Rapport de Projet Tut

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Dpartement Rseaux et Tlcommunications

RAPPORT DE PROJETREDIGE PAR MM. CARLI Olivier et FESSARD Simon

Etalement de spectre

PROMOTION 2007 2008 FORMATION TRADITIONNELLE 2me ANNEETRAVAIL REALISE SOUS LA DIRECTION DE Mme THEYS ClineProfesseur de Tlcom

Rapport remis au secrtariat du dpartement Rseaux et Tlcommunications le 25 Janvier 2008

Table des matires

Table des matires2

Prsentation du projet3

Les techniques dtalement de spectre51.Lorigine de ltalement de spectre et son intrt52.Ltalement de spectre par Squence directe63.Ltalement de spectre par saut de frquence74.La gnration des squences pseudo-alatoires8

Mise en pratique101.Initiation Matlab102.Le travail ralis13

Conclusion21

Sources22

Prsentation du projet

Enonc du sujet

Nous avons travaill sous la direction de Mme THEYS sur le sujet n6 intitul ltalement de spectre. Ce projet consistait en ltude thorique des diffrentes techniques dtalement de spectre ainsi que des normes associes. Puis laide de MATLAB, nous devions diter une nouvelle norme afin de raliser un TP de 2me anne.

Intrt du sujet

Ce sujet nous a permis de nous familiariser avec des mthodes de transmission utilises dans notre quotidien et dapprendre les tapes de ralisation dune norme IEEE. De plus, le travail que nous avons effectu offrira aux futures deuximes annes loccasion de dcouvrir ces mthodes de transmission.

Prsentation et analyse du cahier des charges

Tout au long du projet, Mme THEYS nous a encadrs et conseills. Nous avons organis notre travail en fonction des objectifs du cahier des charges que nous avons labor ensemble: Dresser une bibliographie approfondie sur le sujet Raliser un document de synthse sur les techniques dtalement de spectre Initiation MATLAB Raliser la transmission de deux signaux DSSS sur le mme canal sous MATLAB Etudier les codes dtalement

Prsentation de lenvironnement de travail

Pour la ralisation du projet, nous avons principalement travaill sur nos ordinateurs personnels et sur les postes de la salle de TP Tlcoms.

Gestion du projet

En cinq mois de travail en projet (septembre 2007 janvier 2008), nous avons rencontr X fois Mme THEYS:

Le 28 septembre 2007: Lors de la premire runion obligatoire o nous avons tabli le cahier des charges et pris connaissances de nos objectifs pour la seconde runion. Nous devions raliser un document de synthse denviron 15 pages sur les techniques dtalement de spectre et les normes associes et laccompagner dune bibliographie complte

Le 29 novembre 2007: Mors de la deuxime runion obligatoire, nous avons remis notre dossier de synthse Mme THEYS avant de faire le point sur notre travail puis sur le chemin quil nous restait parcourir. Nayant pas fix et dfini nos objectifs pour raliser la prochaine tape, Mme THEYS nous a demander de nous runir la semaine suivante

Le 6 dcembre 2007: Mme THEYS nous a communiqu des documents ainsi que des modles de TP sur ltalement de spectre. Nous devions alors faire un TP sur le DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) et essayer den comprendre la modulation puis la dmodulation pour la prochaine runion.

Le 13 dcembre 2007: Nous avons prsent nos rsultats Mme THEYS. Ayant bien compris le principe de DSSS, elle nous a demand dapprofondir notre travail en transmettant 2 signaux sur le mme canal.

Le 10 janvier 2008: Mme THEYS nous a demand dorganiser nos rsultats sous forme dun compte-rendu de TP.

Les techniques dtalement de spectre

Dans cette partie, nous allons vous faire une brve prsentation des techniques dtalement de spectre DSSS et FHSS. Nous allons commencer par voquer les raisons de leur cration et leur intrt puis nous continuerons en expliquant leur fonctionnement. Nous finirons en exposant le procd de gnration des codes pseudo-alatoires utiliss lors de ltalement. Ceci dans le but de vous donner quelques notions afin de mieux apprhender la partie pratique de ce projet ralise sous Matlab.

1. Lorigine de ltalement de spectre et son intrt

Les techniques dtalement de spectre permettent ltalement du signal dans le domaine temporel ou le domaine frquentiel.

Cest une actrice, Hedy Lamarr qui est lorigine de ces techniques. En effet, Hedy durant son premier mariage apprit beaucoup sur les armes grce son mari, Fritz Mandl, un fabricant darme travaillant pour Hitler. Voyant ce dernier simpliquer de plus en plus dans les activits Nazis, elle dcide de le quitter. Cependant, elle garde lesprit les problmes de brouillage du signal de tlcommande des missiles vendus par son ex-mari. Progressivement, elle ralise que si la frquence du signal mis et celle du rcepteur sautent dans une fourchette assez proche, le brouillage en sera plus difficile.

En 1940, elle construisit laide de George Antheil, un compositeur amricain, un dispositif suivant le principe des cartons perfors des orgues de barbarie pour permettre la synchronisation des cts metteur-rcepteur. Ce nest que plus tard, lors de linvention du transistor, que la marine amricaine a employ lide dans des communications protges. Il sagit des dbuts du CDMA (Code Division Multiple Access).

Ltalement de spectre est, de nos jours, une technologie massivement utilise dans les tlcommunications de nombreux domaines.

Quels sont les buts et les applications de cette technique ? La lutte contre les brouilleurs La suppression des interfrences La protection contre les trajets multiples des ondes La faible probabilit dinterception La scurit Le systme CDMA (accs multiple non coordonn) La localisation (RADAR, GPS)

Il existe plusieurs techniques dtalement de spectredont FHSS (Frenquency Hopping Spread Spectrum) et DSSS (Direct Squence Spread Spectrum) que nous vous prsenterons par la suite. Nous allons dvelopper dans la deuxime partie le fonctionnement de la technique DSSS. En effet, il sagit de la technique que nous avons exprimente lors de la phase pratique de ce projet.

2. Ltalement de spectre par Squence directeLe DSSS signifiant Direct Sequence Spread Spectrum ou talement de spectre squence directe en franais est une technique d'talement de spectre utilise dans les rseaux sans fil et plus prcisment la norme Wifi.Cette technologie consiste transmettre pour chaque bit une squence de Barker galement appele bruit pseudo-alatoire. Ainsi chaque bit valant 1 est remplac par une squence de bits et chaque bit valant 0 par son complment.

DSSS Direct Squence Spread Spectrum

La couche physique de la norme 802.11 dfinit une squence de 11 bits 10110111000 pour reprsenter un 1 et son complment 01001000111 pour coder un 0. Cette technique est appele chipping.Grce au chipping, de l'information redondante est transmise ce qui permet d'effectuer des contrles d'erreurs voire de la correction d'erreurs. Dans les rseaux Wifi, la bande ISM 2.4 GHz 2.4835 GHz est divise en 14 canaux de 20 MHz. Les canaux se recouvrent donc comme lindique le schma qui suit.

L'utilisation d'un seul canal pour la transmission est un inconvnient si diffrents rseaux 802.11 DSSS se superposent. On peut remdier cet inconvnient en utilisant la technique FHSS.

Lorsqu'un canal est slectionn, le spectre du signal occupe une bande comprise entre 10 et 15 MHz de chaque cot de la frquence centrale, ce qui limite 3 le nombre de canaux utiliss simultanment.Dans le cadre d'applications militaires, le DSSS peut tre utilis dans un tout autre but: dissimuler le signal en augmentant sa ressemblance avec un bruit alatoire.

3. Ltalement de spectre par saut de frquenceLe FHSS pour Frequency Hopping Spread Spectrum ou talement de spectre par saut de frquence en franais est une mthode de transmission de signaux qui utilise plusieurs canaux selon une squence alatoire connue de l'metteur et du rcepteur.

Cette technique offre plusieurs avantages par rapport l'utilisation d'une frquence unique. Il permet de rendre le signal transmis trs rsistant aux interfrences et difficile intercepter. De plus, les signaux peuvent partager des bandes de frquence avec d'autres types de transmission, ce qui permet d'utiliser plus efficacement la bande passante.Au dpart, le FHSS a t conu dans un but militaire afin d'empcher l'coute des transmissions radio. En effet, une station ne connaissant pas la combinaison de frquences utiliser ne pouvait pas couter la communication car il lui tait impossible dans un intervalle de temps de 300 ms de trouver la frquence sur laquelle le signal tait mis puis de chercher la nouvelle frquence. De plus, cette mthode offre une forte rsistance aux attaques par interfrence radio. Dans un souci de scurit, les transmissions militaires utilisant le FHSS sont en plus cryptes.Aujourd'hui les rseaux locaux sans fil utilisant cette technologie sont standards ce qui signifie que la squence de frquences utilises est connue de tous. La notion de scurisation des changes nest donc prise en ligne de compte. Cette technique est utilis dans le standard Wifi afin de rduire les interfrences entre les transmissions des diverses stations d'une cellule. La bande de frquence ISM 2.4 GHz - 2.4835 GHz est dcoupe en 79 canaux de 1 MHz permettant de crer thoriquement 26 rseaux fonctionnant simultanment. La transmission se fait ainsi en mettant successivement sur un canal puis sur un autre pendant un court intervalle de temps de 300 ms.

4. La gnration des squences pseudo-alatoires

Les squences pseudo-alatoires constitues de +1 et de -1 galement notes 1 et 0 selon l'approche sont gnres par matriel ou logiciel. Ces codes doivent respecter diffrentes proprits:

Lquilibre (balance) des 0 (ou 1) selon la notation et des 1

La distribution des squences de 1 conscutifs suit une loi gomtrique. Une moiti des squences est de longueur 1, 1/4 est de longueur 2, 1/8 est de longu