151279101 Dimensionnement Et Planification d Un Reseau 4G LTE Pour Tunisie Telecom

République Tunisienne

Projet de Fin d'Etudes

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la recherche scientifique

N° d'ordre: 2013

Université de Gabès Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès Département de Génie des Communications et des Réseaux

Mémoi Mé moire re de Pro Projet jet de Fin Fin d’ d’E Etu tudes des Opti ptimi misation sation d’ un ré r ése sea au pilo pi lote te 4G 4G pou pourr Tun unis isie ie Té Téléco lécom m Présenté à

L’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès En vue de l’obtention du

Diplôme National d'Ingénieur en Communications et Réseaux

Réalisé par : Eya JAMMAZI Encadré par : Mme. Raouia AYADI(ENIG) M.Kais AMRI (Tunisie Telecom) M. Nourreddine BOUJNEH (FSG) Soutenu le 21 21/Juin/201 /Juin/2013, 3, devant la commissi on d'examen:

M. Mme. Mme. M.

Belgacem CHIBENI Nedra Ben GHODHBEN Raouia AYADI Nourreddine BOUJNEH

Dé d i c a c es A

ngi, m on p èr e M ongi, j i ba ba , & m a m èr e N a ji

Pou r t ou t e se ses pa t i e n ces ces, se s sou t i e n s, se s af fect i on s e t se s sacr i fi ces ces du r a n t ces ces an n é e s. P o u r m ’ a v o i r p o u sséj u sq u ’ a u b o u t et p o u r a v o i r é t é t o u j ou o u r s u n c o n f or or t m or a l

A

m o n c h eerr f r èr e Seif P o u r l e g r a n d a m o u r e t l a p a t i en e n c e Qu e d i eeuu l e g a r d e e t l e p r ot ège.

A

m o n c h eerr f r èr e F a r e s E n l u i s ou ou h a i t a n t l a r é u ssi t e d a n s ses E t u d e s e t d a n s sa v i e

A

m a chèr e ssœ œu r Sonia En lu i sou ha i t an t la r é u ssi t e da n s ses é t u des et da n s sa v i e

A

t o u s m e s p r o ch ch e s d a n s l a f a m i l l e .

A

t o u s c eu eu x q u i o n t c r u en en m oi .

A

t o u s c eu eu x -c i j e d é di e ce t r av ai l

E n e sp é r a n t êt r e t o u j o u r s àl a h a u t e u r d e l e u r s a t t en t e s

…Eya

R e m er c i em em e n t s

Au terme de ce projet, je tenais à exprimer mes profonds remerciements à tous ceux qui m’as aidé de prés ou de loin à la réalisation de ce travail.

J e présente mes sincères gratitudes et respects à mes encadreurs Mme Rouia AYADI et Mr.Noureddine BOUJNEH qui ne m’ont épargné aucun effort pour le bon déroulement de ce travail. Ses remarques et ses consignes ont été pour moi d’un grand apport.

C e projet a été réalisé en collaboration avec Tunisie Telecom et je remercie Mr.Kais AMRI AMRI pour m’avoir confié confié ce sujet de recherche.

J e tenais aussi à exprimer mes remerciement à tous tous les enseignants enseignants de ENIG qui m’ont beaucoup aidé, offert une agréable ambiance de travail et l’ ENIG m’ont garanti la meilleure formation possible afin d’effectuer ce projet dans les meilleurs conditions.

Enfin mes meilleurs et vifs remerciements s’adressent aux membres du jury pour avoir accepté d’évaluer ce modeste travail. C’est un réel honneur de juger notre travail. Nous espérons être à la hauteur hauteur de leurs expectations. expectations.

Table des Matières Liste des Acronymes ............................................................................................................ 11 Introduction générale ............................................................................................................ 13 Cahier de charges .................. ......... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. ............. 14 Présentation de l’organisme d’accueil ................................................................................... 15 Chapitre Chapitre I: ................................... ................................................... .................................. ................................... .................................. .................................. ..................... .... 16 La quatrième génération génération du réseau radio mobile LTE ................... .......... .................. .................. ................... ................... ............ ... 16 1.1. Introducti Introduction on ................................. .................................................. .................................. .................................. .................................. ........................... ..........17 1.2.Évolution UMTS vers LTE ......................................................................................... 17 1.2.1. Principe de W-CDMA.................. ........ ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. .............. ..... 17 1.2.2. La technologie HSDPA ....................................................................................... 18 1.2.3. La technologie HSUPA ....................................................................................... 18 1.2.4. La technologie de HSPA+ ................................................................................... 18 1.3. LTE (Long Term Evolution) ................... ......... ................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. .............19 1.3.1. Architecture LTE ................................................................................................ 20 1.3.2. Réseau d’accès : E-UTRAN E-UTRAN ................... .......... .................. .................. ................... ................... .................. .................. .............. ..... 20 1.3.3. Réseau Réseau Cœur : EPC (Evolved Packet Packet Core) ................... .......... .................. .................. ................... ................... ......... 21 1.4. Interface Interface Air..................... Air....................................... .................................. .................................. ................................... .................................. ..................... ....22 1.4. 1.Principe de l’OFDM et SC-FDMA ...................................................................... 22 1.4.2. Structure de la trame ........................................................................................... 23 1.4.3. Concept de bloc de ressources ............................................................................. 24 1.4.4. Les canaux radio ................................................................................................. 24 1.4.4.1. Les canaux logiques ...................................................................................... 24 1.4.4.2. Canaux de transport ....................................................................................... 25 1.4.4.3. Canaux physique ........................................................................................... 25 1.5. Principe de la technologie MIMO .............................................................................. 27 1.6. Modulation et codage adaptatifs ................................................................................. 28 1.7. Les exigences LTE ..................................................................................................... 28 1.7.1. La capacité des utilisateurs simultanés................... ......... ................... .................. .................. ................... ................... ......... 28 1.7.2. 1.7.2. Les débits débits ................................. .................................................. .................................. .................................. .................................. ........................ .......29 1.7.3. La latence ............................................................................................................ 29 1.7.4. 1.7.4. La mobilité mobilité....................................... ........................................................ .................................. .................................. ................................. ................29 1.8. Qualité des services.................................................................................................... 29 1.8.1. Les services LTE ................................................................................................. 29 1.8.2. Efficacité QOS .................................................................................................... 30

1.9. Conclusion .................................................................................................................30 Chapitre II : ..........................................................................................................................31 Dimensionnement du réseau mobile LTE ............................................................................. 31 2.1. Introduction ...............................................................................................................32 2.2. Processus de Dimensionnement ................................................................................. 32 2.3. Dimensionnement de couverture ................................................................................ 33 2.3.1. Les étapes de dimensionnement de couverture..................................................... 33 2.3.2. Le calcul à faire : ................................................................................................. 34 2.3.2.1. Bilan de liaison Radio RLB ........................................................................... 35 2.3.2.2. Modèle de Propagation : ................................................................................ 36 2.3.3. Calcul de la couverture pour les Uplink ............................................................... 37 2.3.3. 1. Débit requis : ................................................................................................ 37 2.3.3.2. SINR requis : ................................................................................................. 38 2.3.3. 3. Sensibilité eNodeB récepteur : ...................................................................... 39 2.3.3. 4. Les marges de bruit ...................................................................................... 39 2.3.3.5. Puissance par bloc de ressource EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) .42 2.3.3. 6. Equation bilan de liaison Uplink ................................................................... 43 2.4. Calcul de la couverture pour les DownLink................................................................ 43 2.4.1. Pertes de trajet ..................................................................................................... 44 2.4.2. Débit binaire requis : ........................................................................................... 44 2.4.3Puissance par bloc de ressource :...........................................................................44 2.4.4. Augmentation du bruit à la bordure de la cellule.................................................. 44 2.4.5. Equation bilan de liaison DownLink:................................................................... 45 2.4.6. La sensibilité du l’équipement utilisateur récepteur ............................................. 45 2.4.7. SINR à la bordure de la Cellule .......................................................................... 45 2.4.8. Limite du Bilan de liaison ................................................................................... 46 2.4.9. Les modes de transmission .................................................................................. 46 2.4.10. Rayon de la cellule ............................................................................................ 48 2.4.11. Nombre des sites : ............................................................................................. 48 2.5. Dimensionnement de capacité : .................................................................................. 50 2.5.1. Calcul dimensionnement de capacité pour les Uplink : ........................................ 50 2.5.1.1. Débit de la cellule : ........................................................................................ 50 2.5.2. Calcul dimensionnement de capacité DownLink : ............................................... 51 2.5.2.1. SINR : ...........................................................................................................51 2.5.2.2. Débit de la cellule : ........................................................................................ 51

Projet Fin d’Etude- Eya JAMMAZI- 2012/2013

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2.5.2.3. Nombre des sites demandés : ......................................................................... 51 2.6. Conclusion : ...............................................................................................................52 Chapitre III :.........................................................................................................................53 Conception et réalisation d’un outil de dimensionnement du réseau LTE .............................. 53 3.1. Introduction ...............................................................................................................54 3.2. Spécification des besoins ........................................................................................... 54 3.3. Outils de conception .................................................................................................. 55 3.3.1. Choix du langage de modélisation ....................................................................... 55 3.3.2. Logiciel de modélisation : ArgoUML ..................................................................55 3.4. Les diagrammes UML ............................................................................................... 56 3.4.1. Le diagramme de cas d’utilisation ....................................................................... 56 3.4.2. Le diagramme de classe ...................................................................................... 57 3.4.3. Le diagramme de séquence.................................................................................. 57 3.4.3.1 .Diagramme de séquence « Authentification » ...............................................58 3.4.3.2 .Diagramme de séquence « générale » simplifié............................................. 58 3.5. L’environnement de développement........................................................................... 60 3.5.1. Langage de développement : Java..................................................................... 60 3.5.2. Technologies utilisé : NetBeans (version 7.2.1) ................................................60 3.5.3. IText ................................................................................................................60 3.6. Développent de l’outil ................................................................................................ 60 3.6.1. Description de l’outil ........................................................................................... 60 3.6.2. Interface d’authentification .................................................................................. 61 3.6.3. Interface d’inscription : ....................................................................................... 61 3.6.4. Onglet « paramètre Radio » ................................................................................. 62 3.6.5. Onglet « paramètre Abonnées »...........................................................................63 3.6.6. Onglet « paramètre ENodeB » et Onglet « paramètre UE » ................................. 64 3.6.7. Onglet « paramètres de la ligne de transmission »................................................ 66 3.6.8. Onglet « UL-DL» ................................................................................................ 66 3.6.9. Onglet « paramètres système» : ........................................................................... 67 3.6.10. Onglet « Solution» : .......................................................................................... 68 3.6.11. Onglet « Information » : .................................................................................... 69 3.7. Validation des résultats obtenus ................................................................................. 70 3.7.1. Processus de planification LTE ........................................................................... 70 3.7.2. Planification avec ATOLL .................................................................................. 71 3.7.2. 1.Les étapes à suivre ......................................................................................... 71


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3.7.2.2. Zone géographique à planifier ....................................................................... 72 3.7.2.3. Ajout des sites ............................................................................................... 73 3.8. Conclusion .................................................................................................................75 Conclusion et perspectives.................................................................................................... 76 Bibliographies ......................................................................................................................77 Webographie ........................................................................................................................ 78 Annexe 1 ..............................................................................................................................79 Annexe 2: ATOLL ...............................................................................................................80


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L i st e d es f i g u r es FIGURE 1.1:EVOLUTION VERS LTE ........................................................................................17 FIGURE 1.2: ARCHITECTURE DE LTE......................................................................................20 FIGURE 1.3: ARCHITECTURE EPC ..........................................................................................21 FIGURE1.4:DIFFERANCE OFDMA ET SC-FDMA ....................................................................23 FIGURE1.5:TRAME LTE.........................................................................................................23 FIGURE1.6:DUPLEXAGE FDD ................................................................................................23 FIGURE 1.7:DUPLEXAGE TDD ...............................................................................................24 FIGURE 1.8:BLOC DE RESSOURCES .........................................................................................24 FIGURE 1.9: MAPPAGE DES CANAUX .......................................................................................26 FIGURE 1.10 :SCHEMAS REPRESENTATIFS DES SYSTEMES SISO, MISO, SIMO ET MIMO ........ 27 FIGURE 1.11: MODULATIONS LTE ..........................................................................................28 FIGURE 1.12:EPS BEARERS ....................................................................................................30 FIGURE 2.1: PROCESSUS DE DIMENSIONNEMENT ......................................................................32 FIGURE 2.2:PROCESSUS DE DIMENSIONNEMENT DE COUVERTURE POUR LE DOWNLINK ………34 FIGURE 2.3: CALCUL DU DIMENSIONNEMENT DE COUVERTURE ...............................................35 FIGURE 2.4:VARIATION SINR EN FONCTION DE NBRE DE BLOC DE RESSOURCES ...................... 39 FIGURE 2.5:CONNEXIONS DU SYSTEME D 'ALIMENTATION DE L’ANTENNE .................................41 FIGURE 2.6: MODELE BILAN DE LIAISON UPLINK .....................................................................43 FIGURE 2.8: MODELE HEXAGONALES DE CELLULE ..................................................................49 FIGURE 2.9: ILLUSTRATION DE CALCUL DE DIMENSIONNEMENT DE CAPACITE ..........................51 FIGURE 3.1: LOGO ARGOUML...............................................................................................55 FIGURE3.2 : DIAGRAMME DE CAS D’UTILISATION ...................................................................56 FIGURE3.3 : DIAGRAMME DE CLASSE .....................................................................................57 FIGURE3.4. DIAGRAMME DE SEQUENCE DE « AUTHENTIFICATION » .........................................58 FIGURE 3.5 : DIAGRAMME DE SEQUENCE DE « SIMPLIFIE » ...................................................... 59 FIGURE 3.6: LOGO DE IP PLANNINGTOOL ...............................................................................61 FIGURE3.7. I NTERFACE D’AUTHENTIFICATION ........................................................................61 FIGURE3.8 : I NTERFACE D’INSCRIPTION ..................................................................................62 FIGURE3.9 : ONGLET « PARAMETRES RADIO ».........................................................................63 FIGURE3.10 : ONGLET « PARAMETRES ABONNEES » ................................................................ 64 FIGURE3.11 : ONGLET « PARAMETRES ENODEB » ..................................................................65 FIGURE3.12 : ONGLET « PARAMETRES UE » ...........................................................................65 FIGURE3.13 : ONGLET « PARAMETRES DE LA LIGNE D ’ALIMENTATION » ..................................66 FIGURE3.14 : ONGLET « PARAMETRES DE LA LIGNE D ’ALIMENTATION » ..................................67 FIGURE3.15 : ONGLET « PARAMETRES SYSTEME » ...................................................................68 FIGURE3.16 : ONGLET « SOLUTION» ......................................................................................69 FIGURE3.17 : ONGLET « I NFORMATION» ...............................................................................70 FIGURE 3.18 : PROCESSUS DE PLANIFICATION .........................................................................70 FIGURE3.19 : ZONE SELECTIONNEE POUR LA PLANIFICATION ...................................................72 FIGURE3.20 : COMPOSITION DE LA ZONE SELECTIONNEE .........................................................73 FIGURE3.21 : AJOUT DES SITES SUR LA ZONE SELECTIONNEE ...................................................73 FIGURE3.22 : AJOUT DES SECTEURS ........................................................................................74

FIGURE3.23 : ACTIVATION DES SITES .....................................................................................74 FIGUREA1.1 : BILAN DE TRAJET .............................................................................................79 FIGUREA2.1 : INTERFACE DE DEMARRAGE .............................................................................80 FIGUREA2.2 : CARTE DE GRAND TUNIS ..................................................................................80 FIGUREA2.3 : FOCUS ZONE ....................................................................................................81 FIGUREA2.4 : CONFIGURATION DES SITES ..............................................................................81 FIGUREA2.5 : CONFIGURATION DES SECTEURS DE CHAQUE SITE ..............................................81 FIGUREA2.6 : PREDICTION DE COUVERTURE ..........................................................................82 FIGUREA2.7 : CORRECTION AUTOMATIQUE DE COUVERTURE ..................................................82


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L i st e d e s t a b l ea u x TABLEAU 1.1 : CARACTERISTIQUES LTE................................................................................20 TABLEAU2.1:LARGEURS DE BANDE ET LES BLOCS DE RESSOURCES SPECIFIEES LTE................. 38 TABLEAU 2. 2:PERTES DE LA PENETRATION ............................................................................40 TABLEAU 2. 3: PERTES SELON TYPE DE SIGNAL .......................................................................40 TABLEAU2. 4:MARGE DE SHADOWING ...................................................................................41 TABLEAU 2.5:PERTES DE LIGNE D’ALIMENTATION ..................................................................42 TABLEAU 2.6:PARAMETRES SEMI EMPIRIQUES POUR DOWNLINK .............................................47 TABLEAU 2.7:BILAN DE LIAISON DOWNLINK .........................................................................45 TABLEAU 2.8:ATTENUATION FIXE DANS LE MODELE DE PROPAGATION OKUMURA-HATA..........48 TABLEAU2.9 : SURFACE DE ZONE ...........................................................................................50

List e des Acr onymes

Li st e des A cr ony m es ACK : Acknowledgement AMR: Adaptive Multi-Rate AMC: Adaptive Modulation and Coding

FDMA :Frequency Division Multiple Access GAN :Generic Access Network GSM :Global system for Mobile

BW : Bandwidth

GPRS: General Packet Radio Service

BER : Bit Error Rate

GGSN: Gateway GPRS Support Node

BCH : B roadcast Channel

GTP: GPRS Tunneling Protocol

BCCH: Broadcast Control Channel HARQ :Hybrid Automatic Repetition CCCH: Common Control Channel

Request

CDMA : Code division Multiple Access

HSDPA :High S peed Downlink Packet

CP: Cyclic Prefix

Access

CQI: Channel Quality Indicator

HSUPA:

DTCH: Dedicated Traffic Channel DL-SCH : Downlink Shared

High-S peed U plink Packet

Access Channel HSS:Home Subscriber Server

DFT : D iscrete Fourier Transform I

IFFT: Inverse Fast Fourier Transform

DCCH: Dedicated Control Channel DL

IDFT: Inverse Discrete Fourier Transform

Downlink

IMS :IP Multimedia Subsystem

EIRP: Effective Isotropic Radiation Power

ISI: Inter-Symbol-Interference LTE: Long Term Evolution

EPS :Evolved Packet System EPC :Evolved Packet Core

MBMS: Multimedia Broadcast Multicast

eNB: Evolved Node B

Service

E-UTRAN: Evolved UMTS Terrestrial

MCCH :Multicast Control Channel

epa5 :Extended Pedestrian

MME: Mobility Management Entity

eva70: Extended Vehicle A

MIMO: Multiple Input Multiple Output

etu300: Extended Typical Urban

MTCH :Multicast Traffic Channel MCH :Multicast Channel

FDD: Frequency Division Duplexing

MAC: Medium Access Control

FFT :Fast Fourier Transform

MISO: Multiple Input Single Output

List e des Acr onymes

MAPL: Maximum Allowed Path Loss

RB :Resource Blocks

NRB: Number of Resource Blocks

SAE: System Architecture Evolution

OFDM :Orthogonal Frequency Division Multiplexing OLSM: O pen Loop S patial Multiplexing PAPR :Peak to Average Power Ratio P-GW: Packet Gateway P-SCH :Primary Synchronization Channel PCCH :Paging Control Channel PMCH :Physical Multicast Channel U PBCH: Physical Broadcast Channel Downlink

Shared

Control

Format

Channel PCFICH:

Physical

Indicator Channel PDCCH :Physical Downlink Control Channel PHICH:

Physical

Hybrid

Indicator

Channel PUSCH: Physical U plink Shared Channel PUCCH:Physical U plink Control Channel Random

S-GW: Serving Gateway SAE System Architecture Evolution SIMO: Single Input Multiple Output SISO: Single Input Single Output SNR: Signal to Noise Ratio S-SCH:Secondary

Synchronization

TDMA: Time division Multiple Access TDD: Time Division Duplexing TMA :Tower Mounted Amplifier TTI :Transmission Time Interval UMTS:Universal

Mobile

Telecommunications System UE: User Equipment UL: U plink UML: Unified Modeling Language UL-SCH :U plink Shared channel

PN :Pseudo random Noise code

PRACH:Physical

SINR:Signal Interferance-plus-noise Ratio

Channel

PCH :Paging Channel

PDSCH:Physical

SC :Single Carrier

Access

VOIP: Voice over IP WLAN :Wireless Local Area Network

Channel

QAM :Quadrature Amplitude Modulation QPSK :Quadrature Phase Shift Keying QoS: Quality of Service QUL : Loading In The U plink QDL: Loading In The Downlink


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Int r oduct Ion génér al e

I n t r od u ct i on gé né r ale Le réseau radio mobile est aujourd'hui un domaine en pleine effervescence. Pendant la dernière décennie, les évolutions de télécommunications ont explosé une nouvelle gamme de service qui a écarté les services classiques à fin de satisfaire l’augmentation du nombre des utilisateurs et les exigences de taux de données élevés. Cette motivation, laisse les générations mobiles se succèdent et se développent de la technologie GSM vers un système de paquets tout IP optimisé dénommé longue Term Evolution (LTE). Ergo, l’opérateur se trouve, devant ces technologies, obliger de répondre à la croissance continue du trafic, avec une faible latence, une meilleure fiabilité, et une meilleure efficacité spectrale par rapport à les précédentes générations. Ces exigences ont stimulé les évolutions réseaux pour mettre aujourd’hui le premier pas vers la quatrième génération avec LTE.A ce stade, l’opérateur doit réduire le cout d’investissement et augmente la qualité de service pour assurer la rentabilité. Pour le faire il doit passer par les phases primordiales : dimensionnement et planification, qui consistent à satisfaire les contraintes de couverture et de capacité tout en minimisant les ressources exploitées, ce qui garantit une étude fiable du réseau avant la réalisation. C’est dans ce cadre, se déroulera notre projet fin d’étude effectué en collaboration avec Tunisie Telecom. Au cours de notre rapport, nous avons quatre chapitres à mettre en œuvre. Nous entamerons le travail par un premier chapitre étude de l’art permettent de présenter la génération 3.9(LTE). Une deuxième partie sera consacré pour détailler le dimensionnement orientée capacité et couverture. La partie suivante nous élaborons la conception et la réalisation par l’exposition des différentes interfaces de l’application accompagnée d’une description précise Ainsi, nous validons notre solution par une simulation avec ATOLL. Et enfin, une conclusion récapitule notre travail et présente les connaissances acquises suite à ce projet de fin d’étude.

Ca hier de Char ges

Ca h i er d e ch a r g es

Titre du projet : Dimensionnement et planification LTE Encadré par : Mme.Raouia AYADI Mr.Noureddine BOUJNEH

Cahier de charges : 

Recherche bibliographique sur le réseau cellulaire 4 G.



Développement d’un outil de dimensionnement des EnodeB des réseaux LTE – 4G



Simulation d’un réseau pilote 4G avec l’outil de planification radio Atoll

Méthodologie : Au cours de ce projet, nous adopterons une démarche qui a le plan suivant : Phase d’étude théorique. Phase de conception. Phase de réalisation. Phase de planification.    

Mots clés : LTE, dimensionnement orienté capacité et couverture, planification, bilan de liaison , modèle de trafic, eNodeB…. Outils : Java - Atoll 3.2

Pr ésent a t ion de l ’or ga nisme d’a ccueil

Pr é sen t a t i on d e l ’ or g a n i sm e d ’a c cu ei l Tunisie Télécom est le nom commercial de l'opérateur historique de télécommunications en Tunisie. La loi portant création de l'Office national des télécommunications, dont le nom commercial est Tunisie Télécom, est promulguée le 17 avril 1995 et entre en vigueur le 1 er janvier 1996. Devenu société anonyme de droit public fin 2002, il change de statut juridique, par un décret du 5 avril 2004, pour devenir une société anonyme dénommée « Tunisie Télécom ». Elle connaît une privatisation partielle en juillet 2006 avec l'entrée dans son capital, à hauteur de 35 %, du consortium émirati ETI (Emirates International Télécommunications). Tunisie Télécom met en place, exploite et commercialise le premier réseau GSM en Mauritanie (Mattel) à partir de mai 2000. Elle conclut également une convention de coopération technique avec Djibouti Télécom pour le développement de ses réseaux de télécommunications. Tunisie Télécom propose des services dans le domaine des télécommunications fixes et mobiles. En juin 2006, il est fort de 1 259 000 abonnés au réseau fixe (RTCP), dont il détient le monopole, et de 3 265 000 abonnés au réseau GSM (la première ligne est inaugurée le 20 mars 1998), faisant de lui le leader sur ce marché devant l'opérateur privé Tunisiana. Depuis 2008, Tunisie Télécom offre la possibilité aux détenteurs de cartes bancaires nationales d'alimenter le solde de leurs lignes prépayées via les distributeurs automatiques de billets de l'Arab Tunisian Bank (service Mobilink). Le 21 mars 2009, Tunisie Télécom lance une nouvelle marque, Elissa, avec des offres spécifiquement conçues pour les jeunes de moins de 25 ans. Il est également un fournisseur d'accès à Internet (Frame Relay, ADSL, X.25, LS, RNIS et WLL pour la téléphonie rurale). Au printemps 2011, suite à la révolution tunisienne, la société est secouée par un important conflit social entre les représentants de l'Union générale tunisienne du travail et ceux de son actionnaire émirati au sujet du sort d'une soixantaine de contractuels (sur 8 500 employés) représentant 3,5 % de la masse salariale ; il est marqué par des grèves et sit-in affectant le bon fonctionnement de l'opérateur. Il s'achève avec la fin de ces contrats de travail, à l'exception de dix contractuels gardant leurs fonctions [4].

Chapitre I: La quatrième génération du réseau radio mobile LTE

Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

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Chapit r e i : l a qua t r ième génér a t ion du Resea u r a dio mobil e l t e

1.1. Introduction Ce premier chapitre est consacré pour la présentation des éléments clés abordés au cours de notre travail tel que la stratégie mise en place par le réseau radio mobile LTE

Long Term Evolution. Ce dernier est l’objet de ce premier chapitre, où nous allons présenter une étude introductive portant sur les spécifications techniques de ce standard par une description globale des successeurs de la 3G vers LTE, puis nous allons détailler la technologie LTE .

1.2.Évolution UMTS vers LTE Le 3G facilite le processus de standardisation, occupé de deux côtés : opérateur et consommateur, en se basant sur les règles tracées par l’Union Internationale des Télécommunication. La figure suivante illustre la succession des technologies vers LTE :

Figure 1.1:Evolution vers LTE [1]

Entre 2009 et 2010, Tunisie Télécom lance la technologie 3G dont son ampleur atteint celle de la 2G et apporte plusieurs amélioration citant : accès haut débit à l'Internet sans fil, visiophonie, la télévision sur le téléphone….

1.2.1. Principe de W-CDMA Une nouvelle gamme de service multimédia a été lancée avec l’apparition du 3G. Commençant par UMTS qui exploite le protocole de communication W-CDMA et les nouvelles bandes de fréquences situées entre

1900 - 2200 MHz. Il permet d’envoyer

simultanément toutes les données et les paquets en désordre, et le téléphone les réceptionner et les rassembler. Le W-CDMA utilise une technique d’étalement tel que l’étalement de spectre par séquence directe. Pour cela, chaque bit de l’utilisateur à transmettre est multiplié (OU exclusif) par un


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code pseudo aléatoire PN propre à cet utilisateur. La séquence du code (de N chips) est unique pour cet utilisateur, et présente ainsi la clé de codage [2]. Cette méthode permet une bande de fréquences N fois plus étendue et améliorée. La norme UMTS offre des avantages qui s'appliquent aux communications vocales ainsi qu’aux transferts de données. Cette technologie exploite une bande de fréquences plus large, augmente le nombre d’appels et enfin permet le développement du domaine de la multimédia.

1.2.2. La technologie HSDPA Le HSDPA a été proposé dans la version 5, appelée 3,5G ou encore 3G+ (Dénomination commerciale). Elle annonce des débits pouvant atteindre au delà de 10 Mbps pour le DownLink qui permet d’accroître les taux de transfert de données et augmente la capacité des réseaux 3G. Il offre des performances dix fois supérieures à l’UMTS. En revanche, l’inconvénient de l’évolution HSDPA est le débit montant Uplink qui reste inchangé 384 Kbit/s [4]. L’évolution de cette nouvelle norme se présente comme suit: 

Raccourcissement du TTI (Transmission Time Interval) de 10 ms à 2 ms



Utilisation d’un type de modulation 16QAM



Répétition du message (retransmission) avec codage modifié.

Avec l'apparition du HSUPA le problème de la liaison montant est résolu.

1.2.3. La technologie HSUPA La technologie HSUPA suit HSDPA, elle permet de transférer des contenus multimédias volumineux. IL porte le débit montant à 5,8 Mbit/s et offert une voie montante qui assure un transfert plus rapide et plus efficace. Il est caractérisé par : 

La technique de retransmission HARQ.



Allocation des ressources par le NodeB.

Au niveau des interfaces radio, HSUPA n'utilise pas de canal partagé les ressources de codes et de puissance sont gérées de manière ce qui autorise une transmission haut-débit [4].

1.2.4. La technologie de HSPA+ L’évolution se succède jusqu’au la combinaison de la technologie HSDPA et HSUPA pour permettre l’apparition HSPA (High S peed Packet Access +). Cependant, l’évolution de


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l'UMTS n'a pas atteint sa fin pour enfin arriver a un débit de 21 Mbit/s avec le HSPA+ connu par 3GPP version 7 et 8. Il permet de : 

Diminuer le temps d’échange des messages entre le RNC et le NodeB.



Réduire les coûts de déploiement en réduisant le nombre d’éléments.



Maximiser le taux de transmission de données en ajustant la modulation et le codage.



Intégrer des femtocells facilement.



Améliorer l’efficacité spectrale et le taux maximum de latence [4].

1.3. LTE (Long Term Evolution) La norme LTE, version 8, est le portail vers les réseaux de la quatrième génération. Il offre 100 Mbit/s en voie descendante et 50 Mbit/s en voie montante pour une largeur de bande allouée de 20 MHz. Le tableau suivant illustre quelques caractéristiques de la technologie LTE : Caractéristique

Flexibilité de la bande passante :

description

La norme LTE permet une bande passante extensible de 1,4 à 20 MHz, offrant une flexibilité à l'opérateur lors de l'utilisation du spectre.

Orthogonalité du DownLink et UpLink :

La liaison montante et la liaison descendante des utilisateurs, sont orthogonales entre elles (pas d'interférence intracellulaire)

Modulation et codage adaptatif :

Selon la qualité du canal, le LTE utilise le schémas de modulation et après plusieurs des systèmes de codage dans chaque modulation : • Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) • 16-Etat Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM) • 64-Etat Quadrature Amplitude Modulation (64-QAM)


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FDD et TDD :

LTE utilise FDD et TDD.

La technologie d'antenne :

La technologie MIMO est utilisée dans la liaison descendante pour permettre d’améliorer le débit

Couverture de la cellule:

5Km Tableau 1.1 : Caractéristiques LTE

1.3.1. Architecture LTE La technologie LTE a apporté une efficacité spectrale, amélioration de débit, augmentation de couverture et du nombre d’appels supporté par la cellule. De même que ces précédentes, elle est caractérisée par son architecture qui comporte : 

Un réseau d'accès : l'E-UTRAN



Un réseau cœur : Réseau tout-IP.

Figure 1.2: Architecture de LTE [1]

1.3.2. Réseau d’accès : E-UTRAN Il ne contient que des eNodeB. L ’eNodeB qui assure l’échange radio avec l’E-UTRAN. A la différence de la 3G, les fonctions supportées par le RNC ont été réparties entre l’eNodeB et les entités du réseau cœur SGW. Ils sont reliés entre eux par une interface X2. 

L’interface X2: c’est une interface logique. Elle est introduite dans le but de permettre aux eNodeBs d’échanger des informations de signalisation durant

le

Handover ou la signalisation, sans faire intervenir le réseau cœur. L'eNodeB est relié au cœur du réseau à travers l'interface S1.


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

L’interface s1 : C’est l’interface intermédiaire entre le réseau d’accès et le réseau cœur, et elle peut être divisée en deux interfaces élémentaires : Cette dernière consiste en

S1-U (S1-Usager) entre l'eNodeB et le SGW et S1-C (S1-Contrôle) entre

l'eNodeB et le MME. Les eNodeB ont offert deux qualités au réseau :

La sécurité : en cas de problème d’un relais. Un partage des ressources équitable: partage de ressource en cas de saturation du lien principale.

1.3.3. Réseau Cœur : EPC (Evolved Packet Core) C’est le nom du réseau cœur évolué, paquet tout IP. EPC est aussi peut communiquer avec les réseaux 2G/3G. Son architecture est simplifiée, comme montre la figure (1.3), en la comparant à celle de 2G/3G.

Figure1.3: Architecture EPC [1] 

MME (Mobility Manager Entity) :

Il est responsable de savoir la localisation de l’utilisateur, de connaitre son état et gérer les procédures authentification et mobilité des UE. 

SGW (Serving Gateway) :

Il est responsable du transférer d'un relais à un autre, il gère tout l’aspect handover intereNodeB et effectuer ce transfert vers un réseau 2G ou 3G. Le SGW est traversé par les flux média, ce qui sera intéressant pour imposer des politiques de filtrage sur ces derniers. 

PGW (Packet Data Network Gateway):


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C'est la passerelle vers les réseaux externe. Il est responsable du routage, en assignant une adresse IP au mobile au moment de l'attachement au réseau. PGW est un point pour faire le filtrage des données. Il participe aussi à l'opération de taxation. 

HSS ( Subscriber Home) :

C’est un Hss contient le profil de l'abonnée pour les réseaux 2G, 3G, LTE. 

PCRF (Policy Charging Rules Function):

Il fourni au PGW les règles de taxation nécessaire pour différencier les flux de données et de les taxer d'une façon convenable. Les réseaux LTE se distinguent des réseaux UMTS par trois grands aspects. Une interface radio : avec les technologies OFDM en DL, le SC-FDMA en UL et MIMO, ce qui lui permet de supporter une largeur de bande allant de 1.4 à 20 MHz.

1.4. Interface Air 1.4. 1.Principe de l’OFDM et SC-FDMA Le principe de l'OFDM consiste à répartir le signal numérique sur un grand nombre de sous-porteuses orthogonaux. Il est utilisé en voie descendante. L’espacement entre sous porteuses en LTE est fixé f = 15 kHz et 2048-pour IFFT. L'unité de temps dans la structure de trame est Ts = 1 / (2048 * 15000) secondes [4]. Dans un canal multi trajets, il y a risque d’interférence entre symboles OFDM. Pour ceci l’ajout d’un préfixe cyclique CP (5.21µ sec) demeure nécessaire .

OFDMA est la technologie d'accès multiple par rapport OFDM, est utilisé dans la liaison descendante LTE. C’est la combinaison de TDMA et FDMA essentiellement. Pour la voie montante, on en utilise un dérivé appelé SC-FDMA. En OFDMA, les symboles sont transmis chacun à travers une sous-porteuse, alors qu’en SC-FDMA chaque symbole est étalé sur l’ensemble des sous-porteuses allouées, a voir la figure(1.4 )suivante :


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Figure1.4:différance OFDMA et SC-FDMA [3]

1.4.2. Structure de la trame La trame générique du LTE a une durée de 10 ms, décomposée en 20 slots de 0,5

ms chacun, numérotés de 0 à 19 .

Figure1.5:Trame LTE [5]

Cette dernière est caractérisée par deux types de trame de deux modes de duplexage, FDD et TDD. Avec le FDD, la trame entière est alternativement dédiée à la réception et l'émission. La trame radio FDD offre un logement composé de 7 symboles OFDM.

Figure1.6:Duplexage FDD [6]

Le TDD, une sous-trame est allouée à la réception et l'émission de manière indépendante. Une sous-trame est un ensemble de 2 slots consécutifs.


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Figure 1.7:Duplexage TDD [6]

1.4.3. Concept de bloc de ressources LTE est constitué de domaine de temps et de ressources dans le domaine fréquentiel. Le bloc de ressource est le plus petit élément qui constitue les ressources physiques en LTE, qui est une grille ,est composé par des éléments de ressource RE. Il est formé de 12 sous porteuses, largeurs de chacune est de 15KHzcomme montre la figure (1.8).

Figure 1.8:Bloc de ressources

1.4.4. Les canaux radio Selon le type d’information véhiculée, on distingue les canaux communs de contrôle accessibles par tous les mobiles, les canaux de signalisation hors communication dédiés à un seul mobile et des canaux de trafic dédiés à un seul mobile.

1.4.4.1. Les canaux logiques Les canaux logiques correspondent aux services de transfert de données offert par les protocoles des couches hautes de l’interface radio. Les canaux logiques de contrôles dans l’E-UTRAN sont :

-BCCH : est un canal DownLink, utilisé par le réseau pour le Broadcast des informations système de l’EUTRAN à l’ensemble des terminaux présents dans une cellule radio.


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-PCCH : est un canal DownLink qui transfert les informations de paging aux terminaux dans une cellule. - CCCH : est utilisé pour la communication entre le terminal et l’E-UTRAN. Ce canal est typiquement utilisé dans les premières phases de l’établissement de communication.

-MCCH : est utilisé pour la transmission des informations du réseau à plusieurs terminaux. -DCCH : est un canal point-à-point bidirectionnel qui supporte les informations de contrôle entre un terminal donné et le réseau. Les canaux logiques de trafic sont :

-DTCH : est un canal

bidirectionnel. Il peut supporter la transmission des données

utilisateurs tel que la signalisation.

-MTCH : est un canal de données point-à-multipoint pour la transmission de trafic de données du réseau à un ou plusieurs terminaux.

1.4.4.2. Canaux de transport Les canaux de transport décrivent pourquoi et avec quelles données caractéristique sont transférés à travers l’interface radio. Les canaux de transport E-UTRAN en DownLink sont :

-BCH : est associé au canal logique BCCH. -DL-SCH : qui est utilisé pour transporter le contrôle d’usager ou le trafic data. -MCH : qui est associé au MBMS pour le contrôle des informations de transport. Les canaux de transport E-UTRAN en UpLink sont :

-UL-SCH : qui est l’équivalent du DL-SCH en UpLink. -RACH : qui est un canal de transport spécifique supportant un contrôle d’information limité. Il est utilisé durant les premières phases d’établissement de communication ou dans le cas du changement d’état.

1.4.4.3. Canaux physique Les canaux physiques sont l’implémentation des canaux transport sur l’interface radio. Les canaux physiques en DownLink sont :

-PDSCH : qui transporte les données usager et la signalisation des couches hautes. -PDCCH : qui transport les assignations d’ordonnancement pour le lien montant. -PMCH : qui transporte l’information Multicast/Broadcast. - PBCH : qui transporte les informations système. -PCFICH : qui informe l’UE sur le nombre de symboles OFDM utilisé pour le PDCCH. Projet Fin d’Etude- Eya JAMMAZI- 2012/2013

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Les canaux physiques en UpLink sont :

-PUSCH : qui transporte les données utilisateur et la signalisation des couches hautes. -PUCCH : qui transporte les informations de contrôle, comprends les réponds ACK et NACK du terminal aux transmissions DownLink.

-PRACH : qui transporte le préambule de l’accès aléatoire envoyé par les terminaux. La figure (1.9) ci-dessous présente le mappage entre les canaux logiques, de transport et physiques.

Figure 1.9: mappage des canaux [1]


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1.5. Principe de la technologie MIMO Le but de la technique MIMO étant d’augmenter le débit et la portée des réseaux sans fil, elles se basent sur l’utilisation de plusieurs antennes aussi bien du côté de l’émetteur que celui du récepteur. Lorsqu’un tel système comprend, seulement, une seule antenne à l’émission et plusieurs antennes à la réception, il est nommé SIMO même, lorsqu’il comprend plusieurs antennes à la réception et une seule antenne à l’émission, nommé MISO. Finalement, si les deux côtés comptent une antenne chacun, le système est dit SISO (voir figure 1.10). La mise en place d’une telle structure permet au LTE d’atteindre des débits importants. De plus, le fait d’utiliser plus d’une antenne des deux côtés du système permet d’apporter de la diversité et a pour conséquence l’amélioration du rapport signal à bruit (SNR) et donc du taux d’erreurs binaires. Les systèmes MIMO exploitent les techniques de :

Diversité d’espace : diversité d’antenne. Diversité fréquentielle : Cette technique demande l’envoi du même signal sur des fréquences différentes.

Diversité temporelle : Lorsque l’on sépare l’envoi du même signal par le temps cohérence du canal.

Figure 1.10 :Schémas représentatifs des systèmes SISO, MISO, SIMO et MIMO [4]


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Chapit r e i : l a qua qua t r ième gén génér a t ion du Rese Resea a u r a dio mobil obil e l t e

1.6. Modulation et codage adaptatifs La modulation et le codage adaptatifs (AMC Adaptive Modulation & Coding), est une approche opportuniste qui tend à adapter la technique de modulation et de codage en fonction de l’état du canal. Pour les transmissions DL en LTE, l’UE envoie le feedback de CQI (Quantification du SNR) vers l’eNodeB pour que cette dernière lui sélectionne un MCS (Modulation & Coding Scheme), un schéma de d e modulation modulation et de codage qui maximise l’efficacité spectrale tout en gardant gardant le BER (taux d’erreurs d’erreurs par bloc) inférieur à un certain certain seuil. L'ensemble de modulation systèmes pris en charge pour la DownLink LTE correspondant à : QPSK, 16QAM, 64QAM comme montre la figure suivante :

Figure 1.11: modulations LTE [9]

Les hauts ordres de modulation (64QAM-16QAM) offrent des débits de données plus rapides et des une efficacité spectrale plus élevées. Mais ils sont beaucoup moins résistants au bruit et aux interférences.

1.7. Les exigences LTE L’objectif majeur du LTE est d’améliorer le support des services de données via une capacité accrue, une augmentation des débits et une réduction de la latence.

1.7.1. La capacité des utilisateurs simultanés Avec l’apparition de nouvelles applications, le système doit supporter simultanément un large nombre d’utilisateurs par cellule. Il est attendu qu’au moins 200 utilisateurs simultanés par cellule soient acceptés à l’état actif et un nombre largement supérieur d’utilisateurs devra être possible à l’état de veille.


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1.7.2. Les débits Les exigences pour la technologie LTE ont porté également sur des gains de débit en comparaison avec le HSPA. Les objectifs de débit maximal définis pour le LTE sont les suivants : 

100 Mbit/s en voie descendante pour une largeur de bande allouée de 20 MHz.



50 Mbit/s en voie montante pour une largeur de bande allouée de 20 MHz. Le débit débit de cellule doit être êtr e atteignable au moins par 95 % des utilisateurs utilisateurs de la cellule.

1.7.3. La latence C’est la capacité à réagir rapidement à des demandes d’utilisateurs ou de services. On a 2 plans : latence du plan de contrôle et latence du plan usager. 

Latence du plan plan de contrôle contrôle :

L’objectif c’est d’améliorer la latence du plan de contrôle, par rapport à l’UMTS, d’un temps de transition inférieur à 100 ms 

Latence du plan plan usager

La latence du plan usager correspond au délai de transmission d’un paquet IP au sein du réseau d’accès. Le LTE vise une latence du plan usager inférieure à 5 ms.

1.7.4. La mobilité Le LTE doit rester fonctionnel pour des UE qui se déplacent à des vitesses élevées.

1.8. Qualité des services 1.8.1. Les services LTE Une nouvelle génération de systèmes mobiles permet habituellement une introduction de nouveaux nouveaux services services et une amélioration de certains services services vis-à-vis vis-à-vis des les les générations précédentes. précédentes. Le premier changement apporté par le LTE en termes d’expérience utilisateur est donc un confort d’utilisation des services en ligne :

Navigation Web: naviguer sur Internet.. Vidéo streaming : les applications streaming : regarder les vidéos. Transfert de fichiers: téléchargement de fichiers à partir de la Internet. Voix: la voix sur IP (VoIP) comme «Skype» : envoyer et recevoir des appels vocaux sur Internet.


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1.8.2. Efficacité QOS Le réseau LTE offre ces applications citées, qui ont des besoins QoS. Puisque c’est réseau tout-paquet, il est nécessaire de disposer un mécanisme pour faire la différenciation entre les flux de paquet selon exigences de qualité de service. Le QOS des flux appelés porteurs port eurs EPS sont sont établies entre l'UE et le P-GW : c’est un support radio transporte les paquets d'un porteur (bearer) EPS entre un équipement utilisateur et un eNB, comme montre la figure (1.12) ci dessous. Chaque flux IP est associé à un porteur différent EPS et le réseau décide la priorité du trafic. Lors de la réception d'un paquet IP à partir d'Internet, P-GW effectue la classification des paquets en fonction de certains paramètres prédéfinis prédéfinis et lui envoie un porteur approprié approprié EPS.

Figure 1.12:EPS bearers [7]

Le LTE a défini les classes de services qu’il peut offrir et qui dépendent de la QoS désirée par l’utilisateur. La qualité de service est généralement définie par les critères suivants : *Délai : temps t emps écoulé écoulé entre l’envoi d’un paquet et sa réception. r éception. * Gigue sur le délai : variation du délai de deux paquets consécutifs. consécutifs. * Bande passante minimum : taux de transfert minimum pouvant être maintenu entre deux points terminaux. terminaux. *fiabilité : taux moyen d’erreurs d’une liaison.

1.9. Conclusion En effet, une bonne connaissance des architectures permet aux planificateurs de mieux gérer les ressources, de faciliter l'évolution du réseau en intégrant des technologies plus performantes, qui leur permettent de fournir en même temps des services services de bonne qualité. Le chapitre chapitre suivant est une étude ét ude sur la planification p lanification et dimensionnement dimensionnement du réseau LTE.


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Chapitre II : Dimensionnement du réseau mobile LTE


Page 31

Cha pit r e II : dimensionnement d’un r ésea u mobil e l t e

2.1. Introduction Pour un opérateur de télécommunication la phase de dimensionnement est primordiale avant la mise en œuvre de son réseau. Dans ce chapitre, nous allons introduire les concepts de base et les calculs mathématiques nécessaires au dimensionnement sur ses deux plans : couverture et capacité. Notre proposition est inspirée de celle d’Ericsson, Huawei et Nokia Siemens Network.

2.2. Processus de Dimensionnement Le dimensionnement des eNodeB est la partie la plus délicate. Du coup elle doit être bien développée. On a deux méthodes à suivre. La première tient compte des exigences de la capacité et la deuxième tient compte des exigences de la couverture, pour déterminer le rayon de chaque cellule et puis le nombre des sites.

PréDimensionnement

Dimensionnement de couverture

Dimensionnement de capacité

Optimisation

Figure 2.1: processus de dimensionnement

Comme montre la figure ci-dessus, le processus de dimensionnement comporte 4 étapes :  Pré-dimensionnement : Nécessite la collecte des informations qui portent sur la zone de déploiement. On cite par exemple : 

Les informations détaillées sur l’eNodeB et l’UE.



Les informations sur la zone de déploiement (superficie, information démographiques,



Les données géographiques : cartographie, population, zone à couvrir et taux de pénétration des abonnés dans cette zone (services demandés, trafic offert, etc.).



Les services à offrir: voix, données.



La liste des sites : identifier les lieux pour placer les ENodeB.



Type d’antenne à utiliser. Dimensionnement de couverture :


Page 32


Analyse de la couverture reste fondamentalement l'étape la plus critique dans la conception de réseau LTE. On va se baser sur le Bilan de liaisons (RLB), qui permet d’estimer le taux de perte du trajet. Pour cela, il est nécessaire de choisir d'un modèle de propagation approprié. Le résultat final obtenu est la taille de la cellule à couvrir, ce qui donne une estimation sur le nombre total de sites. Cette estimation basée sur les exigences de couverture doit être vérifiée aussi par les besoins de capacité. 

Dimensionnement de capacité : La vérification de la taille des cellules et le nombre des sites obtenue par l'analyse de

couverture, sera effectué par la capacité. On va vérifier si le système peut supporter la charge demandé sinon de nouveaux sites doivent être ajoutés. 

Optimisation : On compare les résultats obtenus de deux dimensionnement, et on considère le

nombre des sites le plus grand. Nous allons débuter notre travail par le dimensionnement de la couverture.

2.3. Dimensionnement de couverture La couverture d’une station de base possède des limites comme les perturbations provoquées par certains phénomènes. Le problème de couverture apparait lorsque les ondes émises par le mobile n’arrivent pas à la station de base la plus proche, ou bien lorsque celles émises par l’antenne des eNodeB n’arrivent pas avec une puissance suffisamment détectable par la station mobile. La mauvaise couverture provoque une élévation de taux d’échec d’accès, taux de coupure de communication, taux de Handover.

2.3.1. Les étapes de dimensionnement de couverture Les étapes de dimensionnement de couverture sont: - Exigence de qualité L'exigence de qualité de couverture est d’atteindre le débit binaire demandé avec une certaine probabilité par exemple 64 kbps doivent être atteint avec une probabilité de 98%. -Dimensionnement de liaison montante : Nous cherchons à cette étape le rayon de la cellule à

partir du débit binaire à la bordure de la cellule. - Dimensionnement de liaison descendante

: Si les exigences de qualité de liaison descendante

sont remplies, on calcule la distance de site à site et on la compare avec le résultat limite de l’Uplink. Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

Page 33


- Couverture de canaux de contrôle : La

performance du canal de contrôle à la bordure de la

cellule doit être vérifiée par rapport à la valeur de la distance intersites calculée. Cette figure( 2.2) illustre les étapes à suivre : Qualité réquis

Dimensionnement Uplink

Refaire les calculs s'ils ne sont pas conforme

Dimensionnement Downlink

canal de controle couverture

Fin

Figure 2.2:Processus de dimensionnement de couverture pour le DownLink et l’Uplink [11]

2.3.2. Le calcul à faire : Nous devons estimer la distance maximale entre un émetteur et un récepteur tout en répondant aux exigences de performances dans les conditions de propagation. Donc le premier pas à faire est de déterminer l’affaiblissement de parcours maximal (Maximum Allowable PathLoss MAPL), en passant par le bilan de liaison radio (RLB). Nous allons suivre le calcul suivant, comme indique la figure ci-dessous :


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Figure 2.3: calcul du dimensionnement de couverture

2.3.2.1. Bilan de liaison Radio RLB Le RLB donne la perte de trajet maximale autorisée, et à partir de laquelle la taille des cellules est calculée en utilisant un modèle de propagation approprié. Le RLB pris en compte : Puissances d'émission, les gains, les pertes d'antenne, les gains de diversité, les marges d’interférence.

  −−  −−   

Pour LTE, l'équation RLB de base est comme suit (en dB): =

+

+

( . )

Avec : 

Path Loss = Perte de trajet totale rencontré par le signal envoyé de l'émetteur au récepteur (dB)



TxPowerdB = La puissance transmise par l'antenne d'émission (43-49dBm)



TxGainsdB = Gain de l'antenne d'émission (dBi)



TxLossesdB= Les pertes de l'émetteur (dB)



RxGainsdB = Gain de l’antenne de réception (dB)



RxLossesdB = Les pertes de réception (dB)



RxNoisedB = Bruit de réception (dB)





=Sensibilité du l’eNodeB (dBm)


Page 35


2.3.2.2. Modèle de Propagation : Le modèle de propagation permet d’estimer la valeur de l’atténuation de trajet. On distingue plusieurs types de modèles: 

Modèles empiriques : est une formule mathématique utilisée pour permette prédire l'impact d'un émetteur sur une certaine zone de réception.



Modèles physiques : prédire la propagation des ondes radio et calculer les trajets des ondes radio en tenant compte des phénomènes de réflexion et diffraction. Pour notre étude nous allons choisir le modèle de propagation empirique. Sa formule dépend de plusieurs facteurs, à savoir : 

La fréquence de l’onde.



TX hauteur de l'antenne(Les hauteurs des antennes de l’émission et de la réception)



RX hauteur de l'antenne et d'autres



La distance parcourue.



Type de terrain.



Clutter (caractéristiques et densité des bâtiments), etc.

Ces modèles ne peuvent pas prédire le comportement 100% exacte de la liaison radio, mais ils prédisent le comportement le plus probable. Ils sont utilisés pour prédire le rayon de la cellule à partir de la perte de trajet maximale autorisée. Il est important de noter que les modèles de propagation dépend du type de zones comme Urbaines, suburbaines et rurales. La modèle empirique le plus connus est l’ Okumura HATA MODEL : il est basé sur les mesures d’Okumura prises dans la région de Tokyo au Japon .Le Hata Modèle est aussi le modèle de propagation utilisé par Tunisie Telecom. Le modèle de Hata a été adapté pour les limites suivantes : Fréquence ( f ) : 150 à 1000 MHz Hauteur de la station de base ( Hb) : 10 à 200 m (dépend toujours de la zone : clutter) Hauteur du terminal mobile ( Hm) :1 à 10 m Distance (d ) :1 à 20 km L’affaiblissement selon ce modèle est donné par les équations suivantes: 

Urbain :

       −   −   −       (

)=

.

+

.

( )

.

(


)

(

) +[

.

.

(

)]

( ) ( . )

Page 36


Avec :

     −   −    −             −             −     −   −    (

) =[ .



( )

. ]×

( )

[ .

. )

( . )

Urbain dense :

Pour f ≤200MHz (

)= .

×[

( .

×

)]

.

( . )

.

×

)]

.

(2.5)

Pour f ≥400MHz (

) = . ×[

(

a =0 dB pour Hm =1.5m



Sous Urbain :

(

)=



Rurale :

×

.

( . )

Deux cas qui se posent : Quasi-ouverte :

   −        −       −        −    (

)=

.

×[

( )] +

.

( )

.

( . )

.

×[

( )] +

.

( )

.

( . )

Ouverte : (

)=

2.3.3. Calcul de la couverture pour les Uplink

Les calculs sont effectués selon les étapes suivantes: -Débit requis - SINR requis au récepteur - sensibilité récepteur ENodeB - bruit Uplink (marge d'interférence). - Bilan de liaison.

2.3.3. 1. Débit requis : On commence par définir l'exigence de qualité qui est exprimée comme un débit binaire déterminé qui peut être fournie à un utilisateur sur les bordures de la cellule. Le débit binaire requis dépend du service pour lequel le système est dimensionné. Tous les calculs sont effectués par bloc de ressources. Le débit binaire requis Rreq est divisé par le nombre de blocs de ressources nRB pour

  

obtenir le débit binaire par nbre de bloc. ,

=


′

(2.9)

Page 37


Le nombre nRB peut être choisi librement mais dans les limites de la bande passante comme montre le tableau(2.1). - Avec un petit nRB, le débit binaire requis peuvent être satisfaits avec un minimum de Ressources. Ce qui de maximiser la capacité des autres utilisateurs. -Avec un grand nRB, les blocs transmis sont réparties sur un intervalle de fréquence, avec un moins d'énergie utilisée par le bloc.

Bande passante MHz

Nombre de ressource de block nRB

1.5

6

2

15

5

25

10

50

15

75

20

100

Tableau2.1:Largeurs de bande et les blocs de ressources spécifiées LTE[11]

2.3.3.2. SINR requis : C’est un indicateur de la performance du système. Plus il est faible plus le système est performant. Le SINR dépend du nombre du bloc de ressource comme indique la figure suivante :


Page 38


Figure 2.4:variation SINR en fonction de nbre de bloc de ressources [2]

2.3.3. 3. Sensibilité eNodeB récepteur : La sensibilité des eNodeB, est la puissance du signal que le récepteur doit la recevoir pour réaliser une performance spécifique en absence des interférences intercellulaires. C'est le niveau de signal minimum pour éviter les coupures radio.

           =

Avec :

(

+

)+ =

,

+

[

]

(2.10)



NT: Densité de puissance de bruit thermique -174 dB m / Hz



NF: Le facteur de bruit est le rapport du signal d'entrée sur bruit pour déterminer les performances d'amplificateur. Le Facteur de bruit de l'eNodeB récepteur est en [dB]



WRB: Bande passante par bloc de ressources : 180 kHz.



SINR γ : rapport signal sur



NRu,UL: (

Bruit

thermique

   +

10log(

interférence et bruit de l’Uplink par

bloc

de

ressource

pour

les

Uplink

))

2.3.3. 4. Les marges de bruit On ne peut pas calculer l’affaiblissement de trajet maximum sans calculer les marges de bruit, qui correspondent à l’environnement radio, pour éviter le phénomène « Swiss Cheese » (surface avec trous de couverture).

-Marge de pénétration


Page 39


Perte de pénétration est l’atténuation du signal due à la pénétration aux bâtiments. Elle dépend du type de zone, comme indique le tableau(2.2.)

environnement

Perte de pénétration dB

Dense urbaine

18-25

urbaine

15-18

Suburbaine

10-12

rurale

6-8 Tableau 2. 2:pertes de la pénétration [4]

Cette marge dépend essentiellement de trois facteurs : 

La fréquence du signal : Les pertes varient selon la fréquence du signal.



Le type des bâtiments : Essentiellement le matériel de construction (brique, bois, pierre, verre, ….)



La structure des bâtiments : densité et épaisseur des murs, nombre et dimensions des fenêtres,

-Perte de types de signal (Body): Le tableau (2.3) montre le taux de perte pour un signal vocal. C’est l’affaiblissement dû à l’absorption d’une partie de l’énergie transmise par le corps humain (seulement pour le service vocal).

Type de signal

Perte (dB)

VOIP

3

Données

0

Tableau 2. 3: pertes selon type de signal [4]

-Marge de shadowing : C’est l’effet masque, les variations du signal due au obstacle qui existe dans le milieu de propagation. Les mesures réelles du terrain ont montré que l’effet de masque est une valeur aléatoire Log Normale (Logarithme est une variable aléatoire Gaussienne), qui dépend de : - Probabilité de couverture zone : densité de l’environnement. - standard de déviation.


Page 40


Environnement

Probabilité de couverture 98%

95%

90%

85%

75%

Rurale-Suburbaine

5.5

3

0.06

-1

-4

Urbaine

8.1

5

2

0.2

-3.5

DenseUrbaine – suburbaine dense

10.6

6.7

3.1

1

-3

Urbaine indoor

13

8.5

4.2

1.5

-3

Dense urbaine indoor

15.4

10

5

2

-3

Tableau2. 4:Marge de shadowing [11]

-Évanouissement rapide : Perte de Rayleigh: c’est l’effet de Multi-trajet apparaît lorsque le signal émis passe par des chemins différents, et donc la récepteur reçoit le même signal à partir des chemins différents. Notant que le marge d’évanouissement Rapide = 1, 2 dB.

-Marge des lignes d’alimentation (Feeder) C’est une perte causée par les divers dispositifs qui sont situés sur le trajet de l’antenne vers récepteur, comme la perte de la ligne d’alimentation selon qui dépend de la longueur de la ligne, les connecteurs et les jumpers (sauts). La figure ci-dessous montre les connexions typiques du système d'alimentation de l'antenne dans une station de base :

Figure 2.5:Connexions du système d'alimentation de l’antenne [6]


Page 41


La formule de calcul de la perte de la ligne est la suivante:

Length feeder = Base station height + 5m Perte Feeder (dB) = Feeder loss/100m ×Feeder length/100m Perte de Jumper = 1/2 cm feeder × nbre de cavaliers (jumpers)

(2.11)

Perte de connecteurs= nbre de cavaliers (jumpers) × 2×0.1 dB Le tableau 2.5 illustre les pertes de feeder (ligne d’alimentation). Type de ligne

Pertes (dB/100m) 2600(MHz)

2100(MHz)

900(MHz)

0.5 cm

11

10.8

9

0.875 cm

6.3

6

4.9

1.25 cm

4.6

4.5

3.2

1.625 cm

3.8

3.5

2.6

Tableau 2.5:pertes de ligne d’alimentation [11] - Marge

d’interférence :

En LTE, un utilisateur n'interfère pas avec d'autres utilisateurs dans la même cellule car ils sont séparés dans le domaine fréquence /temps mais on parle de l'interférence avec des cellules voisines. Une marge d'interférence sera introduite dans le bilan de liaison pour compenser l'augmentation du bruit et maintenir l’équilibre.



Avec :

=

    ×

×

(2.12)



Qul: facteur de charge du système de liaison montante.



F: facteur d’interférence cellulaire avec la cellule en service.

2.3.3.5. Puissance par bloc de ressource EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) Puissance isotrope rayonnée est la quantité d'énergie d'une antenne isotrope théorique qui prendre en compte les pertes dans la ligne de transmission et les connecteurs et le gain de l'antenne. En suppose que tous les blocs de ressources ont la même puissance P (UE,rb), qui est calculé de la manière suivante :

     −  =

Avec :

,

+


(2.13)

Page 42


   ,



=

2.3.3. 6. Equation bilan de liaison Uplink La figure ci-dessus illustre le bilan de liaison pour la liaison montant Uplink.

Figure 0.6: modèle bilan de liaison Uplink [12]

Son équation est comme suit :

   − −   −  =

Avec :

+

,

+

(2.14)



Lpmax: Maximum perte de trajet autorisé pour la propagation dans l'air [dB]



Perte= perte Pénétration voiture ( L ) + perte de pénétration du bâtiment (Lbp) + perte de corps (Lb) + BLNF+ BIUL





TMA gain= 2 dB gains ou 5 dB pour MIMO.



Perte Pénétration voiture =6dB



BLNF: log-normale marge d'évanouissement [dB]



Ga: Somme des gains del'antenne eNodeB, et gain d'antenne de l'équipement utilisateur [dBi].



Lj: Jumper et connecteurs d’antenne [dB].

2.4. Calcul de la couverture pour les DownLink Le bilan de liaison pour les DownLink est calculée pour: Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

Page 43


- Pour déterminer les limites du lien. - Pour déterminer le débit binaire supporté par les liens descendants Les calculs sont effectués selon les étapes suivantes: -Perte de trajets (DownLink) - Débit requis - Puissance par bloc de ressources - Marge d'interférence - Bilan de liaison (DownLink) -La sensibilité du récepteur UE -Le débit binaire sur la bordure de la cellule

2.4.1. Pertes de trajet L’affaiblissement du parcours maximum MAPldl est calculé à partir du MAPlul pour les liens montants.

2.4.2. Débit binaire requis : On doit divisée Rreq par nRB pour obtenir le débit binaire requis n'est pas exprimé par bloc de ressources comme montre l’équation (2.9) précédente.

2.4.3Puissance par bloc de ressource : La puissance est partagée par tous les blocs de ressources, sa formule est la suivante :

  ,

Avec : 



=

(2.15)

P: est la somme des puissances de tous les unités radio dans la cellule.

2.4.4. Augmentation du bruit à la bordure de la cellule Le bruit de liaison descendante BIdl sur l’EDGE (bord) de la cellule est nécessaire pour le bilan de liaison .Il est calculée par l’expression suivante :

    =

Avec :

+

×

,

,

×

×

(2.16)



Qdl: facteur de charge de la liaison descendante.



Fc: Le ratio moyen entre les puissances reçues d'autres cellules.



Nrb, dl: bruit thermique par bloc de ressources dans la liaison descendante, défini par:

Nt + Nf 10 log (WRB) 

Nf : UE bruit = 7 dB


Page 44


Lsa, max: atténuation du signal en liaison descendante



Lsa, max est calculée dans l'échelle logarithmique de la perte de trajet maximale MAPLul . L’expression est la suivante :

      − −   =

,

+

+

+

+

[

]

(2.17)

2.4.5. Equation bilan de liaison DownLink:

La figure ci-dessous illustre l’équation de bilan de liaison pour les liens descendant :

Tableau 2.7:Bilan de liaison DownLink [12]

Lpmax est décrit par l'équation suivante:

    − − − − − −  −                 =

,

[

+

,

]

( . 8)

Avec : 



,

: Puissance de l'émetteur par bloc de ressources [dBm]

: Sensibilité de l'équipement utilisateur en [dBm]

2.4.6. La sensibilité du l’équipement utilisateur récepteur L’équation est comme suit : =

+

+

(

)+

=

,

+ [

]

(2.19)

2.4.7. SINR à la bordure de la Cellule

L’estimation de SINR sur le bord d'une cellule est calculée à partir de Lpmax. Son équation est la suivante: Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

Page 45


   − −  − − − − −  −         −   =

,

+

,

[

] (2.20)

2.4.8. Limite du Bilan de liaison

L’équation de l’atténuation du système est la suivante : ,

=

+

+

+

+

+

[

]

(2.21)

Le nouveau Lsa, max est appliqué pour obtenir une nouvelle BIdl. On parle d’un système DownLink limitée lorsque la qualité d’Uplink dépasse l'exigence. On applique Lsa, max de la liaison descendante pour obtenir un nouveau Lpmax et Bi,dl par l’expression suivante :

     = +

Avec : 

×

×

,

×

× ×

(2.22)

,

H: Facteur d'affaiblissement de propagation utilisée dans le dimensionnement de couverture et de capacité, dépend de la géométrie du site, diagramme d'antenne, exposant de propagation, et la hauteur de l'antenne de station de base. Une valeur de

H = 0,36 est recommandé pour le dimensionnement.

2.4.9. Les modes de transmission Les modes de transmission disponibles sont les suivantes: • Single Input Multiple Output (SIMO), en utilisant une antenne TX dans la station de base et deux antennes RX à l'équipement utilisateur. • TX diversité, en utilisant deux antennes TX et RX deux antennes dans la station de base • Open Loop Spatial Multiplexing (OLSM), en utilisant deux antennes TX et RX deux antennes à la station de base. 

Cas de liaison descendante:

-Techniques Antenne: SIMO 1x2, 2x2 TX diversité, Multiplexage Spatial boucle ouverte (Open loop Spatial Multiplexing OLSM) :2x2. -Schémas de modulation: QPSK, 16-QAM, 64-QAM. - Modèles de canaux: EPA5, EVA70, ETU 300 

Cas de liaison montante:

-Techniques d'antenne : 2-branch RX diversity -Schémas de modulation: QPSK, 16-QAM - Modèles de canaux: EPA5, EVA70, ETU 300 Les résultats, y compris une marge d’implémentation, est comme suit: Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

Page 46


             −    =

[ ,

+(

( )

)×

]

(2.23)

<

Avec : 



a0, a1, a2 et a3 sont des paramètres empiriques



SINR γ est exprimée en dB.

Le paramètre a0 semi-empirique représente le débit maximum pouvant être obtenue dans un bloc de ressources. La relation inverse entre γ et Rrb est comme suit :

       −  ≤  ≤   (

=

)

[

1 ;0

]

Les paramètres semi empiriques pour le DownLink sont obtenus par le tableau suivant : SIMO 1X2 Type d’antenne

OLSM 2X2

Eva70 Etu300 Epa5

Eva70 Etu300 Epa5

A0[Kbps] 808.2

808.4

708.8

777.6

777.2

775

1347.1 1199

989

A1[dB]

27

29.34

27.75

25.92

27.17

27.70

34.03

34.99

31.93

A2[dB]

16.03

15.9

15.34

16.01

15.38

15.49

18.37

18.16

16.48

-3.88

-4.68

-13.8

-5.44

-6.2

-15.8

-8.46

-7.12

Mode de canal

Epa5

Tx Div 2X2

A3[Kbps] -9.3

Eva70 Etu300

Tableau 2.6:paramètres semi empiriques pour DownLink [11]

Les paramètres semi empiriques pour l’UpLink sont obtenus par le tableau suivant : Mode canal

Epa5

Eva70

Etu300

A0[Kbps]

536.6

533.1

376.2

A1[dB]

20.76

23.91

20.15

A2[dB]

13.28

13.74

12.41

A3[Kbps]

0

0

0

Tableau 2.7:paramètres semi-empiriques pour l'Uplink


Page 47


2.4.10. Rayon de la cellule La perte de trajet maximum autorisé est utilisée pour calculer le rayon de la cellule en utilisant un modèle de propagation. L'équation pour calculer la distance en kilomètres R est la suivante :

∝

R=

Avec :

)

∝     . ×

=



 

( .

.

(

)

.

(2.25)

A: fréquence dépendant de la valeur d’atténuation.

*) cette relation est l’inverse de l’équation donné par le modèle de propagation –Hata OKUMURA :

 −  −   −   =

(

.

) +(

.

.

)

(2.26)

Le tableau suivant montre l'atténuation valeurs A qui sont utilisés, donné par Ericsson : Environnement

Fréquences [MHz] 700

850

900

1700

1800

1900

2100

2600

Urbain

144.3

146.2

146.8

153.2

153.8

154.3

155.1

157.5

SubUrbain

133.5

136.1

136.9

145.4

146.2

146.9

147.9

151.1

Rural

125.1

127

127.5

133.6

134.1

134.6

135.3

137.6

ouvert

116. 1

117.8

118.3

123.8

124.3

124.8

125.4

127. 5

Tableau 2.8:atténuation fixe dans le modèle de propagation Okumura-hata[11]

2.4.11. Nombre des sites : Le nombre de sites est facilement calculé à partir de la superficie du site et la valeur input de la zone de déploiement Zd


Page 48


Figure 2.8: Modèle hexagonales de cellule [12]

La figure illustre la méthode de calcul de la zone des sites à partir de 2 modèles hexagonales de cellule Pour un site Omni-directional , le calcule est comme suit

Et pour un site a 3 secteurs :



 √ √  

d= =

(

R (Km) (2.27)



×

)

   √       d=

=

(

×

)

 

= . × ² (2.28)

(2.29)

= .

 

× . × ²

(2.30)

Et par suite le calcul de nbre des sites devient très simple c’est le quotient entre la surface de la zone et la surface du site :

  =

(2.31)

Sz : c’est la surface totale de la zone, dépend du type de la zone comme montre le tableau 2.10 suivant, dans notre application la surface de la zone est un paramètre « input » pour garantir un résultat exacte :


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Type de zone

Surface de la zone (km²)

Urbaine dense

50

Urbaine

400

Suburbaine

200

Rurale

300 Tableau2.9 : Surface de zone [13]

2.5. Dimensionnement de capacité : Le dimensionnement de capacité permet de trouver la capacité maximale qui peut être supporté par une cellule. Son objectif est de déterminer le nombre des sites nécessaires pour satisfaire les trafics des abonnés dans une zone donnée. La capacité théorique du réseau est limitée par le nombre d’eNodeB installé dans le réseau. Elle dépend de plusieurs facteurs tels que type de la zone, service, nombre des abonnées, interférences …

2.5.1. Calcul dimensionnement de capacité pour les Uplink : Pour évaluer les besoins en capacités on doit suivre les taches suivantes: • Estimer le débit de cellule. •Analyser les entrées de trafic fournies par l'opérateur pour estimer la demande de trafic (Nombre d'abonnés, trafic et des données, répartition géographique des abonnés dans la zone). Le principal indicateur de la capacité est la distribution SINR dans la cellule : l'augmentation de nombre d'utilisateurs augmente l'interférence et le bruit, et diminue la couverture cellulaire par suite force le rayon de la cellule à devenir plus petite.

2.5.1.1. Débit de la cellule : Notre objectif est d'obtenir une estimation du nombre des sites en fonction des besoins en capacité. Et ces derniers sont définis par les opérateurs de réseau en fonction du trafic. Le débit de la cellule est nécessaire pour calculer le nombre de sites, son équation est la suivante :

        − =

Avec :

,

=

×

×(

,

(2.32)

)

(2.33)



Nrb: nombre total de blocs de ressources de la bande passante.



Npucch: nombre de blocs de ressources attribuées aux canaux de contrôle PUCCH


Page 50


La figure suivante illustre le dimensionnement de couverture :

Figure 2.9: illustration de calcul de dimensionnement de capacité

2.5.2. Calcul dimensionnement de capacité DownLink : 2.5.2.1. SINR : La capacité DownLink est basée sur le rapport signal interférence et bruit (SINR)



noter

, voir équation (2.24).

Le SINR moyenne résultante , γ dl, ave est représentée par l'équation suivante:

  ,

=

           ,

×

,

,

× ×

(2.34)

,

2.5.2.2. Débit de la cellule : Le débit de l'usager par cellule réduit proportionnellement avec le nombre de blocs des ressources Nrb.

          ,

=

×

,

(2.2)

Le débit de la cellule est représenté par l'équation suivante: ,

=

×

,

(2.3)

2.5.2.3. Nombre des sites demandés : A étape finale, nous allons calculer Tsite à partir de Tcell avec le cas de 3 cellules par site.

   =

×

(2.4)

L'utilisateur va entrer comme des inputs le nombre des abonnées et le débit moyen de chacun, afin de calculer le nbre des sites : Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

Page 51


    ∏  ∝     =

×

é

(2.5)

Le nombre des abonnées est calculé à partir de l’équation suivante :

  é

=(

( + ) ×( +

)) × ×

(2.39)

d : la densité des abonnés par Km² = 100abonnées/km². Surface : voir tableau 2.10.

∝

: Augmentation de nbre des habitants.

: Données opérateurs, indique le taux de migration des abonnés des autres opérateurs vers

Tunisie Telecom= 1%.

N= calcul fait pour 15 ans d’avance.

2.6. Conclusion : Nous avons consacré ce chapitre pour aborder le principe de dimensionnement de l’eNodeB qui fait intervenir deux composantes : couverture et capacité. Toutes ces notions seront adoptées par la suite pour la conception et le développement de notre outil, qui est le contexte du chapitre suivant.


Page 52

Chapitre III : Conception et réalisation d’un outil de dimensionnement du réseau LTE


Page 53

Cha pit r e III : ConCept ion et r éa l isa t ion d’un out il de dimensionnement du r eésea u l t e

3.1. Introduction À l’issu de deux premiers chapitres, on va entamer la phase de conception, réalisation et validation de l’outil. Après la description de l’architecture du système, on va présenter la modélisation réalisée par la conception de quelques diagrammes UML : le diagramme des cas d’utilisation, les diagrammes de séquences et le diagramme de classes. Ensuite, nous franchissons la phase de développement de l’outil en expliquant la phase de la mise en œuvre technique de la solution, IP PlanningTool, qui demeure un besoin pour faciliter la tache de planification ATOLL.

3.2. Spécification des besoins La phase de spécification est une étape primordiale dans le déroulement du projet. Dans cette section, nous allons présenter et modéliser les choix prises au cours de la conception et la réalisation. Les besoins de ce travail viennent de la nécessité de palier les insuffisances des couvertures pour le système LTE. Cela nécessite une bonne conception pour dimensionner les zones et de bien partager les capacités pour gérer les besoins des abonnés. Ces fonctionnalités nécessitent généralement la présence de l’état actuel d’un équipement donné comme un ENodeB. Pour satisfaire ses besoins, notre outil doit prendre en charge plusieurs fonctionnalités qui visent essentiellement à assurer à l’administrateur de dimensionner des ENodeB selon la couverture et la capacité. Après l’étude et l’analyse des méthodes déjà en 2éme chapitre, on conclu que les fonctionnalités de l’outil sont : 

Dimensionnement orientée couverture pour eNodeB : établir le bilan de liaison radio, calculer l’affaiblissement de trajet maximum pour déduire le rayon de la cellule, et par suite les nombre des eNodeB, et la distance intersites.



Dimensionnement orientée capacité pour eNodeB : établir le modèle de trafic, calculer la capacité de la cellule, estimer le débit binaire du site et enfin déduire les nombre des eNodeB.



Elaborer un rapport récapitulatif : sous format PDF qui contient tous les paramètres qui interviennent dans le dimensionnement.


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3.3. Outils de conception 3.3.1. Choix du langage de modélisation La phase de conception établit un pont entre les spécifications requises par le fabricant et les moyens de l'ingénieur tels que le langage de programmation, les algorithmes de calcul, et les différentes équations à utiliser. Pour concevoir notre système, on a choisi UML (Unified Modeling Language) qui est un langage graphique conçu pour représenter, spécifier, construire et documenter les composants d’un système. Ce choix revient essentiellement aux diverses opportunités qu’offre ce langage. En effet, UML :

-

Standardise l’élaboration et la construction des logiciels ;

-

Limite les ambiguïtés grâce à son formalisme ;

- Normalise les concepts objet ; -

Facilite la représentation et la compréhension des solutions objets ;

-

Construit un langage universel indépendant des langages de programmation.

La modélisation UML contient 3 types de vue : 

les vues statiques : 

 Le

vue fonctionnel : 



Diagrammes de classes. Diagramme de cas d’utilisation.

les vues dynamiques : 

Diagrammes de séquence.

3.3.2. Logiciel de modélisation : ArgoUML C’est une open source pour développer plate-forme UML rapide, flexible et extensible. L'objectif du projet ArgoUML est de construire un outil de modélisation de logiciel partir de des différant diagrammes. Le champ d’action pour ArgoUML est très large et spécifique à la fois.Il permet de générer des codes pour des paquets Java.

Figure 3.1: Logo ArgoUML


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3.4. Les diagrammes UML 3.4.1. Le diagramme de cas d’utilisation Le but de la conceptualisation d’un diagramme de cas d’utilisation est de comprendre et structurer les besoins de l’utilisateur. Ces besoins qui sont le but attendu par le système à implémente. Ce dernier représente les cas d'utilisation, les acteurs et les relations entre les deux, il décrit le comportement d'un système du point de vue d'un utilisateur. Dans cette partie, nous identifions les besoins de l’outil ainsi que les services offertes par notre application.

Figure3.2 : diagramme de cas d’utilisation

L’acteur de l’application : le planificateur c’est la seule personne qui à le droit d’accéder à l’application pour d’effectuer l’opération de dimensionnement, il doit donc tout d’abord s’identifier. Par la suite il peut commencer la saisie des paramètres et les exigences de couverture et capacité dans les onglets suivants: «paramètres radio », «paramètres abonnées », « paramètres eNodeB », « Paramètres

UE », « Paramètres

de

la

ligne d’alimentation», « UL-DL »,

« Paramètres Système ».


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3.4.2. Le diagramme de classe Le schéma conçu ci-dessus, le diagramme de classes UML, sera utile plus tard lors de la conception de notre base de données. Ce diagramme qui a une structure statique décrivent la structure du système en montrant leurs attributs, les opérations (ou méthodes), et les relations entre les classes. Dans notre cas, le diagramme de classes contient les principales classes utilisées dans notre application avec leurs différents attributs qui seront utilisés plus tard comme des paramètres, ainsi que les relations entre les classes qui précisent le fonctionnement de notre outil.

Figure3.3 : Diagramme de classe

3.4.3. Le diagramme de séquence Le diagramme de séquence est une représentation séquentielle des activités du système. Il permet de représenter les différentes périodes d’activité des objets. Une période


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d’activité correspond au temps pendant lequel un objet effectue une action, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un autre objet qui lui sert de sous-traitant

3.4.3.1 .Diagramme de séquence « Authentification » Pour des raisons de sécurité, seul l’administrateur a le droit d’accès à l’application. Cette procédure se déroule comme suit : L’administrateur se connecte au système et donne son login et son mot de passe. Ensuite le système vérifie l’identité de l’administrateur et autorise sa connexion dans le cas de correspondance sinon un message de demande d’inscription s’affiche.

Figure3.4. Diagramme de séquence de « authentification »

3.4.3.2 .Diagramme de séquence « générale » simplifié Ce diagramme donne une idée générale sur la succession des étapes. Le planificateur doit d’abord saisir les paramètres nécessaires puis dimensionner pour afficher les résultats finaux.


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Figure 3.5 : Diagramme de séquence de « simplifié »


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3.5. L’environnement de développement 3.5.1. Langage de développement : Java Puisque nous cherchons à développer une application indépendante de toute plateforme, java est le langage parfait qui répond à nos besoins, il est à la fois un langage de programmation orienté objet et un environnement d’exécution informatique portable crée par Sun Microsystems. Il utilise les notions usuelles de la programmation orientée objet : la notion des classes, d’héritage, d’interface, de virtualité, de généricité,… Il est accompagné d’un ensemble énorme de bibliothèque standard couvrant de très nombreux domaines, notamment des bibliothèques graphiques.

3.5.2. Technologies utilisé : NetBeans (version 7.2.1) C’est un environnement de développement intégré (IDE) pour Java, placé en open source par Sun en Juin 2000 sous licence CDDL (Common Development and Distribution License). NetBeans est un outil pour les programmeurs pour écrire, compiler, déboguer et déployer des programmes. Il est écrit en java mais peut supporter n’importe quel langage de programmation.

3.5.3. IText C’est une API permet de générer des documents PDF et HTML. Cette API est disponible

à

partir

de

la

JDK

1.2.

Il est facilement intégré en java. Dans notre cas, nous avons utilisé cet API pour élaborer un rapport sous forme PDF, qui récapitule le résultat de dimensionnement.

3.6. Développent de l’outil Dans cette section, nous abordons la phase de

développement de l’outil de

dimensionnement. Notre outil consiste à une solution de dimensionnement du réseau d’accès mobile LTE, qui facilite par la suite la phase de planification. Nous allons décrire le manuel d’utilisation par les interfaces suivantes.

3.6.1. Description de l’outil Notre outil IP PlanningTool dans sa version V1.0 assure les fonctionnalités suivantes : -L'outil est conçu pour effectuer des estimations à la fois de la couverture et de la capacité. Il effectue les calculs nécessaires, en fournissant le nombre de sites en se basant sur des entrées de l'utilisateur. Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

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-L'outil est essentiellement censé être simple, son utilisation ne nécessite pas de formation. Les entrées et les sorties sont placées sur des onglets distincts afin de faciliter à l’utilisateur la tache. -L'outil permet d’optimiser le nbre des sites selon les résultats obtenus

par le

dimensionnement de capacité et de couverture.

Figure 3.6: Logo de IP PlanningTool

3.6.2. Interface d’authentification La page d’accueil de notre application est une page d’authentification qui sert à authentifier les utilisateurs de l’application par un identifiant et un mot de passe accéder à l’interface principale. Si l’identifiant est non valide un message de demande création de compte s’affiche. La figure suivante prouve cette condition :

Figure3.7. Interface d’authentification

3.6.3. Interface d’inscription : La figue ci-dessous présente l’interface d’inscription. Un utilisateur doit créer un compte qui contient son nom, prénom, email, identifiant et son mot de passe.


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Figure3.8 : Interface d’inscription

3.6.4. Onglet « paramètre Radio » Dans cet onglet le planificateur doit choisir : 

Mode canal (epa5 , eva70, eta300)



Urbanisation de la zone à dimensionner (dense urbaine, urbaine, suburbaine, rurale)



Bande de fréquence utilisée (700,800,900,1700,1800,1900,2100,2600 MHz)



Probabilité de couverture qui doit être assuré.


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Figure3.9 : onglet « paramètres radio »

3.6.5. Onglet « paramètre Abonnées » Cet onglet correspond au paramètres abonnées tel que : 

la bande passante : (1.4 , 3 ,5 , 10, 15, 20 MHz)



Type d’utilisateurs de cette zone : (standard, Business)



Type de services s’affiche selon l’utilisateur sélectionné (VoIP, Web Browsing, FTP, Video conferance)



Nombre des abonnées estimé de la zone à dimensionner.


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Figure3.10 : onglet « paramètres abonnées »

3.6.6. Onglet « paramètre ENodeB » et Onglet « paramètre UE » A ce niveau, le planificateur doit entrer les paramètres des UE et des eNodeB citant : 

Puissance d’antenne



Gain



Hauteur (station de base qui dépend du type de la zone)



Facteur de bruit.


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Figure3.11 : onglet « paramètres ENodeB »

Figure3.12 : onglet « paramètres UE »


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3.6.7. Onglet « paramètres de la ligne de transmission » Les paramètres de cet onglet, comme indique la figure ci-dessous, décrit la ligne d’alimentation pour en fin déduire la perte : le planificateur donc doit saisir le type de la ligne utilisé, sa longueur, le nombre des jumpers et connecteurs.

Figure3.13 : onglet « paramètres de la ligne d’alimentation »

3.6.8. Onglet « UL-DL» Cet onglet contient les paramètres pour un lien montant et un lien descendant. : 

Facteur d’interférence



Facteur de charge : (35%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% )


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Figure3.14 : onglet « paramètres de la ligne d’alimentation »

3.6.9. Onglet « paramètres système» : Cet onglet est destiné pour choisir le paramétrage du système, tels que : 

Nombre de PUCCH .



Type d’antenne ( SIMO 2X1 , TxDiv 2X2, OLSM 2X2).



Type de site (1secteur, 3secteur).


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Figure3.15 : onglet « paramètres système»

3.6.10. Onglet « Solution» : L’onglet de la solution regroupe le résultat de dimensionnement .Il est destiné à afficher : débit binaire du service, Débit binaire requis par RB, Nombre des RB par utilisateurs, Atténuation max u signal, Puissance Transmise par RB, affaiblissement max du parcours MAPL, Perte de shadowing, Pertes de pénétration, Pertes de la ligne d’alimentation, pertes de jumpers, Perte de connecteurs, Marge d’interférence, SINR dans la bordure de la Cellule, Sensibilité du système, Rayon de la cellule, Surface de la site, Distance intersites, Nombre de sites par couverture , Nombre de sites par capacité, Débit total, Débit Cellulaire .


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Figure3.16 : onglet « Solution»

Partant des caractéristiques des équipements, nous avons trouvé que la couverture de la totalité des 2.175 km² de zone du lac par un réseau LTE mobile nécessite le déploiement de 5 stations de base, tri-sectorisées, avec une surface de 103 m de pour combler les attentes d’environ de 3200 abonnées. La distance intersites est de 3458 m.

3.6.11. Onglet « Information » : Cet onglet informe l’utilisateur sur le produit. Notre Outil IP Planning Tool est un outils sophistiqué qui facilite la phase de dimensionnement et prépare à la phase de planification.


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Figure3.17 : onglet « Information»

3.7. Validation des résultats obtenus 3.7.1. Processus de planification LTE Le processus de planification LTE est basé sur l’utilisation l’outil ATOLL. Il permet de réaliser de multiples prédictions. La figure suivante présente les étapes à suivre lors de la phase de planification :

pré-plannification

planification

Post Planification

optimisation

Figure 3.18 : processus de planification 

Pré-planification :

La phase de planification préliminaire est la phase de préparation avant de commencer la planification réelle du réseau. On doit collecter des informations sur la région : mode de vie, les heures d’occupation… Les critères de planification de réseau sont utilisés introduit à l’outil comme entrée sont: -cartes morphologique et topographique - la zone géographique à planifier -Les informations de l'abonné, le nombre d'utilisateurs … -Trafic des utilisateurs, les heures de chargement du trafic. -Les services attendus. Ces paramètres ont été fournit par Tunisie Telecom.


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Cha pit r e III : ConCept ion et r éa l isa t ion d’un out il de dimensionnement du r eésea u l t e 

Planification : L'objectif de la phase de planification est de trouver les meilleurs emplacements pour

eNodeB pour construire une couverture continue selon les exigences. La sortie de la phase de planification est : -la couverture finale et détaillée -les plans de capacité. La phase de planification doit aussi étudier les fréquences, le problème des voisins et interférences. 

Vérification :

Vérification est la phase qui suit l’installation du site, mais pas encore disponible pour les utilisateurs. Le but de cette phase est d'assurer un fonctionnement optimal du réseau. -Faire du réglage des paramètres RF pour corriger les erreurs qui auraient pu survenir lors de l'installation. -Test Drive une méthode d'essai pour vérifier la fonctionnalité du réseau soit en couverture, capacité et exigences de qualité. -Vérifier les indicateurs de performance KPI. 

Optimisation :

Optimisation du réseau est la phase finale qui permet de vérifier la satisfaction des clients et résoudre leurs plaintes. Cette comprend de faire deux mesures au niveau du réseau et du contrôle de terrain.

3.7.2. Planification avec ATOLL Nous avons choisi pour l’implémentation l’outil ATOLL grâce à sa flexibilité qui nous permet d’implémenter rapidement la méthode d’accès réseau. Nous allons procéder à la définition des paramètres géographiques et radio d’un réseau à planifier. Ensuite, nous allons faire la modélisation du trafic qui sera supporté par le réseau qu’on désire mettre en place.

3.7.2. 1.Les étapes à suivre Les étapes de configuration d’atoll sont : -

Création d’un projet LTE

-

Importer la carte de grand Tunis 5m (résolutions des pixels 5m).

-

Le système de coordonnées choisi est WG584.

Nous avons crée les paramètres radio suivant : -

Site (un nom, une position et une hauteur.)

-

Antenne


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-

Transmetteur (contient une ou plusieurs antennes)

-

Cellule

3.7.2.2. Zone géographique à planifier Nous allons choisir la zone du Lac, lieu du Tunisie Telecom. Nous limitons la zone tout d’abord en forme hexagonale par : -Computation zone(en rouge) : utilisé pour définir la surface dans laquelle ATOLL prend en considération les émetteurs activent. -Focus zone(en vert) :c’est la zone exacte à planifier, dans laquelle ATOLL génère ses rapport et statistiques. La figure suivante présente un aperçu de la zone à planifier, qui couvre un peu plus que 2.752 Km².

Figure3.19 : zone sélectionnée pour la planification

Cette zone se caractérise par une forte densité de population. Chaque couleur désigne la densité de la zone. Le tableau suivant présente la composition de cette zone :


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Figure3.20 : composition de la zone sélectionnée

3.7.2.3. Ajout des sites Pour introduire les sites, nous avons choisi la méthode du motif hexagonal. Nous ajoutons les sites nécessaires pour couvrir cette zone.

Figure3.21 : ajout des sites sur la zone sélectionnée

Nous activons les secteurs du site, on a des contraintes à respecter : -l’angle formé par deux secteurs de deux sites voisins ne doit pas égale a 180° ou 0°.


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Le

choix

idéal

est

un

angle

égal

à

60°

[180°].

Figure3.22 : ajout des secteurs

L’atoll nous offre un tableau qui décrit en détail la configuration de chaque site (voir annexe). Nous testons la couverture en activant les sites mis.

Figure3.23 : Activation des sites

Après l’introduction des sites par la méthode qui repose sur la forme hexagonale, on procède à l’optimisation du réseau en déplaçant les sites dont la morphologie du terrain présente un obstacle pour le champ de rayonnement de ses antennes, en modifiant les tilts et les azimuts des antennes. L’optimisation a été effectuée sur trois phases, en se basant sur trois contraintes : • La couverture : effectuer des prédictions sur la couverture, puis des modifications et on Recommence les prédictions jusqu’à aboutir à un résultat convainquant. La valeur seuil est de -105 dBm( voir annexe A2.5) Projet Fin d’Etude-Eya JAMMAZI-2012/2013

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• La qualité : une fois que la contrainte de couverture a été satisfaite, on passe à la deuxième phase qui se base sur Ec/I0 qui reflète la qualité du signal. De même que la première phase, on effectue des prédictions, des modifications puis on refait les prédictions. La valeur de Ec/I0 minimale est prise pour -15dB • La zone de couverture de chaque antenne : cette phase est essentielle vue qu’elle nous renseigne sur les champs de chaque antenne. On peut alors voir les zones de chevauchement des antennes, puis les réduire afin de minimiser l’interférence. A la fin de la phase d’optimisation qui se fait par une correction automatique par Atoll, les résultats sont illustrés dans l’annexe ( A2.7). La zone du lac est bien couverte, on peut maintenant prendre les résultats finaux de la planification: 

Surface = 2.175 Km²



ENodeB = 5



Distance intersites =685 m

3.8. Conclusion Au cours de ce chapitre nous avons évoqué tous les étapes en relation avec la réalisation de l’application. Ainsi, nous avons exposé des aperçus d’écran témoignent les différentes étapes de l’application. Enfin, une partie de planification pour valider les résultats obtenues.


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ConCl usion et per speCt ives

Con c l u si on et p er sp ec t i v es Cette partie est une synthèse de la démarche utilisée dans notre projet, pour tenter d'apporter une solution de dimensionnement du réseau d’accès LTE. L’objectif principal de ce projet est de créer un outil évolutif de planification et de dimensionnent pour fournir la solution estimée. Pour ce faire, Nous avons commencé par une étude générale de la technologie Radio Mobile LTE, les innovations apportés par rapport aux technologies précédentes, les caractéristique de l’architecture LTE ainsi que ses interfaces, aussi bien les canaux radio, les exigences LTE et les QOS offert. La deuxième partie a été consacrée pour une étude bibliographique bien approfondie sur le dimensionnement orienté capacité et couverture. Ce processus, qui est caractérisé par sa complexité, est suivi pour enfin déterminer le nombre des sites optimisé, et fournir des statistiques qui paraissent très utile à la phase de planification. Dans la troisième partie, nous avons présenté l’outil développé en décrivant les interfaces graphiques avec des valeurs réelles pour les interpréter par la suite dans la partie suivante dans le cadre de validation de notre solution. Une fois les résultats adéquats obtenus, nous avons procédé à l’interprétation nous passons a la phase de validation .Nous comparons les résultats obtenue par une simulation sur ATOOL pour comparer entre les solutions théoriques et pratiques sur une zone bien définie. Bien que les résultats obtenus soient en général concluants, quelques points peuvent les améliorer. Si nous avons le temps, nous puisons se connecter à la base de données

ATOLL

pour

garantir


un

échange

sécurisé.

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BiBl iogr a phies

B i b l i og r a p h i es [1] Huawei Technologies “ LTE Radio Planning Introduction ” .CO LTD [2] T. Novosad, L. Serna, C. Johnson Nokia Siemens Networks “ LTE Radio Network Planning Guidelines”.,12.01.2011. [7] Frook khan ” LTE for 4G broadband.Cambridge” University Press 2009 [9] Erik Dahlman, Stefan Parkvall, and Johan Sköld Mobile Broadband”

“4G LTE/LTE-Advanced for

[10] Ericsson ” LTE Radio Dimensioning “Confidential 2010 [11] Ericsson “Coverage and Capacity Dimensioning recommendation” Confidential [12] Huawei ” Radio Access Network Planning Guide” [13] Nokia Siemens Networks “RNT_LTE_Dim v2.3.6 A pproved for RL10 / RL20 / RL30 / RL15TD / RL25TD”


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[Tapez le titre du document]

W eb og r a p h i e [3] http://www.wireless-techbook.com/blocs-de-systeme-de-liaison-montante-lte/215-la-differenceentre-ofdma-et-sc-fdma.html [accédé le 07.02.2013] [4] http://fr.wikipedia.org

[5] http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-term-evolution/lte-framesubframe-structure.php [accédé le 20.02.2013] [6] http://www.atdi.us.com/GeneralWimax.php [accédé le 10.03.2013] [8]http://www2.ulg.ac.be/telecom/publi/publications/mvd/Demoulin2004Principes/index.html [accédé le 20.03.2013]


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Annexe 1

A n n ex e 1 Le tableau ci-dessous indique le bilan de trajet, pris de la recommandation de dimensionnement de capacité et de couverture selon Ericsson.

FigureA1.1 : bilan de trajet


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Annexe 2

A n n ex e 2: A T OL L L’outil de planification et optimisation ATOLL

V3.2.1 est utilisé par Tunisie

Telecom. Il s’agit d’un outil de planification radio multi technologies qui supporte les différents types de planification radio (GSM, GPRS, UMTS, CDMA 2000, HSDPA, LTE...). Nous allons dans cette annexe présenter les différents modules de cet outil qui interviennent dans notre application.

FigureA2.1 : interface de démarrage

On importe la carte géographiques de grand Tunis avec une résolution de 5m .elle contienne les données topographiques et morphologiques de la zone à planifier. Les données peuvent être aussi sous forme de vecteurs indiquant par exemple les routes, le bord de la mer, les lacs, les aéroports….

FigureA2.2 : carte de grand Tunis


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On choisit la zone exacte à planifier, par un contour de la forme hexagonale par

la

Computation zone. On mentionne ses limites par Focus zone.

FigureA2.3 : Focus zone

Le tableau suivant indique la configuration des chaque site :

FigureA2.4 : Configuration des sites

Le tableau ci-dessous décrit le paramétrage des secteurs de chaque site :

FigureA2.5 : Configuration des secteurs de chaque site


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La figure A2.6 est une légende qui décrit la prédiction de couverture , chaque couleur indique le niveu de la puissance de couveture.

FigureA2.6 : Prédiction de couverture

Le tableau A2.7 montre les corrections automatiques d’optimisation faites sur les sites afin d’obtenir une meilleure couverture :

FigureA2.7 : correction automatique de couverture


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151279101 Dimensionnement Et Planification d Un Reseau 4G LTE Pour Tunisie Telecom

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