Généralités sur la technologie Ultra Large Bande

Face à la demande croissante pour les applications multimédia sans fils, le monde des télécommunications doit répondre aujourd‟hui à un réel besoin pour les systèmes radio à très haut débit. Parmi les récentes innovations dans ce domaine, la communauté scientifique s‟intéresse particulièrement à l‟ultra large bande, qui consiste à utiliser des bandes de fréquence de l‟ordre de 500MHz à plusieurs GHz. Cet important étalement fréquentiel confère à la technologie ULB des caractéristiques uniques.

Historique

Durant ces trois décennies, pour faire face à l‟encombrement des bandes de fréquences utilisées pour la transmission d‟information, on a essentiellement cherché à réduire la largeur de bande nécessaire pour transmettre ces informations avec un taux d‟erreur acceptable. Ce n‟est que récemment-une dizaine d‟années- que le concept d‟ultra large bande a retrouvé un intérêt principalement suscité par le développement des transmissions à courte distance.

La grande majorité des techniques de transmission actuelles utilisent des modulations avec porteuses (Bluetooth, wifi..).

Si le terme ultra large bande est relativement récent, le concept lui-même est par contre bien plus ancien: Dès la fin du 19ème siècle, Heinrich Hertz avait eu l‟idée d‟utiliser des décharges électriques pour produire des ondes électromagnétiques, c‟était la base de la technique ultra large bande. Dans les années 60, Ross et Bennett étudient pour la première fois la propagation d‟ondes électromagnétique d‟un point de vue temporel plutôt que fréquentiel. Dans leur application apparait des applications liées à cette nouvelle technique à savoir: les communications et les radars.

Dans les années 1970-1994, la majorité des travaux vise à améliorer certains sous systèmes de cette nouvelle technique. A cette époque, on lui donne plusieurs noms : technologie « sans porteuse », ou en « bande de base » ou encore « technologie impulsionnelle ». C‟est en 1989 que le terme Ultra Large Bande apparait dans une publication du ministère de la défense aux Etats-Unis. Les travaux concernant cette technologie se sont effectués, pour la plupart, dans le cadre de programmes confidentiels américains (miliaires).

En 1994, la confidentialité des travaux liés à l‟Ultra Large Bande est levée : la recherche se développe de façon importante aussi bien dans l‟industrie que dans les universités. En 2002, la FCC (Federal communication commission) l‟organisme de régulation des communications américains, réglemente l‟Ultra Large Bande : elle en donne une définition précise, et définit les niveaux de puissance maximale autorisés (-41dB/MHz pour la bande haute) [I.1].

Caractéristiques de la technologie Ultra Large Bande 

La technologie ULB a plusieurs caractéristiques qui la distinguent des systèmes à bande étroite conventionnels :

Une large de bande instantanée, typiquement de l‟ordre 500MHz à plusieurs GHz ,ce qui rend l‟ULB plus adaptée à l‟augmentation de débit que les systèmes existants présentant des contraintes sur leur largeurs de bande. En effet, la capacité d‟un canal de transmission peut être calculé selon le théorème de Shannon par : C=B.log₂ ( 1+ S/N₀.B )

Où C représente la capacité maximale du canal (bit/s), B la largeur de bande du canal (Hz), S la puissance de signal (w), N la densité spectrale de puissance de bruit. Il est clair d‟après l‟équation (I.2) que la capacité maximale du canal de transmission croit linéairement avec la largeur de bande. Par ailleurs, cette capacité C’est une indication sur le débit maximal théorique. Pour un canal donné, comme on sait d‟après la théorie de l‟information, il est possible de transmettre des données à un taux d‟erreur binaire reste inférieur à un certain seuil fixé, à condition que le débit de transmission de données reste inférieur à la capacité maximale du canal de transmission.

La grande largeur de bande offre à l‟ULB une résolution temporelle supérieure à celle des systèmes conventionnels, pour des applications radar et de localisation précise. Cette résolution est typiquement de l‟ordre de la nanoseconde (ULB en mode impulsionnel).

Une courte durée d‟impulsion permet une grande robustesse face aux évanouissements rapides dus aux trajets multiples dans un environnement dense. Cette courte durée permet l‟exploitation d‟un nombre supérieur de trajets.

Une faible densité spectrale de puissance qui permet la coexistence de l‟ULB et des services existants. En effets, la large bande de fréquences des signaux ULB recouvre des fréquences déjà allouées à d‟autres systèmes radio. Les autorités de régulation ont alors imposé cette propriété aux signaux ULB afin de permettre de la coexistence de l‟ULB avec les services existants sans les perturber.

Comme conséquence a cette faible densité spectrale de puissance, les signaux ultra large bande sont plus difficiles à détecter et les communications sont mieux sécurisées. D‟autre part, cette propriété limite la portée des communications ULB à quelques dizaines de mètres. Les applications visées par l‟ULB sont donc des applications à courtes portées et à haut débit comme les réseaux Ad Hoc par exemple.

Une simple implémentation étant donné que l‟ULB permet la transmission directe d‟impulsions en directe en bande de base sans porteuse [I.4].