mot de code utilisé par l'émetteur.

Les séquences combinatoires appelées comme hybrid sont également utilisés comme un autre type de spectre étalé. Time hopping est également un autre type rarement mentionné.

Étant donné que de nombreux utilisateurs peuvent partager la même bande passante à spectre étalé sans interférer les uns avec les autres, les systèmes à spectre étalé deviennent bandwidth efficient dans un environnement à utilisateurs multiples.

Le canal sans fil est sensible à une variété d'obstacles de transmission tels que path loss, interference et blockage. Ces facteurs limitent la portée, le débit de données et la fiabilité de la transmission sans fil.

Types de chemins

La mesure dans laquelle ces facteurs affectent la transmission dépend des conditions environnementales et de la mobilité de l'émetteur et du récepteur. Le chemin suivi par les signaux pour arriver au récepteur, sont de deux types, tels que -

Direct-path

Le signal transmis, lorsqu'il atteint directement le récepteur, peut être qualifié de directpath et les composants présents qui sont présents dans le signal sont appelés comme directpath components.

Multi-chemin

Le signal transmis lorsqu'il atteint le récepteur, à travers différentes directions subissant un phénomène différent, un tel chemin est appelé multi-path et les composants du signal émis sont appelés multi-path components.

Ils sont réfléchis, diffractés et diffusés par l'environnement et arrivent au récepteur décalés en amplitude, en fréquence et en phase par rapport à la composante de trajet direct.

Caractéristiques du canal sans fil

Les caractéristiques les plus importantes du canal sans fil sont -

• Perte de chemin
• Fading
• Interference
• Doppler

Dans les sections suivantes, nous discuterons de ces caractéristiques de canal une par une.

Perte de chemin

La perte de trajet peut être exprimée comme le rapport de la puissance du signal émis à la puissance du même signal reçu par le récepteur, sur un trajet donné. C'est une fonction de la distance de propagation.

• L'estimation de la perte de chemin est très importante pour la conception et le déploiement de réseaux de communication sans fil

• La perte de trajet dépend d'un certain nombre de facteurs tels que la fréquence radio utilisée et la nature du terrain.

• Le modèle de propagation en espace libre est le modèle de perte de trajet le plus simple dans lequel il existe un signal de trajet direct entre l'émetteur et le récepteur, sans atténuation de l'atmosphère ni composantes de trajet multiple.

Dans ce modèle, la relation entre la puissance émise P_t et la puissance reçue P_r est donné par

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$

Où

• G_t est le gain de l'antenne de l'émetteur

• G_r est le gain de l'antenne du récepteur

• d est la distance entre l'émetteur et le récepteur

• λ est la longueur d'onde du signal

Le modèle bidirectionnel, également appelé modèle à deux chemins, est un modèle de perte de chemin largement utilisé. Le modèle d'espace libre décrit ci-dessus suppose qu'il n'y a qu'un seul trajet entre l'émetteur et le récepteur.

En réalité, le signal atteint le récepteur par plusieurs chemins. Le modèle à deux voies tente de capturer ce phénomène. Le modèle suppose que le signal atteint le récepteur par deux chemins, l'un une ligne de visée et l'autre le chemin par lequel l'onde réfléchie est reçue.

Selon le modèle à deux voies, la puissance reçue est donnée par

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$

Où

• p_t est la puissance transmise

• G_t représentent le gain d'antenne au niveau de l'émetteur

• G_r représentent le gain d'antenne au niveau du récepteur

• d est la distance entre l'émetteur et le récepteur

• h_t est la hauteur de l'émetteur

• h_r sont la hauteur du récepteur

Décoloration

L'évanouissement fait référence aux fluctuations de la force du signal lorsqu'il est reçu par le récepteur. La décoloration peut être classée en deux types -

• Décoloration rapide / décoloration à petite échelle et
• Décoloration lente / décoloration à grande échelle

L'évanouissement rapide fait référence aux fluctuations rapides des retards d'amplitude, de phase ou de trajets multiples du signal reçu, en raison de l'interférence entre plusieurs versions du même signal transmis arrivant au récepteur à des moments légèrement différents.

Le temps entre la réception de la première version du signal et le dernier signal écho est appelé delay spread. La propagation par trajets multiples du signal transmis, qui provoque des évanouissements rapides, est due aux trois mécanismes de propagation, à savoir -

• Reflection
• Diffraction
• Scattering

Les multiples trajets de signaux peuvent parfois s'ajouter de manière constructive ou parfois destructrice au niveau du récepteur, provoquant une variation du niveau de puissance du signal reçu. On dit que l'enveloppe unique reçue d'un signal à évanouissement rapide suit unRayleigh distribution pour voir s'il n'y a pas de ligne de visée entre l'émetteur et le récepteur.

Décoloration lente

Le nom Slow Fading lui-même implique que le signal disparaît lentement. Les caractéristiques de la décoloration lente sont indiquées ci-dessous.

• Un évanouissement lent se produit lorsque des objets qui absorbent partiellement la transmission se trouvent entre l'émetteur et le récepteur.

• Le fondu lent est ainsi appelé car la durée du fondu peut durer plusieurs secondes ou minutes.

• Une décoloration lente peut se produire lorsque le récepteur est à l'intérieur d'un bâtiment et que les ondes radio doivent traverser les murs d'un bâtiment, ou lorsque le récepteur est temporairement protégé de l'émetteur par un bâtiment. Les objets d'obstruction provoquent une variation aléatoire de la puissance du signal reçu.

• Un évanouissement lent peut entraîner une variation de la puissance du signal reçu, bien que la distance entre l'émetteur et le récepteur reste la même.

• La décoloration lente est également appelée shadow fading puisque les objets qui provoquent la décoloration, qui peuvent être de grands bâtiments ou d'autres structures, bloquent le chemin de transmission directe de l'émetteur au récepteur.

Ingérence

Les transmissions sans fil doivent contrer les interférences provenant d'une grande variété de sources. Les deux principales formes d'interférence sont -

• Interférence de canal adjacent et
• Interférence dans le même canal.

Dans le cas de l'interférence de canal adjacent, les signaux dans les fréquences voisines ont des composants en dehors de leurs plages allouées, et ces composants peuvent interférer avec la transmission en cours dans les fréquences adjacentes. Cela peut être évité en introduisant soigneusement des bandes de garde entre les plages de fréquences attribuées.

Co-channel interference, parfois aussi appelé narrow band interference, est due à d'autres systèmes à proximité utilisant la même fréquence de transmission.

Inter-symbol interference est un autre type d'interférence, dans lequel la distorsion du signal reçu est provoquée par l'étalement temporel et le chevauchement consécutif d'impulsions individuelles dans le signal.

Adaptive equalizationest une technique couramment utilisée pour lutter contre les interférences entre symboles. Il s'agit de rassembler l'énergie du symbole dispersé dans son intervalle de temps d'origine. Des algorithmes de traitement numérique complexes sont utilisés dans le processus d'égalisation.

Le protocole TCP / IP d'origine était défini comme quatre couches logicielles basées sur le matériel. Aujourd'hui, cependant, TCP / IP est considéré comme un modèle à cinq couches avec les couches nommées similaires à celles du modèle OSI.

Comparaison entre OSI et TCP / IP Suite

Lorsque nous comparons les deux modèles, nous constatons que deux couches, session et présentation, sont absentes du protocole TCP / IP. La couche application de la suite est généralement considérée comme la combinaison de trois couches dans le modèle OSI.

Le modèle OSI spécifie quelles fonctions appartiennent à chacune de ses couches, mais les couches de la suite de protocoles TCP / IP contiennent des protocoles relativement indépendants qui peuvent être mélangés et mis en correspondance, en fonction des besoins du système. Le terme hiérarchique signifie que chaque protocole de niveau supérieur est pris en charge par un ou plusieurs protocoles de niveau inférieur.

Couches dans la suite TCP / IP

Les quatre couches du modèle TCP / IP sont la couche hôte-réseau, la couche Internet / réseau, la couche transport et la couche application. Le but de chaque couche de la suite de protocoles TCP / IP est détaillé ci-dessous.

L'image ci-dessus représente les couches de la suite de protocoles TCP / IP.

Couche physique

TCP / IP ne définit aucun protocole spécifique pour la couche physique. Il prend en charge tous les protocoles standards et propriétaires.

• À ce niveau, la communication se fait entre deux sauts ou nœuds, soit un ordinateur, soit un routeur. L'unité de communication est unsingle bit.

• Lorsque la connexion est établie entre les deux nœuds, un flux de bits circule entre eux. La couche physique, cependant, traite chaque bit individuellement.

La responsabilité de la couche physique, en plus de la livraison des bits, correspond à ce qui est mentionné pour la couche physique du modèle OSI, mais elle dépend principalement des technologies sous-jacentes qui fournissent des liens.

Couche de liaison de données

TCP / IP ne définit pas non plus de protocole spécifique pour la couche liaison de données. Il prend en charge tous les protocoles standards et propriétaires.

• A ce niveau également, la communication se fait entre deux sauts ou nœuds. L'unité de communication est cependant un paquet appelé unframe.

• UNE frame est un paquet qui encapsule les données reçues de la couche réseau avec un en-tête ajouté et parfois une fin.

• La tête, parmi d'autres informations de communication, comprend la source et la destination de la trame.

• le destination address est nécessaire pour définir le bon destinataire de la trame car de nombreux nœuds peuvent avoir été connectés au lien.

• le source address est nécessaire pour une éventuelle réponse ou un accusé de réception, comme l'exigent certains protocoles.

Les protocoles LAN, Packet Radio et Point-to-Point sont pris en charge dans cette couche

Couche réseau

Au niveau de la couche réseau, TCP / IP prend en charge le protocole Internet (IP). Le protocole Internet (IP) est le mécanisme de transmission utilisé par les protocoles TCP / IP.

• IP transporte les données dans des paquets appelés datagrams, dont chacun est transporté séparément.
• Les datagrammes peuvent voyager le long de différents itinéraires et peuvent arriver dans le désordre ou être dupliqués.

IP ne garde pas trace des itinéraires et n'a aucune possibilité de réorganiser les datagrammes une fois qu'ils arrivent à destination.

Couche de transport

Il existe une différence principale entre la couche transport et la couche réseau. Bien que tous les nœuds d'un réseau aient besoin d'avoir la couche réseau, seuls les deux ordinateurs d'extrémité doivent avoir la couche de transport.

• La couche réseau est responsable de l'envoi des datagrammes individuels de l'ordinateur A à l'ordinateur B; la couche transport est responsable de la livraison de l'ensemble du message, ce que l'on appelle unsegment, de A à B.

• Un segment peut être composé de quelques ou dizaines de datagrams. Les segments doivent être divisés en datagrammes et chaque datagramme doit être livré à la couche réseau pour transmission.

• Étant donné qu'Internet définit une route différente pour chaque datagramme, les datagrammes peuvent arriver dans le désordre et peuvent être perdus.

• La couche de transport de l'ordinateur B doit attendre que tous ces datagrammes arrivent, les assembler et en faire un segment.

Traditionnellement, la couche de transport était représentée dans la suite TCP / IP par deux protocoles: User Datagram Protocol (UDP) et Transmission Control Protocol (TCP).

Un nouveau protocole appelé Stream Control Transmission Protocol (SCTP) a été introduit au cours des dernières années.

Couche d'application

La couche application dans TCP / IP équivaut aux couches session, présentation et application combinées dans le modèle OSI.

• La couche application permet à un utilisateur d'accéder aux services de notre Internet privé ou de l'Internet mondial.

• De nombreux protocoles sont définis à cette couche pour fournir des services tels que le transfert de fichiers de courrier électronique, l'accès au World Wide Web, etc.

• Les protocoles pris en charge dans cette couche sont TELNET, FTP et HTTP.

Le réseau cellulaire est une technologie sous-jacente pour les téléphones mobiles, les systèmes de communication personnels, les réseaux sans fil, etc. La technologie est développée pour les radiotéléphones mobiles afin de remplacer les systèmes émetteurs / récepteurs haute puissance. Les réseaux cellulaires utilisent une puissance plus faible, une portée plus courte et plus d'émetteurs pour la transmission de données.

Caractéristiques des systèmes cellulaires

Wireless Cellular Systems résout le problème de la congestion spectrale et augmente la capacité des utilisateurs. Les caractéristiques des systèmes cellulaires sont les suivantes -

• Offre une très grande capacité dans un spectre limité.

• Réutilisation du canal radio dans différentes cellules.

• Activez un nombre fixe de canaux pour desservir un nombre arbitrairement grand d'utilisateurs en réutilisant le canal dans toute la région de couverture.

• La communication se fait toujours entre le mobile et la station de base (pas directement entre les mobiles).

• Chaque station de base cellulaire se voit attribuer un groupe de canaux radio dans une petite zone géographique appelée cellule.

• Les cellules voisines se voient attribuer différents groupes de canaux.

• En limitant la zone de couverture à l'intérieur de la limite de la cellule, les groupes de canaux peuvent être réutilisés pour couvrir différentes cellules.

• Maintenez les niveaux d'interférence dans des limites tolérables.

• Réutilisation ou planification des fréquences.

• Organisation du réseau cellulaire sans fil.

Le réseau cellulaire est organisé en plusieurs émetteurs de faible puissance de 100 W ou moins.

Forme des cellules

La zone de couverture des réseaux cellulaires est divisée en cells, chaque cellule ayant sa propre antenne pour transmettre les signaux. Chaque cellule a ses propres fréquences. La communication de données dans les réseaux cellulaires est assurée par son émetteur de station de base, son récepteur et son unité de commande.

La forme des cellules peut être carrée ou hexagonale -

Carré

Une cellule carrée a quatre voisins à distance d et quatre à distance Root 2 d

• Mieux si toutes les antennes adjacentes sont équidistantes
• Simplifie le choix et le passage à une nouvelle antenne

Hexagone

Une forme de cellule hexagonale est fortement recommandée pour sa couverture et ses calculs faciles. Il offre les avantages suivants -

• Fournit des antennes équidistantes
• La distance du centre au sommet est égale à la longueur du côté

Réutilisation de fréquence

La réutilisation des fréquences consiste à utiliser les mêmes fréquences radio dans une zone donnée, séparées par une distance considérable, avec un minimum d'interférences, pour établir la communication.

La réutilisation des fréquences offre les avantages suivants -

• Permet les communications au sein de la cellule sur une fréquence donnée
• Limite la puissance d'échappement aux cellules adjacentes
• Permet la réutilisation des fréquences dans les cellules voisines
• Utilise la même fréquence pour plusieurs conversations
• 10 à 50 fréquences par cellule

Par exemple, quand N les cellules utilisent le même nombre de fréquences et Kêtre le nombre total de fréquences utilisées dans les systèmes. Puis chacuncell frequency est calculé en utilisant les formules K/N.

Dans les services de téléphonie mobile avancés (AMPS) lorsque K = 395 et N = 7, les fréquences par cellule en moyenne seront de 395/7 = 56. Ici, cell frequency est 56.

La propagation de l'antenne et des ondes joue un rôle essentiel dans les réseaux de communication sans fil. Une antenne est un conducteur électrique ou un système de conducteurs qui rayonne / collecte (transmet ou reçoit) de l'énergie électromagnétique dans / depuis l'espace. Une antenne isotrope idéalisée rayonne également dans toutes les directions.

Mécanismes de propagation

Les transmissions sans fil se propagent dans trois modes. Ils sont -

• Propagation des ondes de sol
• Propagation des ondes du ciel
• Propagation en ligne de visée

Ground wave propagation suit le contour de la terre, tandis que sky wave propagation utilise la réflexion par la terre et l'ionosphère.

Line of sight propagationexige que les antennes d'émission et de réception soient dans la ligne de vue l'une de l'autre. En fonction de la fréquence du signal sous-jacent, le mode particulier de propagation est suivi.

Des exemples de communication par ondes de sol et par ondes de ciel sont AM radio et international broadcastscomme la BBC. Au-dessus de 30 MHz, ni la propagation des ondes de sol ni des ondes du ciel ne fonctionne et la communication se fait par voie de visée.

Limitations de transmission

Dans cette section, nous discuterons des différentes limitations qui affectent les transmissions d'ondes électromagnétiques. Commençons par l'atténuation.

Atténuation

La force du signal diminue avec la distance sur le support de transmission. L'ampleur de l'atténuation est fonction de la distance, du support de transmission ainsi que de la fréquence de la transmission sous-jacente.

Distorsion

Etant donné que les signaux à différentes fréquences s'atténuent à des degrés différents, un signal comprenant des composants sur une gamme de fréquences est déformé, c'est-à-dire que la forme du signal reçu change.

Une méthode standard pour résoudre ce problème (et récupérer la forme d'origine) consiste à amplifier des fréquences plus élevées et ainsi égaliser l'atténuation sur une bande de fréquences.

Dispersion

La dispersion est le phénomène de propagation d'un sursaut d'énergie électromagnétique lors de la propagation. Les rafales de données envoyées en succession rapide ont tendance à fusionner en raison de la dispersion.

Bruit

La forme de bruit la plus répandue est le bruit thermique, qui est souvent modélisé à l'aide d'un modèle gaussien additif. Le bruit thermique est dû à l'agitation thermique des électrons et est uniformément réparti sur le spectre de fréquences.

Les autres formes de bruit comprennent -

• Inter modulation noise (causé par des signaux produits à des fréquences qui sont des sommes ou des différences de fréquences porteuses)

• Crosstalk (interférence entre deux signaux)

• Impulse noise (impulsions irrégulières de haute énergie causées par des perturbations électromagnétiques externes).

Bien qu'un bruit impulsionnel puisse ne pas avoir un impact significatif sur les données analogiques, il a un effet notable sur les données numériques, provoquant burst errors.

La figure ci-dessus illustre clairement comment le signal de bruit chevauche le signal d'origine et tente de modifier ses caractéristiques.

Décoloration

L'évanouissement fait référence à la variation de l'intensité du signal en fonction du temps / de la distance et est largement répandu dans les transmissions sans fil. Les causes les plus courantes d'évanouissement dans l'environnement sans fil sont la propagation par trajets multiples et la mobilité (des objets ainsi que des dispositifs de communication).

Propagation par trajets multiples

Dans les médias sans fil, les signaux se propagent en utilisant trois principes, qui sont la réflexion, la diffusion et la diffraction.

• Reflection se produit lorsque le signal rencontre une grande surface solide, dont la taille est beaucoup plus grande que la longueur d'onde du signal, par exemple une paroi pleine.

• Diffraction se produit lorsque le signal rencontre un bord ou un coin, dont la taille est supérieure à la longueur d'onde du signal, par exemple un bord d'une paroi.

• Scattering se produit lorsque le signal rencontre de petits objets de taille inférieure à la longueur d'onde du signal.

Une conséquence de la propagation par trajets multiples est que de multiples copies d'une propagation de signal le long de plusieurs trajets différents arrivent en tout point à des moments différents. Ainsi, le signal reçu en un point n'est pas seulement affecté par lainherent noise, distortion, attenuation, et dispersion dans le canal mais aussi le interaction of signals propagé le long de plusieurs chemins.

Délai de propagation

Supposons que nous transmettions une impulsion de sondage à partir d'un emplacement et que nous mesurions le signal reçu à l'emplacement du destinataire en fonction du temps. La puissance du signal reçu se propage dans le temps en raison de la propagation par trajets multiples.

L'étalement du retard est déterminé par la fonction de densité de l'étalement résultant du retard dans le temps. Average delay spread et root mean square delay spread sont les deux paramètres qui peuvent être calculés.

Propagation Doppler

Ceci est une mesure de spectral broadeningcausée par le taux de changement du canal radio mobile. Elle est causée soit par un mouvement relatif entre le mobile et la station de base, soit par le mouvement d'objets dans le canal.

Lorsque la vitesse du mobile est élevée, l'étalement Doppler est élevé et les variations de canal qui en résultent sont plus rapides que celle du signal en bande de base, c'est ce qu'on appelle fast fading. Lorsque les variations de canal sont plus lentes que les variations de signal en bande de base, alors l'évanouissement qui en résulte est appeléslow fading.

Dans certains cas, il existe une étendue de détérioration des performances, qui affecte la sortie. La cause principale de ceci pourrait être les dégradations du canal mobile. Pour résoudre ce problème, il existe trois techniques populaires -

Égaliseur

Un égaliseur dans un récepteur compense la plage moyenne des caractéristiques d'amplitude et de retard de canal attendues. En d'autres termes, un égaliseur est un filtre au niveau du récepteur mobile dont la réponse impulsionnelle est inverse de la réponse impulsionnelle du canal. Ces égaliseurs trouvent leur utilisation dansfrequency selective fading canaux.

La diversité

La diversité est une autre technique utilisée pour compenser fast fadinget est généralement mis en œuvre à l'aide de deux antennes de réception ou plus. Il est généralement utilisé pour réduire la profondeur et la durée des évanouissements subis par un récepteur dans un canal à évanouissements plat.

Codage des canaux

Channel codingaméliore les performances de la liaison de communication mobile en ajoutant des bits de données redondants dans le message transmis. Au niveau de la partie en bande de base de l'émetteur, un codeur de canal mappe une séquence de message numérique en une autre séquence de code spécifique contenant un plus grand nombre de bits que l'original contenu dans le message. Le codage de canal est utilisé pour corrigerdeep fading ou spectral null.

Égalisation

ISI (Inter Symbol Interference) a été identifié comme l'un des principaux obstacles à la transmission de données à haut débit sur les canaux radio mobiles. Si la bande passante de modulation dépasse lacoherence bandwidth du canal radio (c.-à-d. évanouissement sélectif en fréquence), les impulsions de modulation sont étalées dans le temps, provoquant l'ISI.

Un égaliseur à l'extrémité avant d'un récepteur compense la plage moyenne d'amplitude de canal attendue et les caractéristiques de retard. Comme les canaux de fading mobiles sontrandom et time varying, les égaliseurs doivent suivre les caractéristiques variables dans le temps du canal mobile et doivent donc être variables dans le temps ou adaptatifs. Un égaliseur adaptatif comporte deux phases de fonctionnement:training et tracking.

Mode entraînement

Initialement, une séquence d'apprentissage de longueur fixe connue est envoyée par l'émetteur de sorte que l'égaliseur de récepteur puisse faire la moyenne à un réglage approprié. Training sequence est typiquement un signal binaire pseudo-aléatoire ou une configuration binaire fixe, de configuration binaire prescrite.

La séquence d'apprentissage est conçue pour permettre à un égaliseur au niveau du récepteur d'acquérir le proper filter coefficientdans les pires conditions de canal possibles. Un filtre adaptatif au niveau du récepteur utilise donc unrecursive algorithm pour évaluer le canal et estimer les coefficients de filtre pour compenser le canal.

Mode de suivi

Lorsque la séquence d'apprentissage est terminée, les coefficients de filtre sont presque optimaux. Immédiatement après la séquence de formation, les données utilisateur sont envoyées.

Lorsque les données des utilisateurs sont reçues, le adaptive algorithms de l'égaliseur suit le changement de canal. En conséquence, l'égaliseur adaptatif modifie en permanence les caractéristiques du filtre au fil du temps.

La diversité

La diversité est une technique de récepteur de communication puissante qui permet une amélioration de la liaison sans fil à un coût relativement faible. Diversity techniques sont utilisés dans les systèmes de communication sans fil principalement pour améliorer les performances sur un canal radio en évanouissement.

Dans un tel système, le récepteur reçoit de multiples copies du même signal d'information qui sont transmises sur deux ou plusieurs canaux de communication réels ou virtuels. Ainsi, l'idée de base de la diversité estrepetition ou redundancy of information. Dans pratiquement toutes les applications, les décisions de diversité sont prises par le récepteur et sont inconnues de l'émetteur.

Types de diversité

La décoloration peut être classée en small scale et large scale fading. Les évanouissements à petite échelle sont caractérisés par des fluctuations d'amplitude profondes et rapides qui se produisent lorsque le mobile se déplace sur des distances de seulement quelques longueurs d'onde. Pour les signaux à bande étroite, cela se traduit généralement par unRayleigh faded envelope. Afin d'éviter des évanouissements profonds, les techniques de diversité microscopique peuvent exploiter le signal en évolution rapide.

Si les éléments d'antenne du récepteur sont séparés d'une fraction de la longueur d'onde transmise, alors les différentes copies du signal d'information ou génériquement appelées branches, peuvent être combinées de manière appropriée ou la plus forte d'entre elles peut être choisie comme signal reçu. Une telle technique de diversité est appeléeAntenna or Space diversity.

Diversité de fréquence

Le même signal d'information est transmis sur différentes porteuses, la séparation de fréquence entre elles étant au moins la bande passante de cohérence.

Diversité temporelle

Le signal d'information est transmis de manière répétée dans le temps à intervalles réguliers. La séparation entre letransmit times should be greater than the coherence time, T_c. L'intervalle de temps dépend de la vitesse d'évanouissement et augmente avec la diminution de la vitesse d'évanouissement.

Diversité de polarisation

Ici, les champs électriques et magnétiques du signal porteur des informations sont modifiés et de nombreux signaux de ce type sont utilisés pour envoyer les mêmes informations. Doncorthogonal type of polarization is obtained.

Diversité d'angle

Ici, des antennes directionnelles sont utilisées pour créer des copies indépendantes du signal transmis sur plusieurs trajets.

Diversité spatiale

Dans la diversité spatiale, il existe plusieurs antennes de réception placées à différents emplacements spatiaux, ce qui entraîne des signaux reçus différents (éventuellement indépendants).

La différence entre les schémas de diversité réside dans le fait que dans les deux premiers schémas, il y a wastage of bandwidth en raison de duplication of the informationsignal à envoyer. Ainsi, le problème est évité dans les trois systèmes restants, mais avec le coûtantenna complexity.

La corrélation entre les signaux en fonction de la distance entre les éléments d'antenne est donnée par la relation -

$$\rho = J_0^2 \lgroup\frac{2\Pi d}{\lambda}\rgroup$$

Où,

• J₀ = Fonction de Bessel d'ordre zéro et de premier type

• d = distance de séparation dans l'espace des éléments d'antenne

• λ = longueur d'onde porteuse.

Dans le domaine de l'informatique, la large utilisation des connexions de groupe est devenue inévitable, ce qui conduit à l'introduction de LANs(Réseaux locaux). Ces LAN entrent dans la catégorie des réseaux à petite échelle dans un seul bâtiment ou campus.

WANs sont des réseaux étendus qui couvrent une zone plus large telle qu'une ville, ou une zone limitée supérieure à LAN. Wireless Personal Area Networks (PANs) sont la prochaine étape vers le bas des WLAN, couvrant des zones plus petites avec une faible transmission de puissance, pour la mise en réseau d'appareils informatiques portables et mobiles tels que les PC, les assistants numériques personnels (PDA).

Fondamentaux des WLAN

Les problèmes techniques des WLAN doivent être compris afin d'apprécier la différence entre les réseaux filaires et les réseaux sans fil. L'utilisation des WLAN et leurs objectifs de conception sont ensuite étudiés. Les types de WLANS, leurs composants et leurs fonctionnalités de base sont également détaillés.

Norme IEEE 802.11

Cette section présente une norme de premier plan WLAN ionique, la norme IEEE 802.11. La couche de contrôle d'accès au support (MAC) et les mécanismes de la couche physique sont expliqués. Cette section couvre également certaines des fonctionnalités optionnelles telles que la sécurité et la qualité de service (QoS).

Norme HIPERLAN

Cette section décrit une autre norme WLAN, la norme HIPERLAN, qui est une norme européenne basée sur l'accès radio.

Bluetooth

Cette section traite de la norme Bluetooth, qui permet aux appareils personnels de communiquer entre eux en l'absence d'infrastructure.

Fondamentaux du WLAN

Alors que les terminaux portables et les terminaux mobiles peuvent se déplacer d'un endroit à un autre, les terminaux portables ne sont accessibles que lorsqu'ils sont stationnaires.

Les terminaux mobiles (MT), en revanche, sont plus puissants et sont accessibles lorsqu'ils sont en mouvement. Les WLAN visent à prendre en charge des postes de travail réellement mobiles.

Utilisations WLAN

Les réseaux informatiques sans fil sont capables d'offrir des fonctionnalités polyvalentes. Les WLAN sont très flexibles et peuvent être configurés dans une variété de topologies en fonction de l'application. Certaines utilisations possibles des WLAN sont décrites ci-dessous.

• Les utilisateurs pourraient surfer sur Internet, vérifier leurs e-mails et recevoir des messages instantanés en déplacement.

• Dans les zones touchées par des tremblements de terre ou d'autres catastrophes, aucune infrastructure appropriée ne peut être disponible sur le site. Les WLAN sont pratiques dans de tels endroits pour configurer des réseaux à la volée.

• Il existe de nombreux bâtiments historiques où il a été nécessaire de mettre en place des réseaux informatiques. Dans de tels endroits, le câblage peut ne pas être autorisé ou la conception du bâtiment peut ne pas conduire à un câblage efficace. Les WLAN sont de très bonnes solutions dans de tels endroits.

Objectifs de conception

Voici quelques-uns des objectifs à atteindre lors de la conception des WLAN -

• Operational simplicity - La conception des réseaux locaux sans fil doit intégrer des fonctionnalités permettant à un utilisateur mobile de configurer et d'accéder rapidement aux services réseau de manière simple et efficace.

• Power efficient operation - La nature limitée en puissance des appareils informatiques mobiles tels que les ordinateurs portables et les PDA nécessite l'importante exigence de WLAN fonctionnant avec minimal power consumption. Par conséquent, la conception du WLAN doit intégrer des fonctionnalités d'économie d'énergie et utiliser des technologies et des protocoles appropriés pour y parvenir.

• License-free operation - L'un des principaux facteurs qui influent sur le coût de l'accès sans fil est le droit de licence pour le spectre dans lequel une technologie d'accès sans fil particulière fonctionne. Low cost of accessest un aspect important pour vulgariser une technologie WLAN. Par conséquent, la conception du WLAN doit prendre en compte les parties du spectre de fréquences. Pour son fonctionnement quidoes not require un explicite

• Tolerance to interference - La prolifération de différentes technologies de réseau sans fil pour les applications civiles et militaires a conduit à un increase in the interference level à travers le spectre radio.

  La conception du WLAN doit en tenir compte et prendre les mesures appropriées en sélectionnant les technologies et les protocoles à utiliser en présence d'interférences.

• Global Usability - La conception du WLAN, le choix de la technologie et la sélection du spectre de fréquences de fonctionnement doivent tenir compte des spectrum restrictiondans les pays du monde entier. Cela garantit l'acceptabilité de la technologie dans le monde entier.

• Security - La nature de diffusion inhérente au support sans fil ajoute à l'exigence de fonctionnalités de sécurité à inclure dans la conception de la technologie WLAN.

• Safety requirements - La conception de la technologie WLAN doit respecter les exigences de sécurité qui peuvent être classées comme suit.

  • Interférence avec les appareils médicaux et autres instruments.
  • Augmentation du niveau de puissance des émetteurs pouvant entraîner des risques pour la santé.

  Un WLAN bien conçu doit respecter les restrictions d'émission de puissance applicables dans le spectre de fréquences donné.

• Quality of service requirements - Qualité de service (QoS) fait référence à la fourniture de niveaux de performance désignés pour le trafic multimédia. La conception du WLAN doit prendre en compte la possibilité desupporting a wide variety trafic, y compris le trafic multimédia.

• Compatibility with other technologies and applications - L'interopérabilité entre les différents LANS est importante pour une communication efficace entre les hôtes fonctionnant avec différentes technologies LAN.

Architecture de réseau

L'architecture réseau décrit les types de WLAN, les composants d'un WLAN typique et les services offerts par un WLAN.

Basés sur l'infrastructure par rapport aux réseaux locaux ad hoc

Les WLAN peuvent être globalement classés en deux types, à savoir Infrastructure networks et Ad hoc LANs, basé sur l'architecture sous-jacente.

Réseaux d'infrastructure

Les réseaux d'infrastructure contiennent des nœuds spéciaux appelés Access Points (APs), qui sont connectés via les réseaux existants.

• Les points d'accès sont spéciaux en ce sens qu'ils peuvent interagir avec les nœuds sans fil ainsi qu'avec le réseau filaire existant.
• Les autres nœuds sans fil, également appelés stations mobiles (STA), communiquent via des points d'accès.
• Les points d'accès servent également de ponts avec d'autres réseaux.

LAN ad hoc

Les LAN ad hoc ne nécessitent aucune infrastructure fixe. Ces réseaux peuvent être mis en place à la volée à tout endroit. Les nœuds communiquent directement entre eux pour transférer des messages via d'autres nœuds directement accessibles.

La technologie sans fil Bluetooth est une technologie de communication à courte portée destinée à remplacer les câbles reliant l'unité portable et à maintenir des niveaux de sécurité élevés. La technologie Bluetooth est basée surAd-hoc technology aussi connu sous le nom Ad-hoc Pico nets, qui est un réseau local avec une couverture très limitée.

Histoire de Bluetooth

La technologie WLAN permet la connectivité des appareils aux services basés sur l'infrastructure via un fournisseur de services sans fil. La nécessité pour les appareils personnels de communiquer sans fil entre eux sans infrastructure établie a conduit à l'émergence dePersonal Area Networks (PANs).

• Le projet Bluetooth d'Ericsson en 1994 définit la norme pour les PAN pour permettre la communication entre les téléphones mobiles en utilisant des interfaces radio à faible consommation et à faible coût.

• En mai 1988, des sociétés telles qu'IBM, Intel, Nokia et Toshiba ont rejoint Ericsson pour former le Bluetooth Special Interest Group (SIG) dont le but était de développer une norme de facto pour les PAN.

• IEEE a approuvé une norme basée sur Bluetooth appelée IEEE 802.15.1 pour les réseaux personnels sans fil (WPAN). La norme IEEE couvre les applications MAC et de couche physique.

Bluetoothla spécification détaille l'ensemble de la pile de protocoles. Bluetooth utilise la radiofréquence (RF) pour la communication. Il utilisefrequency modulation pour générer des ondes radio dans le ISM bande.

L'utilisation de Bluetooth a largement augmenté pour ses fonctionnalités spéciales.

• Bluetooth offre une structure uniforme permettant à une large gamme d'appareils de se connecter et de communiquer entre eux.

• La technologie Bluetooth a atteint une acceptation mondiale de sorte que tout appareil compatible Bluetooth, presque partout dans le monde, peut être connecté avec des appareils compatibles Bluetooth.

• La faible consommation d'énergie de la technologie Bluetooth et une portée offerte jusqu'à dix mètres ont ouvert la voie à plusieurs modèles d'utilisation.

• Bluetooth propose des conférences interactives en établissant un réseau adhoc d'ordinateurs portables.

• Le modèle d'utilisation Bluetooth comprend un ordinateur sans fil, un interphone, un téléphone sans fil et des téléphones portables.

Piconets et Scatternets

Les appareils électroniques compatibles Bluetooth se connectent et communiquent sans fil via des appareils à courte portée appelés Piconets. Les appareils Bluetooth existent dans de petites configurations ad-hoc avec la capacité d'agir en tant que maître ou esclave, la spécification permet un mécanisme pourmaster et slavepour changer de rôle. La configuration point à point avec un maître et un esclave est la configuration la plus simple.

Lorsque plus de deux appareils Bluetooth communiquent entre eux, cela s'appelle un PICONET. Un Piconet peut contenir jusqu'à sept esclaves regroupés autour d'un seul maître. L'appareil qui initialise l'établissement du Piconet devient lemaster.

Le maître est responsable du contrôle de la transmission en divisant le réseau en une série d'intervalles de temps parmi les membres du réseau, dans le cadre de time division multiplexing schéma ci-dessous.

Les caractéristiques de Piconets sont les suivantes -

• Dans un Piconet, la synchronisation de divers appareils et la séquence de sauts de fréquence des appareils individuels est déterminée par l'horloge et unique 48-bit address du maître.

• Chaque appareil peut communiquer simultanément avec jusqu'à sept autres appareils au sein d'un seul Piconet.

• Chaque appareil peut communiquer avec plusieurs piconets simultanément.

• Les piconets sont établis de manière dynamique et automatique lorsque les appareils compatibles Bluetooth entrent et sortent des piconets.

• Il n'y a pas de connexion directe entre les esclaves et toutes les connexions sont essentiellement maître-esclave ou esclave-maître.

• Les esclaves sont autorisés à transmettre une fois qu'ils ont été interrogés par le maître.

• La transmission commence dans l'intervalle de temps esclave-maître immédiatement après un paquet d'interrogation du maître.

• Un dispositif peut être un membre de deux ou plusieurs piconets, sautant d'un piconet à un autre en ajustant le régime de transmission et la séquence de sauts de fréquence dictés par le dispositif maître du second piconet.

• Il peut s'agir d'un esclave dans un piconet et d'un maître dans un autre. Il ne peut cependant pas être un maître dans plus d'une fois piconet.

• Les périphériques résidant dans les piconets adjacents fournissent un pont pour prendre en charge les connexions internes aux piconets, permettant aux assemblages de piconets liés de former une infrastructure de communication physiquement extensible connue sous le nom de Scatternet.

Spectre

La technologie Bluetooth fonctionne dans la bande industrielle, scientifique et médicale (ISM) sans licence entre 2,4 et 2,485 GHZ, en utilisant un signal full-duplex à sauts de spectre étalé à une vitesse nominale de 1600 sauts / s. la bande ISM 2,4 GHZ est disponible et sans licence dans la plupart des pays.

Intervalle

La portée de fonctionnement Bluetooth dépend de l'appareil Les radios de classe 3 ont une portée allant jusqu'à 1 mètre ou 3 pieds Les radios de classe 2 se trouvent le plus souvent dans les appareils mobiles ont une portée de 10 mètres ou 30 pieds Les radios de classe 1 sont principalement utilisées dans les cas d'utilisation industrielle ont une portée de 100 mètres ou 300 pieds.

Débit de données

Bluetooth prend en charge un débit de données de 1 Mbps pour la version 1.2 et un débit de données 3Mbps pour la version 2.0 combiné avec un taux de données d'erreur.

L'avènement d'Internet a provoqué un changement révolutionnaire dans l'utilisation des ordinateurs et la recherche d'informations. Internet a affecté le mode traditionnel d'échange d'informations et maintenant presque toutes les villes, toutes les villes et toutes les rues ont accès à Internet.

Aujourd'hui, les foyers, les écoles et les entreprises se connectent à Internet en utilisant diverses méthodes. Une méthode, le service Internet sans fil, fournit un accès Internet aux clients sans avoir besoin de cuivre souterrain, de fibre ou d'autres formes de câblage de réseau commercial. Par rapport aux services filaires plus établis comme le DSL et Internet par câble, la technologie sans fil apporte plus de commodité et de mobilité aux réseaux informatiques.

Les sections ci-dessous décrivent chaque type populaire de service Internet sans fil disponible.

Internet par satellite

Introduit au milieu des années 1990, le satellite est devenu le premier service Internet sans fil grand public. Comparé à d'autres formes de service Internet sans fil, le satellite bénéficie deavailability. Ne nécessitant qu'un petitdish antenna, satellite modem et plan d'abonnement, le satellite fonctionne dans presque toutes les zones rurales non desservies par d'autres technologies.

Cependant, le satellite offre également un Internet sans fil relativement peu performant. Le satellite souffre dehigh latencyLes connexions (retardées) dues aux signaux longue distance doivent circuler entre la Terre et les stations en orbite. Le satellite prend également en charge des quantités relativement modestes de bande passante réseau.

Réseaux Wi-Fi publics

Certaines municipalités ont construit leur service Internet sans fil public en utilisant Wi-FiLa technologie. Ces soi-disantmesh networksjoindre de nombreux points d'accès sans fil ensemble pour couvrir de plus grandes zones urbaines. Les points d'accès Wi-Fi individuels fournissent également un service Internet sans fil public dans certains endroits.

Le Wi-Fi est une option peu coûteuse par rapport aux autres formes de service Internet sans fil. L'équipement est peu coûteux (de nombreux ordinateurs plus récents ont le matériel nécessaire intégré) et les points d'accès Wi-Fi restent gratuits dans certains pays.

Haut débit sans fil fixe

Le sans fil fixe est un type de large bande qui utilise des antennes montées pointées vers des tours de transmission radio.

Le haut débit mobile

Les téléphones cellulaires existent depuis des décennies, mais ce n'est que récemment que les réseaux cellulaires ont évolué pour devenir une forme courante de service Internet sans fil. Avec un adaptateur de réseau cellulaire installé ou en connectant un téléphone portable à un ordinateur portable,Internet connectivitypeut être maintenu dans n'importe quelle zone avec une couverture de tour cellulaire. Le service haut débit mobile ne fonctionnera pas sans un abonnement de données Internet en place auprès d'un fournisseur.

Les réseaux câblés classiques ont donné naissance à un certain nombre de protocoles d'application tels que TELNET, FTP et SMTP. L'architecture du protocole d'application sans fil (WAP) vise à combler le fossé au niveau de l'application, entre les utilisateurs sans fil et les services qui leur sont proposés.

Internet sans fil

Internet sans fil fait référence à l'extension des services offerts par Internet aux utilisateurs mobiles, leur permettant de access information et dataquel que soit leur emplacement. Les problèmes inhérents associés au domaine sans fil, à la mobilité des nœuds et à la conception des protocoles existants utilisés dans Internet nécessitent plusieurs solutions pour faire de l'Internet sans fil une réalité.

Les principaux problèmes à prendre en compte pour l'Internet sans fil sont les suivants:

• Adresser la mobilité
• Inefficacité des protocoles de couche de transport et
• Inefficacité des protocoles de couche application

Mobilité d'adresse

Le protocole de couche réseau utilisé dans Internet est le protocole Internet (IP) qui a été conçu pour les réseaux câblés avec des nœuds fixes. IP utilise un adressage hiérarchique avec une adresse 32 bits unique au monde qui comporte deux partiesNetwork identifier et Host identifier.

L'identifiant réseau fait référence au subnet addressauquel l'hôte est connecté. Le schéma d'adressage a été utilisé pour réduire la taille de la table de routage dans les principaux routeurs d'Internet, qui n'utilise que la partie réseau de l'adresse IP pour prendre des décisions de routage.

Ce schéma d'adressage peut ne pas fonctionner directement dans l'extension sans fil d'Internet, car les hôtes mobiles peuvent passer d'un subnet à un autre, mais les paquets adressés à l'hôte mobile peuvent être livrés à l'ancien sous-réseau auquel le nœud était initialement attaché.

Inefficacité des protocoles de couche de transport

La couche de transport est très importante sur Internet et elle assure la mise en place et la maintenance end-to-end connections, fiable end-to-end delivery de paquets de données, flow control et congestion control. TCP est le protocole de couche de transport prédominant pour les réseaux câblés, même siUDP, un protocole de couche de transport non fiable sans connexion est utilisé par certaines applications.

L'Internet sans fil nécessite un fonctionnement efficace des protocoles de couche de transport car le support sans fil est intrinsèquement peu fiable en raison de ses caractéristiques variant dans le temps et dépendant de l'environnement. TCP traditionnel appelle uncongestion control algorithmafin de gérer la congestion des réseaux. Si un paquet de données ou un paquet ACK est perdu, TCP suppose que leloss is due to congestion et réduit de moitié la taille de la fenêtre de congestion.

À chaque perte de paquet successive, le congestion window is reduced, et par conséquent TCP fournit une performance dégradée dans les liaisons sans fil. Même dans les situations où la perte de paquets est causée parlink error ou collision, le TCP invoque l'algorithme de contrôle de congestion conduisant à un débit très faible.

L'identification de la cause réelle qui a conduit à la perte de paquets est importante pour améliorer les performances du TCP sur les liaisons sans fil. Certaines des solutions aux problèmes de la couche de transport comprennent:

• TCP indirect (ITCP)
• Snoop TCP et
• TCP mobile

Inefficacité des protocoles de la couche application

Protocoles de couche application traditionnels utilisés sur Internet, tels que HTTP, TELNET, protocole de transfert de courrier simple (SMTP) et plusieurs langages de balisage tels que HTMLont été conçus et optimisés pour les réseaux filaires. Beaucoup de ces protocoles ne sont pas très efficaces lorsqu'ils sont utilisés avec des liaisons sans fil.

Les principaux problèmes qui empêchent l'utilisation de HTTP dans Internet sans fil sont son fonctionnement sans état, sa surcharge élevée due au codage des caractères, les informations redondantes transportées dans les requêtes HTTP et l'ouverture d'un new TCP connection à chaque transaction.

Les capacités des appareils portables sont limitées, ce qui rend difficile la gestion de protocoles d'application coûteux en termes de calcul et de bande passante. Protocole d'application sans fil (WAP) et les optimisations sur HTTP traditionnel sont quelques-unes des solutions aux problèmes de la couche application.

WAP signifie Wireless Application Protocol. Le WAP représente une suite de protocoles plutôt qu'un protocole unique. Le WAP vise à intégrer un navigateur simple et léger également connu sous le nom de micro-navigateur dans les appareils portables, nécessitant ainsi des ressources minimales telles quememory et CPU à ces appareils.

Le WAP tente de compenser les lacunes des appareils portables sans fil et de la liaison sans fil en incorporant plus d'intelligence dans les nœuds du réseau tels que le routers, web servers, et BSs.

Les principaux objectifs de la suite de protocoles WAP sont les suivants.

• Indépendance par rapport aux normes de réseau sans fil
• Interopérabilité entre les fournisseurs de services
• Surmonter les lacunes du support sans fil
• Surmonter les inconvénients des appareils portables
• Augmentation de l'efficacité et de la fiabilité
• Fournir sécurité, évolutivité et extensibilité

Le modèle WAP

WAP adopte une approche client-serveur. Il spécifie un serveur proxy qui agit comme une interface entre le domaine sans fil et le réseau câblé principal. Ce serveur proxy, également appeléWAP gateway, est responsable d'une grande variété de fonctions telles que la traduction de protocole et l'optimisation du transfert de données sur le support sans fil.

Les composants du réseau sans fil se composent de -

• Fournisseur de contenu (Application ou serveur d'origine)
• Appareil mobile (client WAP)
• Passerelle WAP
• Proxy WAP

L'architecture WAP a été conçue pour suivre de près le Web. La seule différence est que la présence de la passerelle WAP se traduit entre HTTP et WAP.

Client WAP

Les trois sections à mentionner concernant le client WAP sont l'agent utilisateur WAE, l'agent utilisateur WTA et la pile WAP.

• WAE user agent - L'agent utilisateur de l'environnement d'application sans fil est le navigateur qui rend le contenu à afficher.

• WTA user agent - L'agent d'application de téléphonie sans fil reçoit les fichiers WTA compilés du serveur WTA et les exécute.

• WAP stack - La pile WAP permet au téléphone de se connecter à la passerelle WAP à l'aide des protocoles WAP.

Serveur d'application

L'élément du réseau où résident les applications d'information (Web, WAP) est le proxy WAP, la passerelle WAP ou le serveur WAP -

• Proxy- Il s'agit d'un élément intermédiaire agissant à la fois en tant que client et en tant que serveur dans le réseau, il se situe entre le client et le serveur. Le client lui envoie des requêtes et il récupère et met en cache les informations nécessaires en contactant le serveur d'origine.

• Gateway - Il s'agit d'un élément intermédiaire généralement utilisé pour connecter deux types de réseaux différents.

La passerelle WAP est essentiellement un logiciel placé entre un réseau prenant en charge WAP and IP packet network comme Internet.

La pile de protocoles WAP

La pile de protocoles WAP est illustrée dans la figure suivante -

Couche d'application

La couche application fournit un environnement d'application destiné au développement et à l'exécution d'applications et de services portables. WAE se compose de deux agents utilisateurs différents situés côté client.

L'agent utilisateur WAE comprend le navigateur et l'éditeur de message texte ainsi que l'agent utilisateur WTA.

Couche de session

La couche session fournit des méthodes pour l'échange organisé de contenu entre les applications client / service.

WAP contient les composants suivants -

• Connection Oriented Session Services - Ceux-ci fonctionnent sur WTP.

• Connectionless Session Services - Ceux-ci fonctionnent directement sur WDP.

• Session services - Ces fonctionnalités permettent d'établir une connexion entre un client et un serveur à l'aide de messages primitifs.

Primitives messagessont définis comme des messages que le client envoie au serveur pour demander une installation de service. Le client envoie des primitives de demande et reçoit une primitive de confirmation et le serveur peut envoyer des primitives de réponse et recevoir des primitives d'indication.

Le service de session sans connexion fournit uniquement un service non confirmé. Pour démarrer la session, le client invoque des primitives WSP qui fournissent certains paramètres, tels que l'adresse du serveur, l'adresse du client et les en-têtes du client. À certains égards, WSP est essentiellement une forme binaire de HTTP.

Couche de transaction

Fournit différentes méthodes pour effectuer des transactions avec un degré de fiabilité variable.

Couche de sécurité

Couche facultative qui fournit, lorsque l'authentification, la confidentialité et la connexion sécurisée sont présentes, entre les applications. C'est basé surSSL (Secure Socket Layer). Il fournit des services qui garantissent la confidentialité, l'authentification du serveur, l'authentification du client et l'intégrité des données.

Une session SSL standard est ouverte entre le serveur Web et la passerelle WAP, et la session WTLS est initialisée entre le gateway et le mobile device. Le contenu crypté est envoyé via cette connexion du serveur à la passerelle, qui le traduit et l'envoie au téléphone mobile. La transaction entreSSL et WTLS a lieu dans la mémoire de la passerelle WAP.

Couche de transport

Il s'agit de la couche inférieure, liée au service support proposé par l'opérateur. Les services supports sont la communication entre le téléphone mobile et les stations de base. Ils comprennentSMS, CSD, USSD, GSM, GPRS, DECT, CDMA, FDMA, et TDMA.

La couche physique prépare les données à envoyer à partir du dispositif mobile sur les services aériens et envoie les données à l'aide du service support mis en œuvre dans le réseau dans lequel le dispositif fonctionne. WDPa une interface avec divers réseaux supports, il doit donc avoir une implémentation spécifique au support. WDP est la seule couche qui doit être réécrite pour prendre en charge différents réseaux supports. La couche WTP implémente un simplerequest-response transaction protocole orienté au lieu du mécanisme de connexion à trois voies.

Un satellite est un objet qui tourne autour d'un autre objet. Par exemple, la Terre est un satellite du Soleil et la Lune est un satellite de la Terre.

UNE communication satellite est un microwave repeater stationdans un espace utilisé pour les signaux de télécommunication, de radio et de télévision. Un satellite de communication traite les données provenant d'une station terrienne et il convertit les données sous une autre forme et les envoie à la deuxième station terrienne.

Comment fonctionne un satellite

Deux stations sur terre veulent communiquer par diffusion radio mais sont trop éloignées pour utiliser les moyens conventionnels. Les deux stations peuvent utiliser une station relais pour leur communication. Une station terrienne transmet le signal au satellite.

Uplink frequencyest la fréquence à laquelle la station au sol communique avec le satellite. Le transpondeur satellite convertit le signal et l'envoie à la deuxième station terrienne, et cela s'appelleDownlink frequency. La deuxième station terrienne communique également avec la première de la même manière.

Avantages du satellite

Les avantages des communications par satellite sont les suivants -

• La zone de couverture est très élevée que celle des systèmes terrestres.
• Le coût de transmission est indépendant de la zone de couverture.
• Des bandes passantes plus élevées sont possibles.

Inconvénients du satellite

Les inconvénients des communications par satellite sont les suivants:

• Le lancement de satellites sur des orbites est un processus coûteux.
• Les bandes passantes s'épuisent progressivement.
• Temps de propagation élevé pour les systèmes satellitaires par rapport aux systèmes terrestres conventionnels.

Bases de la communication par satellite

Le processus de communication par satellite commence à un earth station. Ici, une installation est conçue pour transmettre et recevoir des signaux d'un satellite en orbite autour de la terre. Les stations terriennes envoient des informations aux satellites sous la forme de signaux haute puissance et haute fréquence (gamme GHz).

Les satellites receive et retransmit les signaux retournent à la Terre où ils sont reçus par d'autres stations terriennes dans la zone de couverture du satellite. Satellite's footprint est la zone qui reçoit un signal de force utile du satellite.

Le système de transmission de la station terrienne au satellite via un canal est appelé le uplink. Le système du satellite à la station terrienne en passant par le canal est appelé ledownlink.

Bandes de fréquences satellites

Les bandes de fréquences des satellites couramment utilisées pour la communication sont les Cband, Ku-band, et Ka-band. La bande C et la bande Ku sont les spectres de fréquences couramment utilisés par les satellites d'aujourd'hui.

Il est important de noter qu'il existe une relation inverse entre la fréquence et la longueur d'onde, c'est-à-dire que lorsque la fréquence augmente, la longueur d'onde diminue, cela aide à comprendre la relation entre antenna diameter et transmission frequency. Des antennes plus grandes (antennes paraboliques) sont nécessaires pour capter le signal avec une longueur d'onde croissante.

Orbites terrestres

Un satellite, lorsqu'il est lancé dans l'espace, doit être placé sur une certaine orbite pour fournir une voie particulière à sa révolution, afin de maintenir l'accessibilité et de servir son objectif qu'il soit scientifique, militaire ou commercial. Ces orbites qui sont assignées aux satellites, par rapport à la terre sont appelées commeEarth Orbits. Les satellites sur ces orbites sont des satellites en orbite terrestre.

Les types importants d'orbites terrestres sont -

• Orbite terrestre géo-synchrone
• Orbite terrestre géostationnaire
• Orbite terrestre moyenne
• Orbite terrestre basse

Satellites géosynchrones en orbite terrestre (GEO)

Un satellite géo-synchrone en orbite terrestre est un satellite placé à une altitude de 22 300 milles au-dessus de la Terre. Cette orbite est synchronisée avec unside real day(c'est-à-dire 23 heures 56 minutes). Cette orbite peuthave inclination and eccentricity. Ce n'est peut-être pas circulaire. Cette orbite peut être inclinée aux pôles de la terre. Mais il semble stationnaire lorsqu'il est observé depuis la Terre.

La même orbite géo-synchrone, si elle est circularet dans le plan de l'équateur, on l'appelle orbite géo-stationnaire. Ces satellites sont placés à 35 900 km (comme géosynchrones) au-dessus de l'équateur de la Terre et ils continuent de tourner par rapport à la direction de la Terre (d'ouest en est). Ces satellites sont considérésstationary par rapport à la terre et d'où son nom l'indique.

Les satellites géostationnaires en orbite terrestre sont utilisés pour les prévisions météorologiques, la télévision par satellite, la radio par satellite et d'autres types de communications mondiales.

La figure ci-dessus montre la différence entre les orbites géo-synchrones et géo-stationnaires. L'axe de rotation indique le mouvement de la Terre.

Le point principal à noter ici est que chaque orbite géo-stationnaire est une orbite géo-synchrone. Mais chaque orbite géo-synchrone n'est PAS une orbite géo-stationnaire.

Satellites en orbite terrestre moyenne (MEO)

Les réseaux de satellites en orbite terrestre moyenne (MEO) orbiteront à des distances d'environ 8 000 miles de la surface de la Terre. Les signaux émis par un satellite MEO parcourent une distance plus courte. Cela se traduit par une amélioration de la force du signal à l'extrémité de réception. Cela montre que des terminaux de réception plus petits et plus légers peuvent être utilisés à l'extrémité de réception.

Comme le signal parcourt une distance plus courte vers et depuis le satellite, le délai de transmission est moindre. Transmission delay peut être défini comme le temps nécessaire à un signal pour remonter vers un satellite et redescendre vers une station de réception.

Pour les communications en temps réel, plus le délai de transmission est court, meilleur sera le système de communication. Par exemple, si un satellite GEO a besoin de 0,25 seconde pour un aller-retour, alors le satellite MEO a besoin de moins de 0,1 seconde pour effectuer le même voyage. Les MEO fonctionnent dans la gamme de fréquences de 2 GHz et plus.

Satellites en orbite terrestre basse (LEO)

Les satellites LEO sont principalement classés en trois catégories, à savoir les petits LEO, les gros LEO et les Mega-LEO. Les LEO seront en orbite à une distance de 500 à 1000 miles au-dessus de la surface de la Terre.

Cette distance relativement courte réduit le délai de transmission à seulement 0,05 seconde. Cela réduit encore le besoin d'équipement de réception sensible et encombrant. Les petits LEO fonctionneront dans la gamme 800 MHz (0,8 GHz). Les gros LEO fonctionneront dans la plage de 2 GHz ou plus, et les méga-LEO dans la plage de 20 à 30 GHz.

Les fréquences plus élevées associées à Mega-LEOs se traduit par une plus grande capacité de transport d'informations et par la capacité d'un schéma de transmission vidéo en temps réel à faible retard.

Plates-formes haute altitude longue endurance (HALE)

Les plates-formes expérimentales HALE sont essentiellement des avions très efficaces et légers transportant du matériel de communication. Cela agira commevery low earth orbit geosynchronous satellites.

Ces embarcations seront alimentées par une combinaison de batteries et d'énergie solaire ou de moteurs à turbine à haut rendement. Les plateformes HALE offrironttransmission delays of less than 0.001 seconds à une altitude de seulement 70000 pieds, et même better signal strength pour appareils de réception portatifs très légers.

Slots orbitaux

Ici, il peut se poser une question qui avec plus de 200 satelliteslà-haut en orbite géosynchrone, comment les empêcher de se heurter ou d'essayer d'utiliser le même emplacement dans l'espace? Pour répondre à ce problème, des organismes de réglementation internationaux comme l'Union internationale des télécommunications (ITU) et des organisations gouvernementales nationales comme la Federal Communications Commission (FCC) désignent les emplacements sur l'orbite géosynchrone où les satellites de communication peuvent être localisés.

Ces emplacements sont spécifiés en degrés de longitude et sont appelés comme orbital slots. La FCC et l'UIT ont progressivement réduit l'espacement requis à seulement 2 degrés pour les satellites en bande C et Ku en raison de l'énorme demande de créneaux orbitaux.