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Bases des communications sans fil

Apprenez les communications sans fil avec des QCM : longueur d'onde et fréquence, dBm et bilan de liaison, affaiblissement en espace libre et fading, ASK, PSK et QAM avec le débit de symboles, théorème de Shannon, OFDM et OFDMA, MIMO et formation de faisceau, problème de la station cachée dans les réseaux locaux sans fil, BLE, LPWA et NFC, LNA, mélangeurs, PA et facteur de bruit, récepteurs superhétérodynes et à conversion directe.

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Bases des communications sans fil : points clés

Les smartphones, les réseaux locaux sans fil et les objets de l'IoT transmettent des informations portées par des ondes radio et extraient du bruit des signaux extrêmement faibles. Leurs performances dépendent de la combinaison des techniques de communication, comme la modulation et l'accès multiple, des circuits radiofréquence, comme les amplificateurs, les mélangeurs et les filtres, et des composants à semi-conducteurs qui les réalisent.

Ce thème couvre, avec des questions de calcul, les bases des ondes radio, comme la fréquence et la longueur d'onde, le bilan de liaison en dB et en dBm, l'affaiblissement en espace libre, le fading par trajets multiples et le décalage Doppler, puis l'ASK, la FSK, la PSK et la QAM, le débit de symboles et le débit binaire, le théorème de Shannon, l'OFDM et le préfixe cyclique, le CDMA et l'OFDMA, le MIMO et la formation de faisceau. Il aborde aussi les normes des réseaux locaux sans fil et le problème de la station cachée, WPA3, le BLE, le LPWA, le NFC et le GNSS, les principes de la 4G LTE et de la 5G NR, le rôle du LNA, du mélangeur, du PA et du duplexeur, le facteur de bruit et la formule de Friis, la sensibilité, les récepteurs superhétérodynes et à conversion directe, et les raisons pour lesquelles les PA utilisent des semi-conducteurs composés.

Toutes les questions sur Bases des communications sans fil (40)
  1. En prenant la vitesse de la lumière égale à 3×10⁸ m/s, quelle valeur est la plus proche de la longueur d'onde dans le vide d'une onde radio de 2,4 GHz ?
  2. Un émetteur radio a une puissance d'émission de 20 dBm. Quelle est cette puissance exprimée en mW ?
  3. Quelle description de l'unité dBi, qui exprime le gain d'une antenne, est correcte ?
  4. Les antennes d'émission et de réception ont un gain de 0 dBi. Quelle valeur est la plus proche de l'affaiblissement en espace libre subi par une onde radio de 2,4 GHz (longueur d'onde 0,125 m) qui parcourt 100 m en espace libre ?
  5. La puissance d'émission est de 20 dBm, le gain de l'antenne d'émission de 2 dBi, celui de l'antenne de réception de 2 dBi, l'affaiblissement de propagation de 100 dB, et les pertes des câbles côté émission et côté réception totalisent 4 dB. Quelle est la puissance reçue ?
  6. En radiocommunication, quel phénomène correspond au cas où des ondes réfléchies par des bâtiments arrivent en retard à cause de la différence de longueur des trajets, interfèrent avec l'onde arrivée directement et font chuter fortement la puissance reçue selon l'endroit ou la fréquence ?
  7. Un terminal qui reçoit une onde radio de 2 GHz se rapproche de la station de base à 30 m/s (108 km/h). En prenant la vitesse de la lumière égale à 3×10⁸ m/s, quelle valeur est la plus proche de l'amplitude du décalage de fréquence (décalage Doppler) de l'onde reçue par le terminal ?
  8. Quelle affirmation décrit correctement une caractéristique générale des ondes des bandes millimétriques, comme la bande des 28 GHz utilisée en 5G, par rapport aux bandes inférieures à 6 GHz ?
  9. Parmi les modulations numériques, laquelle représente les données en faisant varier la phase tout en gardant constantes l'amplitude et la fréquence de la porteuse ?
  10. En 64QAM, combien de bits peut-on transmettre par symbole ?
  11. En 16QAM, avec un débit de symboles de 5 M symboles par seconde (5 Mbauds), quel est le débit binaire ?
  12. À débit de symboles égal, quelle affirmation décrit correctement l'effet général du passage de la 16QAM à la 256QAM ?
  13. Pour un canal de largeur de bande 20 MHz et de S/N (rapport signal sur bruit) 30 dB, quelle valeur est la plus proche de la capacité du canal (limite théorique du débit transmissible sans erreur) donnée par le théorème de Shannon ?
  14. Quelle description de l'OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence) est correcte ?
  15. En OFDM, quel est le but principal du préfixe cyclique (CP), qui copie une partie de la fin de chaque symbole au début de celui-ci ?
  16. En OFDM, la durée d'un symbole hors CP est l'inverse de l'espacement des sous-porteuses. Si l'on élargit cet espacement de 15 kHz à 60 kHz, quelle valeur est la plus proche de la durée du symbole hors CP ?
  17. Quelle description de l'étalement de spectre à séquence directe (DSSS) est correcte ?
  18. Quelle technique d'accès multiple permet à plusieurs utilisateurs d'utiliser la même fréquence au même moment, en distinguant leurs signaux par un code propre à chaque utilisateur ?
  19. Quelle description de l'OFDMA (accès multiple par répartition orthogonale de la fréquence) est correcte ?
  20. Dans un système MIMO à 4 antennes d'émission et 2 antennes de réception, quel est le nombre maximal de flux de données indépendants (streams) que le multiplexage spatial permet de transmettre sur la même fréquence au même moment ?
  21. Quelle technique règle, pour chaque élément d'antenne, la phase (et l'amplitude) du signal émis afin que les ondes se renforcent dans une direction donnée ?
  22. Quelle est la raison principale la plus appropriée pour laquelle les stations de base et les terminaux 5G en bande millimétrique utilisent la formation de faisceau avec des réseaux d'antennes comptant de nombreux éléments ?
  23. Quelle est la raison principale pour laquelle la téléphonie mobile cellulaire divise la zone desservie en nombreuses petites zones (cellules) dotées chacune d'une station de base ?
  24. Quelle est la raison principale la plus appropriée pour laquelle la liaison montante de la 4G LTE (émission du terminal vers la station de base) a adopté le SC-FDMA (OFDM étalé par DFT) plutôt que l'OFDMA de la liaison descendante ?
  25. Quelle(s) bande(s) de fréquences utilise un réseau local sans fil IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) ?
  26. Quelle description du mécanisme RTS/CTS, utilisé pour atténuer le problème de la station cachée dans les réseaux locaux sans fil, est correcte ?
  27. Quelle méthode d'authentification et d'échange de clés le mode personnel de la norme de sécurité Wi-Fi WPA3 a-t-il adoptée à la place de la clé pré-partagée (PSK) du WPA2, afin que la capture des échanges ne permette pas de deviner facilement le mot de passe par une attaque par dictionnaire hors ligne ?
  28. Quelle affirmation décrit correctement une caractéristique du Bluetooth Low Energy (BLE) ?
  29. Quelle affirmation décrit correctement une caractéristique des communications sans fil LPWA (Low Power Wide Area) utilisées dans l'IoT ?
  30. Quelle affirmation décrit correctement une caractéristique du NFC, utilisé par les cartes de transport sans contact et le paiement sans contact par smartphone ?
  31. Quel est le nombre minimal de satellites nécessaire à un récepteur GNSS (système global de navigation par satellite), comme le GPS, pour déterminer sa position en trois dimensions tout en calculant aussi l'erreur de sa propre horloge ?
  32. Dans un récepteur radio, quel circuit, placé juste après l'antenne, amplifie le signal reçu très faible en y ajoutant le moins de bruit possible ?
  33. Dans un récepteur, quel circuit convertit la fréquence en multipliant le signal reçu par le signal de l'oscillateur local (LO), pour produire un signal à la différence (ou à la somme) de leurs fréquences ?
  34. Un récepteur superhétérodyne reçoit un signal à 900 MHz en réglant l'oscillateur local (LO) sur 800 MHz, pour le convertir à une fréquence intermédiaire (FI) de 100 MHz. Quelle est la fréquence image, qui est elle aussi convertie à la même FI de 100 MHz ?
  35. Quelle affirmation décrit correctement le récepteur à conversion directe, qui règle l'oscillateur local (LO) à la même fréquence que le signal reçu pour le convertir directement en bande de base sans passer par une fréquence intermédiaire, par rapport au récepteur superhétérodyne ?
  36. Dans un émetteur de signaux OFDM ou QAM à nombreux niveaux, quelle est la raison principale pour laquelle on fait fonctionner l'amplificateur de puissance (PA) à un point de fonctionnement abaissé sous le point de saturation de sa sortie (recul, back-off) ?
  37. Le premier étage d'un récepteur est un LNA de facteur de bruit 1,5 dB et de gain 15 dB, suivi d'un circuit de facteur de bruit 10 dB. Quelle valeur est la plus proche du facteur de bruit de l'ensemble des deux étages ?
  38. La densité de puissance du bruit thermique à 290 K est de −174 dBm/Hz. Pour un récepteur de largeur de bande 1 MHz et de facteur de bruit 6 dB, dont la démodulation exige un S/N de 10 dB, quelle valeur est la plus proche de la sensibilité (puissance minimale du signal pouvant être reçue) ?
  39. Dans un téléphone mobile FDD, qui émet et reçoit simultanément sur des fréquences différentes, quel composant sépare les signaux émis et reçus en exploitant leur différence de fréquence, afin de partager une seule antenne entre l'émission et la réception ?
  40. Dans les circuits radio d'un smartphone, l'émetteur-récepteur, qui comprend le LNA, le mélangeur, la PLL, etc., est souvent intégré sur une puce CMOS, alors que le PA d'émission utilise souvent un semi-conducteur composé comme un HBT en GaAs. Quelle en est la raison principale la plus appropriée ?

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