dimentionnement de 3G

Université Abdelmalek Essadi Ecole Nationale des Sciences Appliquées Tanger

Planification et dimensionnement de 3G Responsable : M. Moussaoui

Réalisé par : El wassifi Naoual Ariche Younes

2009-2008

Planification et dimensionnement de 3G

Table de matières Résumé ………………………………………………………………………………………3 Introduction générale……………………………………………………………………….4

Chapitre I : La norme UMTS……………………………………………………………..6 I.

Introduction………………………………………………………………..7

II.

Architecture de l’UMTS………………… l’UMTS……………………………………… ………………………………..7 …………..7

III.

Canaux de communication………… communication…………………………………… …………………………………….10 ………….10

IV.

Le protocole WCDMA…………………… WCDMA…………………………………………… ………………………………11 ………11

V.

UMTS vs GSM……………………………………………………………12

Chapitre II : Méthodologies de la planification WCDMA ………………………………14 I. Etude de de la planification de 3G…………………………………………………15 A. Concepts généraux…………… généraux…………………………………… ……………………………………………. …………………….15 15

B. Processus de planification WCDMA ………………………………........…20 II.

Dimensionnement ………………… ………………………………………… ……………………………………...21 ……………...21

III.

Optimisation & Maintenance ……………………………………………22 ……………………………………………22

IV.

Planification détaillée ………………………… ………………………………………………… ………………………….22 ….22

C. Exemples de planification………… planification………………………………… …………………………………………23 …………………23

1. Introduction……………………………………………………………….23 2. Définition des besoins ………………………………………………… ...23 3. Première méthode de migration ………………………………………...23 4.

Deuxième méthode de migration …………………………………….. ..27.

5. Comparaison entre les deux méthodes de migration …………………..31 D. Dimensionnement……………………………………………………………..32

1. Objectifs du dimensionnement …………………………………………..32 2. Dimensionnement des des interfaces du réseau d’accès d’accès …………………...36 3. Dimensionnement du RNC ………………………………………………39 Conclusion générale et perspectives………… perspectives………………………………… ……………………………………………. …………………….42 42

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Table de matières Résumé ………………………………………………………………………………………3 Introduction générale……………………………………………………………………….4

Chapitre I : La norme UMTS……………………………………………………………..6 I.

Introduction………………………………………………………………..7

II.

Architecture de l’UMTS………………… l’UMTS……………………………………… ………………………………..7 …………..7

III.

Canaux de communication………… communication…………………………………… …………………………………….10 ………….10

IV.

Le protocole WCDMA…………………… WCDMA…………………………………………… ………………………………11 ………11

V.

UMTS vs GSM……………………………………………………………12

Chapitre II : Méthodologies de la planification WCDMA ………………………………14 I. Etude de de la planification de 3G…………………………………………………15 A. Concepts généraux…………… généraux…………………………………… ……………………………………………. …………………….15 15

B. Processus de planification WCDMA ………………………………........…20 II.

Dimensionnement ………………… ………………………………………… ……………………………………...21 ……………...21

III.

Optimisation & Maintenance ……………………………………………22 ……………………………………………22

IV.

Planification détaillée ………………………… ………………………………………………… ………………………….22 ….22

C. Exemples de planification………… planification………………………………… …………………………………………23 …………………23

1. Introduction……………………………………………………………….23 2. Définition des besoins ………………………………………………… ...23 3. Première méthode de migration ………………………………………...23 4.

Deuxième méthode de migration …………………………………….. ..27.

5. Comparaison entre les deux méthodes de migration …………………..31 D. Dimensionnement……………………………………………………………..32

1. Objectifs du dimensionnement …………………………………………..32 2. Dimensionnement des des interfaces du réseau d’accès d’accès …………………...36 3. Dimensionnement du RNC ………………………………………………39 Conclusion générale et perspectives………… perspectives………………………………… ……………………………………………. …………………….42 42

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Résumé Le

déploiement d’un réseau UMTS constitue un investissement colossal

lié essentiellement au coût des infrastructures. La mise en place du réseau d'accès radio représente une partie majoritaire du total des investissements en infrastructures. Dans ce contexte, l'optimisation des réseaux d'accès radio devient, pour un opérateur, un enjeu fondamental permettant d'économiser ses investissements, de réduire le nombre de sites à déployer, et de garantir une bonne qualité de service aux utilisateurs. L

L’objectif de ce projet est d’optimiser l’emplacement des sites UMTS en se basant sur des modèles de propagations et de trafic bien définis. Nous entamons ce projet par une présentation générale du réseau

UMTS et une étude des méthodologies de planification d’un réseau radio WCDMA. Ensuite, une analyse de certains modèles d’optimisation et de quelques méthodes de résolutions a été élaborée. A la lumière de cette étude, nous avons proposé une méthode de recherche itérative des sites à déployer permettant de résoudre des problèmes réels avec une complexité réduite. Enfin, les performances de la méthode

proposée ont été validées par l’étude de scénarii réalistes basés sur l’aspect multiservice.

3


Introduction générale Les systèmes de troisième génération sont conçus pour fournir des services multimédias avec une qualité et une couverture meilleure que celles offertes par les réseaux de 2ème génération. Le réseau UMTS est issu du concept IMT2000 pour les systèmes mobiles. Il est conçu comme support pour les applications large bande grâce à l’étalement de spectre et le mode d’accès multiple CDMA. Cette technologie est la dénomination de la norme détenue en Europe pour les systèmes de radiocommunications mobiles de troisième génération qui permettront permettront une large gamme de services intégrant la voix, les données, l’image, la vidéo… En outre ces applications présentent de nouveaux défis pour les opérateurs du fait qu’ils p résentent de fortes contraintes de la QoS et qu’ils demandent des débits élevés pouvant atteindre des centaines de kbits/s. Pour les opérateurs, la question qui se pose aujourd’hui est de déployer un réseau mobile adapté à la fois au transport de trafic Internet et à celui du trafic vocal et qui peut être le siège de nouvelles applications multimédias. C’est dans ce cadre que les réseaux mobiles de troisième génération constituent une réponse à cette question. La planification des réseaux mobiles de deux ième génération type TDMA s’effectue en deux étapes disjointes. La première consiste à déterminer l’emplacement des stations de base afin d’assurer une couverture totale. La seconde étape a pour but d’attribuer des bandes de fréquences aux stations de base afin de répondre à un besoin en trafic. Dans le cadre de l’UMTS, cette approche n’est plus valide car toute la bande disponible est partagée par tous les mobiles. Il n’y a donc pas d’attribution de fréquences comme en GSM. En outre, le nombre d’utilis ateurs que peut servir une cellule n’est pas limité par un nombre de canaux disponible mais plutôt par le niveau d’interférence tolérable. Le niveau d’interférence dans le réseau dépend à la fois de la distribution du trafic et de l’emplacement des stat ions de base (node- B). Ainsi, l’emplacement des stations de base doit être fait en tenant compte à la fois des critères de couverture et de capacité. C’est dans ce cadre que notre projet s’inscrit. On se propose d’optimiser l’emplacement des stations de base à partir d’un ensemble de sites potentiels, en utilisant des modèles de propagation et des modèles empiriques de prédiction de trafic, afin de répondre aux besoins de couverture et de trafic. Dans ce rapport, on présentera dans un premier chapitre un aperçu général sur le réseau UMTS. Nous allons étudier en premier lieu, l’architecture et les fonctionnalités de ce réseau. Ensuite, nous ferons une étude détaillée de l’interface radio UMTS. Le second chapitre sera consacré à l’étude des méthodologi es de planification WCDMA. En effet, nous commencerons par introduire certains concepts généraux. Ensuite, nous présenterons le processus de planification en détaillant ses différentes phases. En fin, nous étudierons la propagation dans un environnement radio mobile et nous analyserons certains modèles de prédiction pour définir à la fin le modèle approprié pour notre étude.

4


Chapitre I : La norme UMTS

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Introduction L'évolution technologique, qui est le moteur économique de notre société, nous a amené ca fait quelques années à une nouvelle révolution, celle de l'Internet mobile. La montée des services proposés sur Internet (informations diverses, catalogues, achats en ligne...) et son taux de pénétration en forte augmentation ont poussé les opérateurs en quête de nouveaux publics à proposer un accès à Internet depuis les mobiles dont on estime à 200 millions le nombre d'utilisateurs en Europe d'ici 2010. Sur les GSM, des services utilisant la technique WAP (Wireless Application Protocol) sont accessibles, mais demeurent de faible qualité. Si des évolutions du GSM (comme le GPRS ou le HSCSD) permettront d'augmenter le débit, une nouvelle norme et de nouveaux moyens techniques sont indispensables pour proposer toute une gamme de services à haut débit, allant de l'internet à la visioconférence, c'est ce qu'apporte l'UMTS. La complexité du système UMTS et les moyens techniques impliqués est telle qu'il n'est pas possible en quelques pages d'en étudier toutes les parties. Ainsi, dans ce chapitre, nous allons mettre l'accent sur les points importants de cette technologie en s’intéressant particulièrement aux réseaux d’accès radio.

V.

Architecture de l’UMTS

L'UMTS est standardisée par le 3GPP ( 3rd

Géneration Partnership Project ).

Il

désigne une technologie retenue dans la famille dite IMT 2000 comme norme pour les systèmes de télécommunications mobile dits de troisième génération, qui succèderont progressivement au standard actuel : le GSM. L'UMTS est une évolution de la norme GSM. Mais contrairement au GPRS il n'est pas possible d'utiliser les mêmes fréquences que le GSM. Il est donc nécessaire d'attribuer de nouvelles fréquences. La norme UMTS a été adoptée au niveau mondial le 29 janvier 1998. Elle est le successeur de GSM et permettra un changement des ordres de grandeur des capacités de transmission des mobiles (2 Mbits/s théoriques, aux alentours de 384 kbits/s en pratique).

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De plus l'UMTS offre de nouvelles bandes de fréquences ce qui permet d'évacuer le spectre de la saturation des bandes de fréquence. En effet, les réseaux GSM arrivent peu à peu à saturation, l'UMTS permettra d'augmenter le nombre de clients raccordables ce qui est très important pour les opérateurs, [web3]. Le réseau UMTS est composé d’un réseau d’accès UTRAN ( UMTS Terrestrial Radio Access Network ) et d’un réseau cœur.

Figure 1.1: Architecture globale du réseau UMTS [Web3].

1. Réseau cœur

Le réseau cœur de l’UMTS est composé de trois parties dont deux domaines :

Le domaine CS (Circuit Switched) utilisé pour la téléphonie. Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets. Les éléments communs aux domaines CS et PS. Ces deux domaines permettent aux équipements usagers de pouvoir gérer simultanément une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent être considérés comme des domaines de service. Ce type d’architecture permet de pouvoir créer ultérieurement d’autres domaines de service. Le schéma ci -dessous représente l’architecture du réseau cœur de l’UMTS :

Figure 1.2 : Architecture du réseau cœur de l’UMTS [Web3].

7


2. Réseau d’accès UTRAN

Le réseau d’accès UTRAN est doté de plusieurs fonctionnalités. Sa fonction principale est de transférer les données générées par l’usager. Il

est une passerelle

entre l’équipement usager et le réseau cœur via les interfaces Uu et Iu. Cependant, il est chargé d’autres fonctions: sécurité, mobilité, gestion des ressources radio et

synchronisation Le réseau d’accès UTRAN est composé de plusieurs

éléments : une ou plusieurs

stations de base (appelées Node-B), des contrôleurs radio RNC ( Radio Controller )

Network

et des interfaces de communication entre les différents éléments du réseau

UMTS.

Figure 1.3 : Architecture d’UTRAN.

3. Les interfaces de l’UTRAN

Plusieurs types d’interfaces de communication coexistent au sein du réseau UMTS:

Iu : Interface entre le réseau d’accès UTRAN et le réseau cœur de l’UMTS. Elle permet au contrôleur radio RNC de communiquer avec le réseau cœur .

Iur : Interface qui permet à deux contrôleurs radio RNC de communiquer. Iub :

Interface qui permet la communication entre une Node-B et un contrôleur radio

RNC. Uu :Interface entre un équipement usager et le réseau d’accès UTRAN. Elle permet la

communication avec l’UTRAN via la technologie CDMA. 8


Figure 1.4: Les interfaces de communication dans le réseau UMTS.

VI. Canaux de communication En UMTS, il existe trois classes de canaux : - Les canaux logiques qui sont le point d’accès aux services de la couche MAC. - Les canaux de transport qui sont le point d’accès aux services de la couche physique. - Les canaux physiques qui sont les ressources utilisées sur l’interface radio pour la transmission des informations. 1. Les canaux logiques

Ils correspondent aux dif férents types d’information véhiculés par les protocoles radio de l’UTRAN, ils sont offerts aux couches utilisatrices du niveau 2. Il existe deux types de canaux logiques : - Canaux logiques de contrôle utilisés au niveau du plan contrôle pour la signalisation (BCCH, PCCH, CCCH et le DCCH). - Canaux logiques de trafic utilisés au niveau du plan usager pour les données usager (DTCH et le CTCH). 2. Les canaux de transport

Par définition, les canaux de transport de l’UTRAN représentant le format et,

plus général ement, la manière dont les informations sont transmises sur l’interface radio. Le canal de transport est donc représentatif de la qualité de service fournie par le réseau sur la partie radio du RAB, également appelée Radio Access Bearer. Parmi les différents canaux de transport, nous pouvons distinguer deux catégorie : les canaux dédiés (DCH) et les canaux non dédiés, ou communs (BCH, PCH, RACH, FACH, DSCH, CPCH et le HS-DSCH). Les canaux dédiés sont affectés à un seul usager du réseau, tandis que les canaux communs sont partagés entre plusieurs usagers, ce qui suppose un mécanisme d’adressage pour distinguer les

différents usagers. 9


3. Les canaux physiques

Les canaux physiques sont unidirectionnels et caractérisés par les codes de canalisation et de brouillage, une paire de porteuses et une phase relative pour la voie montante. Les canaux physiques de la voie montante sont: PRACH, PCPCH, DPDCH, DPCCH et le HS-DPCCH, d’autre part les canaux physiques de la voie descendante sont: DPCH, SCH, CPICH, P-CCPCH, S-CCPCH, PICH, PDSCH, AICH, AP-AICH, CD/CA-ICH, CSICH et le HS-SCCH.

VII. Le protocole WCDMA Contrairement au GSM où les utilisateurs sont séparés par la fréquence (FDMA) et en temps (TDMA), l’UMTS utilise le mode d’accès CDMA en identifiant ainsi les

utilisateurs par un code. Cette méthode augmente donc la capacité du réseau (la fréquence n’est plus une ressources rare puisque nous pouvons utiliser une seule

fréquence pour un réseau UMTS). L'interface radio de l'UMTS se base sur le WCDMA ( Wideband Code Division Multiple Access).

Cependant, le WCDMA se base largement sur la technique CDMA.

Afin de comprendre les concepts du WCDMA, il est important de comprendre la technique du CDMA. Le CDMA est utilisé dans de nombreux systèmes de communication. Il permet d’avoir plu sieurs

utilisateurs sur une même onde porteuse.

Les transmissions sont numérisées, dites à étalement de spectre. L’étalement du

spectre rend le signal moins sensible aux fluctuations sélectives en fréquence. Le signal est ainsi transmis sur une bande de fréquences beaucoup plus large que la bande de fréquences nécessaire. Le WCDMA réalise un étalement de spectre selon la méthode de répartition par séquence directe (Direct Sequence). Pour cela, chaque bit de l’utilisateur à transmettre

est multiplié (OU exclusif) par un code pseudo aléatoire PN (Pseudo random Noise code) propre à cet utilisateur. La séquence du code (constituée de N éléments appelés "chips") est unique pour cet utilisateur, et constitue la clé de codage. Cette dernière est conservée si le symbole de donnée est égal à 1, sinon elle est inversée. La longueur L du code est appelée facteur d’étalement SF ( Spreading Factor ).

10


Figure 1.13 : Principe de l’étalement de spectre [Web3].

Afin de pouvoir lire le message codé envoyé, le récepteur doit réaliser la même opération. En effet, ce dernier génère la même séquence d’étalement qu’il multiplie au signal reçu afin d’obtenir les données.

VIII. UMTS vs GSM Le WCDMA est doté de nombreux avantages par rapport aux technologies utilisées dans la seconde génération de télécommunications mobiles: 

La sécurité est nettement améliorée. En effet, le signal, perçu comme un bruit, est codé par une séquence connue uniquement par l’émetteur et le récepteur.











La sensibilité aux interférences extérieures est réduite puisque les brouilleurs sont réduits lors du désétalement. Plusieurs émetteurs peuvent partager la bande passante. Cela permet d’obtenir des débits supérieurs, en plus d’être variables. Ce partage évite le multiplexage existant

en 2G. Améliore la qualité d es communications en tendant vers une qualité d’audition proche de celle de la téléphonie fixe. Possibilité d'utiliser les mêmes ondes porteuses même sur des cellules mitoyennes, ce qui était impossible avec le GSM par exemple. Permet de concevoir une nor me compatible à l’échelle mondiale, contrairement aux technologies actuelles.



L’architecture de l’UMTS est dotée d’un autre type de canaux qui n’existe pas



dans le réseau 2G : les canaux de transport. Meilleure gestion et nouveaux types de HO ce qui empêche la perte des données pendant le handover.

11


Tableau 1.3 : Tableau comparatif du GSM et de l’UMTS.

Conclusion Après la maîtrise des concepts de ce chapitre, les notions de compatibilité entre le GSM et l’UMTS devront être bien assimilées. Le dime nsionnement

du réseau

UTRAN et les mécanismes de partage des ressources 2G/3G constitue un défi majeur pour les opérateurs télécoms. Ceci fera l’objet de la deuxième partie.

12


Chapitre II : METHODOLOGIES DE LA PLANIFICATION

13


I. Etude de la planification de 3G A. Concepts généraux Avant d’entamer cette partie, nous commençons par introduire quelques notions générales fortement liées à la planification dans le cadre de l’UMTS. La

compréhension de ces notions est nécessaire lors du déplo iement d’un réseau radio mobile WCDMA.

1. Evaluation des interférences Interférences intracellulaires :

Elles représentent l'interférence mutuelle entre les utilisateurs de la cellule. Des codes orthogonaux sont utilisés à la fois dans la voie descendante et dans la voie montante, et si cette orthogonalité était préservée alors les signaux des différents usagers de la cellule seraient dé-corrélés entre eux et il n'y aurait pas d'interférences intracellulaires. Dans la voie descendante, en absence de trajets multiples, les signaux gardent leur orthogonalité car ils sont transmis alignés dans le temps par la station de base: les codes sont synchronisés en temps (les stations de base respectent en effet une référence de temps unique pour transmettre, cette référence de temps pouvant être fournie par un système de navigation par satellite). Dans la réalité on a toujours des trajets multiples, c'est-à-dire que plusieurs copies du signal transmis arrivent au récepteur à des instants différents. Du fait de ces trajets multiples, les codes dans la voie descendante ne restent pas parfaitement orthogonaux, et on introduit donc dans ce sens un facteur d'orthogonalité w, w = 0 correspondant à une orthogonalité parfaite et pas d'interférences intracellulaires, w = 1 correspondant au fait que tous les signaux de la cellule interférent pleinement entre eux. A la différence de la voie descendante, dans la voie montante, toujours en absence de trajets multiples, les signaux des différents utilisateurs de la cellule ne restent pas orthogonaux car les utilisateurs de la cellule transmettent de façon indépendante et non synchronisée. Ainsi, dans le sens montant, les signaux interférent pleinement avec ou sans trajets multiples. Interférences extracellulaires :

Dans le sens montant, l'interférence intercellulaire représente les interférences dues aux signaux envoyés par les mobiles des cellules voisines et qui viennent constituer du bruit supplémentaire au niveau de la réception à la station de base de la cellule. Dans le sens descendant, l'interférence intercellulaire représente les interférences dues aux signaux envoyés par les stations de base des cellules voisines et qui viennent constituer du bruit supplémentaire au niveau du mobile en réception. 14


Le Handover :

Le handover gère la mobilité des usagers. Notons que les terminaux mobiles et les stations de base utilisent plusieurs récepteurs à corrélation qui forment un récepteur de Rake pour récupérer le maximum d'énergie du signal sur les différents trajets empruntés et éventuellement sur les différentes antennes. Différents types de handover existent suivant la position de l'usager mobile dans la cellule : soft handover, softer handover ou hard handover. L’utilisation du soft handover et du softer handover permet d'accroître les

performances de la liaison en y ajoutant une forme de diversité. Il est cependant nécessaire de minimiser les situations de soft handover, sous peine de gaspiller les ressources et diminuer la capacité du système. Le traitement de handover est défini pour les services de type circuits et les services de types donnés. Pour le premier cas de figure, les handovers peuvent être implantés comme soft, softer ou hard handover. Pour les services de types donnés, le seul type de handover défini est la re-sélection de cellule. Le softer handover

Le softer handover se produit quand les stations de base sont sectorisées. Ainsi, quand le terminal mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux secteurs adjacents d'une même station de base, les communications avec la station de base empruntent simultanément deux canaux radio, un pour chaque secteur. Deux codes d'étalement doivent alors être utilisés dans le sens DL afin que le terminal mobile puisse distinguer les deux signaux issus des deux secteurs et on a donc deux connexions simultanées pour cet usager. Dans le sens UL, les signaux provenant du terminal sont reçus par les deux secteurs de la station de base et routés vers le même récepteur de Rake. Les signaux sont ainsi combinés au niveau de la station de base. On compte généralement 5 à 10 % des terminaux mobiles d'une cellule qui sont en situation de softer handover. Le soft handover

Durant un soft handover, le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture commune à deux stations de base. L'état où un mobile est en liaison avec deux stations de base ou plus est appelé macrodiversité. Les communications entre le terminal mobile et les stations de base utilisent simultanément deux canaux radio, un pour chaque station de base. Du point de vue du terminal mobile, il existe très peu de différences entre le softer et le soft handover. En revanche, dans le sens UL ces deux handovers différent car, dans le cas du soft handover, les signaux reçus par les stations de base sont routés et combinés au niveau du RNC. Cela permet à cette dernière de sélectionner la meilleure trame reçue. Un usager mobile peut être en situation de soft handover avec deux, trois ou quatre

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stations de base. Si il quitte la zone de couverture commune pour se rapprocher d'une station de base, alors cette dernière le prend en charge.

Mécanisme de soft handover en UMTS

Le soft handover permet de limiter la perte de connexion quand un usager se déplace vers une autre cellule. On considère que 20 à 40 % des usagers sont en situation de soft handover. Il est donc indispensable de prendre en compte les connexions supplémentaires dans une cellule dues au soft handover lors du dimensionnement du réseau. Le hard handover

Il existe deux autres types de hard handover : le hard handover inter-fréquences qui permet à un terminal mobile de passer d'un spectre de fréquence à un autre et le hard handover inter-systèmes qui permet au terminal mobile de passer d'un système à un autre comme d'un mode FDD à un mode TDD ou pour passer d’un système 2G à un système 3G (pendant la période de coexistence des deux systèmes).

2. Le contrôle de puissance Comme nous l'avons vu précédemment, il faut s'assurer qu'à la réception le rapport Eb/N0 est supérieur à un certain seuil critique pour assurer le décodage du signal reçu. Pour cela, l’émetteur (le mobile ou la station de base) peut augmenter sa puissance d’émission. Le but du contrôle de puissance est de veiller à ce que chaque

mobile ou chaque station de base envoie le minimum de puissance nécessaire pour que le rapport Eb/N0 soit au niveau du seuil requis. Ceci améliore la capacité du système en minimisant les interférences. Une autre utilité du contrôle de puissance est de palier aux fluctuations de puissance dues aux pertes dans le milieu extérieur. Les deux types de contrôle de puissance utilisés dans les systèmes fondés sur le CDMA sont le contrôle de puissance en boucle ouverte OLPC (Open Loop Power Control) et le contrôle de puissance en boucle fermée CLPC (Closed Loop Power Control). 16


Le contrôle de puissance en boucle ouverte

Ce type concerne uniquement le mobile (sens montant) et son but est de déterminer le niveau de puissance du signal à transmettre avant de rentrer en communication avec la station de base. Ce niveau de puissance est calculé en fonction de l'affaiblissement de parcours ou pathloss mesuré dans la voie descendante sur des canaux définis dans ce but par le réseau. Le contrôle de puissance en boucle ouverte permet de compenser des évanouissements à long terme (affaiblissement de parcours du à des distances importantes entre l'émetteur et le récepteur) et, en particulier, les évanouissements dus au phénomène de l'effet de masque ou shadowing (évanouissement du à la présence d'obstacles tels que des arbres, des collines ou des immeubles). Une très forte hypothèse prise en compte dans le contrôle de puissance en boucle ouverte est de considérer que les évanouissements dans les voies montante et descendante sont identiques. Or, en mode FDD où la voie descendante et la voie montante se trouvent dans des fréquences différentes, ce type de contrôle de puissance n'est pas très efficace pour compenser les effets des évanouissements rapides car ces derniers dépendent de la fréquence porteuse du signal de transmission et de la vitesse du mobile. En effet, les évanouissements rapides sont caractérisés par des variations rapides de la puissance du signal dans des intervalles de temps assez courts, et ils trouvent leur origine dans les réflexions du signal transmis sur les différents obstacles et dans la vitesse relative entre le mobile et la station de base. Cela entraîne une dégradation de type effet doppler avec un décalage en fréquence. Le contrôle de puissance en boucle fermée

Le contrôle de puissance en boucle fermée est utilisé dans le but de compenser les évanouissements rapides. Il est appelé à boucle fermée puisque, à la différence du contrôle de puissance en boucle ouverte, le récepteur concerné calcule des commandes de contrôle et les envoie à la source émettrice pour que celle-ci règle sa puissance d'émission. Une fois que le mobile a établi un lien de communication avec la station de base, le contrôle de puissance en boucle fermée est activé. Dans la voie montante, la station de base mesure de manière permanente la qualité du signal en termes du rapport Eb/N0. Si la qualité du signal est en dessus de la valeur Eb/N0 cible, la station de base envoie une commande sur le canal descendant au mobile pour lui demander de réduire la puissance d'émission. Par contre, si la qualité du signal est en dessous de cette valeur, la station de base demande au mobile d'augmenter la puissance d'émission. Ces informations sur l’ajustement des puissances d’émission sont

transmises à chaque time slot soit toutes les 0.67 ms via le canal de contrôle dédié.

17


3. Couverture et capacité Capacité

La rentabilité du réseau est étroitement liée à sa capacité, c'est-à-dire à la quantité d'information pouvant être échangée simultanément. Dans un contexte mono service, le nombre d'utilisateurs définit la capacité. Dans le système UMTS, où plusieurs services seront offerts et où la consommation en ressources radio diffère d'un service à l'autre, plutôt que de raisonner sur le nombre de mobiles, la capacité peut être définie comme le débit global écoulé dans le réseau par exemple. Le nombre maximal de communications ne dépend pas uniquement des ressources "dures", à savoir du nombre de codes disponibles, mais aussi des interférences, donc de la distribution de trafic dans le réseau et de ses caractéristiques. On parle alors de "soft capacity". Couverture

Un mobile est couvert par le réseau si les trois conditions suivantes sont vérifiées : - Il peut décoder les informations sur le réseau. Le mobile doit recevoir au moins un signal pilote avec une qualité suffisante. Il s'agit de la couverture "pilote". - La puissance requise pour la transmission de la station vers ce mobile est inférieure à la puissance maximale d'un canal de trafic. On dit alors que le mobile est couvert dans le sens descendant. - La puissance requise pour la transmission de ce mobile vers la station de base est inférieure à la puissance maximale d'émission du mobile. Le mobile est alors couvert dans le sens montant. Dans les trois cas, la couverture d'un mobile dépend fortement des interférences, donc de la distribution du trafic dans le réseau. Ainsi, une station de base qui sert beaucoup de mobiles voit sa zone de couverture se réduire. Par exemple, dans la figure 2.1, la station (a) est beaucoup plus chargée que sa voisine (b) et sa couverture est donc inférieure. On parle alors de phénomène de respiration de cellules. Si le recouvrement avec les voisines est insuffisant, des trous de couverture apparaissent, et des appels sont rejetés. Afin d'éviter ces phénomènes de trous de couverture liés à l'augmentation du trafic, des algorithmes de contrôle d'admission sont mis en oeuvre. La couverture et la capacité sont donc deux grandeurs fortement liées dans les réseaux WCDMA.

18


Effet de respiration de cellule.

B. Processus de planification WCDMA Le déploiement d’un réseau radio WCDMA compte trois phases principales à

savoir le dimensionnement, la planification détaillée de la capacité et de la couverture ainsi que l’optimisation.

L'objectif de la phase de dimensionnement est d'estimer le nombre de sites, le nombre de stations de base et leur configuration en fonction des besoins et des exigences de l'opérateur ainsi que de la propagation radio spécifique au type d'environnement. Ce dimensionnement doit scrupuleusement prendre en compte les exigences en termes de couverture, de capacité et de qualité de service de l'opérateur. La capacité et la couverture sont deux aspects étroitement liés dans les réseaux WCDMA et doivent par conséquent être considérés simultanément dans le dimensionnement. La planification de la capacité et de la couverture est réalisée par un outil de planification WCDMA. Pour cette phase, des cartes géographiques détaillées et une estimation du trafic sont nécessaires. La localisation des stations de base est déterminée par l'outil de planification et/ou par l'ingénieur radio. La capacité et la couverture peuvent alors être analysées pour chaque cellule ou par zone. La figure ci-dessous montre les étapes du processus de planification. Toute ces phases seront détaillées dans ce qui suit :

Processus de planification en UMTS.

19


IX. Dimensionnement Le dimensionnement d'un réseau radio WCDMA est un processus qui permet d'estimer, à partir des besoins et des exigences de l'opérateur, le nombre d'équipements nécessaires ainsi que leurs configurations. Il est courant de distinguer les trois catégories suivantes d'exigences définies chacune par différents paramètres : Couverture : Zones de couverture, Types d'environnement, Propriétés de propagation. Capacité ; Spectre disponible, Prévisions d'abonnés, Densité de trafic. Qualité de service ; Probabilité de couverture, Taux de blocage, Débits utilisateur. Les principaux objectifs du dimensionnement sont de définir les bilans de puissance, la couverture, la capacité et d'estimer le nombre de sites, de stations de base, de RNC ainsi que le nombre d'équipements du réseau cœur nécessaires que ce

soit dans le domaine circuit ou dans le domaine paquet.

X.

Planification détaillée

Nous allons aborder dans cette section la planification détaillée de la capacité et de la couverture. Dans cette phase de planification, des informations précises et réelles de propagation au niveau des zones à couvrir sont indispensables aussi bien que des informations concernant la densité d'utilisateurs et leurs trafics. La liste des stations de base déjà installées est également nécessaire afin de les réutiliser et de minimiser les investissements. L'objectif de cette phase est de déterminer avec précision la localisation des stations de base, leur configuration et leurs paramètres. Comme en WCDMA, tous les utilisateurs partagent les mêmes ressources sur l'interface radio, il n'est donc pas possible de les analyser individuellement. Un utilisateur a une influence sur la puissance d'émission des autres utilisateurs, et les modifications qui en résultent ont également un impact sur le premier utilisateur, etc. Par conséquent, le processus de prédiction doit se faire de façon itérative jusqu'à ce que les puissances d'émission se stabili-sent. Par ailleurs, les débits et les types de services jouent un rôle bien plus important en WCDMA que dans les systèmes TDMA et FDMA de deuxième génération. En outre, le WCDMA utilise le contrôle de puissance rapide dans les deux sens de transmission, les softer et soft handover ainsi que des canaux orthogonaux sur le lien 20


descendant. Toutes ces caractéristiques ont un impact non négligeable sur les performances du système . La principale différence entre les prédictions de couverture pour le WCDMA par rapport à celles des systèmes TDMA et FDMA, est l'importance cruciale de l'estimation des interférences en WCDMA. Dans le processus de planification de la couverture en GSM, la sensibilité des stations de base est constante et les seuils de couverture sont les mêmes pour chaque station de base. Dans le cas du WCDMA, la sensibilité des stations de base dépend du nombre d'utilisateurs et des débits utilisés dans les cellules, en conséquence la sensibilité peut être différente pour chaque station de base. Notons également que dans les réseaux de troisième génération, les débits des sens montants et descendants peuvent être asymétriques.

XI. Optimisation & Maintenance Comme le cas du GSM, les systèmes WCDMA nécessitent une optimisation continue car les mobiles changent de location de façon continue et donc le trafic va varier entre les zones et dans le temps. Cette variation possède une influence directe sur la qualité radio et la capacité globale du système. Les paramètres qui peuvent être optimisés sont : - le trafic et les variations du trafic, - le pourcentage du soft handover, - les puissances moyennes des émetteurs et des récepteurs, - la coupure des connexions (Drop Calls), - Interférences, - Taux de H.O par cellule, - Taux de H.O inter-systèmes, - Taux d’erreur binaire, - Taux des trames erronées. L’optimisation du réseau correspond au processus qui a pour but d’améliorer globalement la qualité du réseau et de s’assurer que les ressources du résea u sont utilisées de façon efficace. Il convient durant cette phase d’analyser le réseau ainsi que d’améliorer sa configuration et ses performances. En effet, l’analyse de la qualité du réseau permet de donner à l’opérateur une vue aussi précise que possibl e de la

qualité et des performances de son réseau. Il est nécessaire de définir précisément les mesures à effectuer par le système de gestion du réseau ainsi que les mesures sur le terrain. Après que les critères ont été définis et les données analysées, tous les services impliqués dans l'optimisation du réseau doivent en être informés. Pour les systèmes de deuxième génération, les principaux paramètres de qualité de service concernent les appels aboutissant avec succès, les appels interrompus ainsi que les handovers et leurs causes. Pour les systèmes de troisième génération proposant une gamme beaucoup plus variée de services, de nouvelles définitions de qualité de service devront voir le jour. 21


Par ailleurs, l'optimisation automatique jouera un rôle très important dans les réseaux de troisième génération, le nombre de services et de débits étant si important que l'optimisation manuelle de tous ces services et de leurs paramètres serait beaucoup trop fastidieuse. L'optimisation automatique devrait fournir des réponses rapides aux conditions variables de trafic dans le réseau. Notons qu'au début du déploiement des réseaux de troisième génération, seuls quelques paramètres pourront être optimisés automatiquement et que le processus d'optimisation de deuxième génération devra être maintenu en parallèle.

C. Exemples de planification 6. Introduction Dans ce chapitre, nous allons présenter deux méthodes d’optimisation, nous

allons les appliquer sur le réseau GSM du centre ville de Tunis. Ensuite nous allons comparer les résultats de chaque méthode. Enfin, la meilleure méthode sera implémentée dans notre simulateur.

7. Définition des besoins Dans cette partie, nous définissons les besoins qui doivent être satisfaits par les méthodes de migration optimale du réseau GSM au réseau UMTS. Nous cherchons d’une part à exploiter le maximum de l’infrastructure existante et à minimiser l’infrastructure à ajouter d’autre part. Ces méthodes doivent aussi obéir aux exigences

concernant les performances du réseau UMTS comme suit : - Assurer un taux de couverture supérieur ou égal à 95%, - Assurer un taux de recouvrement par site supérieur à 20% et inférieur à 55%.

8. Première méthode de migration : 3.1- Les étapes de l’algorithme : Nous avons développé un algorithme qui permet, dans une première étape, de déterminer les sites qui ont un taux de recouvrement qui dépasse le seuil et les éliminer. Dans une deuxième étape on balaye la zone d’étude, à chaque fois qu’on trouve une surface de 500 m2 qui n’est couverte par aucune cellule, on ajoute un site en son centre. Après l’ajout de chaque site, on recalcule le taux de couverture, si ce dernier

est inférieur au seuil, on continue la recherche, sinon on est arrivé à un bon résultat et on arrête la recherche. La figure suivante montre l’organigramme du premier algorithme d’optimisation.

22


Organigramme de l’algorithme d’optimisation (première méthod

23


3.2 Les résultats de la simulation :

Configuration du réseau après application du premier algorithme d’optimisation pour un taux de pénétration égal à 10%

Configuration du réseau après application du premier algorithme d’optimisation pour un taux de pénétration égal à 40%

Notons que les cellules centrées par une étoile ‘*’ sont les cellules gardées après élimination des cellules trop chevauchées, les autres sont ajoutés après application de l’algorithme d’optimisation.

24


Taux de recouvrement par site après application du premier algorithme pourun taux de pénétration égal à 10%

Taux de recouvrement par site après application du premier algorithme pourun taux de pénétration égal à 40%

Taux de couverture pour les deux scénarios 25


3.3 Interprétation des résultats : La nouvelle configuration du réseau a donnés les critères de performance suivants : Un taux de couverture plus important par rapport à celui trouvé dans le chapitre précédent pour les deux scénarios, mais ce taux est encore inférieur à 95%, Un taux de recouvrement par site qui ne satisfait pas toujours les contraintes. Puisque nous n’avons pas atteint des valeurs satisfaisantes en terme de taux de

couverture et de taux de recouvrement par site, nous avons proposé une deuxième a pproche d’optimisation.

9. Deuxième méthode de migration : 4.1 Les étapes de l’algorithme

:

L’idée de cet algorithme est différente de celle de la première méthode. Dans la

nouvelle méthode nous avons abordé le problème en suivant les étapes suivantes : Nous considérons que tous les sites GSM sont des sites UMTS, nous calculons la portée de chaque site et nous supprimons les cellules qui ont un taux de recouvrement supérieur à 55%, Nous considérons un compteur et nous initialisons un nombre de sites UMTS à ajouter. Les sites UMTS à ajouter sont positionnés aléatoirement dans des zones qui ne sont pas encore couvertes par le réseau UMTS, Après l’ajout de chaque site, nous calculons de nouveau le taux de recouvrement par site, s’il dépasse le seuil alors nous changeons les coordonnées du nouveau

site. Cette étape est répétée jusqu’à aboutir à un taux de recouvrement inférieur à

55%. Nous calculons le taux de couverture. Si nous avons atteint la valeur cible, c’est la fin de l’algorithme, sinon si le compteur n’a pas encore expiré, Les sites UMTS à

ajouter sont de nouveau positionnés aléatoirement dans des zones non couvertes. Quand le compteur expire on conclue que le nombre de sites UMTS à ajouter n’est pas suffisant, on l’incrémente et nous répétons les tr ois dernières étapes jusqu’à aboutir aux bons résultats.

Cet algorithme va nous garantir une migration optimale parce que nous commençons par un nombre petit de sites UMTS à ajouter, de cette façon nous n’allons ajouter que les sites nécessaires pour sati sfaire les contraintes exigées par l’opérateur. L’organigramme représenté par la figure ci -dessous

représente les détails et les

étapes du deuxième algorithme heuristique. 26


Organigramme de l’heuristique

4.2 - Résultats obtenus

Configuration du réseau après application de l’heuristique ( deuxième méthode) pour un taux de pénétration égal à 10%

27


Configuration du réseau après application de l’heuristique ( deuxième

méthode) pour un taux de pénétration égal à 40%

Taux de recouvrement par site après application de l’heuristique ( deuxième

méthode) pour un taux de pénétration égal à 10%

Taux de recouvrement par site après application de l’heuristique (deuxièmeméthode)

pour un taux de pénétration égal à 40% 28


Taux de couverture après application de l’heuristique (deuxième méthode)pour les

deux scénarios considérés 4.3 Interprétation des résultats : Nous rappelons que nous avons considéré la répartition de service entre les utilisateurs est comme suit : 50 % des utilisateurs actifs demandent un service vocal avec le débit 12.2 kbit/s,30 % des utilisateurs demandent un service données avec le débit 64 kbit/s et 20 % des utilisateurs demandent un service données avec le débit 144 kbit/s.Nous avons considéré aussi deux scénarios : - Un taux de pénétration égal à 10% par rapport au GSM, - Un taux de pénétration égal à 40% par rapport au GSM. Nous remarquons que, en utilisant cette heuristique, nous avons pu atteindre pour les deux scénarios considérés un taux de couverture supérieur ou égal à 95%. Nous avons aussi obtenu pour chaque site un taux de recouvrement inférieur à 55% et supérieur à 20%. 4.4 Coût de la migration vers l’UMTS A partir des résultats obtenus de notre algorithme d’optim isation,

nous avons calculé le coût de la migration du réseau GSM existant vers le réseau UMTS. Le coût de cette migration en utilisant l’heuristique développée dans ce chapitre

est présenté dans le tableau qui suit.

Coût de la migration du GSM à l’UMTS en utilisant l’heuristique (deuxièm méthode)

29


10.

Comparaison entre les deux méthodes de

migration : Comme nous avons noté avant, les deux algorithmes reposent chacun sur une idée différente. Les résultats obtenus de chacun d’eux sont aussi différents.

- Le premier algorithme a donné un taux de couverture inférieur au seuil fixé dès le début, en utilisant cet algorithme, le taux de recouvrement par site dépasse parfois le seuil. L’avantage de cet algorithme est qu’il ne consomme pas beaucoup de temps pour l’exécution (un temps d’exécution d’environ 15

minutes), - Le deuxième algorithme nous garantit un taux de couverture supérieur ou égal au seuil et un taux de recouvrement par site dans l’intervalle exigé. Mais le temps d’exécution de cet algorithme est largement supérieur à celui du

premier.

Le tableau qui suit récapitule les différences des deux différentes approches.

30


D. Dimensionnement 1. Objectifs du dimensionnement : Le dimensionnement d’un réseau cellulaire permet d’assurer la minim isation du coût de la liaison radio et de l’infrastructure du réseau, en tenant compte de la

couverture radio et de la taille des cellules sous réserve de contraintes de la QoS. Le dimensionnement par la couverture d’un réseau UMTS permet essentiellement d e calculer la taille de la cellule. Le rayon de cellule est obtenu suite à la réalisation d’un bilan de liaison qui permet de déterminer l’affaiblissement maximal alloué MAPL

(Maximum Allowable PathLoss). Cette valeur servira pour le modèle de propagation afin de déterminer le rayon de cellule. Sachant la taille de la cellule, on pourra donc déterminer pour la zone à planifier le nombre de stations de base nécessaires. La figure pressente le processus de dimensionnement par couverture :

Rayon de la cellule

Le processus de dimensionnement 1.2 Le bilan de liaison : 1.2.1 Les paramètres du bilan de liaison : La réalisation du bilan de liaison repose principalement sur les paramètres suivants [1] Paramètres de transmission :

-

Bruit thermique: sa puissance Nth est donnée par k* T0 avec k est la constante Boltzmann (k = 1.38*10-20 mW/Hz/K) et T0 = 293 K : Nth = -174 dBm/Hz.

-

-

Débit Chip Tc : fixé à 3.84 Mchip/s. Marge de fading de masquage (Shadowing margin): elle est due aux effets de masquage. Elle est en fonction de la probabilité de couverture de la cellule, localisation de l’UE et du Gain de Soft/Softer handover. Marge de fading rapide (fading de Rayleigh). Il s’agit d’un fading

rapide qui dépend de la qualité de service requise et de la nature de l’environnement auquel appartient l’ UE. Paramètres de l’équipement utilisateur

31


-

Puissance maximale (PUE) : elle varie selon la classe des mobiles. Pour les mobiles de classe 3, elle est de 24 dBm. Pour les mobiles de classe 4, elle est de 21 dBm.

-

Gain d’antenne du mobile : GUE Pertes dans les câbles d’alimentation de l’antenne du mobile LfMS Perte due au corps de l’utilisateur : LBody.

Paramètres du Node B

-

Facteur de bruit NF (Noise Factor) : il s’agit du facteur de bruit généré

-

au récepteur. Pertes de connecteurs et de feeders : LfNodeB Puissance maximale : la puissance maximale du NodeB intervient au niveau du bilan de liaison pour le lien descendant : PNodeB

-

Gain d’antenne : GNodeB

Paramètres liés aux services

-

Gain de traitement (Processing Gain) : Gp = 10* log (débit chip / débit service) (Eb/N0) requis : cette variable caractérise la qualité de service à atteindre pour le service considéré. Elle varie en fonction de la mobilité de l’utilisateur.

-

Gain de Soft handover (GSHO) : il correspond au gain que le mobile réalise dans une situation de soft handover. Dans cette situation, le mobile est connecté à plus qu’une sta tion de base et donc utilise une puissance minimale.

Marge d’interférence (NRUL: Noise RiseUL) :

Ce paramètre correspond au niveau d’augmentation du bruit du à l’augmentation de la charge dans la cellule. Cette marge d’interférence est liée au facteur de charge (ηul)

qui mesure la charge de chaque lien (montant ou descendant). La marge d’interférence est importante si la capacité et donc la charge autorisée dans la cellule

sont importantes .Ainsi, dans les zones urbaines, cette marge doit être importante alors que dans les zones rurales, la marge d’interférence est faible. Le réseau doit être planifié de façon à pouvoir supporter une certaine marge d’interférence afin de

garantir un rayon minimum pour la cellule et ce, pour chaque service. La marge d’inter férence est donnée par la formule suivante : -10* log (1- ηul) (1) 1.2.2 Bilan de liaison pour le lien montant : Pour le calcul du bilan de liaison pour le lien montant [1], il faut tout d’abord

déterminer EIRP (Effective Isotropic Radiated Power). Elle correspond à la puissance qu’il faudrait fournir à une antenne isotrope pour obtenir le même champ à la même distance. Elle a l’expression suivante :

EIRP (dBm) = PUE + GUE – LBody – LfMS

(2)

L’affaiblissement maximal admissible sur le lien montant est donnée par : L Max_UL = EIRP + G NodeB – L fNodeB + GSHO – M Fad_Ray – M Fad_shad

(3) 32


Avec : MFad_Ray est la marge due au fading de Rayleigh. MFad_shadow est la marge due au fading de masquage. 1.2.3 Bilan de liaison pour le lien descendant Canal de trafic : Dans le cas du lien descendant, l’expression de EIRP (dBm) s’écrit comme suit :

EIRP (dBm) = PNodeB + GNodeB – LfNodeB

(4)

Pour déterminer la perte maximale admissible, on calcule la somme totale des bruits et des interférences créées par tous les mobiles en suivant les étapes suivantes : On calcule le facteur de bruit du récepteur du NodeB. Son expression est donnée par : NNodeB = - Nth + NF +10* log (Tc) (5)

On calcule la somme des interférences reçues au récepteur. Sa valeur est donnée par : TOtint = 10* log [10*((NNodeB + NRul)/ 10) – 10 ^ (NNodeB / 10)] (6)

Finalement, on ajoute les bruits pour trouver la somme totale. Elle est donnée par : TOtint _ bruit = 10 * log [10^ (Totint / 10) + 10 ^ (NNodeB / 10) (7)

Une fois la valeur de la somme des bruits et des interférences est calculée, on détermine la valeur de la sensibilité du récepteur en utilisant la formule suivante : SRx = (Eb / N0) + TOtint _ bruit – Gp (8)

La perte de propagation maximum sur le lien descendant pour un canal de trafic est le suivant : LTCH_DL= EIRP – SRx + GUE - LfMS + GSHO – MFad_Ray – MFad_shadow

(9)

Canal pilote : La puissance du canal pilote doit être ajusté en fonction de la puissance de la puissance des canaux de trafic de sorte qu’elle ne soit pas trot

élevé. En effet, une puissance importante du canal pilote a pour conséquences la réduction de la puissance des canaux de trafic et un niveau de brouillage important. La perte de propagation maximum pour le canal pilote est exprimée par la formule suivante : LPILOT = EIRP – SRx + GUE - LfMS + GSHO – MFad_shadow ( 10)

33


1.3 La propagation dans l’environnement radio

:

1.3.1 Les modes de propagation La propagation du signal dans un environnement radio se fait selon quatre modes de propagation [3] : : Lorsque une onde, se propageant dans un milieu, rencontre un deuxième milieu ayant des propriétés électriques différentes, elle est partiellement réfléchie et transmise. Si le deuxième milieu est un diélectrique parfait, une partie est 

La réflexion

réfléchie et l’autre est transmise sans absorption. S’il est un conducteur parfait, toute l’énergie incidente est réfléchie sans perte. Le coefficient de réflexion dépend des propriétés du matériel, de la polarisation de l’onde, de l’angle d’incidence et de la fréquence de l’onde en propagation. 

La diffraction : Elle se produit lorsque le chemin entre l’émetteur et le

récepteur présente plusieurs irrégularités aiguës. Les ondes secondaires résultant des surfaces gênantes sont présentées dans l’espace et même derrière les obstacles. Ce phénomène dépend aussi bien de la géométrie de l’objet que de l’amplitude, la phase et la polarisation de l’onde incidente. Le phénomèn e de diffraction est expliqué par le

principe de Huygens qui énonce que tout point sur lequel une onde se diffracte peut être considéré comme une source d’ondes secondaires, ces ondes interfèrent pour

donner une onde dans la direction de propagation. La diffusion : Lorsque le milieu dans lequel une onde se propage contient des objets qui ont des dimensions plus petites par rapport à la longueur d’onde, le 

phénomène de diffusion apparaît. Les ondes diffusées sont produites par les surfaces rugueuses, les p etits objets ou par d’autres irrégularités présentés dans le canal de propagation. 

La réfraction : quand une partie de l’énergie de l’onde incidente passe à travers la surface de l’obstacle (l’air, une voiture ….).

1.3.2 Les échelles de variation Il y a trois échelles de variation du niveau du champ électromagnétique reçu par le mobile : Variations à grande échelle Ce phénomène porte le nom de pathloss. L’atténuation subite par le signal dépend de l’environnement de propagation, la fréquence porteuse, la distance entre l’émetteur et

le récepteur. Variations à moyenne échelle Les bâtiments, le terrain (en extérieur) ou le mobilier (à l’intérieur de bâtiment) ont une influence sur la propagation du signal ce qui fait varier la valeur moyenne. L’effet de masque est modélisé par une loi log- normale. L’écart mesuré entre la théorie et le

terrain suit une loi de Gauss en dB.

34


Variations à petite échelle C’est le fading multi trajet. La propagation à travers les obstacles se fait par des trajets

multiples. Le déphasage des signaux sur ces trajets multiples est aléatoire ce qui implique que la puissance du signal reçu soit variable et aléatoire.

2. Dimensionnement des interfaces du réseau d’accès : À ce niveau là les interfaces à dimensionner sont : Iub entre un nœud B un RNC. Iur qui permet le soft handover entre deux RNC. IU-CS entre un RNC un MGW. IU-PS entre un RNC un SGSN. La figure suivante montre les différentes interfaces du réseau d’accès:

Interfaces du réseau d’accès. 2.1 Dimensionnement de l’interface Iub (RNC

-Node B)

L’interface Iub supporte le flux de trafic des domaines CS et PS ainsi que le trafic des

CEs (Channel Elements). À ce niveau là : La pile protocolaire de l’interface Iub doit être prise en considération

afin de

pouvoir introduire les en-têtes dus au réseau de transport. La pile protocolaire varie selon le type du réseau de transport utilisé (ATM, IP sur liaison MIC ou IP sur Ethernet). Le dimensionnement de l’interface Iub doit prendre en compt e

savoir:

plusieurs paramètres à

Les en-têtes de la pile protocolaire. Le facteur du soft Handover. La retransmission de données. La marge d’ingénierie (le gain du soft handover) pour s’éloigner de la capacité

peak.

35


Pour calculer le débit de l’interface Iub

nous allons suivre le schéma suivant :

Répartition du trafic de l’interface Iub La relation suivante donne le débit de l’interface Iub: [T_Voie +T_CSdata +T_PSdata+T_cch]*(1+%Sig)*(1+%marged’ingénierie)*xNodeB/RNC

Ainsi, après avoir obtenu le débit de l’interface Iub nous pouvons dimensionner notre RNC de façon à ce qu’il puisse écouler le trafic entrant. 2.2 Dimensionnement de l’interface Iur (RNCRNC) :

Notre but ici est de dimensionner le lien entre un RNC Serving et un Drift RNC. Généralement on calcul le débit de l’interface Iur à partir de celui de l’interface Iub comme suit: Débit_Iur = 10% * Débit_ Iub

2.3 Dimensionnement de l’interface IU-CS (RNC  MGW) L’interface

IU-CS représente un pont entre l’UTRAN et le CN CS. Cette interface transporte le flux de données du plan de contrôle et du plan usager du CN CS. Lors du dimensionnement de cette interface, nous devons prendre en considération les entêtes de signalisation du plan de contrôle et les en-têtes protocolaires du plan usager. La relation suivante donne le débit de l’interface Iu-CS : Débit_IU-CS = [(T_voie+T_csdata)*Nombre_Abonnés]*(1+%T_contrôle)

36


Le débit de l’interface IU-CS

peut être divisé en différentes branches comme le

montre la figure ci-dessous :

Répartition du trafic de l’interface Iu-CS 2.4 Dimensionnement de l’interface IU-PS (RNC  SGSN) L’interface IU-PS représente un pont entre l’UTRAN et le CN PS. Cette interf ace

transporte le flux de données du plan de contrôle et du plan usager du CN PS. Lors du dimensionnement de l’interface IU-PS certains paramètres doivent être pris en considération:  Les en-têtes de signalisation dans le plan de contrôle. 

Les en-têtes protocolaires dans le plan usager.



La taille des paquets.



Le rapport peak qui représente le rapport entre la capacité peak et celle maximale.



Rapport d’extension (ER=1/Facteur d’utilisation).

Schématiquement, nous pouvons diviser le débit de l’interf ace

IU-PS comme montré

ci-dessous:

Répartition du trafic de l’interface IU-PS.

37


La relation suivante donne le débit du plan usager : T_planusager=Max(T_PSdata(DL),T_PSdataUL))*ER*rapportpeak*Nombre_Abon és/RNC

Le débit du plan de contrôle se répartisse en deux catégories:  Les messages entre un SGSN et un RNC. 

.Les messages encapsulés de l’UE.

Pour simplifier on estime le débit du plan de contrôle est de 1 à 2 % de celui du plan usager, par la suite nous pouvons donner le débit de l’interface IU -PS par la relation suivante: T_IU-PS= T_plan_usager*(1+%T_plan_contrôle)

3. Dimensionnement du RNC Le dimensionnement de RNC est basé sur le throughput requis du RNC en Mbps et Erlangs, le nombre des stations de base et des cellules à être connectées avec le RNC. Donc, le dimensionnement RNC exige que le dimensionnement préliminaire des BTSs, des interfaces Uu, Iub, Iur et Iu ait été fait. Pour calculer le nombre de RNC nécessaires nous aurons besoin des données suivantes: Nombre de NodeB. Trafic d’applications par NodeB (T_voie, T_CS, T_PS).

Sbdw et CSbdw les bandes passantes pour les services Speech et CS. Si le facteur d’activité de la voie est fixé à 50%, alors on aura besoins d’un débit de

6.22kbps. Le service CS 64kbps est un RAB à débit constant avec 64kbps de bande passante. Rappelons que le trafic total à travers un RNC (débit de l’interface Iub) est

la somme des trafics suivants : -Speech: T_voie total = Nb NodeB * T-voie*(1+%SHO)*Sbdw*(1+%Speech_entête de trames) -CS 64kbps: T_cs total = Nb NodeB * T_cs *(1+%SHO)*csbdw*(1+%cs_entête de trames)

-PS 384kbps: T_ps total = Nb NodeB * T-ps*(1+%SHO)*(1+%ps_entête de trames)

-HSDPA: T_HSDPA total = Nb NodeB * T-HSDPA*(1+%SHO)*(1+%HSDPA_entête de trames)

La figure suivante résume le processus de calcul du nombre total de RNCs dans le réseau. Cette méthode donne une compréhension complète du nombre nécessaire de RNCs par rapport aux abonnés, y compris une distinction entre la voix, CS, PS et le trafic HSDPA.

38


Dimensionnement du RNC.

39

dimentionnement de 3G

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