Université Abdelmalek Essaadi Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan
Mémoire de Fin d’Etudes Pour l’obtention du diplôme
D’Ingénieur d’Etat Génie des Systèmes des Télécommunications et Réseaux(GSTR) Promotion 2008 – 2011
Optimisation du réseau 3G en corrélation avec les statistiques et les KPI’S
Mlle. Khaoula EL HABIB Soutenance le 28 Juin 2011 Membres de jury : Pr. Otman CHAKKOR Pr. Abdellah FELLAHI Pr. Souhaib AAMOU
Encadrant ENSA Tétouan ENSA Tétouan ENS Martile
Année Scolaire : 2010-2011
2
Les opérateurs télécoms cherchent toujours à satisfaire d’une part leurs clients d’autre part ils tentent d’acquérir une utilisation optimale des équipements déployés ainsi l’optimisation des réseaux est devenue indispensable. Ce projet de fin d’étude consiste à optimiser le réseau 3G de Méditel, dont la zone d’étude est une zone située au centre de la ville de Fès. Pour mener à bien ce travail, il a d’abord été question de passer une période d'apprentissage sur les différents systèmes de communication (3G), ses principaux composants, et ses fondamentales caractéristiques radios. Puis l’adaptation à l’environnement de suivi des indicateurs de qualité et de l’analyse des drives tests ont été nécessaires. Au terme de Ce travail, une procédure d’optimisation a été appliquée à la région étudiée (Centre de Fès).
The telecom operators are still trying to satisfy their customers, and at the same time make optimum use of equipment deployed, that’s why the optimization of networks is essential, and it involves several processes of radio resources optimization. This project graduation is to optimize the network 3G of Méditel, the study area is an area of the center of Fès city. To carry out this work, we start by a period of learning about the different communication systems (3G), its main components, and its fundamental radio characteristics. Then the adaptation to environmental monitoring of quality indicators and analysis of drives test were needed. Upon completion of this work, an optimization procedure was applied to the area studied.
ىٖزا اىسبب، ٗفي اى٘قج ّفسٔ االسخفادة األٍثو ٍِ ٍؼذاحٖا،ال حضاه ششماث االحصاالث حسؼى إلسضاء صبْائٖا . ٗيخٌ اسخخذاً ٍجَ٘ػت ٍِ اىسيشٗساث ىخحسيِ اسخغاله اىَ٘اسد،حؼخبش ػقيْت ٗححسِ اىشبناث أٍشا أساسيا ٗرىل في ٍْطقت،اىجيو اىثاىث ىششمت ٍيذيخيوٕزٓ اىذساست اىْٖائيت ىَششٗع اىخخشج ححج ػْ٘اُ ححسيِ شبنت .ٗسط ٍذيْت فاط ، ٗ ٍنّ٘احٖا اىشئيسيت، حٌ اىبذء بفخشة ٍِ اىَطاىؼت ػيى أّظَت االحصاالث ىيجيو اىثاىث،ىخْفيز ٕزا اىبحث ِماّج ْٕاك حاجت إىى اىخأقيٌ ٍغ أّظَت ٗ أدٗاث اىخحييو اىَسخؼَيت خاله ػَييت ححسيٌ ث.ٗخصائصٖا األساسيت ٗ إجشاء اىخحسيِ حٌ حط٘يشٓ ٗ حطبيقٔ ػيى ػذة، ٗػْذ االّخٖاء ٍِ ٕزٓ اىَشحيت.ٍؤششاث اىج٘دة ٗ ٍساساث االخخباس حاالث ٍيَ٘ست
3
Dédicace
A ma chère mère A mon cher père Respect, amour, reconnaissance, sont les moindres sentiments que je puisse vous témoigner. Aucune dédicace ne saurait exprimer mon respect, ma considération et ma grande admiration. Que dieu vous garde.
A ma chère famille Symbole de ma sûreté et ma sécurité.
A tous mes professeurs qui m’ont enseigné Puisse ce modeste travail vous exprimer ma profonde reconnaissance, mon respect et mon Admiration sans limites à votre égard. Khaoula EL HABIB 4
Remerciement
Au nom d'Allah le tout miséricordieux, le très miséricordieux.
Ce travail, ainsi accomplie, n'aurait point pu arriver à terme, sans l'aide et le soutien et tout le guidage d'Allah, louange au tout miséricordieux; le Seigneur de l'univers. En second lieu, je tiens à remercier toute personne ayant aidé, de près ou de loin à l'achèvement de notre étude, et en particulier de notre période de stage de fin d'étude et de ce projet. Je remercie en premier lieu, mes parents qui ne préservent aucun effort pour me voir escalader à pas sûrs la montagne du savoir, et dépasser tous les obstacles vers l'amélioration. Tout mot dit, je ne les remercierai jamais assez.
Ensuite, Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à tout le corps professionnelle qui m’a amené jusqu'à ce point ci. Je remercie En particulier, mes chers professeurs qui font partie de mon jury, je remercie infiniment Monsieur Otman CHAKKOR mon professeur au sein de l’école, pour ses conseils, son soutien, et son encadrement. Ensuite Je tiens à adresser mes sincères remerciements ainsi que mes sentiments les plus respectueux à mon encadrant externe Mr Ismail NAIMI ingénieur radio qui a mis à ma disposition toutes les ressources nécessaires pour le bon déroulement de ce travail et qui n’a pas hésité un instant à m’orienter avec ces précieuses directives et ces judicieux conseils. Aussi, je remercie l’ensemble du personnel du département radio de Méditelecom sur leur tête Mourad HACHAMI Manager Réseau Radio, et Mr. Fouad MOUSTADRAF ingénieur radio pour les précieux conseils qu’ils ont pu me prodiguer au cours de la période de mon stage.
Enfin, je voudrais rendre hommage à toutes les personnes qui n'ont pas hésité à m’aider d’une manière ou d’une autre durant mon stage.
5
Table des matières Introduction générale ................................................................................................................ 13
1er Chapitre: Le Réseau UMTS Introduction : ............................................................................................................................ 15 1.
La 3G : .............................................................................................................................. 15 1.1.
L’évolution de la téléphonie mobile : ........................................................................ 15
1.2. 2.
Architecture générale de l’UMTS ..................................................................................... 17 2.1.
Le domaine de l'équipement usager (UE): ................................................................ 18
2.2.
Réseau d’accès UTRAN ............................................................................................ 19
2.2.1.
RNC :.................................................................................................................. 19
2.2.2.
Node B : ............................................................................................................. 21
2.2.3.
Architecture en couches de l’interface Radio UTRAN : .................................... 21
2.3.
3.
Réseau Cœur UMTS .................................................................................................. 23
2.3.1.
Le domaine CS : ................................................................................................. 23
2.3.2.
Le domaine PS : ................................................................................................. 24
2.3.3.
Les éléments communs : .................................................................................... 24
Les canaux et les interfaces UMTS : ................................................................................ 24 3.1.
Les canaux UMTS : ................................................................................................... 24
3.1.1.
Canaux logiques : ............................................................................................... 25
3.1.2.
Canaux de transport :.......................................................................................... 25
3.1.3.
Canaux physiques:.............................................................................................. 27
3.2.
4.
Plan de fréquence IMT2000 : ................................................................................ 16
Interfaces de l’UTRAN: ............................................................................................ 27
3.2.1.
L'interface Uu : ................................................................................................... 28
3.2.2.
L'interface Iu : .................................................................................................... 28
3.2.3.
L'interface Iub : .................................................................................................. 28
3.2.4.
L'interface Iur : ................................................................................................... 28
Méthodes d’accès radio : WCDMA .................................................................................. 28 4.1.
Codes utilisés : ........................................................................................................... 29
4.1.1.
Codes d’étalement : ............................................................................................ 29
4.1.2.
Scrambling Code : .............................................................................................. 30
4.2.
Le contrôle de puissance : ......................................................................................... 30
4.2.1.
Contrôle de puissance open-Loop (Slow) : ........................................................ 31 6
5.
4.2.2.
Contrôle de puissance inner-Loop (Fast) : ......................................................... 31
4.2.3.
Contrôle de puissance outer-Loop : ................................................................... 32
Le Handover dans le réseau UMTS : ................................................................................ 32 5.1.
Le soft/softer Handover : ........................................................................................... 32
5.2.
Le Hard Handover ..................................................................................................... 33
5.3.
Handover inter-système : ........................................................................................... 34
5.4.
Les mesures du handover: ......................................................................................... 35
Conclusion :.............................................................................................................................. 36
2ème Chapitre : Notion de la QoS, d’indicateurs de Performance KPI, et des Drives Test Introduction .............................................................................................................................. 38 1.
La qualité de service dans les réseaux UMTS: ................................................................. 38 1.1.
Architecture : ............................................................................................................. 38
1.2.
Les classes de services:.............................................................................................. 40
1.2.1.
La classe A ou Conversational: .......................................................................... 41
1.2.2.
La classe B ou Streaming: .................................................................................. 41
1.2.3.
La classe C ou interactive: ................................................................................. 41
1.2.4.
La classe D ou Background :.............................................................................. 42
1.3. 2.
Statistiques et indicateurs clés de performance : .............................................................. 43 2.1.
Statistiques : ............................................................................................................... 43
2.1.1.
Utilisation des statistiques : ................................................................................ 43
2.1.2.
Principe d'extraction des statistiques: ................................................................. 44
2.2.
3.
Les attributs du RAB: ................................................................................................ 42
Compteurs et les indicateurs clés de performance : .................................................. 45
2.2.1.
Compteurs : ........................................................................................................ 45
2.2.2.
Indicateurs Clés de Performance : ...................................................................... 45
2.2.3.
Formule: ............................................................................................................. 46
Les Classes des Indicateurs 3G: ........................................................................................ 46 3.1.
L’accessibilité au service: .......................................................................................... 46
3.2.
La Maintenabilité du service: .................................................................................... 47
3.3.
Charge et utilisation : ................................................................................................. 47
3.4.
Intégrité du service : .................................................................................................. 47
3.5.
Disponibilité : ............................................................................................................ 48
3.6.
Mobilité : ................................................................................................................... 48 7
3.7. 4.
Quelques KPI de l’UTRAN : ............................................................................................ 49 4.1.
Accessibility Success rate :........................................................................................ 49
4.2.
Coupure d’appel : ...................................................................................................... 51
4.3.
Handover : ................................................................................................................. 52
4.3.1.
Soft/Softer Handover : ....................................................................................... 52
4.3.2.
Le Hard Handover : ............................................................................................ 53
4.3.3.
Le Handover Inter-Système : ............................................................................. 53
4.4. 5.
Exeemple de quelques KPI et leur marge acceptable : .............................................. 49
Trafic : ....................................................................................................................... 55
Le Drive Test : .................................................................................................................. 55
Conclusion ................................................................................................................................ 58
3ème Chapitre: Processus d’optimisation 3G Introduction .............................................................................................................................. 60 1.
Optimisation radio: ........................................................................................................... 60 1.1.
Objectif de l’optimisation radio: ................................................................................ 60
1.2.
Schéma général du processus de l’optimisation: ....................................................... 60
2.
Présentation du projet: ...................................................................................................... 61
3.
OPTIMA: .......................................................................................................................... 63
4.
5.
3.1.
Présentation générale d’OPTIMA: ............................................................................ 63
3.2.
L’architecture de l’outil statistique OPTIMA de Méditel: ........................................ 63
3.3.
Analyse des KPI : ...................................................................................................... 64
3.3.1.
Accessibilité : ..................................................................................................... 64
3.3.2.
La maintenabilité : .............................................................................................. 66
3.3.3.
Charge et utilisation : ......................................................................................... 67
TEMS: ............................................................................................................................... 67 4.1.
Le canal pilote CPICH:.............................................................................................. 68
4.2.
Blocage d’appels (Accessibilité): .............................................................................. 69
4.3.
Coupure d’appels (Maintenabilité) : .......................................................................... 72
Traitement de la zone étudiée : ......................................................................................... 77 5.1.
Analyse de couverture : ............................................................................................. 78
5.2.
Analyse du rapport Ec/N0 : ....................................................................................... 79
5.3.
Analyse et Solution :.................................................................................................. 79
Conclusion ................................................................................................................................ 81 8
Acronyme ................................................................................................................................. 83 Bibliographies .......................................................................................................................... 85 Annexes .................................................................................................................................... 86
9
Tables des figures Figure 1: Evolution des réseaux mobiles ................................................................................. 16 Figure 2: Bande de fréquences pour l’IMT2000 ...................................................................... 17 Figure 3: l’architecture globale de l’UMTS ............................................................................. 17 Figure 4: l'équipement usager .................................................................................................. 18 Figure 5: Architecture du réseau RNS ..................................................................................... 19 Figure 6: principe du drift / serving RNC ................................................................................ 20 Figure 7: Exemple Node B ....................................................................................................... 21 Figure 8: Les couches protocolaires de l’interface radio UTRAN ........................................... 21 Figure 9: Architecture Réseau Cœur ........................................................................................ 23 Figure 10: Les canaux en UMTS ............................................................................................. 24 Figure 12: les interfaces de l’UTRAN ..................................................................................... 27 Figure 13: Etalement – Modulation ......................................................................................... 29 Figure 14: Multiplexage du codage .......................................................................................... 30 Figure 15: Le mécanisme de scrambling.................................................................................. 30 Figure 16: Les types du contrôle de puissance ......................................................................... 31 Figure 17: Le Mécanisme du softer/soft Handover dans l’UMTS ........................................... 33 Figure 18: Le Hard Handover .................................................................................................. 34 Figure 19: Handover Inter-système .......................................................................................... 35 Figure 20: La QoS dans un réseau UMTS ............................................................................... 39 Figure 21: Les classes de service en UMTS............................................................................. 41 Figure 22: Mécanisme d’extraction des KPIs .......................................................................... 45 Figure 23:Les messages de signalisation de l’établissement d’une connexion RRC ............... 50 Figure 24: Les messages de signalisation associés au RAB .................................................... 51 Figure 25: Les causes de coupure d’appel ............................................................................... 51 Figure 26: Les messages de signalisation échangés lors du Soft/Softer Handover ................. 52 Figure 27: Les messages de signalisation échangés lors du Hard Handover ........................... 53 Figure 28: Les messages de signalisation échangés lors du Handover inter-système.............. 54 Figure 29: Exemple d’un échec d’un Handover inter-système ................................................ 54 Figure 30: chaine de mesure ..................................................................................................... 55 Figure 31: Connexion des équipements ................................................................................... 56 Figure 32: schéma général du processus d’optimisation .......................................................... 61 Figure 33: cartographie de la ville de FES ............................................................................... 62 10
Figure 34: le graphe de l'accessibilité ...................................................................................... 65 Figure 35: les taux acceptables................................................................................................. 65 Figure 36: Accessibilité au niveau RRC et RAB ..................................................................... 66 Figure 37: Les taux de coupures .............................................................................................. 66 Figure 38: marge de taux de coupure ....................................................................................... 67 Figure 39: Le trafic de la voix .................................................................................................. 67 Figure 40: Prise d'écran TEMS problème de blocage d'appel .................................................. 70 Figure 41: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture ... 71 Figure 42: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Congestion.................. 72 Figure 43: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de manque de voisine ...... 73 Figure 44: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture ... 74 Figure 45: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Pilot Pollution ............. 75 Figure 46: Problème Radio ...................................................................................................... 75 Figure 47: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de congestion................... 76 Figure 48: Autre problème de coupure d'appel ........................................................................ 77 Figure 49: Plot du RSCP lors du drive test .............................................................................. 78 Figure 50: Autre Plot du RSCP lors du Drive Test .................................................................. 78 Figure 51: Plot de l’EcNo lors du drive test ............................................................................. 79 Figure 52: les amélioration apportées au niveau RSCP ........................................................... 81 Figure 53: schéma d’un site ..................................................................................................... 87 Figure 54: schéma d’une antenne à tilt éléctrique .................................................................... 88 Figure 55: Ajustement de l’azimut de l’antenne ...................................................................... 88
11
Tables des tableaux Tableau 1: Les canaux logique de l’UMTS ............................................................................. 25 Tableau 2: Les canaux de transport de l’UMTS ...................................................................... 26 Tableau 3: les classes de QoS de l’UMTS ............................................................................... 42 Tableau 4: Valeurs de quelques KPI ........................................................................................ 49 Tableau 5:La couverture classée par niveaux........................................................................... 69 Tableau 6: Tableau résumant l’analyse des problèmes rencontrés lors du Drive Test ............ 80
12
Introduction générale En matière de télécommunications mobiles, l'évolution est remarquablement exponentielle. Depuis le début des années 1980, le marché des communications mobiles s'est développé au delà de toutes les attentes, répondant d’une part aux besoins du public et d’une autre part aux exigences des opérateurs dans un souci d’assurer la continuité des services avec une meilleure qualité, pallier aux problèmes qui surgissent et suivre l’évolution de la clientèle. C’est dans cette perspective que Méditelecom accorde une grande importance à l’optimisation de son réseau. Le processus d’optimisation des réseaux radio mobiles (3G) est indispensable afin d’aboutir à une meilleure couverture et une qualité de service satisfaisante. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce stage de fin d’études, dont l’objectif est d’optimiser une région dans la ville de Fès en se basant sur l’étude des statistiques, des KPIs ainsi qu’à l’analyse des Drives Test réalisés.
Le présent rapport est organisé de la manière suivante: le premier chapitre est consacré à l’étude théorique des principes de bases du réseau mobile 3G, ainsi que ses principales fonctionnalités utilisées dans le réseau Méditel.
Le second chapitre défini la Qualité de Service (QoS) : son architecture, ses classes et ces attributs ainsi que la définition du rôle que jouent les statistiques et les KPI et enfin le principe des Drives Test. Le troisième et dernier chapitre comprend l’étude réelle de la zone du centre de la ville de Fès : coté KPI’s et coté Drive Test. Ainsi que les solutions proposées.
13
1er Chapitre: Le Réseau UMTS
14
Introduction : L’UMTS est une technologie de la troisième génération développée au sein de l’organisme 3GPP (Third Generation Partnership Project) .Cette technologie a révolutionné les réseaux mobiles. Elle a été mise en service en 2004 sous sa première version la Release 99 (R99), elle s’avérait nécessaire vu les limitations des systèmes de deuxième génération en terme de débit et de services. L’UMTS permet à la fois la téléphonie mobile et la transmission des données avec un débit théorique allant jusqu’à 2 Mbps et un débit réel de l’ordre de 384 Kbits/s et fonctionne sous la bande de fréquence 1900MHz-2200MHz. L’UMTS a pour but de bien exploiter une bande de fréquence pour faire transiter davantage de données et donc obtenir un débit plus important. Donc, l’utilisateur peut se bénéficier de plusieurs services avec un haut débit tels que l’accès à internet et le téléchargement des fichiers vidéo.
1. La 3G : 1.1. L’évolution de la téléphonie mobile : La téléphonie mobile a progressivement évolué des réseaux 1G analogiques et non cellulaires vers les réseaux 2G numériques et cellulaires, dont la mise en place s'est accélérée dans les années 90 grâce à des décisions communes établies par le groupe GSM. De réseau de transmission de services voix, un cadre technique s'est mis en place pour proposer aussi le transfert de données à des débits plus importants grâce à une gestion différente, par paquets, des informations échangées. Cela a permis de voir émerger la technologie 2,5G avec le GPRS, puis 2,75G grâce à la technologie EDGE, ces deux dernières continuant à profiter de l'infrastructure existante 2G du GSM. Le débit proposé reste faible (200 Kbit/s) par rapport aux offres filaires (512 Kbit/s et au-delà pour l’ADSL). Pour aller plus loin et proposer des services dépassant le cadre de la consultation WAP1 ou de la réception d'emails et se rapprocher de ceux utilisés sur les ordinateurs, il a fallu changer d'architecture. Distincte des modes de transmission antérieurs, elle est qualifiée de 3G, ou réseau de troisième génération. Presque dans le même temps, la Chine, dont l'activité économique connaît un bouleversement sans précédent depuis les années 2000, préfère faire bande à part et 1
Est un protocole de communication qui permet d'accéder à Internet à partir d'un appareil de transmission sans
fil, comme par exemple un téléphone portable ou un assistant personnel.
15
constituer de toute pièce son propre standard 3G : c'est le TD-SCDMA, qui offre l'avantage de ne pas avoir à verser de droits de propriété intellectuelle aux occidentaux mais également l'inconvénient d'arriver après les deux autres normes, sans avoir eu le temps nécessaire à sa maturation industrielle. Au-delà de ces technologies différentes, la 3G ne se suffit pas à elle-même et des évolutions permettent d'améliorer ses performances. En Europe, l'UMTS peut être mis à jour en HSDPA, puis en HSUPA, augmentant sensiblement les débits et ouvrant la voie vers de nouveaux usages.
Figure 1: Evolution des réseaux mobiles
1.2.
Plan de fréquence IMT2000 : Pour l’UMTS les fréquences sont allouées selon les techniques de duplexage : pour
l’UTRA/FDD deux bandes de 60MHZ dont 1920-1980 MHz et 2110-2170 MHz et pour l’UTRA/TDD 1900Mhz-1920Mhz et 2010Mhz-2025Mhz avec une largeur de bande de 5 Mhz. La figure 2 illustre le plan de fréquences proposé par l'IMT2000.
16
Figure 2: Bande de fréquences pour l’IMT2000
2. Architecture générale de l’UMTS L'architecture générale du réseau UMTS est composée de deux domaines : Un réseau d’accès UTRAN et un réseau cœur. Voir la figure ci-dessous.
Figure 3: l’architecture globale de l’UMTS
17
2.1.
Le domaine de l'équipement usager (UE): Le domaine de l’équipement usager comprend tous les équipements terminaux, il peut être
également divisé en deux sous-domaines, l’équipement mobile (ME) et le module d’identité des services de l’usager USIM.
ME: Mobile Equipment USIM: Universal Subscriber Identity Module
Figure 4: l'équipement usager
Mobile Equipment (ME):
Partie fonctionnelle de l’UE composée de l’équipement terminal (TE) et de la terminaison mobile (MT) : Mobile Termination (MT): Partie de l’UE qui effectue des fonctions spécifiques à la transmission et à la réception sur l’interface radio (contient les protocoles NAS et AS) Terminal Equipment (TE): Partie de l’UE où les données de l’application sont
générées en émission ou traitées en réception.
Universal Subscriber Identity Module(USIM):
Application contenue dans une carte à puce permettant l’accès aux services offerts par le réseau mobile. Les informations contenues dans l’USIM comprennent :
Des informations permettant l’identification de l’UICC : un numéro unique associé à la carte et à son utilisateur;
La langue ou les langues à utiliser;
Le répertoire des applications ;
L’IMSI et le(s) MSISDN(s) ;
Les clefs de chiffrage ;
Les codes pour les appels d’urgence ;
Les messages courts et les paramètres associés ;
La liste des services et le nom de ses fournisseurs ;
La liste des porteuses à utiliser pour la sélection d’une cellule.
18
2.2. Réseau d’accès UTRAN Le réseau d’accès UTRAN se charge d’assurer plusieurs fonctionnalités. Son rôle principal est d’échanger les données entre l’équipement usager et le réseau cœur via les deux interfaces Uu et Iu. Il fournit à l'UE (User Equipment) les ressources radio et les mécanismes nécessaires pour accéder au CN (Core Network) dans le plan contrôle ainsi que dans le plan usager. Le réseau d’accès UTRAN est composé, comme l’illustre la figure, d'un ensemble de sous-systèmes réseau radio nommés RNS (Radio Network Subsystem). Chaque RNS est constitué d’un seul RNC (Radio Network Controller) qui contrôle une ou plusieurs stations de base Node B, ou les RNCs sont connectés entre eux via l’interface Iur alors que les stations de base sont connectées au RNC via l’interface Iub.
Figure 5: Architecture du réseau RNS
2.2.1. RNC : Le RNC a pour rôle de router les ressources radio entre la Node B et le réseau cœur de l’UMTS, contrôler et gérer les ressources radio de l’UTRAN (l’établissement, maintien et libération des canaux radio), Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modèle OSI le contrôle d'admission (AC) et le contrôle de la charge et de congestion, allocation des codes pour de nouveaux liens radio ainsi que d'autres fonctions liées à la mobilité notamment le handover qui permet à un terminal mobile de se déplacer d'une cellule à l'autre.
19
Lorsqu’une communication est établie par un équipement usager, une connexion de type RRC (Radio Resource Control) est établie entre celui-ci et un RNC du réseau d’accès UTRAN. Dans ce cas de figure, le RNC concerné est appelé SRNC (Serving RNC). Si l’usager se déplace dans le réseau, il est éventuellement amené à changer de cellule en cours de communication. Il est d’ailleurs possible que l’usager change de Node B vers un Node B ne dépendant plus de son SRNC. Le RNC en charge de ces cellules distantes est appelé « controlling RNC ». Le RNC distant est appelé «drift RNC» du point de vue RRC. Le SRNC (Serving RNC): il gère les connexions radio avec le mobile et sert de point de rattachement au réseau cœur via l'interface Iu. Il contrôle et exécute le handover. Il assure aussi les fonctions de division/recombinaison dans le cas du soft-handover pour acheminer un seul flux vers l'interface Iu. Le DRNC (Drift RNC): il est sur ordre du SRNC gère les ressources radio des stations de base qui dépendent de lui. Il effectue la recombinaison des liens lorsque du fait de la macro diversité, plusieurs liens radio sont établis avec des stations de base qui lui sont rattachés. Il route les données des utilisateurs vers le Serving RNC dans le sens montant et vers ses stations de base dans le sens descendant.
Figure 6: principe du drift / serving RNC
A l’intérieur de l'UTRAN, le RNC des sous-systèmes radio du réseau peuvent être reliés entre eux par l’Iur. Iu (s) et Iur sont des interfaces logiques. Iur peut être transporté sur une connexion directe entre les RNC physiques ou des réseaux virtuels en utilisant n'importe quel réseau de transport approprié. Pour chaque connexion entre l’user équipement et l'UTRAN, un RNC est le RNC serving. Si nécessaire, Drift RNC soutient le RNC serving en fournissant des ressources radio. Le rôle d'un RNC (serving ou drift) est basé sur une connexion entre l’UE et l'UTRAN 20
2.2.2. Node B : Son rôle principal est d’assurer les fonctions de transmission et de réception des ressources radio d’une ou de plusieurs cellules contenant un ou plusieurs secteurs ainsi qu’une ou plusieurs fréquences ou porteuses. Lorsque l’on parle de Node B « 3x1 » cela signifie qu’il gère 3 secteurs (u, v, w) et une fréquence par secteur. En général, il gère la couche physique de l’interface radio comme le codage des canaux, l’étalement du spectre, l’entrelacement, la modulation, le contrôle de puissance en boucle fermée rapide.
Figure 7: Exemple Node B
2.2.3. Architecture en couches de l’interface Radio UTRAN : L’interface radio de l’UTRAN, comme c’est illustré dans la figure, est structurée en couches dont les protocoles se basent sur les 3 premières couches du modèle OSI (respectivement la couche physique, la couche liaison de données et la couche réseau), ces couches se trouvent coté mobile et coté UTRAN (Node B et RNC).
Figure 8: Les couches protocolaires de l’interface radio UTRAN
21
Couche 1: Représente la couche physique (PHY) de l'interface radio. Elle réalise entre autres les fonctions de détection et correction d’erreurs dans les canaux de transport, multiplexage des canaux de transport sur des canaux physiques, étalement et désétalement de spectre des canaux physiques, prélèvement des mesures radio (envoyées aux couches supérieures), contrôle de puissance en boucle fermée, d'entrelacement et de modulation. Couche 2 : Fournit les fonctions liées au mapping, chiffrement, retransmission et segmentation. Elle est composée de quatre sous-couches :
MAC (Medium Access Control) qui s’occupe du multiplexage de différents flux de données issus d’un même utilisateur ou de flux de données issus d’utilisateurs différents sur un canal de transport unique.
RLC (Radio Link Control) établit la connexion entre l'équipement de l'utilisateur UE et le RNC et permet la fiabilité du transport des données entre deux équipements du réseau. Elle réalise la fonction de segmentation des paquets en des unités de taille prédéfinie par la couche RRC. Ces unités sont appelées RLC-PDU (RLC-Packet Data Unit). Elle assure aussi le réassemblage des paquets à la réception.
BMC (Broadcast/Multicast Control) est en charge d’assurer les fonctions de diffusion de messages sur l’interface radio.
PDCP (Packet Data Convergence Protocol) permet de compresser les données ou l’entête des packets de données via des algorithmes de compression. Cela permet d’exploiter plus efficacement les ressources radio.
Couche3 : Plusieurs fonctions sont assurées par la couche RRC dont:
Etablissement, ré-établissement, maintenance et libération d’une connexion RRC entre l’UE et l’UTRAN: cela inclut une re-sélection de cellule optionnelle, un contrôle d’admission et un établissement d’un lien de signalisation avec la couche 2.
Etablissement, reconfiguration et libération des porteurs radios (Radio Bearer) : un nombre de RBs peut être établi simultanément pour un UE. Ces porteurs sont configurés selon la qualité de service requise.
Affectation, reconfiguration et libération d’une ressource radio pour une connexion RRC: la couche RRC communique avec l’UE pour indiquer l’allocation de nouvelles ressources (codes, canaux partagés) quand les handovers ont lieu.
Paging / notification : pour diffuser les informations de paging du réseau à l’UE. 22
Diffusion d’information : correspond à « l’information du système ».
2.3. Réseau Cœur UMTS Il assure la connexion entre les différents réseaux d'accès et entre le réseau UMTS et les autres réseaux comme le réseau téléphonique (PSTN: Public Switched Telephone Network), le réseau GSM, le réseau RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services), etc. Il fournit le support des services de communication UMTS, gère les informations de localisation des utilisateurs mobiles et contrôle les services et caractéristiques du réseau. L’architecture du réseau cœur, comme le montre la figure, est composée de trois domaines dans le but de supporter tous les types de trafic :
Le domaine CS (circuit switched): est utilisé pour le trafic en temps réel comme la téléphonie.
Le domaine PS (packet switched) : est utilisé pour commuter les données paquets.
Une zone commune à ces deux domaines CS et PS.
Figure 9: Architecture Réseau Cœur
2.3.1. Le domaine CS : Le domaine circuit permet de gérer les services temps réels correspondant aux conversations téléphoniques, à la vidéo-téléphonie et aux applications multimédia. Ces applications nécessitent un temps de transfert réduit. Le débit supporté par ce mode sera de 384 kbit/s. L’infrastructure s’appuie sur un MSC/VLR (Mobile Switching Centre/Visitor Location Register) correspondant au commutateur (MSC) et à la base de données visiteur
23
(VLR), et sur un GMSC (Gateway MSC), commutateur connecté directement au réseau externe. 2.3.2. Le domaine PS : Le domaine paquet permet de gérer les services non temps réel correspondant à la navigation sur Internet, aux jeux en réseau et aux E-mail. Ces applications sont moins sensibles au temps de transfert et ces données pourront transiter en mode paquet. Le débit supporté pourra atteindre 2 Mbit/s. Le réseau s’appuie sur un SGSN (Serving GPRS Support Node) correspondant au MSC/VLR en mode paquet et sur un GGSN (Gateway GPRS Support Node) correspondant au GMSC en mode paquet. Il commute les données vers le réseau Internet et autres réseaux publics ou privés de transmissions de données. 2.3.3. Les éléments communs : Le groupe des éléments communs est composé de plusieurs modules:
Le HLR (Home Location Register) représente une base de données des informations de l’usager: l’identité de l’équipement usager, le numéro d’appel de l’usager, les informations relatives au type d’abonnement de l’usager.
L’AuC (Authentication Center) est en charge de l’authentification de l’abonné, ainsi que du chiffrement de la communication.
L’EIR (Equipment Identity Register) se charge de la gestion des vols des équipements usagers.
3. Les canaux et les interfaces UMTS : 3.1.Les canaux UMTS : Les spécifications de l’UTRAN contiennent une grande variété de canaux de communication, répartis en trois grandes classes : les canaux logiques, les canaux de transport et les canaux physiques, comme illustré sur la figure. Le canal CCtrCH (Coded Composite Transport Channel) correspond à un canal intermédiaire entre les canaux de transport et les canaux physiques.
Figure 10: Les canaux en UMTS
24
Ces différentes classes de canaux ont été crées pour garantir l’indépendance entre les différents niveaux fonctionnels de l’interface radio. La définition de canaux propres à chaque niveau donne une grande flexibilité à l’UTRAN en lui permettant de s’adapter à la multitude d’applications envisagées pour les réseaux 3G. 3.1.1. Canaux logiques : Ils font référence aux différentes données véhiculées par les protocoles radio de l’UTRAN, surtout celles concernant la couche MAC. Ces canaux se divisent en deux :
Les canaux logiques de contrôle utilisés pour le transfert des informations dans le plan de contrôle. Les canaux logiques de trafic utilisés pour le transfert des informations dans le plan usager.
Canaux logiques de Contrôle
Canaux logiques de Trafic
Canal
Lien
Fonction
Brodcast Control Channel (BCCH) Paging Control Channel (PCCH) Common Control Channel (CCCH)
DL
Diffusion permanente d’information système
DL
Envoie des messages de paging aux mobiles
UL / DL
Envoie ou réception d’information de contrôle à des mobiles non encore connectés au réseau
Dedicated Control Chanel (DCCH)
UL / DL
Envoie ou réception d’information de contrôle à des mobiles connectés au réseau Transmission de la quasi totalité de la signalisation (RRC et réseau cœur)
Dedicated Trafic Channel (DTCH)
UL / DL
Echange de données usager avec un mobile connecté au réseau
Common Trafic Channel (CTCH)
DL
Envoie de données usager en mode de diffusion (groupe de mobile)
Tableau 1: Les canaux logique de l’UMTS
3.1.2. Canaux de transport : Les différentes données issues des couches hautes sont véhiculées dans l’interface air via des canaux de transport. La notion d’un canal de transport est liée surtout à la façon avec laquelle les données sont regroupées et transportées dans les canaux physiques. Les canaux de transport se divisent en trois : Le canal de transport commun est un canal point à multipoint unidirectionnel utilisé pour le transfert d’informations d’un ou de plusieurs utilisateurs.
25
Le canal de transport partagé utilisé pour le transport des données de contrôle ou de trafic uniquement en voie descendante en association avec un ou plusieurs canaux dédiés. Il est partagé dynamiquement par différents utilisateurs.
Le canal de transport dédié qui est un canal point à point dédié à un seul utilisateur et qui transporte des données de contrôle ou de trafic point. Canal
Lien
Fonction
canal de
Brodcast
DL
Diffuse l’information aux UEs dans la cellule pour
transport
Channel (BCH)
commun
Forward Access
qu’ils puissent identifier le réseau et la cellule DL
Transporte les données ou les informations aux UEs
Channel
qui sont registrés dans le système. Il est possible
(FACH)
d’avoir plus qu’un FACH par cellule
Paging Channel
DL
(PCH)
Transporte les messages qui alerte le UE des appels entrants, SMS, messages et les sessions de données.
Random Access
UL
Channel
Transporte les demandes de services des UEs voulant accéder au système
(RACH) Common
UL
Packet Channel
RACH et utilisé aussi pour le contrôle de puissance
(CPCH)
rapide.
Downlink
canal de
Fournit une capacité additionnel au-delà de celle de
DL
Permet de transporter des informations utilisateurs
Shared Channel
ou des informations de contrôle dédiées. Il peu être
(DSCH)
partager par plusieurs utilisateurs
Dedicated
transport Channel (DCH)
UL /
Utilisé pour le transfert des données à un UE
DL
particulier. Chaque UE a son propre DCH dans chaque direction.
dédié canal de
Dedicated
DL
transport
Shared Channel
partagé
(DCH)
Le seul canal partagé Permet de transporter les données de contrôle ou de trafic.
Tableau 2: Les canaux de transport de l’UMTS
26
3.1.3. Canaux physiques: Un canal de transport, caractérisant la manière dont les informations sont transmises sur l’interface radio, est dissocié du canal physique réellement utilisé. Ainsi, un canal physique peut supporter plusieurs canaux de transport ou un canal de transport soit supporté par deux canaux physiques distincts. Il existe trois catégories de canaux physiques : Les canaux physiques dédiés à la voie montante Il existe deux types de canaux physiques dédiés dans la voie Montante, voir figure: le canal physique dédié de données DPDCH (Dedicated Physical Data CHannel). le canal physique dédié de contrôle DPCCH (Dedicated Physical Control CHannel). Les canaux physiques dédiés à la voie descendante : A La différence de la voie montante, il existe un seul type de canal physique dédié dans la voie descendante appelé DPCH (Dedicated Physical Channel). Ce canal achemine l’information du canal de transport DCH. Cette information peut être du trafic de données ou de contrôle généré par les couches supérieures également la couche physique elle-même. De ce fait, il peut être considéré comme le multiplexage temporel. Les canaux physiques communs (PDSCH, CPICH, SCH, etc.) : Ce sont des canaux physiques dont les terminaux mobiles se servent pour communiquer avec le réseau. Ces canaux transportent les données ou la signalisation vers un ou plusieurs utilisateurs dans une même cellule. 3.2.Interfaces de l’UTRAN:
Figure 11: les interfaces de l’UTRAN
27
3.2.1. L'interface Uu : L'interface logique Uu sert à connecter le terminal mobile à la station de base par l'intermédiaire d'une liaison radio. 3.2.2. L'interface Iu : C'est l'interface logique d'interconnexion entre le réseau d'accès radio (RNC) et le réseau cœur. Pour que le plan utilisateur de l'interface Iu soit indépendant du domaine du réseau cœur (commutation de circuits ou commutation de paquet), deux types d'interface Iu ont été définis: l'interface Iu-cs qui connecte L’UTRAN avec le domaine à commutation de circuits (CS: Circuit Switched domain) du réseau cœur. l'interface Iu-PS qui connecte l'UTRAN avec le domaine à commutation de paquets (PS: Packet Switched domain) du réseau cœur. Les assurées par l'interface Iu sont: L'établissement, le maintien et la libération des RABs Effectuer les handovers intra-systèmes et inter-système ainsi que la réallocation du SRNC L'accès simultané d'un équipement usager aux domaines CS et PS Les services de localisation: l'interface Iu transfère les requêtes du réseau cœur vers le réseau d'accès, et les informations de localisation dans l'autre sens Contrôle les traces de l'activité de l'équipement usager. 3.2.3. L'interface Iub : C’est par cette interface que communiquent le Noeud B et le RNC. 3.2.4. L'interface Iur : C’est une interface logique reliant deux RNCs. L’interface Iur supporte une grande mobilité des terminaux à travers le réseau d'accès. Elle permet de gérer les connexions simultanées du terminal mobile entre deux RNCs grâce à la procédure soft handover.
4. Méthodes d’accès radio : WCDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) est une technique d’accès dérivée de CDMA en utilisant l'étalement de spectre par séquence directe. Tous les utilisateurs émettent sur un même canal radioélectrique à large bande, mais ils sont distingués par une séquence d'étalement pseudo-aléatoire, appelée code et connue par le récepteur.
28
4.1.Codes utilisés : Ces codes sont dotés de propriétés de corrélation particulières sur lesquelles repose toute une théorie mathématique au service des télécommunications. Les codes d’étalement utilisés dans l’UTRAN sont de deux types : Les codes orthogonaux et les codes de brouillage. 4.1.1. Codes d’étalement : Les codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) ou les codes orthogonales sont rigoureusement orthogonaux et ils permettant de varier la longueur selon le débit usager et de multiplexer les différentes informations à transmettre. La figure ci-dessous montre la multiplication d’un signal d’information par une séquence de code. Le terme chip rate désigne le débit de la séquence de code. Le SF (Spreading Factor), ou encore gain de traitement, est le rapport de la bande après étalement sur la bande avant étalement.
Figure 12: Etalement – Modulation
29
Les usagers du CDMA utilisent tous la même bande tout le temps. La séparation entre deux utilisateurs est assurée par un code OVSF propre à chaque utilisateur.
Figure 13: Multiplexage du codage
4.1.2. Scrambling Code : Le scrambling, réalisé par l’émetteur, permet de séparer les différents signaux d’une même station de base ou d’un même terminal sans modifier ni le débit, ni la bande passante. Cela permet d’étaler un signal par plusieurs émetteurs avec le même code d’étalement sans compromettre la détection des signaux par le récepteur. Il existe un arbre de codes d’étalement pour chaque code de scrambling, ce qui permet aux émetteurs d’utiliser leurs arbres de codes indépendamment.
Figure 14: Le mécanisme de scrambling
4.2.
Le contrôle de puissance : Le contrôle de puissance est la technique la plus importante en WCDMA surtout sur le
lien montant car plusieurs utilisateurs utilisent la même fréquence en même temps. Il y a une grande possibilité d’interférence entre les utilisateurs. Dans le cas où nous n’avons pas de contrôle de puissance, un utilisateur qui se trouve au bord de la cellule peut être perturbé par l’affaiblissement de parcours plus qu’un autre utilisateur qui se trouve près du Node B. L’utilisateur qui se trouve prés du Node B peut 30
bloquer une grande partie du signal émis par le Node B c’est ce qu’on appelle « near-far problem ». Dans le but d’avoir un bon niveau de capacité dans le réseau, les signaux reçus par les UEs, qu’ils soient près ou loin du Node B, doivent être à puissance égale. Nous avons besoin du contrôle de puissance pour minimiser le niveau d’interférence et fournir à l’utilisateur la qualité de service demandée. Il existe trois types de contrôle de puissance La figure suivante les illustres:
Figure 15: Les types du contrôle de puissance
4.2.1. Contrôle de puissance open-Loop (Slow) : Défini seulement pour le lien montant, le contrôle de puissance Open-Loop est utilisé pour initialiser le niveau de puissance au début de la communication. Le UE estime la puissance minimale nécessaire pour la transmission en calculant l’affaiblissement de parcours en se référant à la puissance du signal reçu et l’utilise pour envoyer une demande d’accès au Node B. S’il ne reçoit pas de réponse de la part du Node B il fait une autre demande d’accès en utilisant une puissance un peu plus élevée. 4.2.2. Contrôle de puissance inner-Loop (Fast) : Il est applicable seulement sur les connexions des canaux dédiés. Le Node B mesure le Eb/No reçu sur le lien montant et le compare part rapport au Eb/No cible qui dépend de la nature de la communication en cours. S’il est supérieur à ce dernier il demande au UE de baisser sa puissance d’émission et vice versa. Ce principe est aussi utilisé dans le sens descendant, bien que, dans ce cas, la raison en soit différente. Dans ce sens, les signaux proviennent du Node B. Il est souhaitable, afin de minimiser les interférences intercellulaires, que la puissance destinée aux terminaux mobiles qui se trouvent en bordure de cellule soit la plus faible possible tout en garantissant une bonne qualité de réception. 31
4.2.3. Contrôle de puissance outer-Loop : Il est utilisé pour ajuster l’Eb/No seuil suite au changement du BLER (Block Error Rate) après codage. Si le BLER augmente, alors nous augmentons l’Eb/No seuil pour pouvoir le diminuer. Il est appliqué seulement sur les canaux dédiés pour le lien montant seulement.
5. Le Handover dans le réseau UMTS : Lorsqu’il est en communication le mobile utilise les ressources radio qu’on lui a attribuée lors de l’initialisation de la communication. Ces ressources radio n’existent que dans la cellule ou se trouve le mobile. Le mobile bouge et peut en cours de communication arriver dans une zone où il serait préférable de changer de cellules sur laquelle d’autre ressources radio sont disponibles Le réseau doit veiller à assurer le plus efficacement la passation de pouvoir entre l’ancienne cellule et la nouvelle cellule. Chacun des acteurs (mobile et réseau) devra faire sa part de travail. Le Mobile :
doit en cours de communication être capable de mesurer la qualité de la communication (lien DL).
doit être capable de faire des mesures de puissance sur les cellules voisines.
doit remonter ces rapports de mesure au réseau (soit de manière périodique soit sur demande).
Le réseau :
doit connaitre la qualité de la communication dans le sens UL (mesures enregistrées par la station de base gérant la communication).
doit connaitre le niveau de puissance du lien UL.
doit analyser ces rapports de mesure et décider s’il est temps d’indiquer au mobile d’exécuter un handover.
Dans le système UMTS, différents types de handover sont introduits On distingue le soft/softer Handover, le Hard Handover.et le Handover inter-système. 5.1.
Le soft/softer Handover : Soft/softer Handover sont deux types de Handover implémentés dans le système UMTS et
qui sont spécifiques à la technologie WCDMA. Le soft handover se produit lorsque le mobile est dans la zone de chevauchement de deux cellules. Il permet à un mobile d'utiliser plus qu'un lien radio pour communiquer avec le 32
réseau fixe. Cette procédure permet de diminuer le taux d'échec de handover aux bords des cellules et améliore significativement la qualité de signal. Le déclenchement de ce type de handover se fait en se basant sur les mesures effectuées par le mobile sur les canaux pilotes des différentes stations de base. Le soft Handover correspond au cas où les deux liens radio sont contrôlés par des stations de base différentes ; le softer Handover est la situation dans laquelle une seule station de base reçoit les signaux d'un seul utilisateur à partir de deux secteurs qu'ils desservent. La figure suivante illustre la procédure de soft Handover.
Figure 16: Le Mécanisme du softer/soft Handover dans l’UMTS
5.2.
Le Hard Handover Le hard handover consiste à libérer l'ancienne connexion avant qu'une nouvelle connexion
radio entre le mobile et le réseau soit établie. Ce type de handover est utilisé dans les réseaux GSM, où dans chaque cellule on a des fréquences différentes. Un mobile qui passe dans une nouvelle cellule provoque la rupture de l'ancienne connexion avant qu'une nouvelle connexion utilisant une autre fréquence soit établie dans la cellule visitée. La figure suivante représente le Hard Handover en UMTS :
33
RNC
NodeB 2
NodeB 1
Page16
Figure 17: Le Hard Handover
Le déroulement de la procédure de Hard handover se décompose de trois phases: La préparation : En complément des ressources allouées sur l'interface Iu, le RNC cible doit allouer un circuit virtuel sur l'interface Iub avec la Node B cible. De plus un nouveau lien radio est activé dans la cellule cible, au moyen de la procédure de (Radio Link Setup) du protocole NBAP (NodeB Application Part). L'exécution : Durant cette phase, le SRNC doit commander au mobile de changer de cellule. La phase d'exécution est terminée lorsque le mobile a basculé avec succès sur la nouvelle cellule et qu'un nouveau lien radio a été alloué. La libération des anciennes ressources inutilisées : L'ancien lien radio et le circuit virtuel sont libérés par l'ancien SRNC. 5.3.
Handover inter-système : Le Handover inter-système consiste à changer le lien radio d'une technologie à une autre.
Ce type de Handover nécessite une compatibilité entre les différentes architectures. Les deux réseaux doivent communiquer afin d'échanger les informations d'identités et les messages de Handover. La figure suivante illustre le cas entre le UMTS et WiMAX.
34
Figure 18: Handover Inter-système
Comme récapitulation, le hard handover peut être causé par:
Manque de couverture dans une zone donnée.
La dégradation de la qualité de communication.
La charge de la cellule.
Regroupement des services.
Equilibrage des charges entre réseaux.
Le problème majeur du Hard Handover dans les réseaux UMTS c'est la coupure de communication causée par la non disponibilité des ressources dans la cellule cible. Typiquement, le hard handover est utilisé pour des raisons de couverture et de charge. Par contre le soft et le softer handover sont liés à la mobilité. Dans les réseaux UMTS, le Hard Handover est employé lorsqu'un mobile passe entre deux cellules utilisant deux fréquences différentes ou employant des modes différents (TDD et FDD). Un autre type de Handover qui peut s'inscrire dans cette famille consiste à changer totalement du système. 5.4.
Les mesures du handover:
Les mesures du handover sont spécifiques à la couche physique, qui fournit ceux des différents objets pour les couches supérieures afin de déclencher plusieurs fonctions dont le handover. Les cellules mesurées par l’UE sont classées dans trois catégories: Active Set: les cellules appartenant à l’active set dont le nombre maximal est trois. Ces cellules communiquent simultanément avec l’UE en mode FDD. Ces cellules ne peuvent être qu’intra-fréquence d’où leur participation au Soft/Softer handover. 35
Monitored Set: contient les cellules qui ne figurent pas au niveau de l’active set mais qui représentent de bonnes candidates à y être ajoutées. Elles sont au nombre maximal de 32. Detected set: ce sont les cellules détectées par le mobile mais qui ne figurent ni dans l’active set ni dans le monitored set.
Conclusion : Le réseau UMTS se distingue par ses caractéristiques très améliorées par rapport aux générations précédentes dont témoignent les fonctionnalités multiples utilisées de plus en plus durant ces dernières années. Néanmoins, pour bien profiter de tous ces avantages, tout opérateur doit procéder à l’optimisation de son réseau afin qu’il soit utilisé à bon escient garantissant ainsi la satisfaction de tous les abonnées. Pour ce faire, l’étude et l’analyse des KPIs (Key Performance Indicators) est primordiale et c’est ce qui fera l’objet de notre prochain chapitre.
36
2ème Chapitre : Notion de la QoS, d’indicateurs de Performance KPI, et des Drives Test
37
Introduction Les indicateurs de performances (KPIs) comme leur nom l’indique sont l’essence d’une optimisation réussie d’un réseau 3G. Ces données sont nécessaires pour garantir la qualité de service requise, respecter le modèle établi du réseau lors de la phase de planification et détecter toute anomalie qui pourrait les contrarier. Les KPIs sont nombreux et concernent toutes les entités du réseau : radio et core. Toutefois, dans notre présent chapitre, nous allons nous concentrer sur les plus importants liés à la partie radio. Leur analyse viendra après une présentation de la qualité de service dans l’UMTS et les éléments du réseau la décrivant et avant quelques études de cas ayant pour base ces KPIs et relevant du quotidien d’un ingénieur d’optimisation.
1. La qualité de service dans les réseaux UMTS: La QoS est définit comme étant l’effet global produit par la qualité de fonctionnement d’un service qui détermine le degré de satisfaction de l’utilisateur du service. Elle doit considérer deux aspects importants qui sont la capacité d'un réseau à fournir le service avec un niveau bien déterminé, et comment satisfaire l’utilisateur final avec ce service, en termes d'usage, d’accessibilité, de continuité et de son intégrité. 1.1.
Architecture :
Les services du réseau UMTS sont des services de bout en bout (d’un équipement terminal TE à un autre TE). Un service de bout en bout doit avoir une certaine qualité de service fournie à l’utilisateur pour satisfaire sa demande, afin de pouvoir garantir une certaine qualité de service, des services supports (BS :Bearer Services) sont définis entre la source et la destination d’un service. Un service support comporte tous les aspects nécessaires pour garantir la qualité de service. Ces aspects concernent : le contrôle de signalisation, le transport des données utilisateur et la fonction de gestion de la QoS. La figure suivante représente l’architecture en couches des services supports de l’UMTS. Chaque service support d’un niveau donné utilise les services offerts par les niveaux inférieurs.
38
Figure 19: La QoS dans un réseau UMTS
Les services supports sont les suivants : Le service de bout en bout (End-to-End Service) : Se situe au niveau application, utilise les services supports du réseau sous-jacent. Il s’étend entre le TE de départ et celui d’arrivée. Ce service peut être transporté sur plusieurs réseaux qui peuvent être non UMTS. Il utilise le service support local TE/MT, le service support UMTS et le service support externe. Le service support local : L’équipement terminal (TE) Est lié au réseau UMTS à travers le terminal mobile (MT: Mobile Terminal). Le service support local TE/MT (TE/MT Local Bearer Service) assure la liaison entre le TE et le MT. Le service support de l’UMTS (UMTS Bearer Service) : Est le service qui offre la qualité de service de l’UMTS. Ce service utilise le service support d’accès radio et le service support du réseau coeur (CN : Core Network). Le service support externe (External Bearer Service) : Est un service offert par des réseaux externes, qui peuvent être UMTS ou non. Le service support d’accès radio (RAB : Radio Access Bearer Service) : Assure le transport confidentiel de la signalisation et des données utilisateur entre le terminal mobile et le nœud de bordure. C’est le nœud de frontière entre le CN et le réseau d’accès. Ce transport s’effectue avec la QoS adéquate au service support négocié de l’UMTS 39
ou, par défaut, avec la QoS de signalisation. Ce service est basé sur les caractéristiques de l’interface radio et est maintenu pour un terminal mobile en mouvement. Lors de l’établissement d’un service support d’accès radio, des paramètres sont communiqués au réseau d’accès UTRAN comme la taille et le format des paquets SDU (Service Data unit) transportés vu que le payload du SDU des données utilisateur transporté par le RAB doit être conforme à un format défini avec des tailles exactes possibles. Ce service utilise le service support radio et le service support de l’interface Iu. Le service support du réseau cœur (Core Network Bearer Service) : Assure l’interconnexion entre le nœud de bordure et la passerelle entre le réseau cœur et les réseaux extérieurs Le rôle de ce service est d’utiliser le réseau dorsal (Backbone) pour fournir la qualité de service demandée. Le service support radio (Radio Bearer Service) : Gère tous les aspects liés au support sur l’interface radio comme les fonctions de segmentation et de réassemblage. Il utilise les services fournis par l’UTRA FDD/TDD: (UMTS Terrestrial Radio Access) en mode FDD (Frequency Division Duplex) et en mode TDD (Time Division Duplex). Le service support de l’interface Iu (Iu-Bearer Service) : Agit avec le service support physique (Physical Bearer Service) pour assurer le transport entre le réseau d’accès UTRAN et le réseau cœur CN. Le service support du réseau dorsal (Backbone Bearer Service) : Gère les fonctionnalités de la couche 1 et 2 pour assurer les besoins de qualité de service du réseau cœur CN. Ce service n’est pas spécifique pour l’UMTS, mais il peut réutiliser les spécifications existantes.
Avant de détailler les possibles arguments que peut avoir le RAB, on doit définir tout d’abord les quatre classes de QoS du réseau UMTS. 1.2. Les classes de services: Les spécifications du 3GPP définissent quatre classes de qualité de service pour le transport des applications multimédia dans l’UMTS. La différence entre ces classes de QoS se base essentiellement sur des exigences sur le délai, le taux d’erreur binaire (BER) et la priorité de circulation. Les différentes classes de QoS sont comme le résume la figure ci-dessous :
40
Sensitivity of Error Conversational
AMR voice, Vidéo phone etc.
Streaming
Multimedia etc.
Interactive
Background Figure 20: Les classes de service en UMTS
LCS, WWW ect.
E-mail, MMS etc.
Sensitivity of Delay
1.2.1. La classe A ou Conversational: Le meilleur exemple de cette classe est la téléphonie. Elle peut être aussi utilisée pour les nouvelles applications Internet à aspect conversationnel en temps réel comme la voix sur IP. Cette classe exige des contraintes strictes sur le délai de transfert des paquets ainsi que sur la variation du délai de transfert, la gigue2. 1.2.2. La classe B ou Streaming: Cette classe est utilisée pour les flux unidirectionnels comme les applications de diffusion vidéo ou audio. Il n’existe pas de contraintes strictes sur le délai de transfert pour les applications « streaming ». Par contre, la variation du délai est un paramètre important parce qu’il est perceptible par l’utilisateur. Toute fois, cette contrainte sur la variation du délai reste tolérante grâce aux tampons du récepteur qui peuvent amortir les variations du délai si elles sont toujours inférieures à une limite donnée. 1.2.3. La classe C ou interactive: Cette classe est utilisée pour les applications qui nécessitent une interaction entre les deux extrémités de la communication. Un exemple d’application de cette classe est la navigation web. Cette classe est de type transactionnel. Elle nécessite une certaine contrainte sur le délai de transfert des paquets parce que l’utilisateur attend une réponse dans une fenêtre de temps. Cette contrainte n’est pas stricte puisque ce sont des applications non temps réel. En revanche, cette classe doit assurer un taux de perte des paquets assez faible parce que les applications transportées par cette classe sont très sensibles aux pertes.
2
Est le phénomène de fluctuation d'un signal. Cette fluctuation peut être un glissement de phase ou une
dispersion temporelle. Elle entraîne des erreurs en sortie lors de la récupération des données. (wikipedia)
41
1.2.4. La classe D ou Background : C’est la classe la moins exigeante en termes de délai de transfert. Les applications transportées par cette classe sont des applications dont l’utilisateur n’attend pas les paquets. La contrainte la plus importante est le taux de perte. Cette classe est très sensible à la perte de paquets. Les applications e-mail et SMS constituent des exemples de la classe Background.
Les deux premières classes représentent les services exigeants le temps réel. Les deux dernières par contre sont moins sensibles au délai. Le tableau suivant résume les caractéristiques des classes de trafic citées précédemment. Classes de trafic
Conversationnel
Streaming
Interactif
Background
Caractéristiques
conserver la
conserver la
-Modèle
- La destination
fondamentales
variation de temps
variation de temps
question/réponse
n'attend pas les
entre les entités
entre les entités
d’information du
d’information du
-conserver le
flux de données
flux
contenu du paquet
(stream)
de données
(payload)
données dans un certain temps.
- conserver le
conversationnel
contenu du
(délai stricte et
paquet.
faible) Exemple de
- voix
- streaming vidéo
- navigation Web
l’application
- téléchargement en arrière plan (background) de mails.
Tableau 3: les classes de QoS de l’UMTS
1.3.
Les attributs du RAB:
Lors de l’établissement d’une communication, le réseau d’accès reçoit une demande d’allocation de RAB du réseau coeur avec la liste des attributs de qualité de service associés au RAB. Le réseau d’accès doit alors interpréter les attributs du RAB et déterminer les caractéristiques des ressources à allouer sur les segments radio. Dans la norme de l’UMTS, le RAB est caractérisé par les attributs suivants :
Classe de service: cet attribut est la classe de service (conversational, streaming, interactive ou background) de l’application utilisatrice du RAB.
42
Débit maximal, débit garanti, taille des SDU (Service Data Unit), taux de SDU erronés, taux d’erreur résiduel, délai de transfert, priorité (indique la priorité relative du RAB), capacité de préemption et vulnérabilité à la préemption.
En fonction de la valeur de ces différents attributs, l’UTRAN doit être en mesure d’effectuer les opérations suivantes:
Le choix d’un codage canal.
En fonction des paramètres de débit garanti, débit maximal, classe de service et codage, l’UTRAN détermine le débit de la ressource à utiliser sur l’interface radio.
L’allocation du radio bearer de l’Iu bearer.
La configuration des protocoles radio, en fonction des caractéristiques des SDU qui seront échangées sur le RAB.
2. Statistiques et indicateurs clés de performance : 2.1.Statistiques : La qualité du service dans les réseaux des télécommunications reflète le niveau de la rentabilité et la fiabilité d'un réseau et de ses services. Ainsi les statistiques sont la manière la plus efficace pour surveiller les performances du réseau. La surveillance du réseau est un élément principal pour atteindre la meilleure qualité du service. La surveillance de QoS comporte l'observation, la qualification et l'ajustement permanent de divers paramètres du réseau. L'objectif de cette partie est de présenter et détailler tous les aspects liés à l'extraction, à la manipulation et à l'exploitation des statistiques. 2.1.1. Utilisation des statistiques : La notion des statistiques dans les réseaux mobiles se rapporte à un ensemble général de métrique qui aide l'opérateur dans trois directions principales :
D'abord, évaluer les performances du réseau.
Ensuite, analyser les défauts et vérifier les améliorations.
En fin, dimensionner l’extension du réseau La métrique est directement produite par le vrai trafic des abonnés. Chaque événement
qui se produit dans le réseau (initiation/terminaison d'appel, l'échec de Handover, etc.) est rapporté à l’ingénieur radio. En utilisant les statistiques, deux éléments devraient être distingués :
Des compteurs purs (indicateurs élémentaires de performance, ou PIs), qui sont des valeurs incrémentales des événements, généralement sans pertinence significative si 43
elles sont manipulées individuellement. Ils fournissent des données sur un aspect spécifique (nombre d'appels, par exemple) mais, pratiquement, il est difficile d'interpréter leurs valeurs.
Les indicateurs de performance (KPI’s), qui sont des formules calculées en se basant sur les PI’s, traduisent mieux l'expérience de l'abonné.
Évaluation du réseau : La plupart des opérateurs choisissent les KPIs pertinents pour visualiser leur réseau. Ils établissent également les objectifs à réunir afin de réaliser le niveau voulu de la qualité du service de l'utilisateur. L'idée est de vérifier si les KPIs pertinents dépassent les limites seuil. Sinon, le diagnostique commence à identifier l'élément défectueux du réseau. Les opérateurs donc utilisent les KPIs afin de garder leur réseau performant ainsi que de se situer par rapport aux autres concurrents. Analyse des pannes et le contrôle des améliorations : Le dépannage vise à identifier et à corriger la cellule défectueuse, qui dégrade les performances globales d’une zone. Ici, deux approches sont nécessaires: la première est de fixer les seuils afin de visualiser si les performances du réseau ont atteint les objectifs prescrits. La deuxième est de surveiller la variation des performances (pourcentage d'augmentation ou de diminution de certain indicateur). Par exemple, une cellule qui a nettement perdu le trafic d'un jour à l'autre devrait alarmer l'opérateur. 2.1.2. Principe d'extraction des statistiques: Processus : Le mécanisme de collection des statistiques est décrit sur la figure ci-dessous. On commence d’abord par le recueil des statistiques, et ensuite les tables des mesures des RNC devraient être configurées et activées. Les tableaux sont organisés par des catégories pour permettre à l'opérateur de réduire la charge et de télécharger seulement les mesures voulues (le trafic, disponibilité de ressource, Handover, contrôle de puissance, etc.). Les abonnés mobiles envoient les mesures à la NodeB lors des deux modes: communication et veille. La NodeB envoie ces mesures à la base de données interne de RNC, les compteurs purs sont calculés dans des formules prédéfinies. Les KPIs calculés sont alors groupés dans des rapports génériques et envoyés au bureau. Autres outils sont généralement développés pour l’usage interne à savoir pour archiver et visualiser les statistiques. Les statistiques sont quotidiennement rapportées afin de permettre à l’opérateur de surveiller le réseau d'une manière très réactive. Génération des rapports : 44
Un KPI est le résultat d'une formule qui est appliquée aux compteurs (appelés les indicateurs de performance).En utilisant un outil spécifique, les KPIs sont extraits dans des rapports de format prédéfinis. Ces rapports sont adressés aux groupes cibles spécifiques qui peuvent les employer pour différents buts. Ce mécanisme est illustré sur la figure ci-dessous.
Figure 21: Mécanisme d’extraction des KPIs
2.2.Compteurs et les indicateurs clés de performance : 2.2.1. Compteurs : Un compteur peut être défini comme une valeur incrémental d'un événement spécifique répétitif. Dans la norme UMTS, un événement peut correspondre à un message de signalisation. Par exemple lors d’un appel téléphonique des milliers de messages de signalisations sont échangés entre le UE et le MSC. La mise à jour des compteurs à un certain point se fait via les messages échangés. Ce point est appelé le « point de déclenchement ».Et comme des milliers de messages de signalisation existent, de nombreux compteurs peuvent également exister. Cependant, le nombre de compteurs utilisables dépend de la stratégie des fournisseurs des équipements. 2.2.2. Indicateurs Clés de Performance : Les indicateurs clés de performance (Key Performance Indicators, KPIs) peuvent être définis comme ensemble de résultats qui mesurent les performances durant les heures chargées ou les heures normales sur le réseau entier. Le KPI est le résultat d'une formule qui est appliquée aux indicateurs de performance (Performance Indicators, PIs). Le PIs peut être extrait d’un secteur, une cellule, un TRX ou à un niveau d’une cellule adjacente. Des centaines de KPIs existent. Ils emploient des compteurs d'une ou plusieurs mesures et peuvent être calculés à partir d’un compteur ou à d’une formule de plusieurs compteurs. La période de 45
l'observation se rapporte à la durée des échantillons rassemblés : heure, jour, semaine, mois, etc. Le secteur indique l'endroit et les emplacements où les statistiques sont recueillies. 2.2.3. Formule: Une formule signifie une combinaison mathématique des compteurs qui a comme conséquence un indicateur significatif. Définir une formule en utilisant plusieurs PIs aide pour identifier un KPI. Comme expliqué avant, le KPI donne plus de flexibilité et de clarté à l'opérateur dans l’interprétation du comportement du réseau. Les formules, une fois choisies, devraient rester sans changement afin d'observer l'évolution des performances du réseau dans le temps. Dans un environnement à plusieurs fournisseurs, l'opérateur place une stratégie de performance et définit des formules pour chaque KPI. Alors chaque équipement déclenche ses propres compteurs, des limites entre les formules sont tracées pour chaque fournisseur.
3. Les Classes des Indicateurs 3G: Dans le domaine de l’UMTS, la qualité est mesurée en se basant sur les trois concepts utilisés dans le GSM (l’accessibilité, le maintien et l’intégrité) ainsi que d’autres concepts (Mobilité, disponibilité et charge/utilisation). 3.1.L’accessibilité au service: C’est la possibilité pour l’utilisateur d’établir un appel, donc d’accéder au réseau, quand il le désire, et où il le veut. Elle se calcule dans le réseau UTRAN sur deux étapes : RRC et RAB, et par rapport à différents services. Indicateurs d’accessibilité : L’accessibilité RRC se calcule par le taux de succès d’établissement de connexions des ressources de contrôle radio RRC qui est définie par rapport à deux type de service CS et PS. L’accessibilité RAB se calcule par le taux de succès d’établissement de RAB (pour chaque RAB CS et PS et pour chaque débit de données UL et DL). L’Admission Control est l’option qui permet d’accepter ou de rejeter de nouvelles connexions selon la vérification de certains critères:
Grade of Service : constitué de plusieurs indicateurs qui reflète ce taux d’admission
pour chaque type de service.
Rejet avant ou après Admission Control : il permet de différentier si les connexions
étaient rejetées avant ou après le contrôle d’admission. 46
Cause de rejet par admission control : dû essentiellement à l’échec de l’établissement
du RAB à cause d’une insuffisance que ça soit au niveau de la puissance en DL, au niveau des codes de canalisation et ou au niveau DL/UL. 3.2.La Maintenabilité du service: C’est la possibilité de maintenir l’appel jusqu’à ce qu’il soit terminé normalement sans être déconnecté par le réseau sauf dans le cas d’épuisement du forfait. indicateurs de maintien de l’appel : Taux de coupure: on peut tirer des informations sur le taux de coupure d’appels sur l’interface radio et le taux total de coupure d’appels détectés par UTRAN. Minutes per Drop : il permet de calculer le temps moyen entre deux coupures consécutives. Cette méthode est appliquée seulement dans le cas du PS et elle n’est pas valable dans le cas du CS. Causes de coupures voix : il ya plusieurs KPI permettant d’identifier les causes de coupures de la voix, comme : la perte de synchronisation UL, le manque de relation de voisinage, déconnexion due au soft handover… 3.3.Charge et utilisation : Il s’agit de résoudre le problème d'optimisation de la répartition de la charge et de l’allocation de puissance en cellules UMTS. Indicateurs de charge et utilisation : Trafic par RNC : définie les indicateurs de trafic sur tout le RNC pour les deux types de services : PS R99 et HS. Trafic par UTRANcell : Le trafic par cellule se calcule en Kbit pour tous les services mais aussi en Erlang pour la voix. Trafic par RBS : Le trafic HS est calculé par RBS en se basant sur l’indicateur HsDschResources et ça se mesure en bit. Nombres d’utilisateurs : Permet de calculer le nombre d’utilisateurs connectés par service. Taux d’occupation HW RBS: Le taux d’occupation des ressources HW est donné par RBS. Occupation des codes: calcule le nombre de codes occupés par service. 3.4.Intégrité du service : Il s’agit d’une notion relative à la qualité de la voix. Il existe des équipements qui permettent de générer des séquences phonétiques en émission et calcul le taux de corrélation avec la séquence reçue. 47
indicateurs d’intégrité :
Throughput moyen par RNC : permet de déterminer le débit moyen par RNC pour les
deux types de services PS R99 et HS.
Throughput moyen par cellule: permet de déterminer le débit moyen par cellule et
utilisateur.
BLER : Le Block Error Rate est déterminé grâce à l’indicateur HS BLER. 3.5.Disponibilité : Il s’agit de résoudre les problèmes concernant la disponibilité du service demandé
ainsi que la disponibilité en termes de HS (High Speed) user. Indicateurs de disponibilité :
Disponibilité cellule : c’est le calcul du pourcentage de disponibilité (la disponibilité
de la cellule,…).
Disponibilité HS : c’est le calcul de la disponibilité du service HS. 3.6.Mobilité : Il s’agit de résoudre les problèmes concernant la gestion de la mobilité ce qui constitue
un important défi technique à relever, afin d’empêcher la terminaison forcée de l'appel et permettre l'exécution des applications d'une manière transparente à la mobilité. Indicateur de mobilité :
Soft et softer Handover : Les indicateurs du taux de succès du Soft Handover (Radio
Link Addition) se calculent soit au niveau cellule soit au niveau UtranRelation.
Hard Handover : Les indicateurs du taux de succès du hard Handover (Radio Link
Addition) se calculent eux aussi soit au niveau cellule soit au niveau UtranRelation.
I-RAT Handover : Les indicateurs de l’IRAT HO (l’Inter radio access technology
handover) se calculent en se basant sur : Directed Retry, I-Rat Handover par cellule, I-RAT Handover par service, Les Causes d’échec du I-RAT Handover.
HS Cell Change : Le changement de cellule lors d’un service HS s’appelle HS cell
Change, et non Handover. L’indicateur qui présente le taux de succès du HS cell change est HS-DSCH cell change success rate.
48
3.7.
Exeemple de quelques KPI et leur marge acceptable : KPI
Ericsson Initial Suggested end of Service Target
RRC Success Rate – CS
≥98.5%
RRC Success Rate – PS
≥98.5%
RAB Establishment Success Rate – HSDPA
≥98%
RAB Establishment Success Rate – CS64
≥97.5%
RAB Establishment Success Rate – Speech
≥98.5%
RAB Establishment Success Rate – R99 PS
≥97.5%
Interactive DCR – Speech
≤1%
DCR – Video
≤2%
R99 Packet Interactive “Minute per Drop”
5 mins
– P5 HS “Minutes per Drop” – P5
10 mins
IRAT U2GHO success rate speech
95%
Tableau 4: Valeurs de quelques KPI
4. Quelques KPI de l’UTRAN : Nous allons un peu détaillés quelques KPI les plus utilisé à Méditel : Accessibility Success rate
Drop Call
Handover
Trafic
Vu la nature confidentielle de ces KPIs, nous ne pouvons détailler les compteurs ni les formules utilisées pour les calculer dans ce qui suit. Nous allons juste nous contenter de présenter la formule générale, les messages de signalisation associés et les problèmes qui peuvent être derrière un éventuel échec. 4.1.
Accessibility Success rate :
La formule du taux de succès d’accessibilité est la suivante: % Accessibility Success rate = % RAB establishment success rate × % RRC connect success rate 49
Où, % RAB establishment success rate: le pourcentage du taux de succès d’établissement des RAB. % RRC connect success rate: le pourcentage du taux de succès des connections RRC. Ce KPI peut être divisé en deux parties (CS et PS) pour les quatre classes de service (Conversationnel, Streaming, Interactive et Background). Les problèmes rencontrés lors de l’établissement d’un appel sont liés à: Rejet d’une connexion RRC:
Congestion (codes, puissance, CE).
Problèmes de NodeB ou bien de transmission.
Autres échecs de connexion RRC:
L’UE ne reçoit pas le message RRC CONNECTION SETUP.
Le NodeB ne reçoit pas le message RRC CONNECTION SETUP COMPLETE.
Figure 22:Les messages de signalisation de l’établissement d’une connexion RRC
Problèmes liés à l’établissement du RAB:
Des fonctionnalités qui ne sont pas supportées par l’UTRAN.
Déclenchement de relocalisation.
Echec d’établissement d’une connexion transport.
Ressources indisponibles.
Pas de réponse. 50
Figure 23: Les messages de signalisation associés au RAB
4.2.
Coupure d’appel :
Après l’établissement du RAB, le message « Iu Release Command » est envoyé par le Core Network comme réponse au message « Iu Release Request » ou bien « RAB Release Request » de la part du RNC. Cela est dû au:
Succès de relocalisation.
Inactivité de l’utilisateur.
Libération normale de la connexion.
Figure 24: Les causes de coupure d’appel
Au niveau du RNC ou d’une cellule, la formule générale du Call drop Rate est calculée à partir du nombre de liaison RAB réussit réalisé et du nombre des liaisons RAB réalisés à travers la liaison Iur. Ce KPI peut être utilisé pour évaluer le ratio du Call Drop des différents services appartenant à un seul RNC ou à une seule cellule. Le Call Drop a lieu à cause d’une libération
51
anormale de la part du RNC déclenchée par les messages « RAB RELEASE REQUEST » ou « IU RELEASE REQUEST ». Le Call drop est généralement dû à:
Problèmes Radio Fréquence dont problèmes de voisinage, couverture ou interférence…
Libération de la part de l’UE de la connexion de signalisation.
Intervention de maintenance.
Problèmes de transmission.
Préemption activée au niveau du RAB.
Soft handover: pendant le Soft handover, le RNC envoie le message « Active Set Update » puis attend pendant un timer la réponse du UE. S’il ne la reçoit pas, il annule cette « RRC CONNECTION » et déclenche un Call Drop.
4.3.
Autres raisons (échec de mise à jour des cellules, congestion…). Handover :
4.3.1. Soft/Softer Handover : La formule du Soft/Softer Handover Success Rate est donnée ci-dessous : Soft (Softer) Handover Success Rate = Soft (Softer) Handover Success / Soft (Softer) Handover Request× 100%
Figure 25: Les messages de signalisation échangés lors du Soft/Softer Handover
L’échec du Soft/Softer Handover peut être causé par plusieurs raisons:
Des configurations non-supportées.
52
Des configurations invalides.
Incompatibilité au niveau de la reconfiguration.
Aucune réponse.
4.3.2. Le Hard Handover : La formule du Hard Handover Success Rate est donnée ci-dessous: Hard Handover Success Rate = Hard Handover Success / Hard Handover request× 100%
Figure 26: Les messages de signalisation échangés lors du Hard Handover
L’échec du Hard Handover peut être causé par plusieurs raisons :
Des configurations non-supportées.
Des configurations invalides.
Echec au niveau d’un canal physique.
Incompatibilité au niveau de la reconfiguration.
Aucune réponse.
4.3.3. Le Handover Inter-Système : La formule du InterRAT Handover to GSM Success Rate est donné par:
InterRAT Handover to GSM Success Rate = inter-RAT handover from UTRAN to GSM success / inter-RAT handover from UTRAN to GSM attempts × 100%
53
Figure 27: Les messages de signalisation échangés lors du Handover inter-système
L’échec du Handover inter-système peut être causé par plusieurs raisons:
Des configurations invalides.
Echec au niveau d’un canal physique.
Aucune réponse.
Les informations relatives au GSM sont érronées (déclaration du 2G LAC).
Problèmes au niveau du Core Network.
La configuration du BSS.
Figure 28: Exemple d’un échec d’un Handover inter-système
54
4.4.
Trafic :
Lors des mesures du Trafic, on distingue les appels CS et les appels PS. Ces mesures peuvent être reportées sous forme de moyenne tenant en compte les résultats de toute la journée ou en heure de charge où on mesure un maximum de trafic. Pour les mesures de ce KPI, il n’y a pas de seuil fixe à comparer avec, car cela dépend de la taille des cellules ou du RNC. On y distingue aussi l’Urbain et le rural. Toutefois, une valeur très minimale est signe de problèmes qui peuvent être liés à un dysfonctionnement de la NodeB par exemple.
5. Le Drive Test : Les Drive tests comme leur nom l’indique consistent en des tests sur les performances du réseau en parcourant les rues avec une voiture, ainsi ils donnent des informations sur la voie descendante entre la NODE-B et la UE. Lors d’une mesure drive test, l’ingénieur radio est appelé à récupérer les mesures effectuées sur l’interface radio, les interpréter et les analyser. Ceci permet à l’ingénieur de constater l’état de la qualité du réseau UMTS et lui offre la possibilité de faire une étape d’analyse et d’optimisation de ce réseau.
Figure 29: chaine de mesure
Pour réaliser un drive test on a besoin de:
Mobile(s) à trace ils donnent une première impression vis-à-vis de la performance du
réseau. Ils sont configurés comme suite : 55
Appel court: on configure l’UE pour faire des appels courts (durée de 2min,
séparés aves un intervalle de temps de 30s).
Appel long: on configure l’UE pour faire des appels longs (durée indéterminé
avec recomposition automatique du numéro en cas de déconnexion).
Session PS: on configure l’UE pour télécharger des fichiers.
Appel vidéo.
Scanner: permet de mesurer le niveau du champ et la qualité de l’environnement radio.
Un véhicule pour le déplacement.
Geographical position System GPS: pour la localisation géographique des points de
mesures. Un software spécial installé sur un ordinateur Portable: pour l’acquisition, l’enregistrement et le traitement des mesures récupérées. Le Software qu’on a utilisé est TEMS Investigation data collection. La connexion des équipements se fait de la façon suivante :
Figure 30: Connexion des équipements
L’objectif du Drive Test est de vérifier que la NODE-B est fonctionnelle d’un point de vue RF. Il s’agit, en effet, de tester et d’évaluer les éléments suivants :
Le taux des access-failures, le taux des Dropped-Calls et le temps du Call-Setup seront
mesurés pour s’assurer du bon fonctionnement de la NODE-B. 56
Le débit des données et le temps de latence seront mesurés pour s’assurer du bon
fonctionnement du data service
Chaque PN sera validé pour s’assurer qu’il a été transmis à travers l’antenne
appropriée et dans la bonne direction.
La puissance nominale de transmission et de réception sera vérifiée pour s’assurer
qu’il n’y a pas de problèmes de câblage d’antennes.
Ec/No et RSCP seront vérifiés pour s’assurer qu’il n’y a pas de problèmes de bruit ni
d’interférences.
Les paramètres RF tels que: la liste des voisins, la fenêtre de recherche, et les
paramètres du handoff seront vérifiés pour s’assurer que la base de données est mise à jour.
Les fonctionnalités du handoff seront testées pour s’assurer que la station de base
effectue le contrôle de l’appel correctement.
Les performances de la voix (Access-Failure, Call drops…)
Les performances de la Data (débit et autres)
La couverture du signal (puissance nominale de transmission et puissance de
réception)
Les différents types du Handover (Softer Handover, Soft Handover et inter-Rat
Handover) Les éléments suivants doivent être pris en considération durant le drive test:
Les chemins de test doivent être à l’intérieur de la couverture.
Éviter la répétition du même trajet.
Parcourir le plus possible à travers les routes présentant des obstacles.
Essayer de tester avec la même vitesse (30 à 50km/h). En cas d’existence d’anomalies, des interventions sont menées juste après pour y remédier jusqu’à la correction de toutes les anomalies.
57
Conclusion Dans ce chapitre, nous avons défini la QoS, en insistant sur les indicateurs et les paramètres logiques qui permettent la décision de l’état de la performance du réseau, ainsi que la description de l’architecture de la QoS du réseau en détaillant chacun de ces blocks constitutifs et notre analyse s’est également étalé sur les attributs de la QoS. Dans la deuxième partie nous avons identifié la notion des statistiques leurs utilisation les méthodes d’analyse et comment l’évalué dans le réseau. Nous avons aussi vue la notion des KPI et comment ils sont définis internationalement en introduisant les six classes des KPI et la définition de chacune d’eux. En dernier lieu nous avons vu le principe général du processus des Drives Test.
58
3ème Chapitre: Processus d’optimisation 3G
59
Introduction L’optimisation est l’une des principales étapes d’amélioration des performances des réseaux des télécommunications, elle consiste en plusieurs types d’analyse et d’action à entreprendre afin d’avoir des améliorations au niveau des réseaux et ceci que ça soit au niveau de la couverture, de la qualité du lien radio ou au niveau d’autres paramètres. Dans ce chapitre nous allons voir les objectifs de l’optimisation radio ainsi que les processus d’optimisation qui permettent grâce à leur cycle périodique d’automatiser les actions à entreprendre suite aux différentes analyses effectuées, nous allons voir aussi toutes les parties prenantes de ces processus d’optimisation, que ça soit les statistiques (KPI) ou les données des Drive.
1. Optimisation radio: 1.1. Objectif de l’optimisation radio: Afin de gagner la satisfaction de ses clients, les opérateurs essaient d’assurer la continuité de la délivrance des services avec une qualité optimale. L’optimisation qui a cet objectif est donc un élément de service requis et important pour maintenir et améliorer la qualité et la capacité d’un réseau. Il est aussi essentiel de maintenir une bonne qualité de service attendu par les clients, quand l’operateur envisage une implémentation d’une nouvelle fonctionnalité au niveau du réseau. La phase d’optimisation permet aussi de minimiser ses coûts et d’optimiser les ressources rares, c’est une étape des plus cruciales du cycle de vie d’un réseau cellulaire. Une fois le réseau est opérationnel, l’opérateur doit veiller sur son bon fonctionnement. Ceci est nécessaire afin de réaliser un suivi de la qualité de service et d’adapter le réseau aux différentes fluctuations en vue de son amélioration et de son expansion. Ainsi l’optimisation d’un réseau cellulaire est motivée par deux objectifs principaux : améliorer la qualité de service offerte aux utilisateurs et augmenter le volume de trafic écoulé par le réseau avec les équipements existants. 1.2.
Schéma général du processus de l’optimisation:
Le processus d’optimisation est un cycle périodique à qui on peut faire appel plusieurs fois dans un même réseau de communication mobile, soit juste après le déploiement du réseau et c’est ce qu’on appelle la pré-optimisation, ou après le lancement du réseau et c’est ce qu’on va détailler tout au long de notre sujet.
60
Ce cycle comme le montre le schéma ci-dessous commence par la supervision des performances à travers les statistiques (KPI), puis l’analyse de ces statistiques afin de sélectionner les zones où il y a des problèmes, pour lancer des parcours de tests (Drive Tests) afin de mieux connaitre la cause de ces problèmes. Ensuite une analyse globale des KPIs et des résultats des parcours de tests qui permettra d’énumérer un nombre d’actions à entreprendre. Après validation et implémentation de ces actions on reprend le cycle dès le début pour voir les résultats et ainsi de suite.
Figure 31: schéma général du processus d’optimisation
Ainsi lors de chaque cycle d’optimisation il y a des entrées qu’on analyse soit en utilisant des outils soit en utilisant des tables brutes afin d’arriver à des actions pour améliorer les performances du réseau.
2. Présentation du projet: Les réseaux de la 3G déployés aujourd'hui permettent d'offrir aux clients différents services hauts-débits. Afin d'anticiper les évolutions de son réseau, le premier opérateur privé au Maroc exige une large couverture pour maintenir une qualité de service optimale. C’est dans ce cadre que s’inscrit mon projet qui consiste à optimiser le réseau 3G Radio de Méditel au niveau d’une zone se situant au centre de la ville de Fès.
61
FES étant la 4ème grande ville du MAROC possédant ainsi plusieurs Zones dont quelque unes ayant une mauvaise couverture. Sachant aussi qu’après avoir étudiées différentes zones de la ville de FES nous avons remarqués que La majorité des zones visitées ont un faible niveau de champ RSCP et une mauvaise qualité de signal a été enregistré au niveau du centre de la ville.
Figure 32: cartographie de la ville de FES
Et donc après analyse de la ville on en conclut les informations suivantes : La qualité de signal de Meditel est dégradée. Le taux d’échec enregistré des RAB Setup est très important.
Ainsi le débit Meditel pourra atteindre des niveaux supérieurs en renforçant le niveau de signal et en remédiant au problème de la qualité de signal. C’est pourquoi nous procédons à l’élaboration du processus d’optimisation intégrant ainsi les outils cités, ce par le suivi de la performance du réseau d’accès 3G et analyse des dérives de fonctionnement radio 3G via les KPI ainsi que l’établissement du diagnostic des Drive Test afin d’établir des plans d’actions correctives
62
Nous allons suivre les étapes suivantes dans l’optimisation de la zone étudiée en se basant sur des étapes essentielles à suivre afin de mener à bien le projet pour maintenir une qualité de service optimale.
Supervision de la zone d’étude en se basant sur les statistiques (KPIs) et les parcours de mesures.
Faire un Drive Test afin d’identification les problèmes (couverture, qualité, interférences...)
Proposition des solutions adéquates (optimisations physiques, paramétrage spécifique, implémentation de nouvelles fonctionnalités…)
Les outils de statistiques et de Drive Test utilisés:
Pour remédié aux différents problèmes et avec l’augmentation de la complexité des réseaux des opérateurs et le déploiement des multi technologies, la gestion de la performance devient de plus en plus difficile tout en augmentant entre autre la charge de travail de l'ingénieur. Pour réduire cette charge et faciliter la prise des décisions, plusieurs systèmes ont été créés. Parmi eux on peut citer: la plateforme OPTIMA et TEMS Investigation.
3. OPTIMA: Présentation générale d’OPTIMA:
3.1.
Il s’agit d‘un outil de collecte de statistiques et de gestion de performances en temps réel. Il permet à l'utilisateur de contrôler plus efficacement et de gérer l‘ensemble du réseau à partir d‘une plateforme simple. Il répond aux exigences de la gestion des performances des départements tels que celui de la gestion de qualité, de la maintenance, de l‘optimisation et de la planification du réseau. Cet outil permet de collecter les statistiques sous forme de compteurs bruts relatifs aux constructeurs dont Méditel dispose et à plusieurs technologies (GSM, GPRS, UMTS...). L’architecture de l’outil statistique OPTIMA de Méditel:
3.2.
Le serveur de cet outil est, en même temps connecté au réseau LAN et aux équipements du réseau de Méditel. Chaque heure, le serveur se connecte aux équipements pour importer les statistiques, permettant ainsi :
La collecte de plusieurs données (trafic acheminé, performances générales…)
Une disponibilité immédiate des statistiques après leur génération par les éléments du réseau.
Un stockage et traitement des données sous une base de données Oracle facile à interroger. 63
Un accès utilisateurs sans limite.
Une notification automatique, pré programmé, des anomalies présentes sur le réseau.
On trouve les différents KPI regroupés comme :
Hourly : Données heure par heure.
Daily : Données jour par jour.
Weekly : Données semaine par semaine.
Busy Hour : Données de l‘heure la plus chargée par jour.
Aussi on peut obtenir des informations concernant la Radio, les Handovers etc.
La radio : Ce module permet de donner les statistiques Radio (Axes et Villes et Cellules)
3.3.
Les handovers : Ce module donne le handover par Cell hourly et Busy hour Analyse des KPI : Au cours de notre stage à Méditel et comme nous l’avons déjà cité nous avons étudié
les différents statistiques de la ville de Fès ce qui nous a permis de voir de plus prêt les différentes classes de KPI que nous avons détaillé dans le chapitre 2. Ainsi nous avons choisi d’expliqué de près l’usage de quelques KPI et détecté quelques problèmes. Dans ce qui suit nous allons exploiter des statistiques relatives à plusieurs sites et sur une duré de 3 semaines sans mentionné leurs noms en raison de confidentialité. 3.3.1. Accessibilité : L’accessibilité au réseau est l’une des axes primordiale dans la télécommunication, l’opérateur doit assurer aux abonnées le pouvoir d’établir des appels à tout moment et avec une bonne qualité. C’est pour cela que le seuil acceptable à ce niveau est très serré. Exemple : la figure suivante illustre le taux d’accessibilité durant trois semaines du 23/05 au 11/06. On remarque que le taux d’accessibilité est strictement supérieur à 91% et que sa représente généralement une marge acceptable.
64
SPEECH_ACCESSIBILITY 102 100 98 96 94 92 90 88 86
SPEECH_ACCESSIBILITY
Figure 33: le graphe de l'accessibilité
Chaque opérateur adopte des seuils à ne pas dépassé pour les différent KPI. Pour l’accessibilité à Méditel le taux est de 90% mais généralement on vise les 98% pour rester loin de la valeur critique.
Figure 34: les taux acceptables
Comme nous l’avons déjà cité dans le deuxième chapitre l’accessibilité se calcul à partir de deux paramètre : RRC et RAB. On essayera de voir de près leurs pourcentages dans la même duré.
65
102 100 98 96 94 92 90 88 86
RRC_SUC_RATE
23/05/2011 00:00 24/05/2011 00:00 25/05/2011 00:00 26/05/2011 00:00 27/05/2011 00:00 28/05/2011 00:00 29/05/2011 00:00 30/05/2011 00:00 31/05/2011 00:00 01/06/2011 00:00 02/06/2011 00:00 03/06/2011 00:00 04/06/2011 00:00 05/06/2011 00:00 06/06/2011 00:00 07/06/2011 00:00 08/06/2011 00:00 09/06/2011 00:00 10/06/2011 00:00 11/06/2011 00:00
RAB_SUC_RATE
Figure 35: Accessibilité au niveau RRC et RAB
Ce graphe nous donne des informations supplémentaires et montre que la baisse de l’accessibilité le 31/05 est due à un problème dans la liaison RRC. 3.3.2. La maintenabilité : La maintenabilité est aussi un paramètre très important ou l’appel ne doit pas être interrompu. Pour la même période cité précédemment le graphe suivant montre que le taux de coupure des appels est nul et que le taux de coupure HS diffère entre 0,04 et 0,66 % sa reste inférieur à 1% c’est une marge acceptable. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
SPEECH_DROP_RATE
0,1
HS_DROP_RATE 23/05/2011 00:00 24/05/2011 00:00 25/05/2011 00:00 26/05/2011 00:00 27/05/2011 00:00 28/05/2011 00:00 29/05/2011 00:00 30/05/2011 00:00 31/05/2011 00:00 01/06/2011 00:00 02/06/2011 00:00 03/06/2011 00:00 04/06/2011 00:00 05/06/2011 00:00 06/06/2011 00:00 07/06/2011 00:00 08/06/2011 00:00 09/06/2011 00:00 10/06/2011 00:00 11/06/2011 00:00
0
Figure 36: Les taux de coupures
Le paramètre taux de coupure comme le montre la figure suivante varie dans une marge très précise. La marge acceptable doit être inférieure à 1.38%.
66
Figure 37: marge de taux de coupure
3.3.3. Charge et utilisation : Les KPI du trafic permettent de déterminer le nombre d’utilisation. Le graphe suivant montre que le trafic dans cette cellule est faible appart l’exception du 06/06 qui a enregistré une valeur un peu élevé mais lorsqu’on vérifie les valeurs de l’accessibilité et du taux de coupure pour le même jour on trouve que ce sont des valeurs normales.
TRAFIC_VOIX 40 35 30 25 20 15 10 5 0
TRAFIC_VOIX
Figure 38: Le trafic de la voix
4. TEMS: Les drives test sont relevés sur le réseau, à l’intérieur de la voiture, lors de l’établissement de la communication. Cette dernière est réitérée une fois en cas d’échec ou de coupure d’appel. Les parcours d’appel sont construits de façon à répartir les mesures dans les zones correspondantes aux centres villes et sur les axes principaux reliant les agglomérations, complétés par des quartiers périphériques.
67
Ces mesures permettent d’analyser le niveau de signal afin d’avoir une idée sur la qualité de la couverture. Il s’en enchaine une analyse des événements survenus lors du drive test, ou on détecte s’il n’y a pas eu d’anomalies. TEMS est un outil développé pour la surveillance et la maintenance d’un réseau cellulaire, son objectif est d'analyser les cellules dans la procédure du Drive Test, il permet de suivre le comportement de la cellule en temps réel. C’est un outil d'ingénierie pour l’analyse des parcours après le Drive test, et qui permet un diagnostic du parcours allant de la couverture jusqu’aux messages de la couche 3 envoyés entre le mobile et les différentes entités du réseau, ce qui permet une meilleure analyse du réseau ainsi une détection facile des causes des problèmes rencontrés lors de ce parcours de mesures. Par la suite on ne se contente pas seulement de traiter un fichier par fichier mais on regroupe les parcours en entier dans une seule vue et de faire des requêtes pour pouvoir cibler nos choix et effectuer des analyses thématiques qui permettent de dégager les zones les plus sensibles. C’est pour cela qu’on exporte les tables à partir de l’outil TEMS et on les projette dans MAPinfo, en prenant soin d’avoir la carte de la ville en arrière plan. Ainsi on reproduit sur des cartes les mesures et les événements ce qui nous permet d’avoir une vision plus précise. 4.1.
Le canal pilote CPICH: Le CPICH est un facteur très important pour le handover, la sélection et la resélection de
cellule. La puissance du canal pilote indique au mobile la cellule à laquelle, il doit se rattacher, elle définit de cette façon l’étendue de la cellule. En fonction des puissances des pilotes reçues, le mobile décide à combien de stations il sera rattaché, ce qui rend possible la mobilité dans le réseau d’une part, et le renforcement du lien radio d’autre part. La puissance des pilotes détermine la surface de couverture des stations de base. Si la puissance décroît, la cellule devient plus petite par contre si la puissance devient plus grande, la cellule s’agrandit. Augmenter la taille de la cellule revient à dire que plus de mobiles seront connectées à la cellule de la station de base en question. L’analyse du canal pilote repose sur la vérification de La couverture du canal pilote, elle se fait par scanner la valeur du CPICH RSCP et EcNo de la cellule serveuse. Ces valeurs sont négociées avec le client mais ne doivent pas être inférieures respectivement à -16dBm et -111dBm. Les problèmes causant les trous de couverture sont : 68
Cellule over-shooter: Quand une cellule est la cellule serveuse dans une zone éloignée de sa zone de couverture planifiée.
Pilot pollution: Les interférences peuvent être détectées dans les zones où l’on a un bon niveau de signale et une mauvaise qualité. Par exemple pour des valeurs de RSCP supérieures à -100dBm et Ec/No inférieur à -12dB. Cette dégradation de qualité est due aux interférences causées par la présence d’autres signaux reçus avec un bon niveau de champ provenant de plusieurs cellules.
Le site est en panne ou n’existe pas dans cette zone
Mauvaise configuration et positionnement des antennes.
Grande perte au niveau de câble (feeder).
Un niveau élevé d'interférence.
Un réglage incorrect des paramètres de puissance de sortie des canaux de contrôle et La couverture est classée en quatre niveaux. Pour chaque classe, un seuil pour la valeur du RSCP et celle de l’EcNo est précisé.
Tableau 5:La couverture classée par niveaux
En analysant les appels, il faut commencer par le premier problème que l’UE peut rencontrer nommé l’accessibilité. Si l’UE ne peut pas se connecter au système, il ne peut pas maintenir l’appel à une certaine qualité. 4.2.Blocage d’appels (Accessibilité): L’accessibilité exprime le pouvoir de l’UE pour obtenir un service à une qualité satisfaisante. Pour cela, on s’intéresse au niveau des Drive tests aux mesures faites lors des appels courts. Il est essentiel de noter que l'événement Blocage d’appel arrive toujours pendant la phase de configuration d’appel. Les principales causes de blocage d’appel sont:
Problème de voisinage :
Dans ce cas le blocage d’appel se produit lorsque la cellule serveuse a un niveau de CPICH RSCP et de CPICH Ec/No plus faible que les cellules déclarées comme voisines mais il n’y a pas eu de handover.
69
Un exemple d’un blocage d’appel causé par une absence de voisinage. L’UE est servie au début par la cellule (SC = 176). Lors de l’établissement d’appel, la cellule (SC = 0) et la cellule (SC= 192) présente de très bonnes conditions mais ne sont pas ajoutées à l’Active Set. Ces cellules causent de très fortes interférences. La cause de ce blocage n’est pas spécifiée explicitement par TEMS.
Figure 39: Prise d'écran TEMS problème de blocage d'appel
Solution : Afin d’essayer de surmonter ce problème il faudra revoir la configuration des cellules voisines afin que l’active set puisse prendre en compte les mesures ( RESCP et Ec/No) ainsi le hand over sera réalisé et cela permettrai d’éviter le blocage d’appel.
Mauvaise couverture :
Le blocage d’appel se produit aussi lorsque les conditions radio sont médiocres dans la phase de configuration d’appel. Exemple: les conditions radio sont très mauvaises au moment où l’UE tente d’initier un appel. Le RCSP de la cellule serveuse =-121dBm et Ec/No=-21dB.
70
Figure 40: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture
Solution : Afin de résoudre le problème de couverture on propose les deux scénarios suivants : Scénario 1 : l’ajustement des paramètres de la cellule servante au niveau Azimut, Tilt ou la hauteur de l’antenne (Voire Annexe 1) Scénario2 : l’ajout d’un site couvrant la zone du problème et c’est généralement la solution
proposée
par
Méditel,
afin
d’éviter
tout
autre
problème
(Congestion,
Overshooting,…).
Ressources Indisponible (Congestion) :
Le problème de congestion est définit comme étant un grand problème au niveau des réseaux cellulaires (ressources indisponibles) ainsi afin de satisfaire le trafic et donc il arrive qu’en cas d’événements spéciaux qu’il y est une augmentation au niveau du trafic et qu’un bocage d’appel s’en suit. A titre d’exemple, on a dans la cellule SC=100 qui représente de très bonnes conditions radio et malgré sa le réseau envoie un message de déconnexion dont la cause est : « les ressources non disponibles ». Ce message est envoyé après le setup de radio Bearer. L’environnement radio dans ce cas est bon.
71
Figure 41: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Congestion
Solution : Pour le problème de la congestion on propose toujours d’effectuer un Down tilt afin de réduire la zone de couverture de la cellule. 4.3.
Coupure d’appels (Maintenabilité) :
Absence de relation de voisinage :
La coupure d’appel peut avoir lieu quand le niveau de champ et la qualité du signal de la cellule serveuse sont faibles, alors qu’ils sont bons pour une cellule voisine qui n’est pas déclarée parmi les cellules voisines. Par conséquent, le mobile ne peut pas effectuer de SHO vers cette cellule. Dans ce cas la cellule serveuse est SC=205. Lors de l’appel, la cellule SC=293 donne un niveau de champ plus élevé mais elle n’est pas ajoutée à l’Active Set du fait que ces deux cellules ne sont pas déclarées comme voisines.
72
Figure 42: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de manque de voisine
Solution : Scenario1 : Pour remédier au problème de voisinage on propose d’effectuer une modification au niveau de la configuration. La cellule qui représente de bonnes conditions doit être ajoutée à la liste des cellules voisines. Scénario2 : Pour ce problème on a pensé a une autre cause qui pourrait subvenir a ce dernier et qui est celle d’un problème au niveau des codes vu que si par exemple on a pour une cellule 16 codes (DL code) on alloue 70% pour les utilisateurs et 30% pour les Hand Over et donc il se peut qu’il y est un problème a ce niveau
Mauvaise couverture :
Dans ce cas la coupure se produit dans les régions où les conditions CPICH RSCP et / ou CPICH EcNo ont des valeurs critiques et ne conviennent pas pour une bonne connexion. Exemple: L’environnement radio d’après les rapports de mesure de l’UE était défavorable. Le RSCP de la cellule serveuse est de -127dBm et Ec/No est -32dB.
73
Figure 43: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture
Solution : Comme nous l’avons déjà cité dans la partie des problèmes de l’accessibilité la solution proposée c’est soit l’ajustement des paramètres de l’antenne soit l’ajout d’un nouveau site.
Pilot Pollution :
Le problème du Pilot pollution est dû aux interférences qui peuvent être détectées dans les zones où l’on a un bon niveau de signal et une mauvaise qualité. Dans notre cas nous avons des valeurs de RSCP des cellules SC= 64, 40, 88, 176 supérieures à -100dBm et représentent des valeurs très proches entre -84 et -86dBm, nous avons aussi les valeurs du Ec/No sont inférieur à -12dB. Alors on peut conclure que cette dégradation de qualité est due aux interférences causées par la présence d’autres signaux reçus avec un bon niveau de signal provenant de plusieurs cellules.
74
Figure 44: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Pilot Pollution
Solution : Dans le cas du pilot pollution on propose de faire une mise à jour des Tilts des cellules qui causent des problèmes d’interférences, ou on peut effectuer des réajustements au niveau des sites voisins.
Problème radio :
Dans ce cas nous avons trois cellules déclarées comme cellules voisines qui ont un bon niveau de champs avec des valeurs très proches ce qui cause de fortes interférences et en conséquent on obtient une dégradation au niveau de la qualité se qui provoque une coupure d’appel.
Figure 45: Problème Radio
Solution : 75
Dans ce cas aussi on propose un Down tilt par ce qu’on a trois cellules qui offre un très bon niveau de champs se qui cause des interférences et provoque une dégradation de la qualité de la voix.
Congestion :
Le problème de congestion est dû ici à une dégradation du Rab et du RRC et donc dans ce cas le Drop se produit quand il n'y a pas de ressources disponibles pour la connexion radio. Le réseau envoie une RRC connexion release lorsque le RBS atteint sa puissance maximale disponible en DL. Lorsque le drop se produit, la cause « congestion » est communiquée clairement dans le message de la couche 3 « RRC connexion release ». Exemple: Dans ce cas, les conditions radio ne sont pas critiques. On remarque la présence d’une Best Server avec deux autres cellules qui transportent le service. L’indisponibilité des ressources radio arrive brusquement après un nombre de SHO rapides et un message envoyé par le réseau intitulé « RRC Connection Release » apparaît pour annoncer la coupure de l’appel. Sur les messages du niveau 3 on voit clairement que la cause de cette coupure est la « Congestion ».
Figure 46: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de congestion
Solution : Pour résoudre le problème de congestion on propose généralement un Down Tilt pour diminuer la zone de couverture ou carrément ajouté un nouveau site afin de maximiser la 76
satisfaction des clients. Mais ce que nous proposons afin de remédier au problème, c’est de faire un Upgrade au niveau des HS user’s ou effectuer une second carrier’s(deuxième fréquence), ainsi on aura un site qui possède deux fréquence pour améliorer la capacité et donc avoir la possibilité de répartir les utilisateurs sur les secteurs (partage de ressources).
Autres Problèmes :
Problème 1 : La cellule SC=88 représente de bonnes conditions radio au niveau champ et au niveau qualité mais malgré cela une coupure d’appel a eu lieu, ce qui nous laisse penser que le problème est dû à un problème temporaire au niveau UE ou au niveau RNC.
Figure 47: Autre problème de coupure d'appel
Problème 2 : Il peut subsister un problème hardware plus exactement soit au niveau des TRX ou au niveau power c.-à-d. que la puissance au niveau de la cellule se dégrade Problème 3 : On peut avoir un problème au niveau du lien Iub et donc on peut y remédier en effectuant des modifications au niveau de la configuration.
5. Traitement de la zone étudiée : Après avoir vu dans ce chapitre des cas séparés au niveau des statistiques en étudiant les majeur KPIs aussi au niveau de l’analyse du Drive Test nous allons dans ce qui suit traités le parcourt du Drive Test de toute la zone citée dans les paragraphes précédents.
77
5.1.
Analyse de couverture :
Figure 48: Plot du RSCP lors du drive test
Le plot de RSCP dévoile que la couverture est généralement bonne (94.14% du plot est supérieur à -85 dBm) mais nous avons quatre zones ou le RSCP est inferieur à -85dBm. Nous allons détailler les quatre zones de mauvaise couverture :
Figure 49: Autre Plot du RSCP lors du Drive Test
78
4.09% du parcourt est représenté par la couleur Jaune, 1.64% est représenté par la couleur Rose, 0.11% constitue la zone rouge et enfin aucune partie n’a signalé un RSCP inférieur a 100dBm. On remarque aussi que les zones 1 et 2 ont mesurées la plus faible couverture. 5.2.
Analyse du rapport Ec/N0 :
Figure 50: Plot de l’EcNo lors du drive test
Le plot de Drive test montre que la qualité est bonne dans presque toute la zone: - Ec/No ≥-12 dBm : 99.28% - Ec/No < -12 dBm : 0.71 % L’analyse de l’enregistrement de ce Drive test nous indique qu’au niveau de la zone 1 plusieurs valeurs EcNo <-12 dBm ont été détectées. Dans le paragraphe suivant nous allons voir de plus près les causes et les solutions proposées. 5.3.
Analyse et Solution :
Le type des quatre zones étudiées : Zone 1: Un Hôtel plus une zone de villa. Zone 2: Zone résidentielle dense urbain. Zone 3: Cité Universitaire. Zone 4: Zone résidentielle dense urbain. Au niveau du RSCP nous avons détecté 4 zones : Zone 1: Faible couverture aux alentours de l’hôtel et une zone de villa. 79
Zone 2: Faible couverture à 200 m de FES098_3G. Zone 3: Faible couverture engendrant un HO 3G => 2G Zone 4: Faible couverture aux alentours de FES081. Au niveau de l’EcNo Nous avons une seule zone : Zone 1: Qualité dégradée aux alentours de l’hôtel et une zone villa avoisinantes. Les zones 1 et 2 sont les zones qui représentent les niveaux les plus bas du RSCP et EcNo. On remarque que trois sites 3G et 3 sites 2G sont à proximité de la première zone et puisqu’on sait déjà qu’il s’agit d’une zone constituée de villas et d’un hôtel donc le trafic à ce niveau n’est pas très élevés. On propose comme solution dans ce cas de déclarer les relations de voisinage avec les sites proches. La deuxième zones est densément peuplé et représente de faible ressources radio, on déduit qu’il s’agit du problème de congestion. On propose comme solution un Down Tilt pour réduire la zone couverte ainsi on aura plus de ressources disponible. Le tableau suivant on récapitule ce qui précède plus une analyse et les solutions proposées. Zone Zone 1
Problème Voisines non déclarées
Zone 2
Congestion
Solution Déclarer les relations de voisinage avec les sites voisins suivants : FES065, FES025, FES007 Effectuer un Down Tilt des antennes du site FES098
Tableau 6: Tableau résumant l’analyse des problèmes rencontrés lors du Drive Test
Après les modifications apportées au deux zones 1 et 2 nous avons obtenu le résultat suivant:
80
Figure 51: les amélioration apportées au niveau RSCP
Conclusion Les compteurs statistiques recueillis au niveau des RNC/ RBS reflètent les performances d’une cellule 3G dans le réseau déployé. Pour les différentes anomalies qui apparaissent dans le fonctionnement du réseau, des compteurs spécifiques doivent être analysées pour ressortir la source du problème. Le nombre de compteurs générés par les différents nœuds du réseau est énorme, par conséquent, l’analyse devrait se concentrer seulement sur les compteurs reflétant les performances critiques des cellules. Nous avons aussi travaillé sur le drive test qui est un outil très important dans le processus de l’optimisation. Après la détection des anomalies du réseau vient le parcours Drive Test pour permettre d’avoir plus d’information sur le problème et aussi faire les changements adéquats.
81
Conclusion Dans ce travail, on a tout d’abord présenté les différentes fonctionnalités et caractéristiques des standards 3G. Ensuite, nous avons développé et analysé les différents processus d’optimisation des réseaux d’accès ainsi que les outils utilisés. Enfin nous avons pu établir un plan d’action pour résoudre les problèmes liés aux performances de la zone étudiée de Méditel Ce projet m’a permis, non seulement d’améliorer mes connaissances dans le domaine de l’ingénierie des réseaux mobiles et en matière de gestion et capacité à résoudre les problèmes, mais j’ai pu, tout au long de ma période de stage, être un ingénieur opérationnel et remplir les tâches qui m’ont été affectées, notamment analyser et étudier des cas concrets de situations de problèmes où il fallait opter pour la bonne décision.
Par ailleurs, à travers ce rapport je ne prétends pas avoir couvert toutes les notions liées au domaine, mais j’ai essayé d’aller au long des notions dont j’ai eu réellement l’expérience pratique de proche ou de loin.
Une extension de notre effort pourrait se baser sur ces analyses pour proposer une nouvelle configuration, avec des éléments techniques fondamentaux. Ainsi, la technologie 3G continuera à se positionner comme un potentiel évolutif qui permet d’élaborer la base des futurs réseaux mobiles en vue de supporter les services et applications évolués. Toute mon ambition est que ce travail sert de référence pour de futures recherches dans le domaine du Réglage et d’optimisation radio de réseau 3G.
82
Acronyme 1G : 1ère Géneration 2G : 2
ème
Géneration
GGSN: Gateway GPRS Support Node GMSC: Gateway MSC
2.5 : La géneration 2.5
GPRS: General Packet Radio Service
2.75: La géneration 2.75
GSM: Global System for Mobile
3G: troisième Géneration
H
3GPP: Third Generation Partnership Project
HS: High Speed HLR: Home Location Register
A
HSDPA: High Speed Downlink Packet
ADSL: Asymmetric Digital Subscriber
Access
Line
HSUPA: High Speed Uplink Packet
AuC: Authentication Center
Access
B
I
BLER: Block Error Rate
IRAT HO: Inter radio access technology
BMC: Broadcast/Multicast Control
handover
BS: Bearer Services
K
C
KPI: Key Performance Indicator
CDMA: Code division multiple access
M
CN: Core Network CS: Circuit Switched
MAC: Medium Access Control ME: Mobile Equipment
D
MSC: Mobile Switching Centre
DL: Down Link
MT: Mobile Terminal
DRNC: Drift RNC
O
E
OVSF: Orthogonal Variable Spreading
EDGE: Enhanced Data Rates for Global
Factor
Evolution
P
EIR: Equipment Identity Register
PDCP: Packet Data Convergence Protocol
F
PI: Performance Indicator
FDD: Frequency Division Duplexing
PS: Packet Switched
G 83
PSTN:
Public
Switched
Telephone
USIM: Universal Subscriber Identity
Network
Module
Q
UTRAN:
QoS: Qualité of Service
R R99: Release 99
Universal
Terrestrial
Radio
Access Network
V VLR: Visitor Location Register
RAB: Radio Access Bearer
W
RF: Radio Frequency
WCDMA: Wideband Code Division
RLC: Radio Link Control
Multiple Access
RNC: Radio Network Controller
WiMAX: Worldwide Interoperability for
RNIS: Réseau Numérique à Intégration de
Microwave Access
Services RNS: Radio Network Subsystem RRC: Radio Resource Control
S SDU: Service Data unit SF: Spreading Factor SGSN: Serving GPRS Support Nod SMS: Short Message Service SRNC: Serving RNC
T TD-SCDMA: Time Division Synchronous Code Division Multiple Access TDD: Time Division Duplexing TE: Terminal Equipment
U UE: User Equipment UL: Up Link UMTS: Universal Mobile Telecommunications System
84
Bibliographies 1) UMTS de Jean NOEL ROZEC (st-microelectronics) – Tome 1 2) UMTS de Jean NOEL ROZEC (st-microelectronics) – Tome 2
Sitographie 3) http://www.generation-nt.com/telephonie-mobile-reseaux-3g-umts-wcdma-hsdpa-hsupaarticle-46573-1.html 4) http://www.efort.com/r_tutoriels/ACCES_UMTS_EFORT.pdf 5) http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE2006/eric_meurisse/umts.php 6) http://www710.univ-lyon1.fr/~btouranc/M2SIR/TER09/Nguyen.pdf 7) http://www.etudionet.com/communaute/xuser/etudionet/docs/FETOUI_Zied.pdf 8) http://www.etudionet.com/communaute/xuser/etudionet/docs/CHOUCHENE_Sebti.pdf
85
Annexes
86
Annexe 1 : Définition du problème d’optimisation de l’UMTS: Le problème d’optimisation est défini dans ce qui suit par les paramètres à ajuster et les objectifs à optimiser.
Figure 52: schéma d’un site Paramètres antennaires: Les paramètres d’antenne sont les plus importants dont dépend l’interférence dans le réseau. Deux paramètres caractérisent l’antenne d’un site tri sectorielle : Le tilt L’azimut
1. Tilts: Le tilt d’une antenne correspond à son angle d’inclinaison dans un plan vertical. En utilisant l’antenne vers le bas, ce qui correspond à une augmentation de l’angle du tilt, la zone de couverture de l’antenne diminue et l’intensité de la puissance moyenne reçue dans la cellule augmente. Le tilt peut être modifié de façon mécanique (l’angle de l’antenne change physiquement ou de façon électrique en modifiant le diagramme de rayonnement de l’antenne sans toucher à son inclinaison physique). Tilter une antenne nécessite une intervention humaine sur site, ce qui introduit un cout lié au paramétrage du réseau.
87
Figure 53: schéma d’une antenne à tilt éléctrique 2. Azimuts: L’angle d’azimut correspond à l’orientation du lobe principal de l’antenne dans le plan horizontal. Idéalement, dans un site tri-sectoriel, l’orientation des antennes est séparer de 2π/3 ; une modification de l’angle d’azimut peut être utile suite à un effet de masque lié au paysage ou à des bâtiments, qui peuvent causer des réflexions et des interférences indésirables.
Figure 54: Ajustement de l’azimut de l’antenne
88
Annexe 2 : Les protocoles de signalisation 3G:
Protocole RANAP : Radio Acces Network Application Part
Le protocole de contrôle de signalisation de l’interface Iu contient les informations de contrôle de la couche radio. Ses différentes fonctions : -
Relocalisation : gère le déplacement des fonctions SRNS d’un RNS à un autre ou le hard-handover inter-RNS.
-
Gestion des supports d’accès radio (RAB) : initialisation, modification ou suppression d’un support d’accès radio existant.
-
Libération de l’interface Iu, pour toutes les ressources, le trafic et signalisation pour un utilisateur donné.
-
Remontée d’événements pour informer le réseau cœur de l’échec de transmission de données.
-
Gestion d’un identifiant commun de l’usager aux fin de paging.
-
Paging, c.-à-d. recherche d’un mobile sur appel entrant.
-
Localisation, enregistrement de l’activité d’un mobile donné à la fin de maintenance.
-
Transfert de signalisation, de manière transparente entre le réseau cœur et le mobile.
-
Contrôle d’intégrité et de chiffrement.
-
Contrôle de charge.
-
Reset, ou réinitialisation de la connexion du coté cœur ou du coté UTRAN.
-
Rapport sur la localisation du mobile.
Protocole NBAP : Node B Application Part Le protocole de signalisation sur l’interface Iub, appelé NBAP est composé de deux
parties, Common NBAP et Dedicated NBAP. La composante Common NBAP (C-NBAP) correspond à la signalisation qui n’est pas relative à une session d’un terminal donné, comme par exemple l’établissement du premier lien d’un terminal, la configuration d’une cellule, l’initialisation et la remontée des mesures spécifiques à une cellule. Une fois établi le premier lien entre un terminal et le réseau, le node B assigne un point de terminaison de trafic à ce terminal pour la durée de connexion. Les échanges suivants se font alors grâce aux procédures de la composante Dedicated NBAP (D-
89
NBAP). Il s’agit en particulier de le reconfiguration des données pendant un soft handover, de la remontée des mesures ou de la gestion des alarmes.
Protocol RNSAP : Radio network subsystem application part
L’interface Iur et le protocole RNSAP sont les deux composants qui permettent le soft handover inter-RNC durant lequel le mobile est connecté avec plus d’un radio link et les BTS sont contrôlés par différents CRNCs. Durant cette procédure, il y a distinction faite entre le SRNC et le DRNC. RNSAP est en fait responsable du contrôle de la connexion entre ces deux entités. Nous pouvons mettre en relief les fonctions suivantes du RNSAP :
procédures gérant la mobilité : elle concerne les procédures qui gèrent la mobilité au niveau du RAN comme le paging de l’utilisateur par exemple.
procédures dédiées : elles concernent la gestion des canaux dédiés sur l’interface Iur comme le transfer des mesures provenant des canaux dédiés du CRNC vers le SRNC.
procédures communes : elles sont spécifiques pour les canaux de transport communs.
procédures globales : elles gèrent les transactions entre différents CRNCs.
Protocole ATM :
Asynchronous Transfer Mode
Protocole Grande Vitesse Asynchrone qui permet de faciliter le transfert de données de type multimédia. Il permet de faire passer simultanément plusieurs types de données tout en maximisant la bande passante.
90
