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

ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE_CAMEROUN
/UY1/ENSP/4GTEL_22 AVRIL 2015
PUBLIÉ PAR
MAX BENANA
Code
Division
Multiple
Access

THÈME: CDMA
PLAN DE L’EXPOSE
I. INTRODUCTION
II. ORIGINE ET HISTORIQUE DU CDMA
III. EVOLUTION DES GENERATIONS DE MOBILES
IV. EVOLUTION DES NORMES CDMA
V. GENERATION D’UN SIGNAL CDMA
VI. RECEPTION D’UN SIGNAL CDMA
VII. TRAITEMENT D’UN APPEL EN CDMA
VIII. TECHNIQUE DE MULTIPLEXAGE
IX. RAKE RECEIVER
X. ARCHITECTURE DU CDMA
XI. HANDOFF
XII. POWER CONTROL
XIII. ROMING
XIV. AVANTAGES ET LIMITES DU CDMA
XV. COMPARAISON GSM VS CDMA
XVI. CONCLUSION

INTRODUCTION
THÈME: CDMA
Al'origine, la téléphonie avait pour objet de transporter de la voix. Aujourd'hui, le réseau téléphonique
transporte de la voie mais également des images et des données. Ainsi l'homme peut communiquer n'importe où,
sans avoir à rester figer avec notamment l'apparition des systèmes de téléphonie sans fil et de
radiocommunications spatiales.
Grâce à l'avènement de la radiotéléphonie, l'on peut désormais s'offrir la facilité de joindre un correspondant où
qu'il soit et de dialoguer avec celui-ci tout en se déplaçant. Cependant les technologies utilisées dans les systèmes
de radiotéléphonie étant nombreuses, leurs déploiements et techniques de communication diffèrent les uns des
autres.
CDMA et GSM sont les plus répandus dans le monde. Il importe donc à l’ingénieur intervenant dans les
télécommunications de posséder une vue d'ensemble sur le domaine de la téléphonie pour son travail quotidien
ainsi que pour mieux suivre les évolutions futures de la téléphonie. C'est dans cette optique que nous a été proposé
le thème : la technologie CDMA. L'objectif de notre étude sera donc de présenter la technologie CDMA, d’étudier
son évolution, son architecture, ses principes et enfin ses avantages et inconvénients.

ORIGINE ET HISTORIQUE DU CDMA
• 1941
C'est une actrice hollywoodienne, Hedy Lamarr, aidée de George Antheil, qui est à l'origine de
ce système, en déposant un brevet en 1941.
Ils proposaient cette technique pour que le guidage radio de torpilles ne puisse être intercepté
par l'ennemi. Cependant, l'armée américaine a attendu que le brevet expire pour l'exploiter
dans la communication satellitaire.
• 1993
Qualcomm a été le premier à développer cette technologie. En 1993, elle est adoptée par la
Telecommunication Industry Association. Plus tard elle est améliorée et affinée par Ericsson.
THÈME: CDMA

EVOLUTION DES GENERATIONS DE MOBILES
THÈME: CDMA
1. Différentes Générations des réseaux de mobiles
Les communications entre utilisateurs mobiles se développent rapidement et représentent un
énorme marché pour cette première décennie du 21ème siècle. Cinq générations de réseaux de
mobiles se sont succédé, qui se distinguent par la nature de la communication transportée :
1G : Communication analogique
2G : Communication numérique sous forme circuit
3G : Communication sous forme paquet, sauf pour la parole téléphonique
4G : Communication multimédia sous forme paquet à très haut débit
5G : Communication multimédia et service Cloud à l’aide de plates-formes dites « d’altitude »

EVOLUTION DES GENERATIONS DE MOBILES
THÈME: CDMA
2. Evolution de la communication mobile

EVOLUTION DES NORMES CDMA
THÈME: CDMA
1995
CDMAOne IS-95A
1998
CDMAOne IS-95B
2001
CDMA2000® 1x
2003
EV-DO Rel. 0
2003
EV-DO Rev.A
2005
EV-DO Rev.B

THÈME: CDMA
1. CDMAOne
 IS-95A (1995)
 Voix
 Données 14,4 Kbits/s
 IS-95B (1998)
 Voix
 Données 64 Kbits/s
2. CDMA2000® 1x (2001)
 Compatibilité ascendante avec IS-95
 Amélioration par env. 2 de la capacité en phonie
 Débit maximum 153 kbit/s (Forward / Reverse Link)
 Commercialement établi dans de nombreux pays
DESCRIPTION DES NORMES

THÈME: CDMA
3. EV-DO Rel. 0 (2003)
 Forward Link 2,4 Mbit/s
 Reverse Link 153 kbit/s
 Optimisé pour transmission de
données
 Disponible commercialement
4. EV-DO Rev. A (2003)
 Reverse Link 1,8 Mbit/s
 Downward-compatible Rel. 0
 QoS
 VoIP
 Multicast
 Introduction commerciale au deuxième semestre 2006

THÈME: CDMA
5. EV-DO Rev. B (2005)
 Reverse Link 27 Mbit/s dans une bande passante de 20 MHz
 Compatibilité ascendante avec
 Revision 0 et Revision A
 Avec 64QAM jusqu’à 73,5 Mbit/s en Forward Link dans une bande passante de
20 MHz

GENERATION D’UN SIGNAL CDMA
THÈME: CDMA
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
La Génération d’un signal en CDMA
s’effectue en 5 Principales étapes:
1. CAN
2. Vocoder
3. FEC
4. Channeling
5. CAN
6. Modulation

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

THÈME: CDMA
Généralement, nous marquons des pauses entre les syllabes et les mots pendant que nous parlons. Le CDMA tire
parti de ce fait en utilisant un encodeur à débit variable. Il possède de ce fait 4 débits possibles : Full-1/2; ¼; 1/8;
Le Full est utilisé lorsque l’interlocuteur parle très rapidement, 1/8 par contre est utilisé lorsqu’il est très silencieux.
Les systèmes CDMA peuvent utiliser des vocoder à 8kbps ou à 13 Kbps.
VOCODER

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

THÈME: CDMA
C’est ici la plus haute particularité du CDMA.
En effet, La voix encodée est une fois de plus encodée (à l’aide de Codes) afin de la séparée (lors du multiplexage)
des autres voix encodées. la technique utilisée est appelée étalement de spectres.
CHANNELING (Etalement du Spectre)

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

THÈME: CDMA
MODULATION (QPSK)
Technique Utilisée: (QPSK)

RECEPTION D’UN SIGNAL CDMA
THÈME: CDMA
PRINCIPE
• Le signal RF reçu par le convertisseur analogique-
numérique est converti en signal numérique avant
d’être traité.
• Le Despreader permet d’effectuer la mise en forme
initiale du signal étalé.
• C’est-à-dire que le signal est multiplié par un code
fourni par le générateur de code.
• Le code généré à ce niveau permet la mise en forme
initiale du signal.
• Le FEC effectue le désentrelacement et le décodage
du signal.
• Le vocoder, lui effectue la décompression du signal
vocal.
• Et le convertisseur numérique-analogique est fait
pour restituer le signal final.

TRAITEMENT D’UN APPEL EN CDMA
Fig. Etapes de Traitement d’un appel
1. Initialisation
Dans cette phase,
 le mobile accède au système via le pilot channel (canal
pilot)
 le mobile synchronise avec le système via le
synchronous channel. Les opérations effectuées sont :
 la vérification et la correction de la puissance
d’émission du mobile.
 la synchronisation en temps.
THÈME: CDMA

2. Mode Iddle ou Inactif
Dans cette phase ,
 Le mobile n’est pas en train d’appeler il doit rester en
communication avec la BTS.
 La BTS et le mobile communiquent via les access
channel et le paging channel.
 Le mobile recupére les informations à travers le paging
channel.
 A ce niveau aucun code n’est encore décidé.
THÈME: CDMA

3. Mode Acces
Dans cette phase,
 Le mobile a accès au réseau via l’access channel
 Les access channel et paging channel prenne en charge la
communication BTS-MS jusqu’à l’établissement d’un traffic
channel.
 Dans ce mode, seulement le choix du code est fait.
THÈME: CDMA

4. Mode Traffic
Nous allons considérer ici deux cas :
 Le mobile reçoit un appel ou LTM (Land To Mobile Call)
Lors de la réception d’un appel, le mobile reçoit une
page du paging channel, le mobile répond via le access
channel ; le traffic channel est établie et maintenue tout
au long de l’appel.
 Le mobile est à l’origine de l’appel ou MTL (Mobile to Land
Call)
Lorsque le mobile est à l’origine de l’appel, la demande
d’appel est effectuée via l’access channel, la BTS répond
au mobile via le paging channel, le traffic channel est
établit et maintenu tout au long de l’appel.
Dans les cas, une fois l’appel terminé, le mobile retourne à la
position IDDLE. Ce mode procure au CDMA un double avantage :
 Diminution du trafic de signalisation
 Economie des batteries des mobiles
THÈME: CDMA

TECHNIQUES DE MULTIPLEXAGE
Il existe de nombreuses techniques de multiplexage utilisées en communication
Mobile. Notons parmis toutes:
• FDMA (Frequency Division Multiple Access)
• TDMA (Time Division Multiple Access)
• SDMA (Space Division Multiple Access)
• OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access
• CDMA (Code Division Multiple Access)
THÈME: CDMA

FDMA (Frequency Division Multiple Access)
• Le spectre de fréquences est subdivisé en canaux (dits aussi sous-canaux)
• Chaque émetteur utilise la bande de fréquences qui lui est allouée le temps d’un appel
(connexion)
THÈME: CDMA

FDMA (Frequency Division Multiple Access)
AVANTAGES DU FDMA:
• Simple au niveau algorithmique
• Réutilisation de fréquences dans les systèmes cellulaires
• Equitable quand le trafic est uniforme/constant (ex. Téléphonie)
• Pas besoin de synchroniser les horloges des stations
• Adaptée à n’importe quel type de modulation
LIMITES DU FDMA:
• Les sous-bandes utilisées pour séparer les canaux (i.e. de garde) sont perdues
• Le débit max dépend de la largeur des canaux, d’où l’on ne peut atteindre de très haut débits
• Nécessite plus de capacités de filtrage pour s’adapter à différents canaux et éviter les
perturbations venant des canaux voisins
• Une bande allouée ne peut plus être utilisée même si la station à laquelle elle a été allouée
est silencieuse
THÈME: CDMA

TDMA (Time Division Multiple Access)
• Le TDMA (Time Division Multiple Access) ou multiplexage temporel utilise le fait que la fréquence d’envoi des
bits d’information est plus faible que la capacité du réseau .On peut donc profiter des « temps morts » pour
transmettre une deuxième communication. (la durée d’un envoi de données correspondait à la durée d’une
superTrames
• Le temps est découpé en supertrames (trames temporelles) de même taille
• Chaque supertrame est découpée en slots de taille fixe
• Dans chaque supertrame, chaque station i a le droit d’utiliser Ni slots
• Technique de service : Round Robin
• Tout slot laissé libre par une station ne peut être utilisé par les autres stations
• Chaque mobile accède au réseau de manière discontinue dans le temps.
THÈME: CDMA

TC : temps de transmission
d’un échantillon
T : temps entre 2 échantillons
T TC
Temps inutilisé
t

AVANTAGES DU TDMA:
• Débit flexible (avec TDMA statistique seulement)
• Pas de fréquences de garde perdues
• Filtre de fréquence simple (pas besoin de s’adapter à différentes bandes de fréquences)
• Durée de batterie plus élevée
LIMITES DU TDMA:
• Nécessité d’horloges synchronisées tout le temps
• distorsion quand les signaux se propagent sur plusieurs chemins
• non adaptée aux réseaux degrande taille à cause des problèmes de synchronisation
d’horloges
THÈME: CDMA

FDMA+TDMA ( Cas du GSM)
La bande est subdivisée en canaux
• 2 fois 25 MHz de bande ont été alloués (uplink et downlink)
• Largeur des canaux étant de 200 kHz
• On obtient 124canaux duplex qui ont été répartis entre les opérateurs (ex. SFR utilise 63 à
124)
• Les bandes des deux liaisons sont séparées par 20 MHz, ce qui porte à 45 MHz l'écart
duplex
• L'écart duplex entre fréquences émission et réception du mobile est de 45 Mhz
Capacité théorique du réseau
• Bande disponible 915 – 890 MHz = 25 MHz
• Sous Bandes disponibles 25 / 0,2 = 125 bandes
• Nombre d’intervalles de temps 125x8 IT =1000 ,
soit 1000 utilisateurs simultanés par zone
THÈME: CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access)
• Plusieurs stations utilisent une même bande de fréquence et peuvent transmettre en même
temps
• Chaque station utilise son code propre pour transmettre
• Code = une suite de n bits connue de l’émetteur et récepteur
• Chaque bit (1 ou 0) à transmettre est multiplié par le code et on transmet n bits On parle
d’étalement de spectre transmet n bits. On parle d’étalement de spectre.
• La « QUASI-TOTALITÉ » des réseaux 3G ont adopté CDMA (dans les réseaux
UMTS, on parle de W-CDMA)
THÈME: CDMA

THÈME: CDMA
Emission du Signal Par un
Terminal

THÈME: CDMA
Rappels Mathématiques
PRODUIT SCALAIRE
Dans l’ensemble des reels, il se définit comme étant le produit de 2 vesteurs i.e un nombre reel 𝑥𝜖ℝ telque:
Soit 𝑎𝜖ℝ 𝑛
et b𝜖ℝ 𝑛
2 vecteurs.
𝑥 = 𝑎|𝑏 =
𝑎1
𝑎2
⋮
𝑎 𝑛
.
𝑏1
𝑏2
⋮
𝑏 𝑛
= 𝑎1. 𝑏1 + 𝑎2. 𝑏2 + ⋯ + 𝑎 𝑛. 𝑏 𝑛
Ex:
𝐶1 =
+1
−1
−1
+1
−1
+1
, 𝐶2 =
+1
+1
−1
−1
+1
+1
Alors, C = 𝐶1|𝐶2 = 1.1 − 1.1 + 1.1 − 1.1 − 1.1 + 1.1 = 0 → 𝐶 = 0

THÈME: CDMA
MATRICES DE HADAMAR
Il s’agit de Matrice Carrées définies comme suit:
𝐻1 = 1
𝐻2𝑛 =
𝐻 𝑛 𝐻 𝑛
𝐻 𝑛 −𝐻 𝑛
C’est-à-dire pour les premières, on a :
𝐻2 =
1 1
1 −1
𝐻4 =
𝐻2 𝐻2
𝐻2 −𝐻2
=
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
𝐻8 =
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
𝐻8 =
𝐻4 𝐻4
𝐻4 −𝐻4

THÈME: CDMA
FONCTION DE WALSH
• Il existe plusieurs méthodes pour construire des séquences binaires orthogonales entres elles.
• Les fonctions de Walsh sont les plus souvent utilisées.
• Les fonctions de Walsh sont à l’origine des fonctions à deux niveaux ±1.
• Elles peuvent être fabriquées aisément à partir des matrices de Hadamar.
• Une fonction de Walsh est fabriquée en recopiant une ligne de ces matrices génératrices.
𝐻8 =
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
Exemple de function de Walsh

THÈME: CDMA
SEQUENCE DE WALSH
• On appelle séquence de la fonction de Walsh le nombre de transitions rencontrées.
par exemple la troisième ligne de la matrice H8 donne la suite : ++ -- ++ -- qui possède 3 transitions de + à
ou inversement, il s’agit donc de W3.
• On pourra vérifier que toutes les séquences ainsi crées sont orthogonales entre elles et orthonormées,
(le carré scalaire est égal à 1).
𝐻8 =
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
−1 −1
−1 1
1 1
1 −1
< 𝑾 𝟑
𝒊
(𝒕)|𝑾 𝟑
𝒋
𝒕 >= 𝟎 ∀𝒊, 𝒋 = 𝟏, 𝟐, 𝟑, 𝟒, 𝟓, 𝟔, 𝟕, 𝟖

THÈME: CDMA
Principe du Multiplexage /
Demultipexage CDMA

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

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

THÈME: CDMA
Transmission du Signal
TECHNIQUE D’ETALEMENT DE SPECTRE
Il existe en effet plusieurs techniques possible d’étalement de spectre pour le CDMA:
• TH-CDMA (Time Hopping- CDMA)
• FH-CDMA (Frequency Hopping- CDMA)
• DS-CDMA ( Direct Sequence- CDMA)
Cependant, la technique utilisée pour la communicatuion est celle du DS-CDMA; Les autres étant
expérimentales

THÈME: CDMA
Partie 1:
SYSTEME SYNCHRONISE
(TRANSMISSION DE LA BS AUX UTILISATEURS)
Emeteur: BS
Recepteur: Utilisateurs
Etalement/Desetalement avec:
Walsh Code

CDMA (Code Division Multiple
Access)
Emission du Signal
THÈME: CDMA
ETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA
Soit:
• 𝑆1 𝑡 le signal bipolaire décrivant la suite de bits à
transmettre (Données)
• 𝐶1(𝑡) le code d’étalement (Séquence d’étalement)
le signal transmis est 𝑢1 𝑡 = 𝑆1 𝑡 ∗ 𝐶1(𝑡).
Dans le cas ou plusieurs signaux sont émis simultaném
:
𝑢 𝑡 =
𝑘
𝑆 𝑘 𝑡 . 𝐶 𝑘(𝑡)

THÈME: CDMA
DESETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Reception du
Signal )
• Le signal u(t) reçu est multiplié par la séquence
code et le résultat appliqué à un intégrateur remis
à zéro à la fin de chaque période bit.
• On notera que le signal identifié est retardé d’une
période bit, puisque le résultat de l’intégration
n’est disponible qu’à la fin de la période bit.
𝑌 𝑖
t = < 𝐶 𝑖
t |𝑢 𝑡 > = 𝑆 𝑖
t

THÈME: CDMA
DESETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Reception du
Signal )
Si le code utilisé à la réception est différent de celui
qui a servi au codage, le seuil n’est pas atteint et le
comparateur de sortie ne délivre que des zéros, c’est
le cas de la figure ci-contre :
𝑌 𝑗 t = < 𝐶 𝑗 t |𝑢 𝑡 > = 0 0 0 … 0
𝑖 ≠ 𝑗 & < 𝐶 𝑖
t |𝐶 𝑗
t >≠ 0
i.e 𝐶 𝑗 t est un Code ne provenant pas de
la fonction de Walsh

THÈME: CDMA
EXEMPLE D’ETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Emission
du Signal )
Supposons une BTS qui supporte 4 utilisateurs:
Utilisateur 1 𝑆 1 → 𝑌 1 = 𝐶1 1 . 𝑆 1 , 𝐶2 1 . 𝑆 1 , 𝐶3 1 . 𝑆 1 , 𝐶4 1 . 𝑆(1)
Utilisateur 3 𝑆 3 → 𝑌 3 = 𝐶1 3 . 𝑆 3 , 𝐶2 3 . 𝑆 3 , 𝐶3 3 . 𝑆(3) , 𝐶4 3 . 𝑆(3)
Le code total transmit sera donc
𝑢 𝑡 =
𝑘=1,2,3,4
𝑆 𝑘 𝑡 . 𝐶 𝑘(𝑡)

THÈME: CDMA
EXEMPLE D’ETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Emission
du Signal )
Ainsi, la matrice de Walsh associée s’écrira (Par exemple) :
𝑊4 =
𝐶 1
𝐶 2
𝐶 3
𝐶 4
=
𝐶1 1 𝐶2 1
𝐶1 2 𝐶2 2
𝐶3 1 𝐶4 1
𝐶3 2 𝐶4 2
𝐶1 3 𝐶2 3
𝐶1 4 𝐶2 4
𝐶3 3 𝐶4 3
𝐶3 4 𝐶4 4
=
1 1
1 −1
1 1
1 −1
1 1
1 −1
−1 −1
−1 1
(Par exemple)
Où < 𝐶 𝑖 | 𝐶 𝑗 > = 0 𝑖 ≠ 𝑗

THÈME: CDMA
EXEMPLE DE DESETALEMENT DE SPECTRE PAR DS-CDMA (Reception
du Signal )
En considérant que la réception est synchrone, on a alors au niveau de chaque
abonné un désétalement de spectre, comme illustré ci-dessous :
Utilisateur 1 𝑆′ 1 = < 𝐶 1 | (𝑌 1 + 𝑌 2 + 𝑌 3 + 𝑌(4)) > = 𝑆 1
Utilisateur 2 𝑆′ 2 = < 𝐶 2 | (𝑌 1 + 𝑌 2 + 𝑌 3 + 𝑌 4 ) > = 𝑆 2
Utilisateur 2 𝑆′ 3 = < 𝐶 3 | (𝑌 1 + 𝑌 2 + 𝑌 3 + 𝑌 4) > = 𝑆 3
Utilisateur 2 𝑆′ 4 = < 𝐶 4 | (𝑌 1 + 𝑌 2 + 𝑌 3 + 𝑌 4 ) > = 𝑆 4

THÈME: CDMA
Partie 2:
SYSTEME NON SYNCHRONISE
(TRANSMISSION DES UTILISATEURS VERS LA BS)
Emeteur: Utilisateurs
Recepteur: BS
Etalement/Desetalement avec:
PN (Pseudo Noise)

Access)
Emission du Signal
THÈME: CDMA
Contrainte Sur Les PN:
Etant donné que les codes dans ce cas sont non-orthogonaux, la contrainte diffère:
On ne veut plus une correlation nulle, mais une correlation faible, par contre elle doit rester faible
avec un ecart 𝜏 entre 2 codes
Pour ce, on utilise
• Sequence de Bridge (CDMA)
• Sequence de Gold (UMTS_W-CDMA)
• Sequence de Kasami (UMTS_W-CDMA)

Access)
Emission du Signal
THÈME: CDMA
On se place dans la situation suivante :
• K utilisateurs souhaitent transmettre des informations via un même canal.
• Chaque information est modélisée par une suite de ±1 . 𝐛 𝑘 = 𝑏 𝑘 1 , … , 𝑏 𝑘(𝑁) .
• On désigne par k le kième utilisateur.
• Le principe du CDMA consiste en l’utilisation de codes. Chacun utilise un code propre, de la
forme :
𝑔 𝑘 𝑡 =
𝑛=0
𝐿−1
𝑎 𝑘 𝑛 𝑝 𝑡 − 𝑛𝑇𝑐 , 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇
 {ak} est un <<pseudo-noise (PN) code sequence>>, chaque ak vaut ±1.
 P(t) est une pulsation de durée Tc. On a donc T=LTc.
 On peut donc considérer les gk comme des vecteurs de −1,1 .

Access)
Emission du Signal
THÈME: CDMA
Pour un utilisateur k, on aura le signal
𝑆 𝑘 𝑡 = 𝜑 𝑘
𝑖=1
𝑁
𝑏 𝑘 𝑖 𝑔 𝑘 𝑡 − 𝑖𝑇
On couple alors tous les utilisateurs et le signal émis devient :
𝑠 𝑡 =
𝑘=1
𝐾
𝜑 𝑘
𝑖=1
𝑁
𝑏 𝑘 𝑖 𝑔 𝑘 𝑡 − 𝑖𝑇 − 𝜏 𝑘 𝑎𝑣𝑒𝑐 0 ≤ 𝜏 𝑘 ≤ 𝑇 𝑝𝑜𝑢𝑟 1 ≤ 𝑘 ≤ 𝐾
 𝜏 𝑘 représente le délai de transmission pour l’utilisateur k.
 𝜑 𝑘 représente l’energie du signal
 𝑔 𝑘 représente le code
Fig. exemple de code
𝑎 𝑘 = {1, −1,1,1, −1,1, −1, −1}

Access)
Reception du Signal
THÈME: CDMA
Principe:
1. Le recepteur multi-utilisateur reçoit un sign
2. Il extrait tous les signaux de ses cellules
3. Il revoie ainsi ces derniers au réseaux qui le
everra dans les sites de destination

RAKE RECEIVER
PRINCIPE
THÈME: CDMA
Le récepteur en râteau est conçu pour détecter de façon optimale un DS-CDMA transmis sur dispersif
canal à trajets multiples. C’est une extension du concept de filtre adapté.
Fig. Filtre adaptée pour le récepteur
Dans le récepteur à filtre adapté, le signal est en corrélation avec une copie généré localement de la forme
d'onde du signal.

RAKE RECEIVER
APRES LE RAKE
RECEIVER
THÈME: CDMA
Fig. Rake Receiver avec 5 doigts
Un récepteur à étalement de spectre avec le râteau surpasse un récepteur simple avec un seul
corrélateur.

ARCHITECTURE DU CDMA
THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Partie Commutation
Partie Data

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Il s'agit d'un terminal mobile authentifié et autorisé à
accéder au réseau mobile.
Dans le CDMA (ou l’EVDO), l'abonnement étant
séparé du terminal utilisé,
ce terminal est l'association des deux éléments
suivants :
• le terminal physique, appelé Mobile Equipment
(ME) :
• Carte UIM
MS: Mobile Station

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
La BTS est un ensemble d’émetteurs-récepteurs ayant
pour rôle de recevoir les appels entrants et sortants
des équipements mobiles.
BTS: Base Transceiver Station

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
La BSC assure la gestion des ressources
radio car c’est elle qui ordonne à la BTS
l’attribution d’un canal radio pour le trafic
utilisateur et qui libère le canal une fois la
communication terminée ainsi que la
gestion du Soft handover.
BSC (Base Station Controller)

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Les MSC sont les éléments principaux de
l’architecture CDMA. Ils contrôlent le
handover entre plusieurs BSC auxquels ils
sont connectés, et contrôlent également le
handover entre eux et les autres MSC.
MSC (Mobile Switching Center)

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Le VLR est une base de données temporaire
contenant des informations sur tous les
utilisateurs (Mobile Stations) d'un réseau,
et qui est parfois intégré dans le Mobile
service Switching Center(MSC).
VLR (Visitor Location Register)

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Les HLR sont les “registres centraux”
contenant les informations sur les
abonnés. Un abonné a ses informations
stockées dans un HLR de l’operateur.
HLR (Home Location Register)

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
La HA a plusieurs rôle:
• prend en charge la transparence des données
• maintient également une session d'utilisateur
• soutient l'affectation dynamique d'utilisateurs de
la AAA
• fournit une adresse IP d'ancrage pour le mobile
Le HA agit un peu comme l’EIR du Réseau GSM, mais
avec plus de rôles.
HA (Home Agent)
AAA (Authentication, Authorization, Accounting)
Les serveurs AAA dans les réseaux de données CDMA
sont des entités qui fournissent IP (Internet Protocol)
fonctionnalité pour soutenir les fonctions
d'authentification, d'autorisation et de comptabilité.

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Le nœud de service de données par paquets (PDSN)
est un élément de réseau central (NE) dans un réseau
d'accès (CDMA).
Le PDSN est une passerelle pour une station mobile
(MS) d'accéder à un réseau public de données (PDN).
PDSN (Packet Data Serving Node)
PSTN (Public Switched Telephone Network)
Dans le cas d'un réseau construit par un opérateur
public, on parle parfois de réseau téléphonique
commuté public (RTCP).
Le PSTN (ou RTC) est le réseau du téléphone (fixe et
mobile), dans lequel un poste d'abonné est relié à un
central téléphonique par une paire de fils alimentée en
batterie centrale (la boucle locale).

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Le Backbone vue Topologie IP montre les liens entre
les routeurs, les sous-réseaux, les interfaces et les
emplacements réseau.
La portée des ressources incluses dans la vue est
déterminé par le réseau IP ou un emplacement réseau
qui contient la ressource pour laquelle le Backbone IP
est sélectionné.
IP CORE (Backbone IP)
OMC (Operation and Maintenance Center)
L’OMC est le centre de contrôle de l’exploitation et de
la maintenance du réseau CDMA.
On en distingue 2 sortes d’OMC au cœur du réseau à
savoir :
OMC–R OMC Radio pour le contrôle de la partie BSS
OMC–S OMC Switch pour le contrôle de la partie
NSS

THÈME: CDMA
PDSN
A1/A2
Abis
A3/A7
A10/A11
MSC
VLR
BSC
BSC
Router
BTS
GMSC
AAA
HLR
IP Core
BTS
PSTN
BTS
MS
MS
MS
OMC
OMC-R
OMC-S
HA
Le BSS Base Station Sub-system est le sous-système
radio du réseau CDMA.
En effet, la communication D’un téléphone mobile se
fait à travers une BTS.
Dans la norme CDMA, le BSS est constitué de 3
principales entités à savoir : MS et UIM, BTS, BSC.
BSS (Base Station Subsystem)
NSS (Network and Switching Subsystem)
Le NSS Network & Switching SubSysem est par
définition le système réseaux qui s’occupe de
l’interconnexion avec les réseaux fixes, publics ou
privés, auxquels est rattaché le réseau mobile.
Dans la norme CDMA, le NSS est constitué de 10
principales entités à savoir : MSC, HLR, VLR,
GMSC, HA, AAA, PDSN, PSTN, IP CORE, OMC.BSS NSS

IS-41
PSTN
IS-2001
( IOS )
IP
INTERNET
HLR
VLR
¨
IWF
AAA
MSCMSC VLR
IS-41
AC
ISP
PDSNFA
HA
MSMS MS
AT
AN
IS-856
IS-2001
( IOS )
IS-2000
THÈME: CDMA

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

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

HANDOFF
SOFTER HANDOVER (CDMA)
THÈME: CDMA
Le « softer handover » se produit quand les stations de base sont sectorisées ( gèrent plusieurs
cellules)
Ainsi, quand le terminal mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux secteurs
adjacents d'une même station de base, les communications avec la station de base empruntent
simultanément deux canaux radio, un pour chaque secteur.
On compte généralement 5 à 10 % des terminaux mobiles
d'une cellule qui sont en situation de softer handover.

HANDOFF
SOFT HANDOVER (CDMA)
THÈME: CDMA
Durant un « soft handover », le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture commune à
deux stations de base.
On considère que 20 a 40 % des
usagers sont
en situation de soft handover.

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

POWER CONTROL
Contrôle de puissance en boucle
THÈME: CDMA
Ce contrôle permet d'évaluer les pertes du canal entre la station de base et l'usager mobile afin de
définir à quelle puissance le terminal mobile doit émettre pour compenser les phénomènes
d'évanouissements.
L'évaluation est faite dans le sens descendant, sur des canaux prévus à cet effet et on suppose, de
façon abusive, que les pertes sont identiques pour la voie montante et descendante.
Bien qu'imprécis, ce contrôle est nécessaire pour les terminaux mobiles lors de l'établissement
d'une connexion afin de définir approximativement le niveau de puissance auquel ils doivent
émettre.
Le contrôle de puissance en boucle fermée permettra ensuite d'ajuster cette puissance.

POWER CONTROL
THÈME: CDMA
Ce contrôle de puissance permet de compenser les évanouissements rapides qui dégradent
régulièrement le signal. La station de base réalise de fréquentes estimations du rapport signal à
interférence (Signal to Interference Ratio) et les compare à la valeur SIR cible.
Si la valeur SIR estimée est supérieure à la SIR cible, la station de base demande au mobile de
réduire sa puissance d'émission ; à l'inverse, il peut lui demander de l'augmenter.
Cette opération est réalisée 800 fois par seconde (800 Hz) pour chaque mobile, ce qui permet de
prendre en compte n'importe quelle variation de l'affaiblissement, même celle due au fast-fading
(évanouissement rapide dû aux trajets multiples).
Ainsi, tous les signaux reçus ont une même puissance. Ce mécanisme est utilisé tant dans le sens
descendant (pour limiter les interférences intercellulaires) que ascendant (vers le récepteur).

POWER CONTROL
THÈME: CDMA
Ce contrôle de puissance permet d'ajuster les valeurs cibles des SIR en fonction de l'utilisation du
lien radio de façon à assurer une qualité constante.
Pour cela, la station de base ajoute aux trames reçues dans le sens montant un indicateur de
qualité Cet indicateur est alors traité par le BSC qui, si la qualité est en baisse, commande en
retour à la station de base d'augmenter la valeur des SIR cibles.
Cette procédure est implémentée au niveau des BSC car elle doit être toujours disponible même en
cas de handover.

ROAMING
THÈME: CDMA
• ROAMING INTERNE
• ROMING REGIONAL
• ROAMING NATIONAL
• ROMING INTERNATIONAL

AVANTAGES DU CDMA
a) Résistance aux Interférences
THÈME: CDMA
Historiquement, le CDMA est issu de programmes de recherche militaires qui avaient pour but de
protéger les transmissions d’information contre le brouillage, c’est à dire une forme d’interférence
volontaire.
Le CDMA, étant une méthode de multiplexage à étalement de spectre, le brouillage efficace doit se
faire sur toute la bande de fréquences utilisées, ce qui n’est pas envisageable car cela consommerait
une puissance colossale.
Dans les applications civiles, la résistance à un brouillage intentionnel n’est pas un critère
déterminant dans le choix de la technologie de multiplexage. On cherche cependant à rendre le
système de communication résistant à des interférences non volontaires : les interférences entre
utilisateurs, les interférences liées à des phénomènes de réflexion et la présence d’un bruit additif.

AVANTAGES DU CDMA
b) Confidentialité (faible probabilité
d’interception)
THÈME: CDMA
Pour les applications militaires comme civiles, la confidentialité est un atout important pour un
système de communication. Dans le cas du CDMA, le signal émis ressemble beaucoup à du bruit
parce que l’on utilise des codes longs pseudo-aléatoires.
Le signal est étalé uniformément sur un large spectre : on ne détecte aucun pic en amplitude pour
une fréquence donnée. Ceci permet de masquer la présence ou non d’une communication. Quand
bien même on détecterait l’existence d’une communication, il est très difficile de l’intercepter si on
n’a pas accès aux codes utilisés. C’est une des raisons qui font que l’armée, ainsi que les opérateurs
téléphoniques utilisent cette méthode.

AVANTAGES DU CDMA
c) Un multiplexage adapté au système cellulaire
THÈME: CDMA
Les réseaux de téléphonie mobile actuels sont tous basés sur le concept de cellules. Une cellule
correspond à une zone géographique dans laquelle les utilisateurs transitent tous par le même
relais. Il se pose deux problèmes : celui de la réutilisation des fréquences et celui du passage d’un
utilisateur d’une cellule à une autre.
Du point de vue de la réutilisation des fréquences, le CDMA déplace le problème puisqu’il s’agit de
codes et non plus de fréquences. Cet aspect donne lieu soit à des analyses caricaturales (dans les
publications quasi publicitaires d’entreprises), soit à des études dont le niveau nous dépassait. Il
semblerait que le CDMA soit plus performant que les autres méthodes de multiplexage au niveau
des zones de recouvrement des cellules.

AVANTAGES DU CDMA
d) Une faible
consommation
THÈME: CDMA
Le CDMA nécessite moins de puissance que les technologies concurrentes. Ce gain est présent en
conversation ou non. Ceci permet l’augmentation de l’autonomie des téléphones portables ou bien
la diminution de la taille des batteries donc des combinés.

AVANTAGES DU CDMA
e) Communication durant Soft
handover
THÈME: CDMA
En effet, Le soft handover est lorsque le canal de la cellule source est maintenu pour un laps de
temps pendant que la liaison avec la cellule cible est engagée.
Dans ce cas, la connexion avec la cellule cible est établie avant la rupture du lien avant la cellule
source.
Ainsi, il n’y a pas de rupture de communication lors de processus de Soft handover.
Par contre, dans le cas d’un Hard handover (utilisé par le GSM), la connexion à la cellule source est
rompue avant (ou au même moment) l'établissement de la liaison avec la cellule cible.

THÈME: CDMA
LIMITES DU CDMA
Non Variété des terminaux
Un Grand inconvénient du CDMA est la variété limitée des terminaux: car à présent les principales sociétés de téléphonie mobile
utilisent la technologie GSM.
Capacité de Mise à jour
La capacité de mettre à jour ou de modifier à un autre combiné n’est pas facile avec cette technologie: parce que l'information de
service réseau pour le téléphone est placé dans le téléphone lui-même contrairement avec la carte SIM du GSM qui utilise pour
cela.
Capacité d’itinérance international
Un autre inconvénient de cette technologie par rapport à GSM est le manque de capacités d'itinérance internationale.
En effet, la technologie CDMA est un peu repartie dans le monde ; de ce fait, l’itinérance d’un mobil CDMA dans des pays
européens ou Africains n’est pas évident à exploiter.
Problème de collision
En général, les collisions à la chaîne est un inconvénient du système CDMA et peuvent être atténuées par une sélection rigoureuse
de séquence et de power control qui ont permit de la rendre proche de la perfection.

COMPARAISON CDMA Vs GSM
THÈME: CDMA
CRITERES CDMA GSM
COMPLEXITE Très Très Complexe Peu Complexe
COUT DU RESEAU Très Très Couteux Moins Coûteux
MUTIPLEXAGE
D’ACCES
CDMA FDMA + TDMA
W-CDMA
BANDE FREQUENTIELLE POUR UN 1.25MHz
3.75MHz
200KHz
COUT EVOLUTION VERS 3G Peu Coûteux Très Couteux
SECURITE DU RESEAUX Plus sécurisé Moins sécurisé
AUTONOMIE DES TERMINAUX Plus d’autonomie Moins d’autonomie
HANDOFF Softer HandOver
Soft HandOver
Hard HandOver

THÈME: CDMA
CRITERES CDMA GSM
TERMINAL SUPPORTE
Mobile
Fixe
Statellite
Mobile
INTERFERENCE Très Rare
Plus Fréquent
(Téléphone près d’un poste Radio Par
exemple)
LARGEUR DE BANDE UTILISE
450 MHz
700 MHz
800 MHz
1 700 MHz
1 900 MHz
2 100 MHz
900MHz
1800Mhz
DETENTEURS DE LA
TECHNOLOGIE
Américains Européens
POWER CONTROL
Efficace
(800 fois par seconde/terminal)
Moins efficace
(2 fois par seconde/terminal)
MODULE DE SOUSCRIPTION R-UIM SIM
ITINERANCE INTERNATIONAL
(ROAMING INTERNATIONAL)
Complexe (technologie rare) Plus évidente (technologie vulgaire)

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

THÈME: CDMA
Code
Division
Multiple
Access
/UY1/ENSP/4GTEL_22 AVRIL 2015
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE_YAOUNDE - CAMEROUN
Tel: +237 690 17 83 09
BENANA MAX-JOEL

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