Etude Et Déploiement Des Équipements BTS Et BSC Dans Un Réseau 2G

Etude et déploiement des équipements BTS et BSC d’un réseau 2G

Pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur d’Etat en Télécommunications

Etude et déploiement des équipements BTS et BSC dans un réseau 2G Réalisé par:

Membres du jury :

Youssef ADDIOUI

M. Ahmed ELKHADIMI (INPT-Président)

Mohamed ABARRAY

M. Hamza DAHMOUNI (INPT) M. Kamal BOUGHRARAGHE (HUAWEI) M. Tarik FADILI (HUAWEI) M. Mohamed OUTALEB (HUAWEI) M. Xie Lie (HUAWEI)

Juin 2009

Projet de fin d’études

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Dédicace A Dieu Tout Puissant, créateur du ciel et de la terre pour son amour sans cesse renouvelé dans notre vie, Gloire et Louange lui soient rendues. A Ma mère décédée et à mon père Aucune expression ne saurait exprimer toute l’affection et tout l’amour que je vous porte. Que ce travail soit l’exaucement de vos vœux tant formulés, de vos prières et le fruit de vos innombrables sacrifices.

A mes frères et sœur : Rachid, Hassan, Fatima, Amina et le petit Hamza, pour vous exprimer toute mon affection et vous exhorter à plus de persévérance dans le travail. A toute ma famille pour vos encouragements et votre soutien, surtout mon oncle Ahmed, son épouse Fatima et ses fils Simohamed et Hamza

A mes honorables enseignants pour le savoir que vous m’avez inculqué A tous mes amis qu'ils trouvent ici l'expression de mon respect et de mon grand attachement.

A tous les collègues de la promotion 2009 pour l'esprit d'entraide et surtout de convivialité qui a régné tout au long de notre cursus. Je dédie ce travail Mohamed


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Dédicace A Mes parents Pour leurs sacrifices ; Pour l’éducation exemplaire qu’ils m’ont inculquée ; Pour tout ce qu’ils ont fait pour moi Et continuent toujours de faire …. La meilleure des sœurs et Mon adorable frère Ma famille, Mes amis Et toutes les personnes qui me sont chères Je dédie ce modeste travail à travers lequel je leur dis merci

Youssef


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Remerciement

Nous tenons à remercier chaleureusement Monsieur Kamal BOUGHRARAGHE, le meneur de l’équipe « site design and survey », Monsieur Mohamed OUTALED et Monsieur Tarik FADILI , qui ont bien voulu nous aider dans notre projet de fin d’études au sein du département,

pour

leurs

aide

précieuse

et

leur

soutien

remarquable. Nous

exprimons

notre

gratitude

à

ELKHADIMI, notre tuteur interne à l’INPT,

Monsieur pour

ses

Ahmed conseils

précieux et son encadrement fructueux. Nous tenons à remercier Monsieur Hamza DAHMOUNI pour ces conseils et

ces remarques

pertinentes durant le stage et la formation à l'INPT. Enfin, nous ne manquerons pas d’exprimer une reconnaissance particulière à tout le personnel de HUAWEI, pour

leur

soutien

inestimable et leurs remarques pertinentes.


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Résumé Chaque opérateur vise à améliorer la qualité de service offerte face à une clientèle de plus en plus exigeante en termes de diversité et de qualité de services pour supporter la concurrence acharnée des autres opérateurs. De ces faits, l’opérateur client a choisi de se fier à Huawei pour installer un nouveau réseau 2G pour alléger le trafic sur le réseau CDMA déjà existant, et palier aux principaux inconvénients du réseau précédant notamment l’incompatibilité de la technologie CDMA avec le GSM/GPRS adopté par 78% des pays. Dans ce cadre, le projet de notre stage de fin d’études au sein de l’équipementier Huawei Technologies propose une étude des actions prises dans ce sens, à savoir le déploiement du réseau 2G et sa coexistence avec d’autres réseaux éventuels déjà existants. Le travail vise d’abord à souligner la particularité de la solution en termes d’équipements choisis pour le déploiement ainsi que leur implémentation dans le sous-système radio BSS. L’étude explore ensuite les problèmes d’interférences suite à la cohabitation du nouveau réseau avec celui basé sur CDMA, et présente les avantages offerts par la solution proposée pour remédier aux interférences.


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Abstract Every operator aims at improving the quality of service offered facing a more and more demanding customers in terms of variety and quality of services in order to face the competition of the other operators. Considering these facts, the operator has chosen the equipment manufacturer HUAWEI to install a new GSM /GPRS network to relieve traffic on the existing CDMA2000 network, and overcome the main disadvantages of the prior network including the incompatibility of the CDMA technology with GSM /GPRS adopted by 78% of countries and offering limited mobile terminals. Under our internship graduation within the equipment manufacturer Huawei Technologies, we offer a comprehensive review and analysis of some of the actions fallow to achieve this project, namely the deployment of the network and its coexistence with several networks. The report aims at first to emphasize the peculiarity of the solution in terms of chosen equipments for the deployment as well as their implementation in the radio subsystem. The study then explores the interference problems due to the cohabitation of the new network with that based on CDMA2000, and present the advantages offered by the proposed solution to overcome these interferences.


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Table des matières Table des matières .................................................................................................................................... 7 Introduction générale: ............................................................................................................................ 11 Chapitre 1 : Sous-système radio du GSM/GPRS ........................................................................... 13 Introduction : .............................................................................................................................................. 14 1.

2.

Architecture du réseau GSM/GPRS : ............................................................................................... 15 1.1.

Le sous-système radio (BSS) : ..................................................................................................... 17

1.2.

Le sous-système réseau (NSS) : .................................................................................................. 17

Eléments du sous-système radio (BSS) : .............................................................................................. 18 2.1. L’interface radio Um :..................................................................................................................... 19 2.1.1. Méthode d’accès multiple : ........................................................................................................ 19 2.1.1.3. Notion de multi-trames : ................................................................................................ 21 2.1.1.4. Notion de burst : ........................................................................................................... 23 2.1.2. 2.2.

Les canaux logiques et physiques : ...................................................................................... 25

La station de base (BTS) : ......................................................................................................... 28

2.2.1.

Architecture de la station de base : ...................................................................................... 28

2.2.2.

Configurations de la BTS : ................................................................................................ 29

2.3.

L’interface Abis : ....................................................................................................................... 30

2.3.1.

Principe de la liaison MIC : ............................................................................................... 31

2.3.2.

Le protocole LAPD (Link Access Protocole D-Channel) : ................................................ 31

2.4.

Le contrôleur de stations de base (BSC) : .................................................................................... 33

Conclusion : ................................................................................................................................................ 34

Chapitre 2 : Etude des solutions de HUAWEI ............................................................................... 35 Introduction : .............................................................................................................................................. 36 1. Equipement des sites de l’opérateur :........................................................................................................ 36 1.1. Anatomie des sites du BSS : .......................................................................................................... 36 1.1.1. Sites des stations de base :......................................................................................................... 36 1.1.2. Sites des contrôleurs de stations de base : ................................................................................... 38 Projet de fin d’études

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1.2. Topologie du BSS de l’opérateur : .................................................................................................... 39 1.2.1. Cellules et secteurs : .................................................................................................................. 39 1.2.2. Liens de transmission : ............................................................................................................. 40 1.3. Solution de HUAWEI pour le réseau d’accès : ............................................................................... 41 1.3.1. Stations de base : ..................................................................................................................... 41 1.3.1.1. BTS3900/BTS3900A :................................................................................................. 41 1.3.1.2. DBS3900 :...................................................................................................................... 45 1.3.2. Contrôleur de station de base (BSC) : ....................................................................................... 47 3. Cohabitation du GSM avec CDMA : ................................................................................................... 51 3.1. Causes d’interférences :..................................................................................................................... 51 3.1.1. Le co-siting CDMA et GSM: ................................................................................................. 51 3.1.2. Adjacence des bandes de fréquences : ......................................................................................... 52 3.2. Mécanismes d’interférences : ............................................................................................................. 53 3.2.1. Rayonnement parasite d’émission (Spurious) : ........................................................................... 53 3.2.2. Blocage du récepteur :................................................................................................................ 54 3.2.3. Intermodulation :...................................................................................................................... 54 3.3. Solutions de cohabitation : ............................................................................................................... 56 3.3.1. Exigences de découplages : ........................................................................................................ 56 3.3.2. Spécifications techniques : ......................................................................................................... 58 3.3.3. Mise en pratique des exigences : ................................................................................................ 59 Conclusion : ................................................................................................................................................ 65

Chapitre 3 : Implémentation des équipements............................................................................... 66 Introduction : .............................................................................................................................................. 67 1. Processus de déploiement :........................................................................................................................ 67 1.1. Site survey : .....................................................................................................................................68 1.1.1. Objectifs du Site Survey : ........................................................................................................ 68 1.1.2.

Données déterminées lors du Survey sur site:........................................................................ 68

1.2. Installation :....................................................................................................................................69 1.2.1. Choix d’implémentation : ......................................................................................................... 69 1.2.1.1. Implémentation des BTS3900 et BTS3900A : ................................................................ 69 Projet de fin d’études

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1.2.1.2. Implémentation de la DBS3900 : .................................................................................. 71 1.2.1.3. Implémentation du BSC6000 : ...................................................................................... 72 1.2.2. Etapes de l’installation :……………………………………………………………..72 1.3. Intégration :.....................................................................................................................................74 1.3.1. Configuration des BTS :........................................................................................................... 74 1.3.2. Configuration de l’interface Abis et du BSC: ............................................................................ 75 2. Apport de la solution HUAWEI pour la cohabitation ........................................................................... 80 2.1. Cas normal : ................................................................................................................................... 81 2.2. Cas des solutions de HUAWEI : ................................................................................................... 82 Conclusion : ................................................................................................................................................ 83

Conclusion et générale : ........................................................................................................................ 85 Liste des tableaux : ………….………………………………………………………………….……………………. 86 Liste des figures : …………………………………………………………………………………………..………… 88 Glossaires …………………………………………………………………………………………………..…………… 89 Annexe: ……………………………………………………………………………………………..…………………… 94


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Introduction générale La chronologie de déploiement d'un opérateur télécoms suppose qu'il ait d'abord dans son portfolio une licence 2G (GSM) avant d'avoir une licence 3G. Le 3 février 2009, l’opérateur client a donc décroché la 3e licence 2G après avoir remporté au préalable une licence 3G. C'est un retour à l'ordre naturel des choses. En complétant son portfolio de licences, il va pouvoir proposer au marché l'ensemble des services de communications et finaliser le déploiement de son projet d'opérateur global. A l'instar des deux autres opérateurs mobiles, l’opérateur va désormais commercialiser des cartes SIM à ses futurs clients sans passer nécessairement par l'équipement en terminal. La licence GSM lui donne donc une plus grande flexibilité commerciale. Par ailleurs, le marché de la téléphonie mobile est loin d'être saturé. Le Maroc affiche un taux de pénétration en retard par rapport à des pays à économie comparable. Nous sommes à un peu plus de 70% contre 87% en Algérie et presque 100% en Tunisie, en Turquie et en Afrique du Sud. Ce retard est dû au faible niveau de la concurrence alors que dans ces pays, le marché est déjà à trois opérateurs [1]. Le cahier de charges de l'attribution de cette licence stipule est que l’opérateur doit assurer la couverture de 75 % de la population au bout de 18 mois après l'entrée en vigueur de la licence. Cependant, étant un opérateur déjà présent dans plus de 180 villes, il a le réseau 3G le plus large du Maroc et un réseau commercial de plus de 500 points de vente, son déploiement du GSM s'effectuera comme prévu. Surtout après le co-investisement de l’opérateur ZAIN et Al Ajial Investment Fund Holding d’un montant de 324 millions de dirhams leur permettant la prise de 31% du capital de l’opérateur marocain. Ce nouvel investissement de Zain et Al Ajial contribuera à ce que l’opérateur marocain puisse financer son ambitieux plan de croissance et l’implémentation de sa nouvelle licence GSM qui lui a été octroyée. Par le biais de cette transaction, Zain va fournir une assistance dans le déploiement du nouveau réseau GSM. Ce projet tout entier a été confié à l’équipementier HUAWEI Technologies après une concurrence ardue avec les autres équipementiers présent sur le marché national [2]. C’est dans cette perspective que s’inscrit notre projet de fin d’études au sein de l’équipementier HUAWEI Technologies qui se chargera du déploiement du réseau d’accès et du réseau cœur de ce nouveau réseau GSM/GPRS. Notre mission était d’étudier les équipements qui vont être installés dans le réseau d’accès à savoir les stations de base et les contrôleurs de stations de base ainsi que l’équipement de supervision et ceci dans le but de les déployer.


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Dans le premier chapitre, nous faisons le point sur la technologie GSM/GPRS surtout sur la partie du sous-système radio dont le déploiement nous intéresse. Nous y exposons en détail chaque partie prenante tout en rappelons quelques différents procédures et fonctionnalités de cette partie. Le deuxième chapitre présente la description de la solution des équipements choisis pour le déploiement ainsi que leurs solutions d’implémentation dans le sous-système radio. Ensuite, nous y expliquons le problème de la cohabitation entre le GSM et CDMA. Finalement, dans le troisième chapitre, nous traitons le déploiement et l’implémentation de la solution dans le BSS de l’opérateur tout en présentant les avantages qu’offre cette solution vis-à-vis des problèmes de la cohabitation.


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Chapitre 1 Sous-système radio du GSM/GPRS


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Introduction : Quand l’acronyme GSM a été utilisé pour la première fois en 1982, il désignait Groupe Spéciale Mobile, un comité sous la responsabilité de la Conférence Européenne des Postes et Télécommunication (CEPT) qui est l’organisme de standardisation européen. Le groupe GSM était chargé de définir un nouveau standard de communications mobiles dans la bande 900MHz. Il était décidé d’utiliser la technologie numérique. Cependant, au cours du temps, la CEPT a évolué pour devenir un nouvel organisme appelé European Telecommunication Standard Institute (ETSI), mais en fait ceci n’a pas changé la mission attribuée au groupe GSM qui reste celle de remplacer carrément les technologies nationales, déjà surchargée et très chère en plus, des pays membres par un système de télécommunication international. En 1991, le premier système GSM était déjà prêt et l’acronyme GSM a du coup changé de désignation, désormais il veut dire Global System for Mobile Telecommuniation. Au cours de cette année même, le premier système dérivée du GSM a vu le jour, il s’agit du Digital Cellular System 1800 (DCS1800). Ce dernier n’est plus au moins qu’une traduction du GSM même dans la bande 1800MHz.

Tableau 0.1 : Comparaison entre GSM et DCS

En 1992, plusieurs pays européens ont déjà leurs réseaux de GSM opérationnels et au fur et à mesure que le temps avance ces réseaux GSM accumulaient du progrès technologique. De ce fait, le GSM devint un succès commercial pour les équipementiers et les opérateurs de télécommunications. Derrière ce succès on peut citer quelques raisons et facteurs :


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La libéralisation du secteur des télécommunications en Europe dans les années 1990s ce qui a installé une concurrence résultant d’une baisse des tarifs. Le savoir et l’approche professionnelle du Groupe Spéciale Mobile et la contribution positive de l’industrie. Or, avec la demande en termes de service qui ne cesse d’augmenter, les opérateurs demandent une utilisation beaucoup plus efficace des ressources radio et un accès simplifié au réseau. Alors que le GSM montre des limitations telles : Débit de transmission limité à 9 [Kbits/s] Temps d’établissement long : 20 à 25 [s] Facturation selon le temps de connexion et non pas en fonction du volume de données transféré Pas de souplesse dans l’adaptation de débit Interconnexion complexe avec le réseau paquet Pour pallier ces limitations, le standard du GSM évolue sans cesse. Dans un premier temps, le GSM a standardisé des règles pour réaliser du transfert de données en utilisant les circuits de voix. Avec le HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), on assiste à un premier développement du standard vers des débits supérieurs, mais toujours en mode circuit. Pour améliorer encore l’efficacité du transfert de données, une évolution majeure du GSM est normalisée sous le nom de GPRS (General Packet Radio Service). Fondée sur l’interface radio du GSM, mais développant un partage de ressources dynamique adapté au trafic sporadique, le GPRS introduit une architecture réseau en mode paquet. Enfin, EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) propose des débits supérieurs par l’introduction d’une modulation plus efficace, applicable à la fois au HSCSD et au GPRS. L’association du GPRS et d’EDGE est souvent considérée comme un système 2,5 G, intermédiaire entre les systèmes 2 G (GSM, etc.) et 3 G (UMTS, etc.).

1. Architecture du réseau GSM/GPRS [3]: L’idée de base d’un réseau cellulaire est celle de partitionner la bande de fréquence disponible pour assigner ensuite juste des parties de cette bande à plusieurs station de base, ceci dans le but de réutiliser les rares fréquences aussi souvent que possible. L’un des objectifs Projet de fin d’études

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primordiaux de la planification du réseau et celui de réduire les interférences entre les différentes stations de base. A part les avantages qu’offre la planification e fréquences, un réseau cellulaire impose aussi les désavantages suivants : Un grand nombre de station de base augmente le coût des infrastructures et des lignes d’accès. Un réseau cellulaire requiert que quand un abonné se déplace en plein appel, ce dernier doit rester connecté : c’est le handover ! Le réseau doit toujours pouvoir localiser ses abonnés, approximativement, pour leur router les appels les concernant. Une communication très intense et complexe est requise entre l’équipement terminal et le réseau ainsi qu’entre le réseau et d’autres réseaux adjacents. Ceci est connu sous le nom de la signalisation. Un réseau GSM est composé de plusieurs éléments : la station mobile (MS), la carte SIM (Subscriber Identity Mobile), la station de base (BTS), le transcodeur TRAU (Transcoding Rate and Adaptation Unit), le centre de commutation (MSC), les base de données HLR (Home Location Register) , VLR (Visitor Location Register) and EIR (Equipement Identity Register). Ceci forme ce qu’on appelle un PLMN (Public Land Mobile Network).

Figure 0.1 : Architecture du GSM/GPRS


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1.1. Le sous-système radio (BSS) : Via l’interface air Um, le BSS fournit la connexion entre les stations mobiles et le NSS (Network Switching Subsystem). Le BSS contient les éléments suivants : BTS (Base Transiever Station) : La BTS fourni les connexions physiques entre les MSs et le réseau via l’interface air. Elle est connectée au NSS par l’interface Abis. Elle effectue les opérations suivantes : elle assure les procédures de la couche physiques (multiplexage TDMA, saut de fréquences lent (frequency hopping), chiffrement modulation et démodulation RF), réalise un ensemble de mesures radio nécessaires pour vérifier la qualité de la liaison et qui sont exploitées par le BSC, gère la couche liaison de données LAPDm. La capacité typique est autour de 16 porteuses (support d’une centaine de communications simultanées) BSC (Base Station Controller) : Le contrôleur de station de base (BSC) est l’équipement qui est au centre du BSS. Un BSC peut être connecté à une ou plusieurs BTS selon le constructeur. C’est l’organe intelligent de la partie BSS chargé de la gestion des ressources radio : l’allocation des canaux, l’utilisation des mesures effectuées par la BTS pour contrôler la puissance d’émission du mobile et/ou de la BTS, prise des décisions du handover. Le BSC abrite un composant important dans le réseau GPRS, c’est la PCU (Packet Control Unit) : l’unité de contrôle de paquet. Cette unité se charge de détecter le flux de données paquets pour pouvoir l’aiguiller vers le réseau à commutation par paquets qui le traite séparément et le transmet vers d’autres réseaux de paquets.

1.2. Le sous-système réseau (NSS) : Le NSS joue un rôle primordial dans tout réseau mobile. Alors que le BSS assure l’accès radio des stations mobiles au réseau, les différents éléments du NSS assure la responsabilité de prendre en charge les appels et les connexions en général pour les contrôler et les acheminer sur le réseau en utilisant les procédures suivantes : cryptage, authentification et roaming. Pour satisfaire ces exigences le NSS se compose de : PCU (Packet Control Unit) : C’est l’unité de contrôle chargée: de la gestion de l’allocation des ressources radio pour des services GPRS, de la congestion et de la diffusion d’informations système liées au GPRS. Localisée dans la BTS, ou BSC ou SGSN. MSC (Mobile switching Center) : C’est un commutateur chargé de la gestion des services en mode circuit des stations mobile qui se trouvent dans la zone géographique qu’il gère. Projet de fin d’études

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GMSC (Gateway Mobile Switching Center) : Passerelle qui effectue le routage des appels venant du RTC vers le MSC du destinataire. SGSN (Serving GPRS Support Node) : Nœud GPRS en charge de la gestion des services à commutation de paquets des abonnés attachés au réseau. En GPRS, il est relié, via l’interface Gb, à un ou plusieurs BSC. GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Le nœud passerelle GPRS est un routeur qui effectue le routage des paquets, venant des réseaux PDP externes, vers le SGSN du destinataire. Il est également en charge de l’acheminement des paquets sortants vers le réseau PDP correspondant. HLR (Home Location Register) : C’est une base de données qui contient des informations concernant les conditions d’abonnement de l’utilisateur et les caractéristiques des services souscrits. Elle contient également des informations grossières sur la localisation de l’abonné. VLR (Visitor Location Register) : C’est une base de données qui contient des informations précises sur la position de l’abonné et son déplacement dans une zone de localisation (Location Area). AuC (Authentification Center) : C’est une base de données qui contient une liste noire des terminaux dont l’accès au réseau peut être refusé. EIR (Equipement Identity Register) : C’est une base de données qui contient les paramètres utilisés pour la gestion de la sécurité de l’accès au système. Le sous-système est interconnecté directement ou indirectement à l’aide d’un réseau de signalisation sémaphore N°7 (SS7). La topologie du réseau NSS est typiquement flexible comparée à la structure hiérarchique du BSS. Un MSC peut, par exemple, utiliser un seul VLR, l’utilisation d’un EIR est optionnelle et le nombre de HLRs utilisés dépend du nombre d’utilisateur à servir.

2. Eléments du sous-système radio (BSS) [3][4][5]: Dans cette partie, nous allons scruter plus en détail chaque élément de la partie BSS du réseau GSM, notamment l’interface radio Um, la station de base BTS, l’interface Abis et le contrôleur de stations de base BSC.


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2.1. L’interface radio Um : Le système cellulaire GSM peut-être divisé en GSM900, DCS1800 et PCS1900 suivant la bande de fréquence utilisée avec des canaux de fréquences de 200 [Khz]. Les différentes bandes de fréquences exploitées sont illustrées par la figure 1.2 ci-dessous :

Figure 0.2 : Bandes de fréquence des différentes technologies du GSM

L’interface radio du GPRS s’appuie sur celle du GSM. Elle utilise les mêmes bandes de fréquences, la même modulation, le GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), les mêmes méthodes d’accès TDMA et FDMA et les mêmes canaux physiques. De plus, le GPRS introduit de nouveaux canaux logiques, avec davantage de souplesse dans le codage protecteur d’erreur, une couche MAC (Medium Access Control), pour partager dynamiquement les ressources radio entre plusieurs utilisateurs, et un protocole de fiabilisation du lien radio, le RLC (Radio Link Protocol).

2.1.1. Méthode d’accès multiple [3]: Dans les systèmes cellulaires de communication mobile, plusieurs terminaux sont tenus de communiquer en même temps utilisant les mêmes stations de base. De ce fait, il est nécessaire de distinguer entre les différents signaux échangés. La solution de ce problème est l’utilisation de technique d’accès multiple parmi les cinq déjà existent : FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple Access), SDMA (Space Division Multiple Access) et PDMA (Polar Division Multiple Access).


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La solution utilisée dans le GSM/GPRS repose sur TDMA supportée par FDMA. Le principe de ces deux techniques est expliqué dans ce qui suit.

2.1.1.1.

FDMA :

La méthode d’accès FDMA, ou accès multiple par division de fréquences, repose sur un multiplexage en fréquences. Le multiplexage fréquentiel divise la bande de fréquences en plusieurs sous-bandes. Chacune est placée sur une fréquence dite porteuse, ou carrier, qui est la fréquence spécifique du canal. Chaque porteuse ne peut transporter que le signal d’un seul utilisateur. La figure 1.3 illustre un multiplexage FDMA de trois porteuses acceptant trois utilisateurs sur le même support. Cette méthode nécessite une séparation entre les porteuses pour éviter les interférences. La méthode FDMA est essentiellement utilisée dans les réseaux analogiques tels que l’AMPS (Advanced Mobile Phone System), qui comporte 823 porteuses, avec une séparation de 30 kHz entre les porteuses adjacentes.

2.1.1.2.

TDMA :

La méthode TDMA, ou accès multiple par division temporelle, offre la totalité de la bande de fréquences à chaque utilisateur pendant une fraction de temps donnée, dénommée slot (intervalle). L’émetteur de la station mobile stocke les informations avant de les transmettre sur le slot, autrement dit dans la fenêtre temporelle qui lui a été consacrée. Les différents slots sont regroupés en une trame, le système offrant ainsi plusieurs voies de communication aux différents utilisateurs. La succession des slots dans les trames forme le canal physique de l’utilisateur, comme illustré à la figure 1.3 le récepteur enregistre les informations à l’arrivée de chaque slot et reconstitue le signal à la vitesse du support de transmission. Le TDMA s’applique principalement à la transmission de signaux numériques, contrairement au FDMA, conçu pour une transmission analogique. Toutefois, la combinaison des deux techniques est envisageable. La figure 1.3 illustre une bande de fréquences déjà divisée par le FDMA en sous-bandes centrées autour de différentes porteuses. Chaque sous-bande est ensuite partagée en slots, suivant la méthode TDMA, ce qui permet d’augmenter considérablement le nombre d’utilisateurs dans le réseau. À titre de comparaison, le réseau GSM utilise un multiplexage fréquentiel, appelé FDD (Frequency Division Duplex), qui permet de diviser la bande de fréquences en deux parties : une voie montante, du mobile vers la station de base, et une voie descendante, de la station de base Projet de fin d’études

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vers le mobile. La technique TDMA partage ensuite les voies montantes et descendantes en 8 slots par porteuse.

Figure 0.3 : Combinaison du TDMA et FDMA

En plus de l’usage de plusieurs time slots, le GPRS, lui, définit quatre schémas de codage : CS1, CS2, CS3 et CS4, chacun d’entre eux fournissant un niveau de correction d’erreur différent et une bande passante effective différente sur le même canal radio.

Tableau 0.2 : Schémas de codage et débits en GPRS

Le débit maximal correspond à l’utilisation de tous les slots et sans corrections d’erreurs, autant dire que cela restera un débit théorique et non un débit qu’obtiendra l’utilisateur.

2.1.1.3.

Notion de multi-trames [3]:

Dans le système GSM, on assigne à chaque trame TDMA un nombre fixe qui se répète toutes les 3 heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 milisecondes. Cette période de temps est dite hypertrame. La multitrame et la supertrame font partie de la couche hiérarchique entre la trame TDMA de base (8 timeslot) et la hypertrame. La figure 1.4 explicite en détails les différents types de trames et leurs périodes.


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Figure 0.4 : Types de trames TDMA

On peut distinguer entre deux types de multitrames. La multitrame 26 qui englobe 26 trames TDMA de base, dont la durée est de 120 [ms] et qui transporte les canaux de trafic et leurs canaux de contrôle associés. La multitrame 51 qui contient 51 trames TDMA de base, dont la durée est de 235,8 [ms] et qui transporte exclusivement les données de signalisation. La supertarme elle, est la combinaison de 26 multitrames 51 ou 51 multitrames 26. Cette définition est purement arbitraire et ne reflète aucune contrainte physique. Cette hiérarchie de trames est utile pour la synchronisation entre le mobile et la station de base, le mapping des canaux logiques dans des canaux physiques et le chiffrement. La multitrame de base du GPRS est définie par l’occurrence d’un même canal physique dans 52 trames successives, et non 26 ou 51 comme dans le GSM. La multitrame est organisée comme suivant : 12 × 4 = 48 timeslots radio pour le transport des données et de la signalisation ; 2 timeslots de contrôle de l’avance en temps PTCCH ; 2 timeslots idle.


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Les 48 timeslots radio sont divisés en 12 blocs radio. Chaque bloc contient 4 timeslots, qui sont pris dans 4 trames successives. Contrairement au GSM, l’unité élémentaire allouée en GPRS est un bloc, soit 4 slots GSM. Cette unité correspond à la taille des blocs RLC-MAC.

2.1.1.4.

Notion de burst :

Les données échangées entre le téléphone mobile et la base (voix ou signaux de contrôle) sont toujours transmises sous une forme précise appelée burst. Un burst est la forme du message contenu dans le time-slot d’un canal TDMA. La durée d'un burst ( 0, 577 [ms]) correspond à l'émission de 156, 25 bits, dont 114 bits de message ``net''. En admettant que les slots se suivent sans interruption, un simple calcul montre que le débit maximum vaut 270 [kb/s]. En pratique, le débit maximum utile (en mode full-rate) ne dépasse pas 13 [kb/s] en raison des bits nécessaires à la correction d'erreurs. Pour la transmission des données, cette limite descend même à 9, 6 [kb/s] en raison de la sur-protection nécessaire à la garantie d'un taux d'erreur acceptable. Chaque burst adopte une forme standard qui dépend du message qu’il transporte et comporte les éléments suivants : Bits de tail (bits d’entête et de fin) : leurs valeurs sont toujours des zéros pour aider l’égaliseur à reconnaitre le début et la fin du burst pour éviter les erreurs de synchronisation. Bits d’information : utilisés pour décrire le flux de trafic et de signalisation dans le burst. Séquence d’apprentissage : c’est une séquence de bits connue par l’émetteur et le récepteur utilisée pour estimer le canal radio afin d’en générer un modèle. Période de garde : c’est un espace blanc dont le rôle est d’assurer que les signaux des huit utilisateurs ne se chevauchent pas dans la même trame. Ceci est nécessaire en dépit de la gestion du Timing Advance. Il existe cinq types de bursts : Burst normal : utilisés pour transporter les messages dans les canaux TCH, FACCH, SACCH, SDCCH, BCCH, PCH et AGCH. C’est le premier burst que la BTS demande de transmettre en uplink. Ce burst transporte 2×57 = 114 bits d'information séparées par 26 bits qui sont une séquence d'apprentissage destinée à régler les paramètres de réception. De plus, la zone de tail correspond à 8, 25 bits. Enfin, il faut ajouter à cela 2 bits qui indique s'il s'agit d'un canal de données ou d'un canal de signalisation et 6 bits pour marquer la montée ou la descente en amplitude. Burst d’accès: utilisé pour transporter les messages dans les canaux le canal RACH. Ce burst est émis, sur un canal dédié, par la station mobile lorsqu'elle cherche à entrer en contact avec le réseau soit pour l'établissement d'une communication, soit pour un handover. Projet de fin d’études

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Il est le plus court des quatre types car il ne contient que 77 bits (41 bits de synchronisation et 36 bits d'information). Son temps de garde est de 68, 25 bits, soit 0, 252 [ms]. Ce temps de garde permet de tenir compte de grandes cellules et d'établir ainsi une communication avec un mobile distant jusqu'à 35 [km]. Burst de correction de fréquence : utilisés pour transporter les messages dans le canal FCCH pour le synchronisation dur le fréquence de la BTS. Il comporte 142 bit constant toujours mis à zéro. Ces bits une fois modulés deviennent une simple onde sinusoïdale. Quand la MS reçoit la fréquence exacte, elle devient capable de lire les informations sur les burst suivants (exemple, SCH et BCCH). L’intervalle de garde et les bits de tail sont les même que dans les Normal Bust. Burst de synchronisation: utilisés pour transporter les messages dans le canal SCH. Pour ce type de burst, 78 bits d'informations sont véhiculés pour les stations mobiles. Ces bits contiennent les renseignements concernant les fréquences à utiliser et la localisation (identité de la station de base, de la zone et de la cellule). Burst de bourrage: Lorsqu'un mobile est allumé, le terminal teste le niveau de puissance des fréquences des cellules proches pour déterminer la station de base à laquelle il doit s'asservir. Le burst de bourrage (dummy burst) est une séquence prédéfinie qui sert donc d'étalon de puissance. Il est aussi utilisé pour forcer une décision de handover. Ces différents types de burst sont illustrés dans la figure 1.5 suivante :

Figure 0.5 : Types de bursts et leurs formats


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2.1.2. Les canaux logiques et physiques [4]: On soulève souvent les termes de canaux logiques et physiques. Il est nécessaire donc de distinguer entre les deux. Les canaux physiques font référence aux timeslots disponible sur une station de base, ce qui veut dire qu’un canal physique correspond à un timeslot. Si on a, par exemple une station de base qui supporte 6 porteuses alors il peut offrir 48 canaux physiques (6 fois 8 timeslots). Alors que les canaux logiques sont aiguillés à travers les canaux physiques et chacun d’eux se charge d’une tâche précise. On parle du multiplexage des canaux logique dans les canaux physiques, tel illustré par la figure 1.6.

Figure 0.6 : Muliplexage de canaux logiques dans un canal physique

Il existe deux types de canaux logiques : les canaux dédiés et les canaux non-dédiés. Les canaux dédiés sont les canaux réservés à un mobile et qui transportent les communications et la signalisation. Ils fournissent une ressource réservée à un mobile. Le mobile se voit attribuer une paire de slots où il est seul à émettre et recevoir. Ils sont : TCH, SDCCH, FACCH et SACCH comme le montre le tableau 1.3 ci-dessous :

Tableau 0.3 : Canaux dédiés


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Le canal TCH est un canal qui transporte les données utilisateur. Il offre deux types de service : voix plein débit (Full speed) à 13 [Kbits/s] et voix demi-débit (Haf speed) à 5,6 [Kbits/s]. En plus, parallèlement à cette activité principale, il écoute périodiquement les voies balises de la cellule et des cellules voisines pour détecter une variation de niveau lui indiquant un handover. Les canaux non-dédiés sont les canaux partagés par tous les mobiles, ceux du sens descendant assurent la diffusion des informations de la station de base et ceux de sens montant assurent l’accès aléatoire au réseau. Ils se divisent en deux types : Les canaux de diffusion (BCH) pour la diffusion de données relatives à une cellule permettant à chaque mobile de s’accrocher au système local en récupérant les paramètres nécessaires. Ils occupent généralement le TS(0) de la porteuse C0 (voie balise). Ils sont : FCCH, BCCH et SCH comme le montre le tableau 1.4 ci-dessous :

Tableau 0.4 : Canaux non-dédiés de diffusion

Les canaux communs de contrôle (CCCH). Ils sont réservés pour les opérations de gestion des communications comme l’établissement de communications, l’allocation de canaux de trafic et l’accès aléatoire. Ils sont : PCH, AGCH, CBCH et RACH comme le montre le tableau 1.5 ci-dessous :


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Tableau 0.5 : Canaux non-dédiés communs de contrôle

Du fait que le GSM et le GPRS se partagent la même interface physique, les canaux logiques du GSM permettant les synchronisations fréquentielle et temporelle ne sont pas dupliqués en GPRS. De même, pour économiser des ressources, une cellule offrant à la fois des services GSM et GPRS peut mutualiser ses canaux de broadcast. Le PBCCH regroupe dans ce cas à la fois les informations concernant le GSM et celles dédiées au GPRS. Il en va de même pour les canaux de contrôle commun (PRACH-RACH, PAGCH-AGCH, PPCH-PCH). Pour distinguer les canaux physiques GSM des canaux physiques GPRS, ces derniers portent le nom de PDCH (Packet Data CHannel). Le tableau 1.6, ci-dessous, met le point sur les canaux du GPRS et leurs correspondants en GSM.

Tableau 0.6 : Correspondance des anaux GSM/GPRS


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2.2. La station de base (BTS) [3]: La station de base ou BTS est le premier élément dans le sous-système radio du GSM. Elle fournit les connexions physiques entre les mobiles et le réseau via l’interface air. Elle est connectée au contrôleur de stations de base BSC par l’interface Abis. Elle effectue les opérations suivantes : Elle effectue les procédures de la couche physiques (multiplexage TDMA, saut de fréquences lent (frequency hopping), chiffrement modulation et démodulation RF), réalise un ensemble de mesures radio nécessaires pour vérifier la qualité de la liaison. Ces données sont exploitées par le BSC, gère la couche liaison de données LAPDm. Sa capacité typique est autour de 16 porteuses. Elle supporte une centaine de communications simultanées.

2.2.1. Architecture de la station de base : La station de base est composée de plusieurs modules effectuant chacun une des tâche préalablement décrites. Ces modules sont : Module transmetteur/récepteur : c’est le module le plus important de la BTS. Il comporte une partie basses fréquences pour le traitement numérique du signal et une partie hautes fréquences pour effectuer la modulation et la démodulation GMSK. Ces deux parties sont liée par une unité séparée ou intégrée du hopping de fréquences (Frequency Hopping Unit). Les autres parties de la BTS sont plus au moins associées à ce module et effectuent des tâches auxiliaires et administratives. Module Opérations et maintenance (O&M): ce module est composé au moins d’une unité centrale qui administre toutes les autres parties de la BTS. Pour

cela elle est connectée

directement au BSC a travers des canaux spécifiques. En effet, ceci permet de faires passer les commandes de maintenance venues du BSC ou du MSC ainsi que de reporter les résultats. En plus ce module fournit une interface homme machine pour contrôler la BTS localement. Module d’horloge : le module d’horloge fait aussi partie de celui de des opérations et maintenance (O&M). En fait, la procédure était toujours d’extraire le signal d’horloge de référence à partir du signal PCM sur l’interface Abis. Cependant, une génération interne du signal d’horloge est toujours obligatoire pour référencier la BTS dans des environnements appelés standalone, ceci veut dire que la BTS a perdu sa connexion avec le BSC suite à une erreur sur le lien.


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Les filtres d’entrée/sorties : les filtres d’entrée et sorties sont utilisés pour limiter les bandes passantes des signaux émis et reçus. Ils interviennent par exemple en downlink pour limiter la bande passante en sortie à 200KHz.

2.2.2. Configurations de la BTS : Il existe différentes configurations de la BTS qui devront être prises en considération pour assurer une couverture radio la plus optimale d’une zone. Les plus importantes de ces configurations sont listée ci-dessous.

2.2.2.1.

Configuration standard :

Dans cette configuration, on affecte à toute BTS un identifiant diffèrent CI (Cell Identifier). Un certain nombre de BTS (et dans certains cas une seule BTS) forment une zone de localisation (location area). Cette méthode d’implémentation de BTS est la plus utilisé d’habitude. Cependant, dans le cas d’une zone urbaine avec une densité qui augmente cette configuration peut être changée en une autre configuration appropriée.

Figure 0.7 : Configuration standard (3 zones de localisation avec 1,3 et 5 BTSs)

2.2.2.2.

Configuration en parapluie :

La configuration en parapluie (umbrella configuration) est le fait de disposer d'une seule BTS d'une grande puissance de transmission dotée d'une antenne qui sert tel un parapluie un certain nombre d'autre BTS de puissance petite autour d'elle.


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Figure 0.8 : Configuration en parapluie

2.2.2.3.

BTSs multisectorielles:

Le terme « multisectorielle » met évidence le fait de mettre plusieurs BTSs sur un même site (un même point) mais qui servent différentes directions. Cette configuration est adoptée dans les zones à populations très denses. Cette configuration offre les avantages suivants: Réduire les coûts des liaisons avec le BSC Réduire les interférences de réutilisation de fréquences Répondre aux exigences en termes de fréquences dans les zones urbaines

Figure 0.9 : BTS tri-sectorielle

2.3. L’interface Abis [5]: L’interface Abis est l’interface liant la station de base BTS et le contrôleur de station de base BSC. C’est une liaison MIC 30 (Modulation par Impulsion et Codage à 30 slots) comme toutes les autres liaisons terrestres du GSM. Elle a été spécifiée dans les recommandations Gseries de l’UIT (Union International des Télécommunications). Le débit de cette transmission est Projet de fin d’études

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de 2,048 [Mbits/s] partitionné en 32 canaux de 64 [Kbits/s] chacun. L’interface Abis est une interface qui est toujours considérée propriétaires, ceci est du au fait qu’il y a des différences dans les protocoles de la couche liaison de données (Couche 2) et dans les configurations des canaux entre les constructeurs. La conséquence est que, normalement, une station de base d’un constructeur (A) ne peut pas être utilisée avec un BSC d’un autre constructeur (B).

2.3.1. Principe de la liaison MIC : La liaison MIC est une liaison de transmission à 2 [Mbits/s] utilisée pour transmettre de la parole codée selon la méthode MIC (Modulation par Impulsion et Codage). Il ne faut pas confondre un codage MIC et une liaison MIC. Le codage MIC ou PCM (Pulse and Coding Modulation) est une méthode pour transformer la parole téléphonique en un signal numérique par le moyen d’un échantillonnage à 8 [Khz] et une quantification logarithmique sur 8 bits. Ce qui donne un débit source de 64 [Kbits/s]. Par contre, une liaison MIC est une liaison composée de 32 voies à 64 [Kbits/s] multiplexées temporellement dans une trame. La figure ci-dessous, montre en détail la structure de la trame MIC.

Figure 0.10 : Trame MIC

Ces trames sont véhiculées via un support compatible filaire ou radioélectrique. Les différents supports qui utilisés sont : la paire de cuivre, le câble coaxial ou la fibre optique pour la famille filaire et faisceaux hertziens ou lazer courtes distances pour la famille radioélectrique. Mais les plus utilisés dans le GSM sont la paire de cuivre, la fibre optique et les faisceaux hertziens.

2.3.2. Le protocole LAPD (Link Access Protocole D-Channel) : Le protocole du canal D du RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Service) que le GSM a largement adopté, fournit la signalisation sur l’interface Abis. Ce protocole d’accès au liaison est


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aussi connu par LAPD (Link Access Protocole D-Channel) dont le format a été définie dans les recommandations Q.920 et Q.921 de l’UIT. Le protocole LAPD reprend les principaux éléments de HDLC : délimitation des trames par fanion, code détecteur d’erreur, numérotation des trames, correction par retransmission sélective (mécanisme ARQ), mode connecté. La principale particularité du LAPD est qu’il peut gérer plusieurs dialogues en même temps tout en permettant le transfert d’information en mode connecté avec acquittement systématique ou un transfert en mode non connecté. Le protocole LAPD définit trois types de trames : La trame d’information qui permet de transmettre les données et d’acquitter les trames précédemment reçues. Les trames de supervision qui permettent d’acquitter et de faire le contrôle de flux. Les trames non numérotées. Les trames LAPD peuvent transporter des commandes ou des réponses. Les commandes (Command) peuvent être envoyées à tout moment. Les réponses (Response) ne sont envoyées que sur réception d’une commande. Les principales trames sont représentées dans le tableau 1.7 ci-dessous.

Tableau 0.7 : Principales trames LAPD

Les trames non numérotées SAMBE, DISC et UA servent à l’établissement et la libération des connexions et à la transmission. La trame UI permet le transfert d’information en mode non acquitté. Les trames LAPD ont une longueur variable. Elles sont délimitées à leur début et leur fin par un fanion. Elles contiennent outre l’information éventuelle, un champ d’adresse, un champ


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de contrôle et une séquence FCS (Frame Check Séquence) qui permet de détecter les erreurs de transmission.

Figure 0.11 : Format des trames LAPD

Le champ d’adresse contient le numéro TEI qui identifie les différents TRX. En plus, il contient l’identificateur du point d’accès SAPI (Service Access Point Identifier) utilisé par la couche supérieure et un identificateur C/R qui permet de spécifier si la trame est une commande ou une réponse. Le champ de contrôle définit avec précision la nature de la trame : trame I d’information, trame S de supervision et trame U non numérotée. Ce champ est codé sur un octet pour les trames U et sur deux octets pour les trames I.

2.4. Le contrôleur de stations de base (BSC) [3]: Le contrôleur de stations de base est l’organe intelligent du BSS. Il a pour fonction principale de gérer les ressources radio. Il commande l’allocation des canaux, utilise les mesures effectuées par les stations de base pour contrôler les puissances d’émission du mobile et/ou de la station de base et prend les décisions de l’exécution d’un handover. De plus, c’est un commutateur qui réalise une concentration des circuits vers le MSC. Le BSC est relié par une ou plusieurs liaisons MIC avec la BTS et le MSC et gère une liaison de données avec ceux-ci. La liaison BTS-BSC est en partie similaire à un accès RNIS et fait appel au protocole LAPD et la liaison BSC-MSC utilise le protocole de signalisation sémaphore SS7 et ses différentes couches. Le contrôleur de station de base est composé de plusieurs modules : Matrice de commutation (Switch Matrix ) : Le BSC permet de commuter les appels reçus du MSC sur l’interface Abis convenable, pour cela il est doté d’une matrice de commutation.


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Elément terminal de contrôle TCE : Les connexions avec la BTS et le MSC sont établies à travers des TCEs (Terminal Control Element). Leurs rôles est d’établir les connexions LAPD avec la BTS et SS7/SCCP avec le MSC.

Figure 0.12 : Schéma bloc d’un BSC

Base de données : Vu que le BSC est le centre de contrôle du BSS, il contient relativement une grande base de données dans laquelle il stocke toutes les informations sur l’état du BSS. En plus la qualité des ressources radios est administrée dynamiquement. Module central : L’une des tâches délicates du BSC est celle de décider si un handover doit avoir lieu ou pas car le BSC peut décider sur les handovers intra-BTS et intra-BSC sans l’aide du MSC. L’exécution des handover et le contrôle de puissance sont les principales tâches du module central du BSC.

Conclusion : Ce chapitre présente une vision globale de la norme GSM/GPRS, particulièrement les aspects qui sont en relation avec la partie BSS. Cette partie représente la partie délicate de la chaîne de transmission. L’objectif de cette étude est de bien en cerner l’architecture, les protocoles et les modalités de transmission afin de la déployer pour l’opérateur client le plus facilement possible. Dans cette optique, le chapitre qui suit présente l’anatomie des sites ou les équipements qui vont être installés avant de passer en revu la topologie du BSS de l’opérateur et enfin il traite le problème de la cohabitation entre le système GSM, nouvellement installé, et le système CDMA déjà existant.


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Chapitre 2 Etude des solutions de HUAWEI


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Introduction : Le déploiement de la partie radio (BSS) du réseau GSM/GPRS de l’opérateur client est une étape critique par laquelle le cycle de vie de tout réseau doit passer. En effet, elle arrive juste après la phase de la signature du contrat signalant l’attribution du projet à HUAWEI suite à la solution proposée par ce dernier pour couvrir les zones desservie par l’opérateur. Toutefois, avant de passer au processus de déploiement et d’implémentation, il est indispensable de présenter la solution qu’avance l’équipementier HUAWEI en termes d’équipements et d’architecture. Ceci en guise d’apporter plus de clarté sur le projet. Dans ce chapitre, nous allons d’abord présenter l’architecture des sites du BSS de l’opérateur. Puis, nous allons mettre le point sur la description des équipements choisis par HUAWEI comme solution pour couvrir ce BSS. Enfin, nous allons traiter les problèmes de cohabitation des deux systèmes GSM et CDMA et en donner des solutions théoriques.

1. Equipement des sites de l’opérateur : 1.1. Anatomie des sites du BSS [6]: Le déploiement de la partie BSS d’un réseau est une mission délicate. Par conséquent, il est à juger nécessaire de faire le point sur quelques aspects pré-requis afin de pouvoir suivre aisément l’apparition des termes du jargon présent au sein d’un site. En effet, dans cette partie, nous allons présenter une description en détail de tout ce qui compose un site d’accès au réseau GSM/GPRS.

1.1.1. Sites des stations de base : Un site qui abrite une station de base est le dernier point du réseau, on le schématise souvent par « BTS » sur les carte du réseau sans jamais se soucier de se qu’il abrite vraiment. Ce type de site est souvent composé de deux parties : le shelter (chambre qui abrite les équipements de traitement) et le pilône. La figure ci-dessous illustre ceci.


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Figure 0.1 : Site d’accès BTS (type particulier)

Ces sites adoptent une architecture particulière. En effet, le shelter abrite une série d’équipement bien connus, effectuant le service et la transmission. L’architecture en question est présentée dans la figure suivante :

Figure 0.2 : Architecture d’un site


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Le DDF est un équipement qui permet la jonction entre les câbles E1 sortant des équipements et les câbles de transmission vers le réseau cœur (l’ODF est un équipement similaire mais qui est introduit lorsqu’on a des connexions en fibre optique). Les liens entre le cabinet de la BTS et les antennes, désigné par le nom « feeder », passe par un chemin bien déterminé à l’intérieur du shelter avant de regagner les antennes. La figure ci-dessous résume ceci :

Figure 0.3 : Chemin du feeder dans le shelter

1.1.2. Sites des contrôleurs de stations de base : Les sites qui abritent les contrôleurs de stations de base sont souvent des grands espaces comme des centres qui contiennent déjà une multitude d’autres équipements du réseau. La figure suivante montre le placement du BSC dans l’un de ces sites.

Figure 0.4 : Placement du BSC dans le site


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1.2. Topologie du BSS de l’opérateur : Dans ce projet déploiement du BSS du réseau 2G de l’opérateur, les équipements à déployer sur tout le territoire marocain sont les suivants : 1625 stations de base (BTS3900), 13 contrôleur de stations de base (BSC) et un équipement M2000 pour superviser les BSC. Ces équipements seront installés sur les mêmes sites du réseau CDMA opérationnel depuis 2007. En effet, l’opérateur n’a pas intérêt à rechercher de nouveau site puisque ceux exploité par CDMA sont déjà optimisés. On note que les 13 BSC seront installés dans 13 villes du Maroc les plus peuplé telles Rabat, Casablanca, Oujda, Kenitra, Meknès, Agadir, Layoune, Fès, Tanger, Larache, Settat et Marrakech. La figure ci-dessous présente l’architecture générale du sous-système radio à déployer sur tout le territoire marocain.

Figure 0.5 : Architecture du BSS de l’opérateur

1.2.1. Cellules et secteurs : Dans le système GSM, une cellule correspond à la région de couverture d’une BTS. Elle est identifiée par un identificateur de cellules (Cell ID). Une cellule peut être divisée en un ou


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plusieurs secteurs, dont chacun correspond à un secteur ID. Les configurations de couverture présentes sur les sites de l’opérateur sont les suivantes : Configuration S (1/1) : une cellule directionnelle bi-sectorielle avec une porteuse par secteur Configuration S (1/1/1) : une cellule directionnelle tri-sectorielle avec une porteuse par secteur Configuration S (2/2) : une cellule directionnelle bi-sectorielle avec deux porteuses par secteur Configuration S (2/2/2) : une cellule directionnelle tri sectoriel avec deux porteuses par secteur Configuration S (3/3) : une cellule directionnelle bi-sectorielle avec trois porteuses par secteur Configuration S (3/3/3) : une cellule directionnelle tri sectoriel avec trois porteuses par secteur.

1.2.2. Liens de transmission : Le lien Abis, entre la BTS et le BSC, est classée en liens logiques et liens physiques : Lien logique : C’est le lien virtuel qui transfère des messages de commande, des données de service et des données de maintenance entre la BTS et le BSC. Lien physique : C’est un lien qui supporte plusieurs liens logiques. La composition des liens physiques change avec le mode de gestion du réseau (topologie du réseau) qui pourrait être soit en étoile, en chaîne ou en arbre. Cette interface Abis supporte trois types de liens logiques : Lien logique pour la transmission du trafic de données. Lien logique pour la transmission du trafic de signalisation. Lien logique pour la transmission du trafic de maintenance O&M.


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L’ensemble des liens physiques ou logiques, assure la transmission des données selon des modes de transmission. Ces mode de transmission sont définit par le type de transmission utilisé sur cette interface. Nous distinguons trois types de transmission : Abis over TDM : dans lequel la transmission TDM est utilisée sur l’interface et le réseau de transmission entre les BSC et les BTS est basé SDH/PDH. L’avantage de ce type est qu’il offre la sécurité et une qualité de service flexible mais il présente beaucoup plus de coût par rapport au réseau IP par exemple. Abis over HDLC : dans lequel le protocole HDLC est utilisé dans la couche 2 de la pile protocolaire de l’interface et le réseau de transmission entre le BSC et les BTS est basé SDH/PDH. Ce mode de améliore la transmission sans avoir recours à la reconstruction du réseau support SDH/PDH mais il ne supporte par la topologie des BTS en anneau. Abis over IP : dans lequel le protocole IP est utilisé dans la couche 3 de la pile protocolaire de l’interface et le réseau de transmission entre le BSC et les BTS est basé IP qui pourrait être soit un réseau MSTP (Multi-Service Transmission Plateforme) ou un réseau IP/MPLS/VPN. L’avantage de ce mode et qu’il assure, au moyen du MSTP, des débit au-delà de 100[Mbit/s] et une transmission fiable de donné temps-réel or il ne supporte pas l’évolution vers des réseaux tout IP, et au moyen du IP, une grande bande passante et une évolution vers le tout IP or il n’assure pas une bonne qualité de service.

1.3. Solution de HUAWEI pour le réseau d’accès : L’équipementier HUAWEI offre une multitude d’équipements des différents réseaux de télécommunication, notamment les réseaux de deuxième génération. En effet, ces équipements sont variés selon plusieurs contraintes telles le mode d’installation, la capacité et les conditions de couverture.

1.3.1. Stations de base [7]: Pour assurer la couverture des différentes cellules de l’opérateur client en terme d’émetteurs et récepteurs, l’équipementier HUAWEI va déployer des stations de base de type BTS3900 sous ses différentes variantes. Le choix de la BTS à utiliser dépendra essentiellement de la configuration de la cellule, les possibilités d’extension de cette configuration, le type de site (indoor/outdoor) et l’espace disponible sur site.

1.3.1.1. BTS3900/BTS3900A : Projet de fin d’études

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La BTS3900/BTS3900A est une macro station de base bi-bande en indoor développée par HUAWEI. Comparée avec les stations de base traditionnelles, elle offre une simple structure et une combinaison facile de la 2G et la 3G. Elle est composée principalement des éléments suivants : BBU (Base Band Unit) : utilisée pour effectuer les traitements des signaux en bande de base et pour établir la connexion avec le contrôleur de stations de base RFU (Radio Frequency Units) : c’est une unité RF de filtrage utilisée pour la modulation, la démodulation, le traitement des données, la combinaison et la division des signaux RF et en bande de base. Il y a deux types de cette unité : DRFU et GRFU. La différence entre les deux types est leurs capacités. La GRFU supporte plus de porteuses que la DRFU. Cabinet indoor : il loge la BBU et les RFUs et fournit la distribution de l’énergie, la dissipation de la chaleur et la protection. La BTS3900A est la version outdoor de la BTS3900. Elles ont toutes les deux la même structure sauf que la BTS3900A est plus protégée pour résister aux intempéries du monde extérieur. La lettre « A » dans son nom veut dire qu’elle est outdoor. La figure montre la BTS3900 en détail.

Figure 0.6 : Structure de la BTS3900


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La BTS3900 offre les caractèristiques suivantes : Elle a été développée sur la base d’une plateforme unifiée des BTS de HUAWEI et offre une évolution simple de 2G à 3G Elle supporte l’interface Abis IP/FE Elle permet une installation flexible et une maintenance facile Elle supporte plusieurs bandes de fréquences comme GSM900, EGSM900 et DCS1800 Elle supporte GPRS et EGPRS Elle supporte les cellules directionnelles et omnidirectionnelles Elle supporte les différentes topologies : étoile, arbre, chaîne, anneau et hybrides Elle supporte les algorithmes de cryptage A5/3, A5/2 et A5/1

1.3.1.1.1. Structure physique de la BTS3900/BTS3900A : La BTS3900 a trois types d’alimentation :-48V DC, +24V DC et 220 AC. Par conséquent, selon ce critère, la structure du son cabinet diffère surtout dans partie qui distribue l’énergie. BTS3900/BTS3900A -48V DC : Le cabinet de BTS3900/BTS3900A à -48V DC est composé des éléments suivants : GRFUs ou DRFUs (Unités RF) BBU (Unité de bande de base) DCDU-01 : c’est l’unité qui distribue l’énergie sur les autres unités du cabinet. L’unité FAN : c’est une unité de climatisation qui comporte quatre ventilateurs. Ce cabinet utilise une source d’alimentation à -48V DC injectée directement dans l’unité de distribution d’énergie DCDU-01 qui alimente les autres unités du cabinet. BTS3900/BTS3900A +24V DC : Le cabinet de BTS3900/BTS3900A à -24V DC est composé des mêmes éléments en plus de la PSU (DC/DC) qui est une unité de conversion DC/DC qui convertit le +24V DC au -48V DC. Projet de fin d’études

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BTS3900/BTS3900A 220V AC : Le cabinet de BTS3900/BTS3900A à 220V AC est composé aussi des mêmes éléments en plus de la PSU (AC/DC) qui est une unité de conversion AC/DC qui convertit le 220V AC au -48V DC. Les cabinets décrits ci-dessous peuvent être installés en combinaison de plusieurs cabinets adjacents mais avec une seule unité de traitement en bande de base (BBU). La figure montre la structure physique des BTS3900 et BTS3900A.

Figure 0.7 : Structure physique de BTS3900/BTS3900A

1.3.1.1.2. Structure logique de la BTS3900/BTS3900A : La BTS3900/BTS3900A adopte une structure logique composée de plusieurs sous-systèmes : Le sous-système radio-fréquence (RF subsystem) : ses fonctions sont implémentées par les DRFUs et les GRFUs Le sous-système de contrôle (Control subsystem) : ses fonctions sont implémentées par l’unité de traitement en bande de bas (BBU) Le sous-système d’alimentation (Power subsystem) : ses fonctions sont implémentées par la DCDU-01 dans le cabinet -48V DC, par la DCDU-01 et le PS (DC/DC) dans le cabinet +24V DC et par la DCDU-01 et le PS (AC/DC) dans le cabinet 220V AC. Le sous-système d’antenne (Anteanna subsystem) : ses fonctions sont implémentées par les modules : TMA, GATM et les antennes. Le GATM est un module de monitoring d’antennes et TMA est un amplificateur des signaux RF. La figure ci-après illustre la structure logique de la BTS3900/BTS3900A. Projet de fin d’études

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Figure 0.8 : Structure logique de BTS3900/BTS3900A

1.3.1.1.3. Horloge de référence : La BTS3900/BTS3900A supporte deux types d’horloges de référence : Horloge Line (Line Clock) : la BBU extrait directement le signal d’horloge de l’interface E1 ou T1. Puis, elle en exporte deux signaux d’horloge précis de 2Mhz et 8Khz après avoir procéder à une division de fréquences et un ajustement de la phase. Les deux horloges 2Mhz et 8Khz sont utilisées pour la synchronisation sur les trames et la synchronisation sur les bits de la trame. Horloge Free-run (Free-run Clock) : Quand il n’y a pas de source externe du signal d’horloge, le système a recours au cristal contrôlé (OCXO) dans l’unité GTMU de la BBU pour fournir un signal d’horloge à 13Mhz pour assurer un état normal de la BTS.

1.3.1.2. DBS3900 [8]: La DBS3900 est une micro station de base développée par HUAWEI qui assure les mêmes fonctionnalités que la station de base BTS3900 mais avec une capacité inférieure. C’est une solution présentée par l’équipementier pour remédier au problème d’insuffisance d’espace dans les sites qui abritent les équipements, ceci est réalisé grâce au fait qu’elle est distribuée et qu’il demande un espace minimal pour son logement. La DBS3900 est constituée principalement des éléments suivants : BBU3900 : C’est l’unité de traitement en bande de base en indoor. Elle fournit des ports physiques pour la connexion avec le BSC et les unités de traitement RF. Elle gère toute la Projet de fin d’études

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station de base en termes de maintenance et de traitement de la signalisation et fournit aussi le signal d’horloge. RRU3004 : C’est une unité radio distante placée en outdoor. Elle traite les signaux RF et en bande de base. Chaque module RRU de la RRU3004 supporte deux porteuses. RRU3008 : C’est également une unité radio distante placé en outdoor. Elle assure les mêmes fonctionnalités que la RRU3004 mais avec une capacité supérieure. Ainsi, un module RRU de la RRU3008 supporte huit porteuses. La figure ci-dessous illustre les différents composants de la DBS3900.

Figure 0.9 : Modules de la DBS3900

1.3.1.2.1. Structure physique : La DBS3900 a une structure physique distribuée, dans laquelle, les modules fonctionnels peuvent être configurés de façon flexible pour assurer les contraintes de la couverture radio. La BBU est toujours installée dans un shelter (en indoor) alors que la RRU est installée dehors (en outdoor) plus prés des antennes, fixée sur le pilône des antennes par exemple. Les unités RRU sont connectées à la BBU par une fibre optique et elles sont connectées aux antennes par un feeder. La DBS3900 présente aussi un avantage énorme en termes de coût car elle demande une longueur minimale du feeder au détriment de la fibre optique. En effet, le feeder coûte beaucoup plus que la fibre. La figure montre l’architecture distribuée de la DBS3900.


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Figure 0.10 : Architecture de la DBS3900

Pour l’alimentation, la BBU est installée dans un cabinet qui lui fournit la distribution d’énergie en plus de la climatisation. Ces cabinets sont de type APM (Advance Power Module) fournis spécialement pour les applications outdoor. Il existe plusieurs variantes des ce cabinet à dimensions différentes : APM30, APM100 et APM200.

1.3.1.2.2. Structure logique : La DBS3900 adopte la même structure logique que la BTS3900, citée précédemment. Elle est composée de quatre sous-systèmes : le sous-système RF (RRU3004 ou RRU3008), le soussystème de contrôle (BBU3900), le sous-système d’alimentation (APM30 ou APM200) et le soussystème d’antennes.

1.3.1.2.3. Horloge de référence : La DBS3900 supporte trois modes d’horloge de synchronisation : horloge line (Line Clock), horloge free-run (Free-run Clock) en plus de l’horloge BITS (BITS Clock) : Horloge BITS (BITS Clock) : la BBU supporte le mode d’horloge BITS en fournissant un port pour une entrée BITS à 2.048 [Mhz]

1.3.2. Contrôleur de station de base (BSC) [9]: Dans le but de contrôler les différentes stations de base déployées dans le réseau GSM/GPRS de l’opérateur, l’équipementier HUAWEI à opté pour l’utilisation d’un nouveau contrôleur de station de base. Il s’agit du contrôleur de stations de base BSC6000.


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Figure 0.11 : Apparence du BSC6000

Dans un réseau GSM/GPRS, comme on a déjà vu dans le chapitre précédant, le BSC est situé entre les stations de base et le MSC (Mobile Switching Center) ou entre les stations de base et la PCU (Packet Contrôle Unit). Il fournit les services suivants : la gestion des ressources radios, la gestion des stations de base, le contrôle de puissance et la gestion du handover.

1.3.2.1. Structure physique du BSC6000 : Le contrôleur de stations de base BSC6000 a une structure physique cohérente. Il est composé des modules suivants : le GBCR, le GBSR, Câbles BSC, le LMT et le boitier d’alarmes. GBCR : c’est un module qui fournit le switching et le traitement des services du BSC. Un seul GBCR est configuré dans un BSC GBSR : c’est un module qui assure différents services pour le BSC. Le nombre de GBSR à configurer dépend du volume de trafic géré par le BSC. Zéro ou plusieurs GBSR sont configurés Câbles du BSC : les câbles du BSC sont classés en câbles Ethernet, câbles optiques et câbles Trunk. La nature des câbles utilisés dépend besoin exprimé LMT (Local Maintenance Terminal) : c’est un ordinateur sur lequel sont installé les logiciels de maintenance et de monitoring des éléments du réseau et qui sert pour maintenir le BSC. Il est nécessaire pour un BSC


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Boitier d’alarme : c’est un dispositif d’alarme qui génère des signaux d’alarme audibles et visuels et qui est installé avec tous les équipements d’un réseau afin de gérer les alarmes. Il est également nécessaire pour un BSC L’architecture d’un contrôleur de station de base BSC6000 est illustré dans la figure cidessous qui montre les différentes interconnexions entre les modules.

Figure 0.12 : Structure physique d’un BSC6000

On a toujours deux chambre: la chambre d’équipements et la chambre des opérations et maintenance ou est installé le LMT. La plate-forme de supervision est connectée au BSC et au boitier d’alarme par des câbles Ethernet ou des câbles série.

1.3.2.2. Structure logique du BSC6000 : Le BSC6000 est divisé en plusieurs sous-systèmes assurant chacun des tâches complémentaires pour assurer les opérations supportées par ce contrôleur de stations de bases. Ces sous-systèmes sont : Sous-système de switching GE (GE Switching Subsystem): Il se charge de la commutation GE (Gigabits Ethernet) et de la commutation de paquets des signaux de signalisation et d’opérations et maintenance dans le BSC. Sous-système de contrôle de services (Service Contrôle Subsystem) : Il fournit le broadcast des messages courts dans les cellules et assure la maintenance des stations de base ainsi que la gestion des ressources de transcodage de la voix. En plus de ceci, il effectue les opérations Projet de fin d’études

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suivantes : le contrôle de paging, la gestion des messages, l’allocation des canaux, le contrôle des appels et le contrôle de puissance et de handover. Sous-système d’horloge (Clock Subsystem) : ce sous-système fournit le signal d’horloge de référence pour le BSC et les stations de base qui lui sont connectées. Il peut fournir deux types d’horloges : BITS et Line. Sous-système de monitoring d’environnement (Environnement Monitoring Subsystem) : Il comporte le boitier de distribution de l’énergie et la partie de monitoring de l’environnement. Sa fonction est d’ajuster la fourniture d’énergie, la vitesse des ventilateurs et gérer l’environnement du travail en temps réel. Sous-système d’alimentation (Power Subsystem) : Il assure l’alimentation en énergie des différents modules du BSC. Il adopte des connexions en mode de redondance point à point pour plus de fiabilité en cas de détresse. Sous-système de traitement de services (Service Processing Subsystem) : Il assure le codage et le décodage de la voix ainsi que l’adaptation des débits. Physiquement, ce sous-système est composé de deux module, un pour les traitements CS (Circuit Switched) et un autre pour les traitements PS (Packet Switching) tous les deux assuré par deux unités DSP (Digital Signal Processor) Sous-système de multiplexage TDM (TDM Switching Subsystem) : Il assure l’échange de données dans le domaine CS (Circuit Switched). TDM est une abréviation de Time Division Multiplexing Sous-système de traitement d’interfaces (Interface Processing Subsystem) : c’est un module pour la gestion des interfaces du BSC. Logiquement, il est composé de : l’unité de traitement de l’interface Abis, l’unité de traitement de l’interface A, l’unité de traitement de l’interface Ater, l’unité de traitement de l’interface Pb, l’unité de traitement de l’interface Gb et l’unité de traitement de l’interface Cb.


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Figure 0.13 : Structure logique du BSC600

3. Cohabitation du GSM avec CDMA : Suite au succès qu’a connu le réseau mobile CDMA de l’opérateur, la densification de ce réseau existant constitue une entrave devant le déploiement du nouveau réseau de deuxième génération, ce qui mène l’opérateurs à choisir entre la recherche de nouveaux emplacements pour le déploiement de ce réseau 2G d’une part et le partage des sites avec les équipements des réseaux existants d’autre part, notamment les réseau CDMA. Cependant, la première solution est loin d’être pratique, suite aux coûts d'emplacements, aux règlements de protection de l'environnement et aux difficultés de trouver et d’utiliser de nouveaux sites (les meilleurs sites sont souvent utilisés). Par conséquent, la cohabitation des réseaux 2G et 3G est devenue impérative, surtout au niveau de la partie RF en adoptant une politique de co-localisations ou co-siting des équipements.

3.1. Causes d’interférences [10]: On entend par les situations d’interférences, les différents facteurs favorisant le risque de génération d’interférences entre les deux réseaux GSM et CDMA. Ces situations sont des conséquences directes des choix technologiques et stratégiques de l’opérateur en question. On en cite le co-siting et l’adjacence des bandes de fréquences utilisées.

3.1.1. Le co-siting CDMA et GSM: On appelle co-siting, le partage des ressources géographiques utilisées comme points d’émission ou de concentration (GSM BTS, CDMA BTS). C’est en fait, la cohabitation de plusieurs réseaux différents en termes de type, de fréquence et de nature. Cependant, le co-siting Projet de fin d’études

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présente un risque de génération de différentes sources d’interférences, il a un impact sur la capacité, la sensibilité ou l’efficacité des équipements co-situés. Ceci mène les opérateurs à respecter des règles d’ingénierie. Il y a deux types de co-siting. Le premier est entre les réseaux du même opérateur et celui entre les réseaux d’opérateurs différents. Les problèmes causés par le premier type du co-siting sont résolu localement par l’opérateur concerné, tandis que

le deuxième type exige une

coopération entre les opérateurs pour les résoudre.

Figure 0.14 : Situation de co-siting

Dans le cas de l’opérateur, le co-siting se manifeste dans le fait que les sites du réseau CDMA déjà opérationnels seront exploités pour accueillir les équipements du nouveau réseau de deuxième génération GSM. Ainsi, ces sites en question serviront en même temps la couverture GSM et CDMA et ceci incite à s’attendre à des problèmes d’interférences entre les deux systèmes d’antennes dans chaque site et sur chaque pilône.

3.1.2. Adjacence des bandes de fréquences : A fin fournir le service GSM à ces clients, l’opérateur a opté pour les deux normes internationales GSM900 et GSM1800. Ceci lui permettra d’assurer la couverture de tout le territoire marocain en déployant le GSM900 dans les zones urbaine et le GSM1800 dans les zones rurales.


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La bande de fréquence standard du GSM900 selon les normes internationales est définie comme suivant : 890-915 [Mhz] pour la réception (sens ascendant) et 935-960 [Mhz] pour l’émission (sens descendant). Or, cette bande est déjà totalement exploitée par les deux autres opérateurs nationaux. Par conséquent, la solution choisie par l’opérateur est celle d’utiliser le reste de la bande 3G déjà exploitée partiellement par le service CDMA comme extension de la bande GSM900. En effet, cette solution met les deux bandes d’émission et de réception GSM et CDMA en adjacence, ce qui pourrait être une source incontournable d’interférences. La figure 3.2 explique en détail cette adjacence.

Figure 0.15 : Bandes GSM et CDMA adjacentes

3.2. Mécanismes d’interférences [10]: Le co-siting des systèmes peut causer des interférences résultantes des dégradations des performances. Pour minimiser ces dégradations à un niveau acceptable, on doit respecter les conditions de découplage entre les deux systèmes. Les mécanismes d’interférences les plus importants sont cités ci-dessous :

3.2.1. Rayonnement parasite d’émission (Spurious) : Le bruit généré par l’émetteur ou les rayonnements parasites de l’émission (spurious) d’un système "A" dans la bande de réception d’un système "B" causent des interférences au récepteur de ce dernier et vice versa. Ceci pourrait être évité en augmentant l'atténuation des signaux émis par les antennes du système "A" dans la bande de réception du système "B", ou en augmentant le découplage entre les deux systèmes, que ce soit le découplage d'air ou le découplage fourni par le diplexeur. La figure 3.3 illustre ce mécanisme d’interférences.


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Figure 0.16 : Rayonnement parasite (spurious) d’émission

3.2.2. Blocage du récepteur : Les signaux forts transmis du système "A" bloquent le récepteur du système "B" et vice versa. En effet, même si les signaux de transmission du système "A" sont reçus par "B" hors bande (pas dans la bande de réception du système "B"), ils peuvent mener à une désensibilisation s'ils sont trop forts. Ceci pourrait être évité en augmentant l'atténuation (hors bande) du réseau d'antenne du système "B" dans le chemin de réception pour les fréquences de transmission du système "A", ou en augmentant le découplage entre les deux systèmes (découplage d’air ou avec diplexeurs). La figure 3.4 illustre ce mécanisme d’interférence.

Figure 0.17 : Blocage du récepteur

3.2.3. Intermodulation [11]: De nombreux signaux indésirables sont produits par la non-linéarité des composants. Les signaux d’intermodulation font partie de ceux là. Ils sont négligeables lorsque le Projet de fin d’études

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composant fonctionne en linéaire mais deviennent très vite gênants lorsque l’on est proche de la saturation. La figure 3.5 donne un exemple d'une courbe de transfert d'un amplificateur. Pour de faibles puissances d'entrée, le signal de sortie est presque une fonction linéaire du signal d'entrée. En augmentant la puissance d'entrée, le niveau de rendement sera moins que prévu et par la suite sera limité par la puissance de saturation de sortie de l'amplificateur.

Figure 0.18 : Caractéristique de transfert non-linéaire d’un amplificateur de puissance

Le signal de sortie du dispositif non linéaire ne garde pas la même forme que le signal d’entrée. Son spectre de fréquence aura plus de composante que ce dernier. Ces nouvelles composantes qui peuvent être des harmoniques des fréquences d’entrée ou une combinaison des composantes d’entrée sont appelées des produits d’intermodulation. Si le signal d’entrée est émis sur deux fréquences f1 et f2, alors le signal de sortie contiendra des composantes de fréquence à :

fIM = m×f1 + n×f2

avec

m,n = 0, ±1, ±2, ±3, …

La somme de n et de m (non signés) s'appelle l'ordre du produit d'intermodulation. La figure 3.6 ci-dessous montre un spectre de sortie avec des produits d'intermodulation jusqu'au troisième ordre. Les fréquences f1 et f2 sont les deux excitations à l'entrée du dispositif.


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Figure 0.19 : Spectre de sortie avec des produits d’intermodulation

Ce phénomène d’intermodulation donne naissances à d’autres signaux composés et qui occupent des fréquences éloignées de la bande d’émission ou de réception standard. En effet, ces nouveaux signaux tombent dans les bandes des autres réseaux adjacents (co-situés) ce qui provoque des phénomènes d’interférences.

3.3. Solutions de cohabitation : Afin d’assurer une bonne coexistence entre différents systèmes sur un même site, il est nécessaire d’assurer : un découplage suffisant entre les aériens des différents systèmes et le respect scrupuleux des normes d’immunité et de rayonnements non désirés.

3.3.1. Exigences de découplages [10][11][12]: Le découplage entre deux antennes est le rapport entre la puissance fournie à l’entrée de la première antenne servant à l’émission et la puissance en sortie de l’autre antenne servant à la réception. La valeur de ce rapport n’est pas identique si on renverse l’émission et la réception. Un découplage émission/réception évite la réception gênante du bruit de l’émetteur aux fréquences de réception. Un découplage entre antennes évite la création de produit d’intermodulation par réjection de signaux dans les équipements auxquels elles sont raccordées. Les antennes peuvent être découplées dans le plan vertical ou dans le plan horizontal ou décalées obliquement.


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Le calcul de découplage est fonction de la fréquence et de la distance entre antennes. On notera que la valeur de découplage entre deux antennes n’est pas symétrique. On utilisera les formules suivantes : Isolation Verticale :

IV [dB] = 28 + 40 Log (dv/λ)

Isolation horizontale :

IH [dB] = 22 + 20 Log (dh/λ) – (G1 + G2)

Avec : dv et dh étant les distances verticale et horizontale entre les deux antennes λ étant la longueur d’onde G1 étant le gain de l’antenne 1 dans la direction de l’antenne 2 G2 étant le gain de l’antenne 2 dans la direction de l’antenne 1 Dans le cas ou les antennes sont positionnés aléatoirement, un calcul d’isolation composée s’avère nécessaire. On utilise la formule composée suivante : I [dB] = (IV - IH) × (angle / 90) + IH

Figure 0.20 : Isolation composée

Plus la fréquence est basse, plus la distance D minimale à respecter est élevée. Donc, une attention particulièrement doit être apportée aux fréquences inférieures à 200 MHz. Le graphe ciaprès Figure 3.8 donne un ordre de grandeur des distances de séparation verticale et horizontale.


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Figure 0.21 : Séparation verticale et horizontale entre antenne

3.3.2. Spécifications techniques [14][15]: Les organismes de standardisation des réseaux de télécommunications GSM et CDMA, respectivement 3GPP et 3GPP2, ont défini des normes et des spécifications techniques relatives aux limitations de puissances d’émission et de réception, ces dernières ont pour but d’éviter les problèmes d’interférences dans les situations de co-existence des systèmes d’antennes des deux réseaux dans les mêmes sites. Il s’agit des recommandations citées dans le document « 3GPP TS 05.05 » pour le GSM et le document « 3GPP2 C.S0010-0 » pour le CDMA. L’essentiel des ces recommandations sont traité ci-dessous.

3.3.2.1. Cas du CDMA : Le tableau 3.1 illustre les limitations des puissances parasites d’émission dans la bande du CDMA comme prévues dans les spécifications de 3GPP2. Ces émissions peuvent d’origine des autres systèmes présents dans le même site que le récepteur CDMA, dans notre cas c’est le GSM qui est en question.

Tableau 0.1 : Limite des puissances parasites dans la bande CDMA


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Alors que le tableau 3.2 présente les limitations des puissances parasites d’émission qui peuvent être causées par l’émetteur CDMA aux autres systèmes présents sur le même site.

Tableau 0.2 : Limitation des puissances parasites de l’émetteur CDMA

3.3.2.2. Cas du GSM : Le tableau 3.3 illustre les limitations des puissances parasites d’émission dans la bande du GSM comme prévues dans les spécifications de 3GPP. Ces émissions peuvent d’origine des autres systèmes présents dans le même site que le récepteur GSM, dans notre cas c’est le CDMA qui est en question.

Tableau 0.3 : Limite des puissances parasites dans la bande GSM

3.3.3. Mise en pratique des exigences : Afin de mettre en œuvre les spécifications définies théoriquement dans ce qui précède, on propose quatre solutions différentes en termes des équipements utilisé dans chacune d’eux pour répondre exigences de découplage requises.


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3.3.3.1. Découplage d’air des antennes simple bande : La figure 3.9 montre une représentation schématique de la configuration de découplage d'air pour les antennes simple bande. Le câble d’alimentation (feeder) relie l’antenne simple bande à la BTS du GSM (respectivement BTS du CDMA). On note que cette configuration doit respecter les considérations du calcul de l’isolation en termes de distances de séparation.

Figure 0.22 : Découplage d’air

3.3.3.2. Antennes large bande avec diplexeurs : Le découplage exigé entre les deux systèmes peut également être réalisé en employant un diplexeur en combinaison avec une antenne large bande (Broadband Antenna). Cette dernière peut fonctionner à la fois pour le GSM et pour le CDMA.

La figure

3.10 montre une

représentation schématique d'une solution à l'aide d'un diplexeur, d'un feeder et d'une antenne large bande pour les deux systèmes.


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Figure 0.23 : Découplage avec diplexeurs

L'avantage principal de cette configuration est l’utilisation d’un seul feeder et d'un seul panneau d'antenne. L’inconvénient réside dans le fait d'avoir les mêmes caractéristiques d'antenne pour les deux bandes GSM et CDMA et qu’on ne peut pas choisir différents tilts électriques pour les deux systèmes ce qui pourrait constituer une entrave devant l’optimisation de l’un des deux réseaux.

3.3.3.3. Antenne bande duale avec filtre additionnel : Une antenne bande duale n'est autre que deux antennes simple bande dans un seul panneau. Selon les spécifications de la plupart des fournisseurs d'antennes, un découplage de 30dB entre l'antenne GSM et celle du CDMA dans ce panneau peut être assumé. Cependant, d’après les tableaux des limitations de puissance précédents nous savons que ce n'est pas suffisant, de sorte qu’on doit réduire les conditions de découplage. Ceci peut être réalisé à l’aide d’un filtre externe, comme c’est montré sur la figure 3.11.


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Figure 0.24 : Découplage avec filtre externe

Le filtre doit réduire les rayonnements parasites de l’émission de la BTS du CDMA dans la bande de réception du GSM pour réaliser l'isolement exigé, tout en détenant la valeur de découplage d'antenne à 30 dB. Les pertes causées par le feeder sont prises en considération. Le filtre (à sa fréquence de coupure) laisse passer toutes les fréquences d’émission et de réception de la BTS du CDMA, mais il fournit une atténuation suffisante dans la bande du GSM. L’atténuation hors bande qui doit être garantie, dépend des performances du filtre intégré dans la BTS du CDMA, et donc de la puissance de sortie des rayonnements parasites. Comme effet secondaire, un tel filtre permet de réduire les conditions de découplage pour le blocage du récepteur du GSM par l’émetteur du CDMA, et donc de réduire la distance exigée pour la solution simple bande.

3.3.3.4. Antenne bande duale avec deux diplexeurs : La configuration se compose d'un diplexeur côté BTS, d'un feeder, d'un diplexeur côté antenne (de préférence intégré dans le panneau d'antenne) et d'une antenne bande duale GSM/CDMA (deux antennes dans le même panneau). La figure 3.12 expose le schéma cette configuration.


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Figure 0.25 : Découplage avec deux diplexeurs

3.3.3.5. Récapitulatif des solutions proposées : Le tableau 3.4 ci-dessous récapitule sur les différentes solutions proposées tout en mettant le point sur les avantages et les inconvénients de chaque solution.

Description

Avantages - Différents tilts mécaniques et électriques.

Antenne simple bande avec découplage d'air, deux feeders

- Pas de ré-engineering du 1er réseau existant. - Règles de découplages

Inconvénients - Impact visuel élevé. - Grande distance entre antennes est exigée. - Solution impossible pour les émissions parasites.

applicables. Antenne large bande avec

- Un seul feeder utilisé.

un diplexeur et un feeder


- Ré-engineering du réseau existant.

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- Faible impact visuel.

- Découplage délicat - Même tilt pour les deux systèmes

- Différents tilts électriques possibles. Antenne bande duale avec

- Découplage plus délicat. - Recyclage de l’antenne

- Pas de diplexeur

existante.

- Faible impact visuel

- Nécessite un filtre externe et

deux feeders et un filtre externe

deux feeders. - Même tilt mécanique. - Différents tilts électriques possibles. Antenne bande duale avec

- Découplage plus délicat. - Recyclage de l’antenne

- Faible impact visuel.

existante.

un feeder et deux - Nécessite un feeder et deux

diplexeurs

diplexeurs. - Même tilt mécanique. Tableau 0.4 : Récapitulatif sur les solutions proposées

Nous avons opté pour la première solution qui consiste en l’implémentation des nouveaux équipements GSM indépendamment de ceux du CDMA mais tout en respectant les marges de découplage requises. En effet, cette solution ne demande pas d’installer des équipements additionnels qui peuvent être cher. En outre, en aura pas de problèmes de grandes distances entre le système puisque les équipements de HUAWEI permettent de remédier à ce fléau. Le déploiement des nouveaux réseaux est souvent confronté à l’existence d’autres réseaux, ce qui augmente les possibilités d’avoir des sites partagés. Cependant l’opération du cositing n’est pas effectuée par hasard, au contraire elle demande une étude très détaillée et un effort d’ingénierie considérable afin d’avoir un site partagé entre les équipements des différents réseaux, sans que les uns perturbent le fonctionnement des autres. Ainsi, les phénomènes du blocage des récepteurs, des émissions parasites et des produits d’intermodulations peuvent être évités grâce aux opérations de découplage et d’isolation et à l’utilisation de quelques dispositifs, à avoir les filtres, les diplexeurs ou les triplexeurs. Projet de fin d’études

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Conclusion : La solution présente dans ce chapitre est basé essentiellement sur des équipements classés parmi les derniers versions que HUAWEI à pu développer, ce qui donnera de beaucoup de qualités et de souplesse au BSS de l’opérateur. Dans ce chapitre, nous avons fait le tour de la description des équipements BTS3900, BTS3900A, DBS3900 et BSC6000 juste après avoir présenter l’anatomie du BSS de l’opérateur, puis nous avons expliquer la cohabitation entre deux systèmes qui sont le GSM et le CDMA. Le chapitre suivant, fera l’exposé du déploiement et de l’implémentation de ces équipements dans le BSS de l’opérateur et présentera ensuite l’avantage des équipements HUAWEI dans la lutte contre les problèmes du co-siting.


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Chapitre 3 Implémentation des équipements


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Introduction : Le déploiement est la mise en pratique de l’architecture du réseau proposée suivant les contraintes du dimensionnement des équipements et des interfaces. Il suit un certain processus bien déterminé afin d’en maîtriser les coûts et les délais. Ce processus commence par le site survey et design, puis passe à l’installation, ensuite à l’intégration et enfin termine par les tests et les « acceptances ». Dans le présent chapitre nous présenterons les trois premières étapes importantes du déploiement à savoir le site survey, l’installation et l’implémentation des équipements puis leur intégration et configuration. Enfin nous passerons en revu la solution de HUAWEI pour remédier aux problèmes des interférences suite à la cohabitation des deux système GSM et CDMA sur les même sites.

1. Processus de déploiement : Le déploiement du sous-système radio BSS d’un réseau cellulaire est basé sur des étapes essentielles à savoir : le site survey, l’installation et l’intégration, les drive-tests et puis les « acceptances ». Ces étapes sont primordiales pour le bon déroulement du processus de déploiement de n’importe quels équipements du réseau. En effet, ceci nécessite un vrai travail de gestion projet et de maîtrise des délais pour que le projet ne traîne pas longtemps. Certaine de ces étapes sont sous-traité par HUAWEI tel le site survey ou l’installation et parfois même les drivetests vu la multitude des sites à desservir. La figure suivante illustre l’enchaînement des étapes du déploiement.

Figure 0.1 : Phases du déploiement du BSS


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1.1. Site survey : Le Survey est le premier maillon de la préparation au démarrage du projet après la conclusion du contrat. Il comprend l'étude des environnements d'installation, et la détermination d'arrangements d'installation des équipements. Grâce au Survey, les clients peuvent connaître le plan et les exigences de l’installation, et les arrangements d'installation peuvent être compatibles avec ceux du client. Les rapports de Survey serviront de base pour la production et la configuration des équipements, le département industriel placera les commandes selon les données issues du Survey afin d'assurer la bonne installation sur site.

1.1.1. Objectifs du Site Survey : Vérifier la configuration du BOQ (bill of quantity) et de rapporter les problèmes s’il y en a au service marketing. Les résultats du Survey serviront de guide lors de la livraison des équipements. Les dessins sur site et les données du Survey serviront de guide pour le client pour se préparer à l'installation du projet.

1.1.2. Données déterminées lors du Survey sur site: Après avoir reçu l'avis de Survey, nous avons lu les contrats et les propositions techniques avec soin, et nous avons précisé la configuration du matériel des sites et la connexion entre eux. Après la compréhension du projet entier, nous avons pris contact avec le client pour déterminer le personnel, le temps et l'attribution des travaux lors de la réunion de coordination du Survey. Pour les sites prêts, nous effectuerons le Survey sur place. Nous devrons informer le client des conditions d’alimentation, la barre de terre, la climatisation, les chemins de câbles et le faux plafond et plancher, puis déterminer la position des équipements, les chemins de câbles et les possibilités d'expansion réservées par le client. Nous avons sollicité du personnel d'accompagnement du client les données des paramètres de construction des locaux techniques et les distances entre des pièces. Comme résultat de quelques survey, nous avons pu cerner l’environnement du déploiement des équipements en identifiant les différents types de sites à équiper. Nous avons relevé cinq types de sites. Ils sont les suivants :


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Sites BTS indoor à faible couverture : Sites qui abriteront les stations de base en indoor avec des configurations de couverture S1/1/1 et S2/2 Sites BTS indoor à forte couverture : Sites qui abriteront les stations de base en indoor avec une configuration de couverture qui dépasse S2/2. Généralement, tous les sites de l’opérateur dans ce projet ne dépassent pas la configuration de couverture S3/3/3. Sites BTS outdoor à faible couverture : Sites qui abriteront les stations de base en outdoor avec des configurations de couverture S1/1/1 et S2/2 Sites BTS outdoor à forte couverture : Sites qui abriteront les stations de base en outdoor avec une configuration de couverture qui dépasse S2/2. Sites BSC : Sites destinés à loger le contrôleur de stations de bases et qui sont généralement dans les grandes villes.

1.2. Installation : Suite à l’identification des sites du BSS de l’opérateur, il nous a été confié de prendre en charge la proposition des solutions adéquate pour chaque type de site en terme d’équipements à y installer. Nous avons alors proposé les solutions d’implémentation suivantes :

1.2.1. Choix d’implémentation [16]: 1.2.1.1. Implémentation des BTS3900 et BTS3900A : Au niveau du réseau de l’opérateur client, cet équipement va être implémenté dans les sites d’accès à vocation ordinaire, ce qui veut dire que ces sites ne présentent pas de singularités en terme de besoin en couverture et en espace d’installation. Il est implémenté sous deux variantes : en indoor (BTS3900) dans ce cas il est logé à l’intérieur d’un shelter fermé qui lui l’environnement et la protection ou en outdoor (BTS3900A) dans ce cas il est logé en plein air sous un toit artificiel le protégeant de la pluie. La figure ci-dessous schématise le cas d’une implémentation en indoor.


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Figure 0.2 : Implémentation de la BTS3900 (en indoor)

La capacité d’une station de base est donnée par le nombre de porteuses qu’elle supporte et le nombre de secteur qu’elle peut servir. Pour les stations de base de HUAWEI de types BTS3900/BTS3900A, on les caractéristiques suivantes : Un cabinet seul supporte jusqu’à six unités RFU (DRFU ou GRFU) Un cabinet seul peut servir jusqu’à six secteurs Quand ce cabinet est équipé par des unités DRFU, il peut supporter jusqu’à 12 porteuses avec une configuration maximale de S4/4/4 Quand ce cabinet est équipé par des unités GRFU, il peut supporter jusqu’à 36 porteuses avec une configuration maximale de S12/12/12 Par conséquent, nous proposons d’implémenter le BTS3900 pour tous les sites indoor ne présentant pas de contrainte d’espace. Ceci englobe le premier et le deuxième type de site décrits précédemment. Pareillement, nous proposons aussi d’installer la BTS3900A pour tous les sites outdoor ne présentant pas de contrainte d’espace, ce qui englobe le troisième et le quatrième type de sites.


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1.2.1.2.

Implémentation de la DBS3900 :

La capacité de la DBS3900 est mesurée par le nombre de porteuses qu’elle supporte et le nombre de secteur qu’elle peut servir. Par conséquent, un module BBU3900 supporte un maximum de 36 porteuses quand il est connecté à des unités RRU3004 seulement et un maximum de 72 porteuses quand il est connecté à des unités RRU3008 seulement. Ceci est du au fait qu’un module RRU3004 comporte deux unité RRU et chacune des ces unité supporte deux porteuses (quatre porteuses en total) et qu’un module RRU3008 comporte quatre unités RRU (huit porteuses en total). L’utilisation de la DBS3900 est recommandée pour les sites n’ayant pas suffisamment d’espace pour l’installation d’un nouveau rack, le BBU de la DBS3900 partagera un rack déjà existant, quant au RRUs, ils seront installés à l’extérieur au-dessous des antennes. Une fibre optique sera installée pour la connexion entre le BBU et les RRUs. La RRU et l’antenne seront directement liés par un jumper, ce qui réduit la consommation en électricité. L’autre avantage de la DBS3900 est sa consommation réduite en électricité (32A pour la DBS3900 contre 80A pour les BTS 3900/3900A), d’où son utilisation pour les sites à faible alimentation. Cependant, la DBS3900 supporte les deux configurations : S1/1/1 et S2/2, ce qui limite les possibilités d’extension de la capacité en cas d’augmentation du nombre d’abonnés. La figure ci-dessous schématise ce cas.

Figure 0.3 : Implémentation de la DBS3900

En conséquence nous proposons d’implémenter la DBS3900 pour le premier et le troisième type de site ayant une faible capacité et ne supportant que les deux configurations de Projet de fin d’études

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couverture S1/1/1 et S2/2, mais ceci dans le cas ou il n’ya plus suffisamment d’espace pour installer une BTS3900 ou une BTS3900A. Dans ce cas, il faut aussi faire attention sur le choix de cet équipement car il limite les possibilités d’extension future de la couverture en cas d’augmentations des abonnées.

1.2.1.3.

Implémentation du BSC6000 :

L’implémentation du contrôleur de stations de base BSC6000 suivra le mode d’installation normal dans les villes les plus dense tel Rabat, Oujda et Fès. La capacité de ce contrôleur est largement suffisante pour supporter les sites qui lui sont attribués. Ci-dessous quelques spécifications de capacité

Tableau 0.1 : Quelques spécifications de capacité du BSC6000

1.2.2. Etapes de l’installation : Dés la livraison des équipements conformément au BOQ déterminé par le Survey, l’installation peut démarrer. Elle devra respecter le cahier de charge et les données fournies dans les rapports de Survey, d’où la nécessité du suivi des équipes d’installation tout le long du processus, surtout que cette étape est souvent sujet de sous-traitance. Le bon fonctionnement des équipements dépend de la qualité d’installation, en effet une installation systématique et standard est recommandée lors de l’installation pour réduire les facteurs de mauvais fonctionnement de l’équipement, et pour assurer sa fiabilité dans le réseau. La procédure globale pour installer les composants matériels des équipements doit répondre tout d'abord aux spécifications techniques de l'équipementier et aux règles de sécurité. Pour toute installation matérielle d’un équipement, il y a des étapes à respecter. Ces équipements du BSS n’en sont pas dépourvus. Les étapes sont :


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1.2.2.1.

Préparation de l’installation :

Pour se préparer à l'installation du matériel il faut maîtriser la structure globale de l'équipement à installer et les caractéristiques techniques, aussi bien que les outils nécessaires pour l'installation de l’équipement.

1.2.2.2.

Installation des cabinets :

Il est nécessaire d’installer les cabinets à leur tour et les cabinets adjacents selon les documents de conception de projet de survey.

1.2.2.3.

Installation des équipements internes :

Les dispositifs suivants sont installés dans des positions correctes basées sur la configuration actuelle : La BBU et les RRUs des DBS3900 Les modules des BTS3900/3900A Les équipements annexes (ODF, DDF,…) Chemin de câbles

1.2.2.4.

Installation des câbles de protection de terre et des câbles d’énergie :

Après l’installation des cabinets, il est indispensable d’installer les câbles PGND d'abord pour s'assurer que les dispositifs sont correctement fondus. Avant de mettre le système en action il faut s’assurer que les câbles électriques sont installés et que les tests sont déjà effectués.

1.2.2.5.

Installation des câbles de signalisation :

Les câbles de signal incluent : câbles internes (câbles de réseau, câbles de port série, câbles de surveillance, et des câbles internes d’horloges), câbles externes (les câbles externes d’horloge et les câbles de transmission des données)

1.2.2.6.

Installation des accessoires des cabinets :

Les accessoires des cabinets incluent les supports antistatiques des mains et les panneaux des portes des cabinets.

1.2.2.7.

Installation des périphériques :

Les périphériques incluent un terminal d'entretien et de maintenance, une boîte d'alarme, et d'autres dispositifs de réseau.

1.2.2.8.

Vérification de l’installation pour chaque cabinet :

Après l’installation du matériel, il faut faire un contrôle global et des contrôles sur la performance électrique. Ainsi, l'installation des logiciels et la commission prochaine de système


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peuvent avancer. On doit vérifier le matériel en général, impliquant les cabinets, les câbles, les connecteurs, les étiquettes, et l'environnement du site.

1.3. Intégration : Après avoir installé les équipements dans le réseau de l’opérateur, la phase de l’intégration peut alors commencer. Cette phase a pour but d’intégrer les stations de base et leurs contrôleurs ainsi la plate-forme de supervision dans l’ensemble du réseau. Pour ce faire, la configuration des équipements est nécessaire à savoir la configuration des stations de base BTS3900, de leurs contrôleurs BSC6000 et de l’interface Abis entre les deux selon les contraintes du dimensionnement déjà fait.

1.3.1. Configuration des BTS : La configuration d’un BTS3900/BTS3900A dépend de la couverture qu’elle doit assurer et des autres BTSs qui appartiennent au même motif qu’elle. En effet, ceci nous informe sur le nombre d’unité RFU à placé dans le cabinet de la BTS. Pour calculer ce nombre, il y a bien des formules à appliquer. Nous les expliquons : Pour le nombre de DRFU, nous avons deux cas : • Nombre de porteuses total est inférieur à 12, dans ce cas nous utilisons la formule suivante : Nombre de DRFU= round up [(nombre de porteuses+nombre de cellules S1)/2] • Nombre de porteuse total est supérieur ou égal à 12, dans ce cas la formule est la suivante : Nombre de DRFU=round up [(nombre de porteuse à secteur pair)/2] avec le nombre de porteuses à secteur pair étant le nombre de porteuse totale après avoir rendu les nombre de porteuses de chaque secteur pair (exemple : S5/5/5 devient S6/6/6) Après avoir appliqué ces calculs sur les configurations présentes sur le BSS de l’opérateur nous avons les résultats suivants : • Site S (1/1) : BTS configurée avec deux unités DRFU


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• Site S (1/1/1) : BTS configurée avec trois unités DRFU • Site S (2/2) : BTS configurée avec deux unités DRFU • Site S (2/2/2) : BTS configurée avec trois unités DRFU ou une unité GRFU • Site S (3/3/3) : BTS configurée avec cinq unités DRFU ou deux unité GRFU Pour le nombre de GRFU, nous ne l’avons pas calculé, puisque les unités GRFU ne seront utilisées dans aucun des sites du BSS pour le moment. Dans le cas de site ou nous installerons des DBS3900, nous devons calculer le nombre de RRU à installer. Cette fois également on n’installera que des RRU3004 et non pas des RRU3008. En effet, ceci est déjà donné par un tableau fourni par le constructeur et cité ci-après :

Tableau 0.2 : Nombre de RRU3004 pour chaque configuration

La configuration des secteurs et des fréquences ainsi que les autres paramètres nécessaires au bon fonctionnement de la BTS se fait au niveau du BSC en utilisant le logiciel LMT.

1.3.2. Configuration de l’interface Abis et du BSC: La configuration de cette interface revient à configurer les cartes du BSC convenables pour chaque type de réseau de transmission déployé entre le BSC et les BTS qu’il gère. Ainsi, nous avons trois variantes de configurations : Abis over TDM : on configure les deux cartes GEIUB et GOIUB du BSC selon le type de trames supporté. GEIUB fournit les ports E1/T1 et GOIUB fournit les ports STM-1.


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Figure 0.4 : Abis over TDM (GEIUB et GOIUB configurées)

Abis over HDLC : on configure la carte GEHUB qui fournit des ports E1/T1 et permet au BSC de se connecter même à des BTS Hub.

Figure 0.5 : Abis over HDLC (GEHUB configurée)

Abis over IP : on configure la carte GFGUB qui permet la connexion avec le routeur d’accès.

Figure 0.6 : Abis over IP (MSTP & IP/MPLS/VPN avec GFGUB configurée)

Après avoir installé le hardware du BSC, la phase de l’installation du software peut commencer. C’est dans cette phase qu’on installe le logiciel LMT à partir duquel on déclare toutes


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les BTS connectées au BSC et on configure leurs paramètres. Ci-après le processus de configuration des BTS à partir du BSC LMT : 1. On lancer le logiciel BSC6000LMT, on va à l’onglet « Management Tree » et on choisit BSC6000, puis on va à l’onglet « BSC Device Panel » et on clique droit sur « GEIUB » (interface Abis) ou le site doit être ajouté et on clique « Add Site ». La boite de dialogue suivante s’affiche.

Figure 0.7 : Ajout d’un site

2. On clique sur « Add Site » pour ajouter un nouveau site et une autres fenêtre vous invite à remplir les informations nécessaires sur ce site, comme le nom et le type.


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Figure 0.8 : Information du le site à créer

3. Une fois le site ajouté, nous remarquons que le logiciel le reconnaît et l’attribue au BSC comme illustré dans la figure suivante.

Figure 0.9 : Nouveau site ajouté reconnu

4. Ensuite, on déclare les différents secteurs de ce site en cliquant sur « Add Cell ». Un fenêtre s’affiche demandant de remplir les informations les secteurs ajoutés.


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Figure 0.10 : Information sur les secteurs ajoutés

5. Après avoir ajouté les secteurs, il faudra configurer leurs attributs en cliquant sur « Configure Site Attributes ». Ceci va nous permettre d’ajouter les unités DRFU ou GRFU et de configurer les fréquences et les autres paramètres.

Figure 0.11 : Ajout des DRFU ou GRFU


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Figure 0.12 : Configuration des paramètres du secteur

Pour des raisons de confidentialité, nous n’allons pas expliquer tout le processus de configuration des BTS et du BSC via le logiciel LMT. En effet, on se contentera de présenter les quelques figures précédentes juste pour avoir une idée de cette configuration.

2. Apport de la solution HUAWEI pour la cohabitation : Afin de réduire les coûts d’opérations, l’équipementier HUAWEI prend en considération les interférences mutuelles entre les systèmes en cas de cohabitation. En effet, plusieurs mesures ont été prises dans la conception des stations de base du GSM pour remédier à ce fléau qui se manifeste dans notre cas dans les interférences avec un système CDMA. Parmi ces mesures : Utilisation des amplificateurs de puissance linéaire (Linear Power Amplifier) qui réduisent considérablement les composantes de puissance CDMA émises qui tombent dans la bande du récepteur GSM Utilisation des filtres média à bande étroite (Narrow Band Media Filter) qui sont intégrés dans les BTS et qui sont adoptés pour la conduite du filtrage pour chaque fréquence d'émission. Ce type de filtre à bande étroite apporte beaucoup d'atténuation hors bande de telle sorte qu'ils réduisent considérablement les fausses composantes qui tombent dans


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la bande de réception du GSM, et d'abaisser en conséquence les exigences relatives aux distance de séparation entre les antennes GSM et CDMA. Il est à noter que ce type de filtres réduit la puissance des émissions parasites jusqu’à un seuil de -86[dBm]/100[Khz] dans la bandes 890-909 [Mhz] et un seuil de -110[dBm]/100[Khz], ce qui réduit l’exigence en isolement entre les antennes.

2.1. Cas normal : Généralement, le niveau de puissance qui ne cause pas d’influence sur le GSM est de -132[dBm]/100[Khz], car à ce niveau l’impact sur la sensibilité du récepteur GSM est au dessous de 0.1 [dB]. Dans ce cas normal, l’isolation entre les deux antennes CDMA et GSM doit être au mois 46 [dB]. En effet, vu cette exigence, les distances de séparation horizontale et verticale entre les antennes sont données par les deux formules traitées précédemment qui donnent les résultats suivants : Séparation horizontale : Les deux systèmes CDMA et GSM adopte presque les mêmes antennes. Généralement, on prend les gains mutuels des antennes égales à zéro pour simplifier les calculs. On suppose qu’on opère à la fréquence f = 878 [Mhz] (ceci pour des raisons de confidentialité pourtant cette fréquence n’est pas prise au hasard mais répond bien aux calculs relatifs à un système CDMA puisque elle se trouve dans la plage concernée par les interférences). Le calcul est le suivant : IH = 22 + 20×log(dh/λ) = 46 [dB] 46 = 22 + 20×log(dh×C/f)) dh = 5.4 [m] Ceci avec C la célérité de la lumière 3.10exp(8)

Figure 0.13 : Disposition horizontale des antennes


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Le calcul donne une distance de séparation horizontale entre antennes de 5.4 [m], ce qui est très large et par conséquent lourd à réaliser en pratique. Séparation verticale : On a les même hypothèses : les deux systèmes CDMA et GSM adopte presque les mêmes antennes. On suppose qu’on opère à la fréquence f = 878 [Mhz] (ceci pour des raisons de confidentialité pourtant cette fréquence n’est pas prise au hasard mais répond bien aux calculs relatifs à un système CDMA puisque elle se trouve dans la plage concernée par les interférences). Le calcul est le suivant : IV = 28 + 40×log(dv/λ) = 46 [dB] 46 = 28 + 40×log(dv×C/f)) dv = 0.96 [m] Ceci avec C la célérité de la lumière 3.10exp(8)

Figure 0.14 : Disposition verticale des antennes

Le calcul donne une distance de séparation verticale entre antennes de presque 1 [m], ce qui est faisable en réalité. On opte généralement pour une disposition d’antennes en verticale vu cette contrainte de distances.

2.2. Cas des solutions de HUAWEI : Dans le cas de l’utilisation des équipements de HUAWEI, telle la série des BTS3900, avec les suppléments cités précédemment, à savoir, les filtres et les amplificateurs dédiés à ce genre de problème, L’opérateur concerné, peut apporter énormément de gain en terme d’espace dans ses sites de co-siting. En effet, ces équipement permettent de réduire la barre du découplage nécessaire jusqu’à 22 [dB] seulement. Les calculs suivants montre bien l’apport des ces solutions que ce soit en disposition horizontale ou verticale : Séparation horizontale :


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Sous les même hypothèses : les deux systèmes CDMA et GSM adopte presque les mêmes antennes. On suppose qu’on opère à la fréquence f = 878 [Mhz] (ceci pour des raisons de confidentialité pourtant cette fréquence n’est pas prise au hasard mais répond bien aux calculs

relatifs à un système CDMA puisque elle se trouve dans la plage concernée par les interférences). Le calcul est le suivant : IV = 22 + 20×log (dh/λ) = 22 [dB] 22 = 22 + 20×log (dh×C/f)) dh = 0.34 [m] Ceci avec C étant la célérité de la lumière 3.10exp(8) Le calcul donne une distance de séparation horizontale entre antennes de presque 34 [cm], ce qui est très optimisé par rapport au cas normal. Séparation verticale : De même, sous les même hypothèses : les deux systèmes CDMA et GSM adopte presque les mêmes antennes. On suppose qu’on opère à la fréquence f = 878 [Mhz] (ceci pour des raisons de confidentialité pourtant cette fréquence n’est pas prise au hasard mais répond bien aux calculs relatifs à un système CDMA puisque elle se trouve dans la plage concernée par les interférences). Le calcul est le suivant : IV = 28 + 40×log (dv/λ) = 22 [dB] 22 = 28 + 40×log (dv×C/f)) dv = 0.17 [m] Ceci avec C étant la célérité de la lumière 3.10exp(8) Le calcul donne une distance de séparation verticale entre antennes de presque 17 [cm], ce qui est très optimisé par rapport au cas normal.

Conclusion : Le déploiement du BSS du réseau GSM/GPRS de l’opérateur client est un processus crucial, faisant intervenir beaucoup d’opérations successives et parfois qui se chevauchent. Ceci dit que c’est un travail qui demande énormément de gestion coûts et de délais pour éviter tout traînage ou retard.


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Dans ce chapitre, on présenté tout le processus de déploiement d’un sous-système radio (BSS) : le site survey, l’installation et l’intégration. En effet, l’un des problèmes majeurs dans notre cas est celui des interférences d’origine du réseau CDMA déjà existant sur les mêmes sites car le GSM et le CDMA seront en situation de co-siting.


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Conclusion et générale Le déploiement de la partie sous-système radio est un chantier mené par HUAWEI parmi d’autres comme le déploiement du réseau cœur CS (Circuit Switched) et PS (Packet Switched). Ces chantiers s’inscrivent dans l’optique de la mise en place du nouveau réseau 2G de l’opérateur. Au cours de notre projet de fin d’études, nous avons été amenés à travailler au sein d’une équipe conviviale, pour le moins qu’on puisse dire. Aussi, l’apprentissage du métier de l’ingénieur a été facilité par les orientations spécifiques au besoin de l’encadrement et à l’intégration dans l’environnement professionnel. Notre travail avait pour objectifs finaux d’installer un réseau d’accès 2G et la proposition de solution pour le co-siting des deux systèmes GSM et CDMA. En effet, notre projet de fin d’études a été très enrichissant à tous les niveaux, que cela soit au niveau technique ou au niveau humain et relationnel. Durant notre période de stage nous avons acquis une expérience professionnelle importante ainsi qu’une aisance relationnelle, ce qui nous permettra d’affronter le monde du travail avec plus de facilité et de confiance. Comme perspectives nous proposons, dès la fin du déploiement du réseau 2G, de penser à passer au déploiement de la norme 3G WCDMA offrant plus de services mobiles aux utilisateurs. Certes, le choix judicieux des équipements installés permet une évolution simple et facile de la 2G à la 3G. Par conséquent, le réseau 3G CDMA déjà existant va être réservé juste au service de donnée tel internet.


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Table des figures Figure 1.1 : Architecture du GSM/GPRS____________________________________________ 16 Figure 1.2 : Bandes de fréquence des différentes technologies du GSM ___________________________ 19 Figure 1.3 : Combinaison du TDMA et FDMA _______________________________________ 21 Figure 1.4 : Types de trames TDMA _______________________________________________ 22 Figure 1.5 : Types de bursts et leurs formats ___________________________________________ 24 Figure 1.6 : Muliplexage de canaux logiques dans un canal physique ___________________________ 25 Figure 1.7 : Configuration standard (3 zones de localisation avec 1,3 et 5 BTSs) ___________________ 29 Figure 1.8 : Configuration en parapluie ______________________________________________ 30 Figure 1.9 : BTS tri-sectorielle ____________________________________________________ 30 Figure 1.10 : Trame MIC _______________________________________________________ 31 Figure 1.11 : Format des trames LAPD _____________________________________________ 33 Figure 1.12 : Schéma bloc d’un BSC ________________________________________________ 34 Figure 2.1 : Site d’accès BTS (type particulier) __________________________________________ 37 Figure 2.2 : Architecture d’un site __________________________________________________ 37 Figure 2.3 : Chemin du feeder dans le shelter ___________________________________________ 38 Figure 2.4 : Placement du BSC dans le site ____________________________________________ 38 Figure 2.5 : Architecture du BSS de l’opérateur _________________________________________ 39 Figure 2.6 : Structure de la BTS3900 _______________________________________________ 42 Figure 2.7 : Structure physique de BTS3900/BTS3900A _________________________________ 44 Figure 2.8 : Structure logique de BTS3900/BTS3900A __________________________________ 45 Figure 2.9 : Modules de la DBS3900 _______________________________________________ 46 Figure 2.10 : Architecture de la DBS3900 ____________________________________________ 47 Figure 2.11 : Apparence du BSC6000 ______________________________________________ 48 Figure 2.12 : Structure physique d’un BSC6000 ________________________________________ 49 Figure 2.13 : Structure logique du BSC600 ___________________________________________ 51 Figure 2.14 : Situation de co-siting _________________________________________________ 52 Figure 2.15 : Bandes GSM et CDMA adjacentes _______________________________________ 53 Figure 2.16 : Rayonnement parasite (spurious) d’émission __________________________________ 54 Figure 2.17 : Blocage du récepteur __________________________________________________ 54 Figure 2.18 : Caractéristique de transfert non-linéaire d’un amplificateur de puissance ________________ 55 Figure 2.19 : Spectre de sortie avec des produits d’intermodulation _____________________________ 56 Figure 2.20 : Isolation composée ___________________________________________________ 57 Figure 2.21 : Séparation verticale et horizontale entre antenne ________________________________ 58 Figure 2.22 : Découplage d’air ____________________________________________________ 60 Figure 2.23 : Découplage avec diplexeurs _____________________________________________ 61 Figure 2.24 : Découplage avec filtre externe ____________________________________________ 62 Figure 2.25 : Découplage avec deux diplexeurs __________________________________________ 63 Figure 3.1 : Phases du déploiement du BSS ____________________________________________ 67 Figure 3.2 : Implémentation de la BTS3900 (en indoor) ___________________________________ 70 Figure 3.3 : Implémentation de la DBS3900 __________________________________________ 71 Figure 3.4 : Abis over TDM (GEIUB et GOIUB configurées) ______________________________ 76 Projet de fin d’études

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Figure 3.5 : Abis over HDLC (GEHUB configurée) ____________________________________ 76 Figure 3.6 : Abis over IP (MSTP & IP/MPLS/VPN avec GFGUB configurée) ________________ 76 Figure 3.7 : Ajout d’un site ______________________________________________________ 77 Figure 3.8 : Information du le site à créer _____________________________________________ 78 Figure 3.9 : Nouveau site ajouté reconnu ______________________________________________ 78 Figure 3.10 : Information sur les secteurs ajoutés ________________________________________ 79 Figure 3.11 : Ajout des DRFU ou GRFU ___________________________________________ 79 Figure 3.12 : Configuration des paramètres du secteur _____________________________________ 80 Figure 3.13 : Disposition horizontale des antennes _______________________________________ 81 Figure 3.14 : Disposition verticale des antennes _________________________________________ 82


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Liste des tableaux Tableau 1.1 : Comparaison entre GSM et DCS ________________________________________ 14 Tableau 1.2 : Schémas de codage et débits en GPRS ______________________________________ 21 Tableau 1.3 : Canaux dédiés _____________________________________________________ 25 Tableau 1.4 : Canaux non-dédiés de diffusion __________________________________________ 26 Tableau 1.5 : Canaux non-dédiés communs de contrôle ____________________________________ 27 Tableau 1.6 : Correspondance des anaux GSM/GPRS ___________________________________ 27 Tableau 1.7 : Principales trames LAPD _____________________________________________ 32 Tableau 2.1 : Limite des puissances parasites dans la bande CDMA __________________________ 58 Tableau 2.2 : Limitation des puissances parasites de l’émetteur CDMA _________________________ 59 Tableau 2.3 : Limite des puissances parasites dans la bande GSM ____________________________ 59 Tableau 2.4 : Récapitulatif sur les solutions proposées _____________________________________ 64 Tableau 3.1 : Quelques spécifications de capacité du BSC6000 _______________________________ 72 Tableau 3.2 : Nombre de RRU3004 pour chaque configuration ______________________________ 75


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Glossaire A AuC: Authentication Center AMPS: Advanced Mobile Phone System B BSS: Base Station Sub-system BTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller BBU: Base Band Unit C CDMA: Code Division Multiple Access CEPT: Conférence Européenne des Postes et Télécommunication D DBS: Distributed Base Station DCDU: DC Distribution Unit DDF: Digital Distribution Frame E EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution EIR: Equipment Identity Register ETSI: European Telecommunication Standard Institute F FDMA: Frequency Division Multiple Access


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FDD: Frequency Division Duplex FCS: Frame Check Sequence FE: Fast Ethernet G GSM: Global System for Mobile communication GPRS: General Packet Radio Service GMSC: Gateway Service Switching Controller GGSN: Gateway GPRS Support Node GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying GE: Géga Ethernet H HLR: Home Location Register HSCSD: High Speed Circuit Switched Data I IP: Internet Protocol L LMT: Local Maintenance Terminal LAPD: Link Access Protocol-D channel M MSC: Mobile Service Switching Center MIC: Modulation par Impulsion Codée MAC: Medium Access Control MSTP: Multi Service Transport Protocol


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N NSS: Network Sub-System O ODF: Optical Distribution Frame P PCU: Packet Control Unit PLMN: Public Land Mobile Network PDMA: Polarization Division Medium Access PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy PCM: Pulse and Coding Modulation R RLC: Radio Link Protocol RNIS: Réseau Numérique à Intégration de Services RFU: Radio Frequency Unit S SIM: Subscriber Identity Mobile SGSN: Serving GPRS Support Node SDMA: Spatial Division Medium Access SS7: Signaling System #7 SAPI: Service Access Point Identifier SDH : Synchronous Digital Hierarchy T TRAU: Transcoding Rate and Adaptation Unit


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TDMA: Time Division Multiple Access TCE: Terminal Control Element U UMTS: Universal Mobile Telecommunications System V VLR: Visitor Location Register


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Bibliographie [1] Presse électronique, 6 Février 2009 [2] www.zain.com, 15 Mars 2009 [3] Gunnar Heine, GSM Networks: Protocols, Terminology and Implementation, Artich house, Boston London [4] Javier Sanchez, UMTS, 2ème éddition, Mars 2004 [5] Xavier Lagrange, Philippe Godlewski, et Sami Tabbane, Réseau GSM, 5ème édition [6] Document HUAWEI, Survey of wireless base station, 30 Juliet 2007 [7] Document HUAWEI, BTS3900 GSM V300R008 Product Description, 20 Novembre 2008 [8] Document HUAWEI, DBS3900 GSM V300R008 Product Description, 5 Septembre 2008 [9] Document HUAWEI, HUAWEI BSC6000 Base Station Controller V900R008C01 BSC Product Description, 30 juin 2008 [10] David bouquet, GSM900, GSM1800 and UMTS FDD Cositing analysis, 22 Mai 2003 [11] Commission consultative de compatibilité du spectre, Etude de la CCE sur l’ingénierie des sites radioélectriques, 26 Septembre 2001 [12] Bai Peng, Solutions to G/C Interference, Huawei Document [13] www.support.huawei.com/huawei_cosite_solution/view.do.htm [14] 3GPP Document, 3GPP TS 05.05 V8.17.0, Novembre 2004 [15] 3GPP2 Document, 3GPP2 C.S0010-0, Décembre 1999 [16] Xie Lie, Costumer 2G Project, Avril 2009


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Annexe Quelques équipements auxiliaires Cette annexe présente quelques équipements auxiliaires utilisés avec les équipements de télécommunication tel les BTS et les BSC. Ces équipements sont présents sur chaque site soit pour assurer les connexions ou la sécurité des équipements :

Boitier d’alarmes :

DDF (Digital Distribution Frame):


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Le DDF est un cabinet qui assure les connexions entre les différents câbles E1 (2 Mbits/s) avant de les rassembler tous pour les acheminer vers un équipement de transmission. La figure à gauche illustre l’apparence de ce cabinet utilisé par l’équipementier HUAWEI.

ODF (Optical Distribution Frame): L’ODF

est

un

cabinet

qui

assure

les

connexions entre les différents câbles en fibre optiques avant de les rassembler tous pour les acheminer vers un équipement de transmission. La figure à gauche illustre l’apparence de ce cabinet utilisé par l’équipementier HUAWEI.


INPT 2009

95

Etude Et Déploiement Des Équipements BTS Et BSC Dans Un Réseau 2G

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