Présentation Cdma, Multiplexage CDMA, principes de Code et cas d'exemple

ECOLE NATIONALE SUPERIEUREPOLYTECHNIQUE_CAMEROUN

/UY1/ENSP/4GTEL_22 AVRIL 2015

PUBLIÉ PARMAX BENANA

Code

Division

Multiple

Access

THÈME: CDMA

PLAN DE L’EXPOSEI. INTRODUCTIONII. ORIGINE ET HISTORIQUE DU CDMAIII. EVOLUTION DES GENERATIONS DE MOBILESIV. EVOLUTION DES NORMES CDMAV. GENERATION D’UN SIGNAL CDMAVI. RECEPTION D’UN SIGNAL CDMAVII. TRAITEMENT D’UN APPEL EN CDMAVIII. TECHNIQUE DE MULTIPLEXAGEIX. RAKE RECEIVERX. ARCHITECTURE DU CDMAXI. HANDOFFXII. POWER CONTROLXIII. ROMINGXIV. AVANTAGES ET LIMITES DU CDMAXV. COMPARAISON GSM VS CDMAXVI. CONCLUSION

INTRODUCTION

THÈME: CDMA

A l'origine, la téléphonie avait pour objet de transporter de la voix. Aujourd'hui, le réseau téléphonique transporte de la voie mais également des images et des données. Ainsi l'homme peut communiquer n'importe où, sans avoir à rester figer avec notamment l'apparition des systèmes de téléphonie sans fil et de radiocommunications spatiales.

Grâce à l'avènement de la radiotéléphonie, l'on peut désormais s'offrir la facilité de joindre un correspondant où qu'il soit et de dialoguer avec celui-ci tout en se déplaçant. Cependant les technologies utilisées dans les systèmes de radiotéléphonie étant nombreuses, leurs déploiements et techniques de communication diffèrent les uns des autres. CDMA et GSM sont les plus répandus dans le monde. Il importe donc à l’ingénieur intervenant dans les télécommunications de posséder une vue d'ensemble sur le domaine de la téléphonie pour son travail quotidien ainsi que pour mieux suivre les évolutions futures de la téléphonie. C'est dans cette optique que nous a été proposé le thème : la technologie CDMA. L'objectif de notre étude sera donc de présenter la technologie CDMA, d’étudier son évolution, son architecture, ses principes et enfin ses avantages et inconvénients.

ORIGINE ET HISTORIQUE DU CDMA

• 1941C'est une actrice hollywoodienne, Hedy Lamarr, aidée de George Antheil, qui est à l'origine de ce système, en déposant un brevet en 1941. Ils proposaient cette technique pour que le guidage radio de torpilles ne puisse être intercepté par l'ennemi. Cependant, l'armée américaine a attendu que le brevet expire pour l'exploiter dans la communication satellitaire.

• 1993Qualcomm a été le premier à développer cette technologie. En 1993, elle est adoptée par la Telecommunication Industry Association. Plus tard elle est améliorée et affinée par Ericsson.

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EVOLUTION DES GENERATIONS DE MOBILES

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1. Différentes Générations des réseaux de mobiles

Les communications entre utilisateurs mobiles se développent rapidement et représentent un énorme marché pour cette première décennie du 21ème siècle. Cinq générations de réseaux de mobiles se sont succédé, qui se distinguent par la nature de la communication transportée :

1G : Communication analogique2G : Communication numérique sous forme circuit3G : Communication sous forme paquet, sauf pour la parole téléphonique4G : Communication multimédia sous forme paquet à très haut débit5G : Communication multimédia et service Cloud à l’aide de plates-formes dites « d’altitude »

EVOLUTION DES GENERATIONS DE MOBILES

THÈME: CDMA

2. Evolution de la communication mobile

EVOLUTION DES NORMES CDMA

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1995CDMAOne IS-95A

1998 CDMAOne IS-95B

2001 CDMA2000® 1x

2003 EV-DO Rel. 0

2003 EV-DO Rev.A

2005 EV-DO Rev.B


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1. CDMAOne

IS-95A (1995) Voix Données 14,4

Kbits/s

IS-95B (1998) Voix Données 64

Kbits/s

2. CDMA2000® 1x (2001)

Compatibilité ascendante avec IS-95 Amélioration par env. 2 de la capacité en phonie Débit maximum 153 kbit/s (Forward / Reverse

Link) Commercialement établi dans de nombreux

pays

DESCRIPTION DES NORMES


THÈME: CDMA

3. EV-DO Rel. 0 (2003)

Forward Link 2,4 Mbit/s Reverse Link 153 kbit/s Optimisé pour transmission de

données Disponible commercialement

4. EV-DO Rev. A (2003)

Forward Link 3,1 Mbit/s Reverse Link 1,8 Mbit/s Downward-compatible Rel. 0 QoS VoIP Multicast Introduction commerciale au deuxième

semestre 2006



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5. EV-DO Rev. B (2005)

Forward Link 46,5 Mbit/s Reverse Link 27 Mbit/s dans une bande passante de 20 MHz Compatibilité ascendante avec Revision 0 et Revision A Avec 64QAM jusqu’à 73,5 Mbit/s en Forward Link dans une bande

passante de 20 MHz


GENERATION D’UN SIGNAL CDMA

THÈME: CDMA

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

La Génération d’un signal en CDMA s’effectue en 5 Principales étapes:

1. CAN2. Vocoder3. FEC4. Channeling5. CAN6. Modulation


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EXPLICATION DES ETAPES

Un convertisseur analogique-numérique (CAN, parfois convertisseur A/N), est un montage électronique dont la fonction est de traduire une grandeur analogique en une valeur numérique (codée sur plusieurs bits), proportionnelle au rapport entre la grandeur analogique d'entrée et la valeur maximum du signal.

CAN

zim://A/A/html/%C3%89/l/e/c/%C3%89lectronique.html

zim://A/A/html/U/t/i/l/Utilit%C3%A9.html

zim://A/A/html/A/n/a/l/Analogique.html

zim://A/A/html/N/u/m/%C3%A9/Num%C3%A9rique.html

zim://A/A/html/B/i/t/_/Bit_(informatique).html


THÈME: CDMA


Généralement, nous marquons des pauses entre les syllabes et les mots pendant que nous parlons. Le CDMA tire parti de ce fait en utilisant un encodeur à débit variable. Il possède de ce fait 4 débits possibles : Full-1/2; ¼; 1/8;

Le Full est utilisé lorsque l’interlocuteur parle très rapidement, 1/8 par contre est utilisé lorsqu’il est très silencieux. Les systèmes CDMA peuvent utiliser des vocoder à 8kbps ou à 13 Kbps.

VOCODER


THÈME: CDMA


Leur but est de créer des redondances dans le code de telle manière que si une information se perd pendant la transmission, qu’elle puisse être reconstituée. Il est constitué de 2 technologie:Encodeur: Les bits encodés sont appelés symboles et à la réception, nous utilisons un décodeur qui se base sur la majorité. Et en cas d’erreur, la redondance aide à retrouver les informations perdues.Entrelacement: c’est une technique qui consiste à embrouiller un signal à l’émission et à désembrouiller le signal à la réception.

FEC (Encodage et Entrelacement)


THÈME: CDMA


C’est ici la plus haute particularité du CDMA.

En effet, La voix encodée est une fois de plus encodée (à l’aide de Codes) afin de la séparée (lors du multiplexage) des autres voix encodées. la technique utilisée est appelée étalement de spectres.

CHANNELING (Etalement du Spectre)


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Un convertisseur numérique-analogique (CNA, de N/A pour numérique vers analogique ou, en anglais, DAC, de D/A pour Digital to Analogic) est un composant électronique dont la fonction est de transformer une valeur numérique (codée sur plusieurs bits) en une valeur analogique proportionnelle à la valeur numérique codée. Le plus souvent, la valeur codée sera une tension électrique.

CNA

zim://A/A/html/C/o/m/p/Composant_%C3%A9lectronique.html

zim://A/A/html/N/u/m/%C3%A9/Num%C3%A9rique.html

zim://A/A/html/B/i/t/_/Bit.html

zim://A/A/html/A/n/a/l/Analogique.html

zim://A/A/html/T/e/n/s/Tension_%C3%A9lectrique.html


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EXPLICATION DES ETAPESMODULATION (QPSK)

Technique Utilisée: (QPSK)

RECEPTION D’UN SIGNAL CDMA

THÈME: CDMA

PRINCIPE

• Le signal RF reçu par le convertisseur analogique-numérique est converti en signal numérique avant d’être traité.

• Le Despreader permet d’effectuer la mise en forme initiale du signal étalé.

• C’est-à-dire que le signal est multiplié par un code fourni par le générateur de code.

• Le code généré à ce niveau permet la mise en forme initiale du signal.

• Le FEC effectue le désentrelacement et le décodage du signal.

• Le vocoder, lui effectue la décompression du signal vocal.

• Et le convertisseur numérique-analogique est fait pour restituer le signal final.

TRAITEMENT D’UN APPEL EN CDMA

Fig. Etapes de Traitement d’un appel

1. Initialisation

Dans cette phase, le mobile accède au système via le pilot

channel (canal pilot) le mobile synchronise avec le système via le

synchronous channel. Les opérations effectuées sont :

la vérification et la correction de la puissance d’émission du mobile.

la synchronisation en temps.

THÈME: CDMA



2. Mode Iddle ou Inactif

Dans cette phase , Le mobile n’est pas en train d’appeler il doit

rester en communication avec la BTS. La BTS et le mobile communiquent via les

access channel et le paging channel. Le mobile recupére les informations à travers le

paging channel. A ce niveau aucun code n’est encore décidé.

THÈME: CDMA



3. Mode Acces

Dans cette phase, Le mobile a accès au réseau via l’access channel Les access channel et paging channel prenne en

charge la communication BTS-MS jusqu’à l’établissement d’un traffic channel.

Dans ce mode, seulement le choix du code est fait.

THÈME: CDMA



4. Mode Traffic

Nous allons considérer ici deux cas : Le mobile reçoit un appel ou LTM (Land To Mobile Call)

Lors de la réception d’un appel, le mobile reçoit une page du paging channel, le mobile répond via le access channel ; le traffic channel est établie et maintenue tout au long de l’appel.

Le mobile est à l’origine de l’appel ou MTL (Mobile to Land Call)

Lorsque le mobile est à l’origine de l’appel, la demande d’appel est effectuée via l’access channel, la BTS répond au mobile via le paging channel, le traffic channel est établit et maintenu tout au long de l’appel.

Dans les cas, une fois l’appel terminé, le mobile retourne à la position IDDLE. Ce mode procure au CDMA un double avantage : Diminution du trafic de signalisation Economie des batteries des mobiles

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TECHNIQUES DE MULTIPLEXAGE

Il existe de nombreuses techniques de multiplexage utilisées en communicationMobile. Notons parmis toutes:

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)

• TDMA (Time Division Multiple Access)

• SDMA (Space Division Multiple Access)

• OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access

• CDMA (Code Division Multiple Access)

THÈME: CDMA


FDMA (Frequency Division Multiple Access)

• Le spectre de fréquences est subdivisé en canaux (dits aussi sous-canaux) • Chaque émetteur utilise la bande de fréquences qui lui est allouée le temps d’un

appel (connexion)

THÈME: CDMA


FDMA (Frequency Division Multiple Access)

AVANTAGES DU FDMA:• Simple au niveau algorithmique• Réutilisation de fréquences dans les systèmes cellulaires• Equitable quand le trafic est uniforme/constant (ex. Téléphonie)• Pas besoin de synchroniser les horloges des stations• Adaptée à n’importe quel type de modulation

LIMITES DU FDMA:• Les sous-bandes utilisées pour séparer les canaux (i.e. de garde) sont perdues• Le débit max dépend de la largeur des canaux, d’où l’on ne peut atteindre de

très haut débits• Nécessite plus de capacités de filtrage pour s’adapter à différents canaux et

éviter les perturbations venant des canaux voisins• Une bande allouée ne peut plus être utilisée même si la station à laquelle elle a

été allouée est silencieuse THÈME: CDMA


TDMA (Time Division Multiple Access)

• Le TDMA (Time Division Multiple Access) ou multiplexage temporel utilise le fait que la fréquence d’envoi des bits d’information est plus faible que la capacité du réseau .On peut donc profiter des « temps morts » pour transmettre une deuxième communication. (la durée d’un envoi de données correspondait à la durée d’une superTrames

• Le temps est découpé en supertrames (trames temporelles) de même taille• Chaque supertrame est découpée en slots de taille fixe• Dans chaque supertrame, chaque station i a le droit d’utiliser Ni slots• Technique de service : Round Robin• Tout slot laissé libre par une station ne peut être utilisé par les autres stations• Chaque mobile accède au réseau de manière discontinue dans le temps.

THÈME: CDMA

TC : temps de transmission d’un échantillonT : temps entre 2 échantillons

T TCTemps inutilisé

t





AVANTAGES DU TDMA:• Débit flexible (avec TDMA statistique seulement)• Pas de fréquences de garde perdues • Filtre de fréquence simple (pas besoin de s’adapter à différentes bandes de

fréquences) • Durée de batterie plus élevée

LIMITES DU TDMA:• Nécessité d’horloges synchronisées tout le temps • distorsion quand les signaux se propagent sur plusieurs chemins• non adaptée aux réseaux degrande taille à cause des problèmes de

synchronisation d’horloges

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FDMA+TDMA ( Cas du GSM)

La bande est subdivisée en canaux • 2 fois 25 MHz de bande ont été alloués (uplink et downlink)• Largeur des canaux étant de 200 kHz• On obtient 124canaux duplex qui ont été répartis entre les opérateurs (ex. SFR

utilise 63 à 124)• Les bandes des deux liaisons sont séparées par 20 MHz, ce qui porte à 45 MHz

l'écart duplex• L'écart duplex entre fréquences émission et réception du mobile est de 45 Mhz

Capacité théorique du réseau • Bande disponible 915 – 890 MHz = 25 MHz • Sous Bandes disponibles 25 / 0,2 = 125 bandes • Nombre d’intervalles de temps 125x8 IT =1000 , soit 1000 utilisateurs simultanés par zone

THÈME: CDMA


CDMA (Code Division Multiple Access)

• Plusieurs stations utilisent une même bande de fréquence et peuvent transmettre en même temps

• Chaque station utilise son code propre pour transmettre• Code = une suite de n bits connue de l’émetteur et récepteur• Chaque bit (1 ou 0) à transmettre est multiplié par le code et on transmet n bits On

parle d’étalement de spectre transmet n bits. On parle d’étalement de spectre.• La « QUASI-TOTALITÉ » des réseaux 3G ont adopté CDMA (dans les

réseaux UMTS, on parle de W-CDMA)

THÈME: CDMA



THÈME: CDMA

Emission du Signal Par un Terminal



THÈME: CDMA

Rappels Mathématiques

PRODUIT SCALAIRE

Dans l’ensemble des reels, il se définit comme étant le produit de 2 vesteurs i.e un nombre reel telque:Soit et 2 vecteurs.

Ex: , Alors,



THÈME: CDMA


MATRICES DE HADAMAR

Il s’agit de Matrice Carrées définies comme suit:

C’est-à-dire pour les premières, on a :

(𝐻 8 )= [1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

1 11 −1

](𝐻 8 )=[𝐻 4 𝐻 4

𝐻 4 −𝐻4]



THÈME: CDMA


FONCTION DE WALSH

• Il existe plusieurs méthodes pour construire des séquences binaires orthogonales entres elles. • Les fonctions de Walsh sont les plus souvent utilisées.• Les fonctions de Walsh sont à l’origine des fonctions à deux niveaux ±1. • Elles peuvent être fabriquées aisément à partir des matrices de Hadamar.• Une fonction de Walsh est fabriquée en recopiant une ligne de ces matrices génératrices.

(𝐻 8 )=[1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

1 11 −1

]Exemple de function de Walsh



THÈME: CDMA


SEQUENCE DE WALSH

• On appelle séquence de la fonction de Walsh le nombre de transitions rencontrées. par exemple la troisième ligne de la matrice H8 donne la suite : ++ -- ++ -- qui possède 3 transitions de + à – ou inversement, il s’agit donc de W3. • On pourra vérifier que toutes les séquences ainsi crées sont orthogonales entre elles et orthonormées, (le carré scalaire est égal à 1).

(𝐻 8 )= [1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

1 11 −1

1 11 −1

1 11 −1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

−1 −1−1 1

1 11 −1

]¿𝑾 𝟑

𝒊 (𝒕 )∨𝑾 𝟑𝒋 (𝒕 )≥𝟎∀ 𝒊 , 𝒋={𝟏 ,𝟐 ,𝟑 ,𝟒 ,𝟓 ,𝟔 ,𝟕 ,𝟖 }



THÈME: CDMA

Principe du Multiplexage / Demultipexage CDMA



THÈME: CDMA

Principe du Multiplexage CDMA

Le CDMA appartient à la classe des multiplexages dits à étalement de spectre. En effet, chaque utilisateur émet sur toute la largeur de bande du canal de communication. Le principe est le suivant : à chaque utilisateur correspond une clé (ou code) à l’aide de laquelle son message est codé avant d’être émis.A la reception, le recepteur admis pourra lire le message à partir de la connaissance du code de son émeteur.



THÈME: CDMA

Principe du Demultiplexage CDMA

Pour le Démultipexage, considerons notre station de base qui possède tous les codes des utilisateurs de ses cellules et doit retrouver tous les signaux émis par les utilisateurs, afin de les dispatcher dans le réseau.



THÈME: CDMA

Transmission du Signal

TECHNIQUE D’ETALEMENT DE SPECTRE

Il existe en effet plusieurs techniques possible d’étalement de spectre pour le CDMA:

• TH-CDMA (Time Hopping- CDMA)

• FH-CDMA (Frequency Hopping- CDMA)

• DS-CDMA ( Direct Sequence- CDMA)

Cependant, la technique utilisée pour la communicatuion est celle du DS-CDMA; Les autres étant expérimentales

THÈME: CDMA

TECHNIQUES DE MULTIPLEXAGEPartie 1:

SYSTEME SYNCHRONISE(TRANSMISSION DE LA BS AUX UTILISATEURS)

Emeteur: BSRecepteur: Utilisateurs

Etalement/Desetalement avec:Walsh Code

TECHNIQUES DE MULTIPLEXAGECDMA (Code Division Multiple Access)

Emission du Signal

THÈME: CDMA

ETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA

Soit:• le signal bipolaire décrivant la suite de bits à transmettre (Données)• le code d’étalement (Séquence d’étalement)

le signal transmis est.Dans le cas ou plusieurs signaux sont émis simultanément :



THÈME: CDMA

DESETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Reception du Signal )

• Le signal u(t) reçu est multiplié par la séquence code et le résultat appliqué à un intégrateur remis à zéro à la fin de chaque période bit.

• On notera que le signal identifié est retardé d’une période bit, puisque le résultat de l’intégration n’est disponible qu’à la fin de la période bit.𝑌 𝑖 ( t )=¿𝐶𝑖 (t )∨𝑢 (𝑡 )>¿𝑆 𝑖 (t )



THÈME: CDMA

DESETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Reception du Signal )

Si le code utilisé à la réception est différent de celui qui a servi au codage, le seuil n’est pas atteint et le comparateur de sortie ne délivre que des zéros, c’est le cas de la figure ci-contre :

i.e est un Code ne provenant pas de la fonction de Walsh



THÈME: CDMA

EXEMPLE D’ETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Emission du Signal )

Supposons une BTS qui supporte 4 utilisateurs:

Utilisateur 1Utilisateur 2 Utilisateur 3Utilisateur 4

Le code total transmit sera donc



THÈME: CDMA

EXEMPLE D’ETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Emission du Signal )

Ainsi, la matrice de Walsh associée s’écrira (Par exemple) :(Par exemple) Où



THÈME: CDMA

EXEMPLE DE DESETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Reception du Signal )

En considérant que la réception est synchrone, on a alors au niveau de chaque abonné un désétalement de spectre, comme illustré ci-dessous :

Utilisateur 1

Utilisateur 2

Utilisateur 2

Utilisateur 2

THÈME: CDMA

TECHNIQUES DE MULTIPLEXAGEPartie 2:

SYSTEME NON SYNCHRONISE(TRANSMISSION DES UTILISATEURS VERS LA BS)

Emeteur: UtilisateursRecepteur: BS

Etalement/Desetalement avec:PN (Pseudo Noise)


Emission du Signal

THÈME: CDMA

Contrainte Sur Les PN: Etant donné que les codes dans ce cas sont non-orthogonaux, la contrainte diffère:

On ne veut plus une correlation nulle, mais une correlation faible, par contre elle doit rester faible avec un ecart entre 2 codes

Pour ce, on utilise • Sequence de Bridge (CDMA)• Sequence de Gold (UMTS_W-CDMA)• Sequence de Kasami (UMTS_W-

CDMA)


Emission du Signal

THÈME: CDMA

On se place dans la situation suivante : • K utilisateurs souhaitent transmettre des informations via un même canal. • Chaque information est modélisée par une suite de . . • On désigne par k le kième utilisateur.• Le principe du CDMA consiste en l’utilisation de codes. Chacun utilise un code

propre, de la forme :

{ak} est un <<pseudo-noise (PN) code sequence>>, chaque ak vaut ±1. P(t) est une pulsation de durée Tc. On a donc T=LTc. On peut donc considérer les gk comme des vecteurs de.


Emission du Signal

THÈME: CDMA

Pour un utilisateur k, on aura le signal

On couple alors tous les utilisateurs et le signal émis devient :

représente le délai de transmission pour l’utilisateur k. représente l’energie du signal représente le code

Fig. exemple de code


Reception du Signal

THÈME: CDMA

Principe:

1. Le recepteur multi-utilisateur reçoit un signal r(t)2. Il extrait tous les signaux de ses cellules3. Il revoie ainsi ces derniers au réseaux qui les everra dans les sites de destination

RAKE RECEIVERPRINCIPE

THÈME: CDMA

Le récepteur en râteau est conçu pour détecter de façon optimale un DS-CDMA transmis sur dispersif canal à trajets multiples. C’est une extension du concept de filtre adapté.

Fig. Filtre adaptée pour le récepteur

Dans le récepteur à filtre adapté, le signal est en corrélation avec une copie généré localement de la forme d'onde du signal.

RAKE RECEIVERAPRES LE RAKE RECEIVER

THÈME: CDMA

Fig. Rake Receiver avec 5 doigts

Un récepteur à étalement de spectre avec le râteau surpasse un récepteur simple avec un seul corrélateur.

http://www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr05/cdma/rakeperf.htm#sampler

THÈME: CDMA

ARCHITECTURE DU CDMA

PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Partie Commutation

Partie Data

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Il s'agit d'un terminal mobile authentifié et autorisé à accéder au réseau mobile. Dans le CDMA (ou l’EVDO), l'abonnement étant séparé du terminal utilisé, ce terminal est l'association des deux éléments suivants : • le terminal physique, appelé

Mobile Equipment (ME) : • Carte UIM

MS: Mobile Station

zim://A/A/html/M/o/b/i/Mobile_Equipment.html

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

La BTS est un ensemble d’émetteurs-récepteurs ayant pour rôle de recevoir les appels entrants et sortants des équipements mobiles.

BTS: Base Transceiver Station

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

La BSC assure la gestion des ressources radio car c’est elle qui ordonne à la BTS l’attribution d’un canal radio pour le trafic utilisateur et qui libère le canal une fois la communication terminée ainsi que la gestion du Soft handover.

BSC (Base Station Controller)

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Les MSC sont les éléments principaux de l’architecture CDMA. Ils contrôlent le handover entre plusieurs BSC auxquels ils sont connectés, et contrôlent également le handover entre eux et les autres MSC.

MSC (Mobile Switching Center)

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Le VLR est une base de données temporaire contenant des informations sur tous les utilisateurs (Mobile Stations) d'un réseau, et qui est parfois intégré dans le Mobile service Switching Center(MSC).

VLR (Visitor Location Register)

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Les HLR sont les “registres centraux” contenant les informations sur les abonnés. Un abonné a ses informations stockées dans un HLR de l’operateur.

HLR (Home Location Register)

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

La HA a plusieurs rôle:• prend en charge la transparence des

données • maintient également une session

d'utilisateur• soutient l'affectation dynamique

d'utilisateurs de la AAA• fournit une adresse IP d'ancrage pour le

mobile

Le HA agit un peu comme l’EIR du Réseau GSM, mais avec plus de rôles.

HA (Home Agent)AAA (Authentication, Authorization, Accounting)

Les serveurs AAA dans les réseaux de données CDMA sont des entités qui fournissent IP (Internet Protocol) fonctionnalité pour soutenir les fonctions d'authentification, d'autorisation et de comptabilité.

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Le nœud de service de données par paquets (PDSN) est un élément de réseau central (NE) dans un réseau d'accès (CDMA).

Le PDSN est une passerelle pour une station mobile (MS) d'accéder à un réseau public de données (PDN).

PDSN (Packet Data Serving Node) PSTN (Public Switched Telephone Network)

Dans le cas d'un réseau construit par un opérateur public, on parle parfois de réseau téléphonique commuté public (RTCP).

Le PSTN (ou RTC) est le réseau du téléphone (fixe et mobile), dans lequel un poste d'abonné est relié à un central téléphonique par une paire de fils alimentée en batterie centrale (la boucle locale).

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMC

OMC-ROMC-S

HA

Le Backbone vue Topologie IP montre les liens entre les routeurs, les sous-réseaux, les interfaces et les emplacements réseau.

La portée des ressources incluses dans la vue est déterminé par le réseau IP ou un emplacement réseau qui contient la ressource pour laquelle le Backbone IP est sélectionné.

IP CORE (Backbone IP) OMC (Operation and Maintenance Center)

L’OMC est le centre de contrôle de l’exploitation et de la maintenance du réseau CDMA.

On en distingue 2 sortes d’OMC au cœur du réseau à savoir :OMC–R OMC Radio pour le contrôle de la partie BSSOMC–S OMC Switch pour le contrôle de la partie NSS

THÈME: CDMA


PDSN

A1/A2

Abis

A3/A7

A10/A11

MSCVLR

BSC

BSCRouter

BTS

GMSC

AAA

HLR

IP Core

BTS

PSTN

BTSMS

MS

MS

OMCOMC-R

OMC-S

HA

Le BSS Base Station Sub-system est le sous-système radio du réseau CDMA. En effet, la communication D’un téléphone mobile se fait à travers une BTS.

Dans la norme CDMA, le BSS est constitué de 3 principales entités à savoir : MS et UIM, BTS, BSC.

BSS (Base Station Subsystem) NSS (Network and Switching Subsystem)

Le NSS Network & Switching SubSysem est par définition le système réseaux qui s’occupe de l’interconnexion avec les réseaux fixes, publics ou privés, auxquels est rattaché le réseau mobile.

Dans la norme CDMA, le NSS est constitué de 10 principales entités à savoir : MSC, HLR, VLR, GMSC, HA, AAA, PDSN, PSTN, IP CORE, OMC.

BSS NSS

THÈME: CDMA

IS-41

PSTN

IS-2001( IOS )

IP

INTERNET

HLR

VLR

¨IWF

AAA

MSCMSC VLR

IS-41

AC

ISP

PDSNFA

HA

MSMS MS

Architecture d’un réseau EV-DO

AT

ANIS-856

IS-2001( IOS )

IS-2000

HANDOFF

PRINCIPE DU HANDOFF

THÈME: CDMA

Le handover est l'ensemble des opérations mises en œuvre permettant qu'une station mobile puisse changer de cellule sans interruption de la conversation.Contrairement au cas du GSM où on ne retrouve qu’un seul type de handoff (hard handover), ici on retrouve différents types de handoff. Il est surtout important ici de bien distinguer ce qu’on nomme hard handover (GSM) qui coupe la connexion au réseau, du soft/softer handover (CDMA) qui conserve la connexion permanente au réseau.

HANDOFF

HARD HANDOVER (GSM)

THÈME: CDMA

Le hard handover est lorsque le canal de la cellule source est libéré et le canal dans la cellule cible est engagé. Ainsi, la connexion à la cellule source est rompue avant (ou au même moment) l'établissement de la liaison avec la cellule cible.

HANDOFF

SOFTER HANDOVER (CDMA)

THÈME: CDMA

Le « softer handover » se produit quand les stations de base sont sectorisées ( gèrent plusieurs cellules)Ainsi, quand le terminal mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux secteurs adjacents d'une même station de base, les communications avec la station de base empruntent simultanément deux canaux radio, un pour chaque secteur.

On compte généralement 5 à 10 % des terminaux mobiles d'une cellule qui sont en situation de softer handover.

HANDOFF

SOFT HANDOVER (CDMA)

THÈME: CDMA

Durant un « soft handover », le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture commune à deux stations de base.

On considère que 20 a 40 % des usagers sonten situation de soft handover.

POWER CONTROL

THÈME: CDMA

Un mobile émettant à une puissance trop élevée peut empêcher tous les autres mobiles de la cellule de communiquer car le premier éblouirait le récepteur. Cet effet near-far peut être constaté par exemple par un émetteur au pied de la station de base et d'autres en périphérie ; ces derniers, dont la puissance arrive au récepteur érodée par la distance, seront masqués par le signal du premier.Pour remédier à ce problème important, il est impératif d'établir un mécanisme de contrôle de puissance, nous distinguons donc alors:

• Contrôle de puissance en boucle ouverte• Contrôle de puissance en boucle fermée• Contrôle de puissance en boucle extérieure

PRINCIPE DU POWER CONTROL

POWER CONTROLContrôle de puissance en boucle ouverte

THÈME: CDMA

Ce contrôle permet d'évaluer les pertes du canal entre la station de base et l'usager mobile afin de définir à quelle puissance le terminal mobile doit émettre pour compenser les phénomènes d'évanouissements. L'évaluation est faite dans le sens descendant, sur des canaux prévus à cet effet et on suppose, de façon abusive, que les pertes sont identiques pour la voie montante et descendante.

Bien qu'imprécis, ce contrôle est nécessaire pour les terminaux mobiles lors de l'établissement d'une connexion afin de définir approximativement le niveau de puissance auquel ils doivent émettre. Le contrôle de puissance en boucle fermée permettra ensuite d'ajuster cette puissance.

POWER CONTROLContrôle de puissance en boucle fermée

THÈME: CDMA

Ce contrôle de puissance permet de compenser les évanouissements rapides qui dégradent régulièrement le signal. La station de base réalise de fréquentes estimations du rapport signal à interférence (Signal to Interference Ratio) et les compare à la valeur SIR cible. Si la valeur SIR estimée est supérieure à la SIR cible, la station de base demande au mobile de réduire sa puissance d'émission ; à l'inverse, il peut lui demander de l'augmenter.

Cette opération est réalisée 800 fois par seconde (800 Hz) pour chaque mobile, ce qui permet de prendre en compte n'importe quelle variation de l'affaiblissement, même celle due au fast-fading (évanouissement rapide dû aux trajets multiples). Ainsi, tous les signaux reçus ont une même puissance. Ce mécanisme est utilisé tant dans le sens descendant (pour limiter les interférences intercellulaires) que ascendant (vers le récepteur).

POWER CONTROLContrôle de puissance en boucle extérieure

THÈME: CDMA

Ce contrôle de puissance permet d'ajuster les valeurs cibles des SIR en fonction de l'utilisation du lien radio de façon à assurer une qualité constante. Pour cela, la station de base ajoute aux trames reçues dans le sens montant un indicateur de qualité Cet indicateur est alors traité par le BSC qui, si la qualité est en baisse, commande en retour à la station de base d'augmenter la valeur des SIR cibles.

Cette procédure est implémentée au niveau des BSC car elle doit être toujours disponible même en cas de handover.

ROAMING

THÈME: CDMA

• ROAMING INTERNE

• ROMING REGIONAL

• ROAMING NATIONAL

• ROMING INTERNATIONAL

AVANTAGES DU CDMA

a) Résistance aux Interférences

THÈME: CDMA

Historiquement, le CDMA est issu de programmes de recherche militaires qui avaient pour but de protéger les transmissions d’information contre le brouillage, c’est à dire une forme d’interférence volontaire. Le CDMA, étant une méthode de multiplexage à étalement de spectre, le brouillage efficace doit se faire sur toute la bande de fréquences utilisées, ce qui n’est pas envisageable car cela consommerait une puissance colossale.

Dans les applications civiles, la résistance à un brouillage intentionnel n’est pas un critère déterminant dans le choix de la technologie de multiplexage. On cherche cependant à rendre le système de communication résistant à des interférences non volontaires : les interférences entre utilisateurs, les interférences liées à des phénomènes de réflexion et la présence d’un bruit additif.

AVANTAGES DU CDMA

b) Confidentialité (faible probabilité d’interception)

THÈME: CDMA

Pour les applications militaires comme civiles, la confidentialité est un atout important pour un système de communication. Dans le cas du CDMA, le signal émis ressemble beaucoup à du bruit parce que l’on utilise des codes longs pseudo-aléatoires.

Le signal est étalé uniformément sur un large spectre : on ne détecte aucun pic en amplitude pour une fréquence donnée. Ceci permet de masquer la présence ou non d’une communication. Quand bien même on détecterait l’existence d’une communication, il est très difficile de l’intercepter si on n’a pas accès aux codes utilisés. C’est une des raisons qui font que l’armée, ainsi que les opérateurs téléphoniques utilisent cette méthode.

AVANTAGES DU CDMA

c) Un multiplexage adapté au système cellulaire

THÈME: CDMA

Les réseaux de téléphonie mobile actuels sont tous basés sur le concept de cellules. Une cellule correspond à une zone géographique dans laquelle les utilisateurs transitent tous par le même relais. Il se pose deux problèmes : celui de la réutilisation des fréquences et celui du passage d’un utilisateur d’une cellule à une autre.

Du point de vue de la réutilisation des fréquences, le CDMA déplace le problème puisqu’il s’agit de codes et non plus de fréquences. Cet aspect donne lieu soit à des analyses caricaturales (dans les publications quasi publicitaires d’entreprises), soit à des études dont le niveau nous dépassait. Il semblerait que le CDMA soit plus performant que les autres méthodes de multiplexage au niveau des zones de recouvrement des cellules.

AVANTAGES DU CDMA

d) Une faible consommation

THÈME: CDMA

Le CDMA nécessite moins de puissance que les technologies concurrentes. Ce gain est présent en conversation ou non. Ceci permet l’augmentation de l’autonomie des téléphones portables ou bien la diminution de la taille des batteries donc des combinés.

AVANTAGES DU CDMA

e) Communication durant Soft handover

THÈME: CDMA

En effet, Le soft handover est lorsque le canal de la cellule source est maintenu pour un laps de temps pendant que la liaison avec la cellule cible est engagée.Dans ce cas, la connexion avec la cellule cible est établie avant la rupture du lien avant la cellule source.

Ainsi, il n’y a pas de rupture de communication lors de processus de Soft handover.

Par contre, dans le cas d’un Hard handover (utilisé par le GSM), la connexion à la cellule source est rompue avant (ou au même moment) l'établissement de la liaison avec la cellule cible.

THÈME: CDMA

LIMITES DU CDMANon Variété des terminaux

Un Grand inconvénient du CDMA est la variété limitée des terminaux: car à présent les principales sociétés de téléphonie mobile utilisent la technologie GSM.

Capacité de Mise à jourLa capacité de mettre à jour ou de modifier à un autre combiné n’est pas facile avec cette technologie: parce que l'information de service réseau pour le téléphone est placé dans le téléphone lui-même contrairement avec la carte SIM du GSM qui utilise pour cela.

Capacité d’itinérance internationalUn autre inconvénient de cette technologie par rapport à GSM est le manque de capacités d'itinérance internationale.En effet, la technologie CDMA est un peu repartie dans le monde ; de ce fait, l’itinérance d’un mobil CDMA dans des pays européens ou Africains n’est pas évident à exploiter.

Problème de collisionEn général, les collisions à la chaîne est un inconvénient du système CDMA et peuvent être atténuées par une sélection rigoureuse de séquence et de power control qui ont permit de la rendre proche de la perfection.

COMPARAISON CDMA Vs GSM

THÈME: CDMA

CRITERES CDMA GSM

COMPLEXITE

Très Très Complexe

Peu Complexe

COUT DU RESEAU

Très Très Couteux

Moins Coûteux

MUTIPLEXAGED’ACCES

CDMA

FDMA + TDMAW-CDMA

BANDE FREQUENTIELLE POUR UN UTILISATEUR

1.25MHz3.75MHz

200KHz

COUT EVOLUTION VERS 3G

Peu Coûteux

Très Couteux

SECURITE DU RESEAUX

Plus sécurisé

Moins sécurisé

AUTONOMIE DES TERMINAUX

Plus d’autonomie

Moins d’autonomie

HANDOFF

Softer HandOverSoft HandOver

Hard HandOver

THÈME: CDMA

CRITERES CDMA GSM TERMINAL SUPPORTE

MobileFixeStatellite

Mobile

INTERFERENCE

Très Rare

Plus Fréquent (Téléphone près d’un poste Radio Par exemple)

LARGEUR DE BANDE UTILISE

450 MHz700 MHz800 MHz1 700 MHz1 900 MHz 2 100 MHz

900MHz1800Mhz

DETENTEURS DE LA TECHNOLOGIE

Américains

Européens

POWER CONTROL

Efficace(800 fois par seconde/terminal)

Moins efficace(2 fois par seconde/terminal)

MODULE DE SOUSCRIPTION

R-UIM

SIM

ITINERANCE INTERNATIONAL(ROAMING INTERNATIONAL)

Complexe (technologie rare)

Plus évidente (technologie vulgaire)

THÈME: CDMA

CONCLUSION

La technologie CDMA détient moins de 20% de la couverture téléphonique mondiale en dépit de sa meilleure qualité par rapport à sa rivale GSM. Ses principales contraintes sont : le cout d’acquisition, de maintenance du réseau et le prix élevé des terminaux. La carte R-UIM qui n’est pas disponible dans tous les marchés du monde et qui ne fonctionne pas comme celle du GSM reste un handicap. En dépit de ses contraintes, le CDMA offre des avantages : résistance aux interférences, la confidentialité, un multiplexage adapté au système.

THÈME: CDMA

Code

Division

Multiple

Access

/UY1/ENSP/4GTEL_22 AVRIL 2015

Question ?

ECOLE NATIONALE SUPERIEUREPOLYTECHNIQUE_YAOUNDE -

CAMEROUN

Tel: +237 690 17 83 09BENANA MAX-JOEL

Technology

Présentation Cdma, Multiplexage CDMA, principes de Code et cas d'exemple