Principes radio Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk Sommaire • • • • • • • • • • • Organismes Les Bandes (ISM, U-NII) L’accès au media La ligne de vue Les ondes réfléchies La modulation Bande Large - bande étroite Rappel.

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Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 2

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

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La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
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Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

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La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
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Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

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La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
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La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

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Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
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Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

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Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

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Datasheet carte Orinoco

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Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

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Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

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Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
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Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

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Bande ISM

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Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
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5,825

L’accès au média

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L’accès au média

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La ligne de vue

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Les ondes réfléchies

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Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

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La modulation

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La modulation

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La modulation

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Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 4

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 5

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 6

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 7

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 8

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 9

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 10

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 11

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 12

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 13

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 14

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 15

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 16

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 17

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 18

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 19

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 20

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 21

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 22

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 23

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 24

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 25

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 26

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
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La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 27

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
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Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

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Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
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5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 28

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 29

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 30

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 31

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 32

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 33

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 34

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 35

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 36

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 37

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 38

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 39

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 40

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 41

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 42

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk


Slide 43

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk

Sommaire












Organismes
Les Bandes (ISM, U-NII)
L’accès au media
La ligne de vue
Les ondes réfléchies
La modulation
Bande Large - bande étroite
Rappel d’unités
Les antennes
Termes autour du Wifi
Les différentes topologies
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Organismes
• L’allocation des ressources radio gérée par un
organisme au niveau de chaque état
• USA : FCC Federal Communication Commission
• Europe : ETSI European Telecommunications Standards
Institue
• France : ARCEP Autorité de régulation des communications
électroniques et des postes : http://www.art-telecom.fr/
• Japon : MKK (Kensa-Kentei Kyokai)

• L’espace radio est fragmenté en différentes
plages de fréquences appelées « bandes radio »
• Soumises à licences
• Libre d’accès
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM
• ISM Industrial Scientific and Medical
• Ensemble de plages de fréquences non
soumises à payement de licences
• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande ISM

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Bande U-NII
• U-NII (Unlicensed-Nationnal Information
Infrastructure)
• Sans licence, située dans les 5 Ghz
• Moins encombrée que la bande des 2,4
Ghz, offre une largeur de bande de 300
Mhz
• Divisée en 3 sous bandes de 100 Mhz en
fonction de la puissance autorisée
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande U-NII
Domaine
Puissance
Bande UNII

Fréquences (Ghz) 5,15

Intérieur
50 mW
250 mW
UNII-1
UNII-2
5,20

5,25

5,30

Extérieur
1W
UNII-3
5,35

5,725

5,775

• Plus ou moins libre d’accès à travers le
monde
• France UNII-1 et 2 Interieur, UNII-3 ?
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

5,825

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

L’accès au média

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La ligne de vue

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les ondes réfléchies

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Effets de l’environnement
M atière

Pour la bande 2,4 Ghz :

D eg rés d ’attén u atio n

B o is

F aib le

P lastiq u e

F aib le

S yn th étiq u e

F aib le

A m ian te

F aib le

V erre

F aib le

E au

M o yen

B riq u e

M o yen

M arb re

M o yen

P ap ier

H au t

B éto n

H au t

V erre b lin d é

H au t

M étal

T rès H au t

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation
• Signal numérique à transmettre à travers les ondes





hertziennes
Onde électromagnétique servant de support au transport
de l’information : la porteuse
Modulation: modifie les paramètres de la porteuse afin
de coder l’info à transmettre
Niveau physique du modèle OSI
Porteuse

Informations
à transmettre

0 ou 1

Modulateur

Démodulateur

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

0 ou 1

Informations
reçues

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La modulation

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande Large
 Appelé aussi « étalement de spectre »
 La puissance du signal est répartie sur une large
bande de fréquence
 Utilisation non optimale du spectre radio
 Performant vis à vis du bruit et interférence
Puissance

Puissance

Fréquence
Bande étroite

Fréquence
Bande large

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Bande étroite ( Norrow band)
 TV, Radio AM/FM
 Concentre la puissance d’émission sur une gamme
de fréquences étroite
 Utilisation optimale du spectre radio (fréquence)
 Altération de l’ensemble du signal si une interférence
ou un autre réseau sur même fréquence
 Coordination de l’assignation des fréquences
 Généralement soumis à licence d’utilisation
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Bande Large– Bande étroite
• Effet d’une perturbation
Puissance

Emission bande étroite

Bruit, interférence

Emission bande large

Fréquence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La longueur d’onde
• Wavelength and frequency:





f=c/λ or λ=c/f
f: frequency in Hertz
λ: wavelength is m
c: speed of light (3.108m/s)

• At 2.45 GHz, λ=12.24cm
• At 5.775 GHz, λ=5.19cm
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dB ( Dixième de Bel)
• Permet de quantifier un écart par rapport à une




référence ( un gain, une atténuation)
http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23m/RM
23m02.html
G (dB) = 10 LOG (Ps/Pe)
• Ps = puissance de sortie
• Pe = Puissance d’entrée
• 3 dB : doubler
• 6 bB : Quadrupler

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Le dB ( Dixième de Bel)
• Câble RG58 (1dB par mètre) si câble de 3 mètres signal
divisé par deux

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
• Exprime une puissance par rapport à une référence : le


milliwatt sur une impédance de 50 ohms
Carte WiFi Orinoco : puissance émission 33mw:15.2 dBm

• http://www.swisswireless.org/wlan_calc_fr.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)
P (mW)

PdBm=10.log10(PmW)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le dBm (Decibel par rapport au milliwatt)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Gain :
 en dBi Décibels isotropiques ( antenne rayonnant avec la meme
puissance dans toutes les directions … n’existe pas)
 En dBi sur-estimation du gain par rapport à la pratique
 Achat antenne gain de 5dBi  rapport environ 2
 En dBd : gain par rapport à un aérien dipole demi-onde
 dBd correspond à une réalité physique
 0 dBd = 2.14 dBi , gain de référence

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Polarisation :
 Verticale, horizontale, circulaire
 Omni directionnel : polarisation verticale
 Yagi : polarisation horizontale

• Plus le gain est élevé, plus l’antenne est directive
• Gain identique en émission et réception

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• Depending on the radiation pattern
required, different antennas can be used:





Patch antennas (sector)
Yagi antennas (directional)
Dish/grid antennas (directional, high gain)
Dipole (omnidirectional)

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les antennes
• http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448
• http://www.paris-sansfil.fr/AntenneRicore
Gain 12 Db

45 mn de bricolage
http://www.turnpoint.net/wireless/cant
ennahowto.html

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La PIRE
• PIRE : Puissance Isotrope Rayonnée Effective
• EIRP : Effective Isotropic Radiated Power :
• Tient compte de l’ensemble de l’installation
• Puissance émise par l’antenne
• S’exprime en dBm
• PIRE ( dBm) = puissance émetteur– perte du câble +


gain antenne
Limite légale pour les WLAN : 100 mW soit 20 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les pertes
• Free space loss Lp (dB)







Each meter in the air attenuates the radio signal
Lp=n×10.log10(d)
d: distance in the air (m)
n: attenuation factor (>2, depends on materials)
Open space n=2; House n=4.5; Open Office n=3,3
Typical attenuation of wall and floors are ply-wood 4dB,
concrete 10-15dB

• Loss for antenna to air conversion La (dB)
 La=-20.log10(c/4πf)
 f: radio frequency (Hz)
 La=41dB at 2.4GHz, 47dB at 5GHz
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

La sensibilité de réception
• Les cartes Wifi ont des seuils de sensibilité qui



déterminent une puissance minimale devant être reçue
pour avoir un certain débit
Avantage : utiliser des cartes avec des seuils de
sensibilité de réception le plus bas possible
Voir datasheet des cartes Wifi ( pas toujours indiqué)
–82 dBm = 0,0000000063 mW

11 Mbit/s

5,5 Mbit/s

2 Mbit/s

1 Mbit/s

Orinoco

-82 dBm

-87 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Cisco

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

- 94 dBm

Lynksys

-82 dBm

-85 dBm

-89 dBm

-91 dBm

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit
• La sensibilité de réception ne fait pas tout
• Différence minimum de puissance entre le signal et le





bruit
Rapport signal/bruit( dB) = 10Log(P signal(W)/ P
bruit(W))
Si le signal plus puissant que le bruit : rapport positif
Si le bruit est plus puissant que le signal : rapport négatif
Vitesse en fonction rapport signal/bruit :
• 11 Mbit/s 16 dB ( 40) - 5.5 Mbit/s 11 dB (12)
• 2 Mbit/s 7 dB (5) – 1 Mbit/s (2,5)
Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Le rapport signal /Bruit

+2000
+150

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Delay spread
• Les ondes se réfléchissent sur les obstacles
• Récepteur reçoit l’onde directe + ondes réfléchies
• Égaliseur pour contrebalancer ce défaut
• Capacité limitée, valeur limite de temps
• Valeur limite fonction de la vitesse
• Vitesse de la lumière 300 000 Km/s
• 50 ns de délai correspond à une différence de 15 m

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Datasheet carte Orinoco

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Point à Point
 Entre deux bâtiments, deux sites
 Le signal radio est concentré en un faisceau

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Les différentes topologies
• Cellulaire
 Le signal radio est diffusé autour de l’émetteur
formant ainsi une cellule
 La cellule radio : media de communication
partagé par les mobiles se trouvant dans la
zone de couverture

Janvier 2006 – Dominique Skrzypezyk

Principes radio

Décembre 2006– Dominique Skrzypezyk