Ministère de la poste et des technologies de l’information et de la communication Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Institut des télécommunications d’Oran Abdelhafidh boussouf d’état en télécommunications M. BENYAHIA Tarek M.LAMARI Salim M.SIDI ALI MEBAREK Zerrouk Chargé de cours à l’ITO M. BENSAADA Lakhdar Chargé de cours à l’ITO M.KOUADRI Houari RF Planning engineer. Mobilis Président Examinateur Examinateur M.MEKALICHE Lahouari Chargé de cours à l’ITO (Directeur de l’institut). M.MOKRAB Saïd Chef du département optimisation. Direction régionale Oran. Mobilis. JUIN 2008 Sommaire Sommaire Introduction Générale ....................................................................................................................................... 1 1‐Caractéristiques d’un système 3G ............................................................................................................... 2 1.1‐ Début de la normalisation .................................................................................................................... 2 1.2‐ Services ................................................................................................................................................. 3 Services Proposés par un réseau UMTS : ............................................................................................... 3 1.3‐ Architecture du réseau ......................................................................................................................... 4 1.3.1 Le réseau cœur (CN : core network) ............................................................................................. 4 1.3.2 Le réseau d’accès UTRAN (UMTS terrestrial radio access network) .......................................... 6 1.4 WCDMA dans l’UMTS ............................................................................................................................. 8 Pourquoi le WCDMA ? .............................................................................................................................. 9 L’étalement du spectre ............................................................................................................................ 9 1.5 Protocoles et canaux de l’interface radio ........................................................................................... 11 1.5.1 Description des différents canaux ............................................................................................... 12 1.5.2 Description et fonctions des couches protocolaires .................................................................. 14 2.1 Introduction ............................................................................................................................................. 17 2.2 Canal de propagation radio ..................................................................................................................... 17 2.2.1 Mécanismes de propagation ............................................................................................................ 17 2.2.2 Effet des trajets multiples et ses conséquences ............................................................................. 18 2.2.3 Modèles de propagation ................................................................................................................... 18 2.3 Gestion de la mobilité .............................................................................................................................. 20 2.3.1 La macrodiversité ............................................................................................................................. 20 2.3.2 La relocalisation de SRNC ................................................................................................................ 20 2.3.3 La resélection de cellule ................................................................................................................... 20 2.3.4 Le Handover ..................................................................................................................................... 20 Les causes du Handover ........................................................................................................................ 21 Les étapes d’une procédure de Handover ............................................................................................ 21 Types de cellules impliquées dans le Handover .................................................................................. 21 Types du Handover ................................................................................................................................ 22 2.4 Contrôle de puissance ............................................................................................................................. 24 2.4.1 Contrôle de puissance en boucle ouverte ....................................................................................... 24 2.4.2 Puissance d’émission des canaux communs de la liaison descendante (DL) .............................. 25 2.4.3 Contrôle de puissance en boucle fermée interne ........................................................................... 25 2.4.4 Contrôle de puissance en boucle fermée externe .......................................................................... 26 Planification radio d’un réseau 3G Sommaire Introduction : ................................................................................................................................................. 27 3.1 Dimensionnement ................................................................................................................................... 28 3.1.1 Dimensionnement par couverture : ................................................................................................ 28 Bilan de liaison ....................................................................................................................................... 28 Rayon de couverture.............................................................................................................................. 31 Estimation du nombre de sites ............................................................................................................. 32 3.1.2 Dimensionnement par capacité ....................................................................................................... 32 3.1.3 Nombre de RNCs ............................................................................................................................... 34 3.2 Planification détaillée .............................................................................................................................. 35 3.2.1 Distribution des sites sur la carte .................................................................................................... 35 3.2.2 Planification des fréquences ............................................................................................................ 36 3.2.3 Planification des codes : ................................................................................................................... 36 3.2.4 Planification des puissances ........................................................................................................... 36 3.2.5 Utilisation d’un outil logiciel de planification ................................................................................. 37 Exécution des calculs ............................................................................................................................. 37 3.3 Optimisation initiale : .............................................................................................................................. 37 3.3.1 Amélioration de la qualité radio ...................................................................................................... 38 3.3.2 Extension par des modifications de configuration ........................................................................ 40 3.3.3 Extension par l’ajout de sites .......................................................................................................... 41 3.3.4 Amélioration potentielle .................................................................................................................. 41 4.1 Présentation générale du logiciel .............................................................................................................. 41 4.2 Etapes suivies dans un projet de planification d’un réseau UMTS ........................................................... 42 4.3 Préparation des données .......................................................................................................................... 42 4.4 Etudes de prédiction .................................................................................................................................. 47 4.5 Analyse ponctuelle .................................................................................................................................... 48 4.6 Allocation automatique des codes d’embrouillage .................................................................................. 50 4.7 Conclusion ................................................................................................................................................. 51 Conclusion générale ........................................................................................................................................ 51 Annexe A : Structure de la trame en WCDMA .............................................................................................. 52 Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Uplink ................ 52 Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Downlink .......... 52 Annexe B .......................................................................................................................................................... 53 Procédure du Soft Handover, Ajout d’un lien ................................................................................................. 53 Bibliographie ................................................................................................................................................... 54 Acronymes ....................................................................................................................................................... 55 Planification radio d’un réseau 3G Visant à garantir une couverture optimale pour les deux modes PS et CS. des mécanismes de gestion de la ressource radio intervenant dans la planification seront ensuite exposés. par conséquent. Planification radio d’un réseau 3G 1 . cette étape est d’une importance majeure puisque toute tentative d’optimisation se base sur une bonne planification. L’opérateur étatique Mobilis s’apprête donc par un projet pilote à se lancer dans une course à la concurrence attendue. On attend que l’ARPT accorde les licences d’exploitation aux opérateurs. Les données forment la majorité du trafic écoulé dans un réseau 3G. Ce passage est accompagné d’une révolution dans la technique d’accès : le choix du WCDMA pour garantir les besoins en débit.Introduction générale Introduction Générale Le domaine de la téléphonie mobile a connu un formidable essor dans le monde entier. L’explosion du trafic des réseaux internet et le besoin des services supplémentaires tels que la vidéoconférence témoignent d’un développement rapide des services multimédia comparables à ceux offerts par les infrastructures existantes des réseaux d’opérateurs fixes. L’Algérie qui fait d’importants progrès dans le domaine des TIC se prépare à introduire la technologie de téléphonie mobile de 3ème génération. Enfin. Ce mémoire représente un guide efficace pour la planification d’un réseau 3G : commençant par une présentation de la technologie UMTS. Notre projet consiste à réaliser la première phase par laquelle tout opérateur doit passer et qui est la planification cellulaire du réseau d’accès. Cette étude nous permettra d’élargir nos connaissances sur les réseaux 3G. Le passage des réseaux de deuxième génération aux réseaux dits de troisième génération s’avère inévitable. des scénarios de trafic mixte doivent être considérés ce qui augmente la complexité de la gestion des ressources radio. une planification détaillée de la ville d’Oran pour l’opérateur Mobilis est réalisée à l’aide d’un outil logiciel puissant ‘Atoll’. de toucher de près le travail d’équipe et de profiter de la maîtrise de l’outil de planification Atoll. GSM1900. Services utilisant la technique à commutation de circuits et à commutation de paquets . cependant le système doit assurer dans son début une interopérabilité avec les réseaux d’accès radio de 2ème génération. et la prise en charge du mode paquets. Avec cette logique la première version européenne de l’UMTS était appelée ‘‘3GPP System Release 99’’introduite en 1999 et satisfaisant toutes les exigences technologiques de l’IMT 2000 : couche physique flexible pour l’introduction de nouveaux services. EDGE. débit jusqu’à 2Mbps. facteurs commerciaux : les investissements des opérateurs dans les systèmes existants imposent que les systèmes 3G soient compatibles avec les systèmes 2G. la TTA Coréenne et le CWTS Chinois donnant naissance au 3GPP (3rd Generation Partnership Group) pour travailler à une solution unique qui sera proposée à l’UIT. Variante 3G 3G (US) 3G (Europe) 3G (Japan) Accès radio WCDMA. sous le nom officiel ‘‘3GPP System’’. IS-95 aux états unis et PHS au Japon).TDMA GSM900/1800 PDC Tableau 1. Le choix du système 3G comprend plusieurs facteurs : facteurs techniques : fourniture des débits demandés et performance du réseau . Apport d’amélioration sur tous les plans par rapports aux systèmes 2G. CDMA2000 WCDMA. Après le R99. Haute flexibilité pour permettre aisément l’introduction de nouveaux services . la nomination IMT 2000 reste toujours utilisée. Les organismes régionaux de normalisation ont commencé leurs travaux sur l’IMT2000 séparément. Ce nom doit être suivi par un numéro de version ou Release décrivant différentes spécifications. La R5 fut créée en mars 2002 avec la HSDPA qui a fait augmenter le débit au-delà de 10Mbps (avec WCDMA de 5 Mhz). Les principales recommandations et caractéristiques à respecter étaient : Un débit (en mobilité) de 144kbits/s au minimum pouvant atteindre 2Mbits/s dans certaines zones (de mobilité limitée) . Haute efficacité spectrale et grande capacité par rapport aux systèmes 2G. Mais malgré cela. 1 : Les variantes de la 3G La nomination 3G vient de la décision du 3GPP.1 Début de la normalisation La seconde génération de la téléphonie mobile était une normalisation internationale mais par région (GSM en Europe. mais comme c’est les même constructeurs qui interviennent au sein de l’ETSI en Europe et de l’ARIB au Japon. Les instances de normalisation se sont ensuite tournées vers un système unique de 3ème génération : l’International Mobile Telecommunications IMT2000 dont l’idée fondatrice était d’intégrer tous les systèmes 2G en un seul réseau et de lui adjoindre des capacités multimédia (haut débit pour les données). CDMA2000 et UWC-136). Planification radio d’un réseau 3G 2 . IMT2000 ne correspond pas à une interface de communication unique mais à un ensemble de systèmes comprenant plusieurs interfaces plus ou moins compatibles entre elles (UMTS. le T1 américain. EDGE WCDMA Commutation IS-41 NSS du GSM avancé + Coeur paquet NSS du GSM avancé + Coeur paquet Base en 2G IS-95. une coopération a été créée entre ces deux organismes. facteurs politiques : les organismes de normalisation doivent parvenir à un accord et prendre en compte les spécifications régionales . vient la R4 (mars 2001) caractérisée essentiellement par la séparation des plans contrôle et usager dans le MSC (mode circuit).Chapitre1 Présentation des systèmes 3G 1Caractéristiques d’un système 3G 1. mais des tiers (fournisseurs de services) peuvent aussi le faire.Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Les services offerts aux usagers doivent être indépendants de la technologie d’accès radio et de l’infrastructure du réseau. Services Proposés par un réseau UMTS : Services standardisés (services de base) : . Figure 1. et ce suivant la figure 1.) et en fonction de la manière avec laquelle ils basculent entre les modes GSM/UMTS s’ils ont la fonctionnalité ‘Bimodes’. Ces caractéristiques sont signalées au réseau lors de l’établissement d’une connexion pour lui permettre de connaître les services supportés par le terminal mobile.Téléservices : portés par les services support. par le WARC (World Administrative Radio Conference) de l’UIT. ..1. L’offre de services ne sera plus limitée aux opérateurs. ainsi l’éventail de services sera théoriquement illimité. cela était réalisé en 1992. mais aussi la possibilité d’établir et de maintenir plusieurs connexions simultanément. Ses propriétés (orienté connexion ou non. débit maximum que l’UE peut offrir dans la voie montante et dans la voie descendante. 1 Allocation du spectre dans la 3G 1. la différence remarquable est que le débit est plus élevé en UMTS. De point de vue services.. ils proposent une offre complète pour la transmission de l’information. il faut leur allouer un spectre. le bearer doit être dédié pendant toute sa durée. En UMTS il est possible de gérer les services support de manière dynamique et cela représente une des principales différences avec le GSM . Allocation du spectre Pour implémenter ces réseaux de la 3G.. Les UEs sont classés en fonction de leurs puissances d’émission en 4classes pour des puissances allant de 21dBm à 33dBm.. en fonction de leurs capacités radio (technologie radio. point-à-point ou pointà-multipoint.Service support (bearer) : services permettant d’acheminer des signaux entre deux points pour le transport de l’information liée à un service. Si la communication est à commutation de circuits. L’équipement usager (UE pour User Equipment) est le vecteur qui permet à l’abonné d’accéder au service. Planification radio d’un réseau 3G 3 .2 Services L’utilisateur final est moins sensible aux améliorations techniques que peut représenter la mise en place du réseau qu’aux services que celui-ci peut lui procurer.5G comme la transmission de la voix. Ce sont des services hérités des systèmes 2G et 2.) sont choisies suivant la capacité nécessaire et la qualité de l’information à transmettre. support ou non du mode compressé. le service de messages courts SMS et multimédia MMS et le service de transmission de fax. Délai Navigation sur internet. 2 Classe de service UMTS Commentaires : Dans les services streaming. par exemple le renvoi d’appel. Des services voix et données peuvent être utilisés simultanément. -CAMEL (Costomised Application for Mobile network Enhanced Logic) : mécanismes permettant de supporter des services indépendants du réseau.3.. la normalisation touche plutôt les ‘capacité de services’ : les services support. Push-to-Talk télésurveillance. Un service interactif peut mettre en scène une personne et une machine ou deux machines. Il est composé de : Domaine à commutation de circuit (CS domain) Planification radio d’un réseau 3G Figure 1.2).3 Architecture du réseau Un réseau de téléphonie mobile de 3ème génération comprend deux parties principales : le réseau cœur et le réseau d’accès radio. symétrie du débit paquet). mémoire. l’identification du numéro.) .Chapitre1 Présentation des systèmes 3G -Services supplémentaires : ceux-ci aussi sont déjà connus. 1. une architecture générique pour le développement.1 Le réseau cœur (CN : core network) Le réseau cœur a pour rôle la commutation des appels et le routage des paquets à l’intérieur du réseau et l’interconnexion avec les autres réseaux en vue de gérer les services souscrits par un abonné. Services non standardisés : Ce sont des services ou applications développés à partir des ‘capacités de services’. -USAT/SAT (USIM/SIM Application Toolkit) permet l’interaction entre l’USIM et l’UE avec des applications résidant dans l’USIM/SIM . Audio haute qualité. Temps d’aller retour.. Classification des services en fonction de la QoS : Classe QoS Conversationnel Streaming Interactif Background Délai << 1s < 10s 1s > 10s Exemples d’application Obligations/Contraintes Téléphonie (en mode circuit ou Délai. le contenu est visualisé avant sa réception complète. Son architecture de base est très semblable à celle du GSM phase 2+ permettant de réduire le coût d’investissement initial (Fig. TEB services de géolocalisation E-mail. image fixe. et repose sur le concept des réseaux intelligents. visiophonie. 2 Réseau cœur 4 . e-commerce. SMS TEB Tableau 1. Pour rendre flexible l’innovation et la diversification des services autres que les services de base. jeux interactifs. 1.1. conférence et restriction d’appel. et trois outils normalisés déjà connus pour la création de services qui sont : -MExE (Mobile Station Application Execution Environment) : un environnement d’exécution sur l’UE permettant d’exécuter certains services avec une certaine qualité en fonction de ses caractéristiques (écran. background et même conversationnel. MSC (mobile switching center) : il assure l’interface à un mobile pour l’accès aux services à commutation de circuit. VLR (Visitor location register) : c’est une base de données contenant les informations sur la position de l’abonné et ses identificateurs temporaires. EIR (Equipment identity register) : contient une liste des équipements. AuC (Authentication Center) : contient les paramètres de gestion de la sécurité de l’accès au système. dont l’accès doit être refusé (équipements volés ou non homologués). la gestion de la mobilité et l’authentification. streaming.). Interfaces et protocoles utilisés au sein du réseau cœur Interface Iu Iu-CS Iu-PS RTC Extrémités CN(CS)UTRAN CN(PS)UTRAN Fonctions Protocole MM. X. Vérifier que l’UE n’est pas dans la liste noire. RANAP à SS7-ISUP. l’authentification et la mise à jour de localisation. SS7-MAP SS7-MAP SS7-MAP SS7-MAP CN-UTRAN Communication avec les UE via l’UTRAN Pour les services à commutation de circuit Pour les services à commutation de paquet réseaux MSC-GMSC Communication avec les ou GMSCcommutation de circuit externes autre réseau GMSC-HLR VLR-HLR MSC-EIR SGSN-EIR SGSN-HLR GGSN-HLR GGSN-autre réseaux GGSN- C D F Gf Gr Gd Gi Gn Informations sur les abonnés lors d’une communication entrante Authentification et mise à jour de localisation Vérifier que l’UE n’est pas dans la liste noire. .25. exécute les procédures de routage. CM. RANAP SM.Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Il comprend les mêmes éléments que le sous système NSS du GSM. GGSN (Gateway GPRS support node) : joue le rôle d’interface entre le réseau GPRS (GGSN et les SGSN) et les réseaux à commutation de paquets externes (Internet. Il dessert les services temps réel (téléphonie et visiophonie) et de messages SMS et fax. Authentification et mise à jour de localisation Informations sur les abonnés lors d’une communication entrante Communication avec les réseaux commutation de paquets externes Routage des paquets vers les réseaux externes à IP GTP Planification radio d’un réseau 3G 5 .. GMSC (gateway MSC) : il est l’un des MSC du réseau et assure l’interface vers les réseaux extérieurs. Son architecture est similaire à celle de GPRS : SGSN (Serving GPRS support node) : son rôle est comparable au MSC/VLR dans le domaine CS. Il achemine les paquets de données. Il gère l’inscription des abonnés. Eléments communs aux domaines CS et PS HLR (Home location register) : c’est une base de données contenant les éléments définissant l’abonnement de l’utilisateur et permettant l’identification et l’authentification de l’abonné. dite liste noire.. Domaine de commutation de paquet (PS domain) Il assure la connexion aux réseaux supportant le protocole IP et supporte des services de type interactif. GMM . Utilisation d’ATM comme protocole de transport. -synchronisation (maintien de la base temps de référence) entre le réseau d’accès et l’UE. Remarque : l’architecture du CN présentée correspond à l’architecture de base. 3 Réseau d'accès UTRAN Planification radio d’un réseau 3G 6 . A partir de la release 5 c’est IP qui remplacera ATM. -RANAP (radio access network application part) régie l’échange entre le CN et l’UTRAN (RNC). allocation des ressources radio. contrôle de congestion.3. . une interopérabilité avec le réseau d’accès GSM peut exister. permettant des débits variables et des délais de transmission respectés. CM. le 3GPP inclut de nouvelles fonctionnalités dans les versions (release) ultérieures comme IMS (IP multimedia subsystem). . Nouveautés par rapport au BSS Quatre nouvelles interfaces ouvertes (normalisées) . -sécurité et confidentialité des informations de l’utilisateur . diffusion des informations système) .2 Le réseau d’accès UTRAN (UMTS terrestrial radio access network) Le réseau d’accès UTRAN interface les équipements usager UE et le réseau cœur CN. ceci est l’impact majeur du design de l’UTRAN. Utilisation du CDMA comme méthode d’accès . -gestion des ressources radio (allocation et maintien). Celle-ci est la fonction principale de l’UTRAN. -gestion de la mobilité (estimation de la position géographique) .passerelle pour le transfert des données utilisateurs de et vers le CN. et entre les différents éléments qu’il contient . il est le support des sous couches MM. Ces deux dernières fonctions seront détaillées dans le chapitre 2. 3 Interfaces et protocoles du CN Présentation des systèmes 3G SS7-MAP BSSAP+ Commentaires : -MM (mobility management) et CM (connection management) ainsi que SM (session management) et GMM (GPRS MM) sont des sous couches protocolaires du plan contrôle entre CN et les UE. Il a comme fonctions : . -GTP (GPRS tunnel protocol) permet des connexions logiques (tunnel) entre SGSN et GGSN.3. Gestion des données des services PS et CS par la même pile de protocoles de l’interface radio . Voir §2. GMM et SM.Chapitre1 SGSN B Gs MSC-VLR MSC-SGSN Recherche des identificateurs et localisation des abonnés Interaction des domaines PS et CS Tableau 1. Support du soft-handover (dans la macrodiversité). Lorsque ceci est possible.accès au réseau (gestion de l’admission. Le réseau cœur verra une migration progressive vers le tout-IP. 1. Figure 1. les autres étant complémentaires. Gestion de la mobilité indépendamment du réseau cœur . Un RNC peut avoir trois rôles fonctionnels : -RNC de contrôle (CRNC) : gère. -RNC serveur (SRNC) : gère individuellement les ressources utilisées par chaque UE en connexion. Il assure la transmission/réception radio. La zone qu’il gère est appelée cellule.contrôle de puissance en boucle externe . les ressources radio des nodes B qu’il contrôle. -RNC en dérivation (DRNC pour drift RNC) : désigne tout RNC impliqué dans une connexion d’un UE (càd qui contrôle une cellule utilisée). d’interfaçage avec le CN et des différents contrôles (puissance. . d’une façon statique indépendamment des communications. Figure 1. Chaque connexion d’un UE est servie par un et seulement un SRNC en termes d’allocation de supports (Radio Access Bearer RAB). étalement du spectre. Les différentes fonctions du node B et du RNC seront détaillées et clarifiées dans le reste du présent chapitre et dans le chapitre 2. autre que son SRNC. 4 Schéma bloc d'un node B Contrôleur du réseau radio RNC (Radio Network Controller) Route les connexions entre les nodes B et le CN (un MSC et un SGSN). il termine d’un coté la liaison avec CN sur l’interface Iu et de l’autre la liaison RRC avec l’UE. Il communique avec le SRNC via l’interface Iur. Le DRNC ne fait qu’un routage transparent des données entre les interfaces Iub et Iur (voir tableau 1.Chapitre1 Le Node B Présentation des systèmes 3G C’est le nœud d’accès à l’UTRAN. de la charge et de la congestion de ses propres cellules. On cite parmi ses fonctions : . modulation/démodulation (QPSK ou QAM pour les débits élevés). filtrage et amplification.allocation des codes CDMA .contrôle de l’admission des mobiles et du handover . codage canal.4 et figure 1.5) Un RNC avec les nodes B qu’il contrôle forment un sous-système du réseau radio (RNS). Il Contrôle plusieurs nodes B et opère au niveau des couches 2 et 3 du modèle OSI. handover et mobilité). avec une pile de protocoles spécifiques à l’interface radio. . Il est responsable du contrôle de l’admission des UE. opère principalement dans la couche physique : allocation des canaux physiques.combinaison/distribution des signaux des nodes B impliqués dans une situation de macrodiversité. . adaptation des messages à transmettre à l’interface radio. Figure 1. Le node B. 5 Représentation des roles du RNC Planification radio d’un réseau 3G 7 . CDMA ou sur une combinaison de deux de ces techniques. vu la diversité des services on a préféré utiliser le WCDMA avec ses deux variantes UTRA/FDD et UTRA/TDD. Le CDMA est la technique la plus proche pour réaliser ces deux points.4 WCDMA dans l’UMTS Les systèmes cellulaires reposent sur l’accès multiple : TDMA. permet l’accès et la communication RRC avec le réseau Services en mode circuit Services en mode paquet Macrodiversité et soft handover Allocation de support à l’UE vers le RNC Tableau 1.667 3. 1.Chapitre1 Interfaces et protocoles dans l’UTRAN Intrfc Uu Iu-CS Iu-PS Iur Iub Extrémités UE-Node B RNC-MSC RNC-SGSN RNC-RNC Node B-RNC Fonction Présentation des systèmes 3G Protocole Interface radio.84 Mcps (synchrone o Synchrone BPSK en Uplink QPSK en Downlink Périodicité de contrôle de puissance 1500Hz Durée d’une trame Durée d’un slot (ms) Débit chip Synchronisation entre BS 10ms 10/15=0. -RRC (Radio Resources Control) est le protocole responsable de l’établissement d’une liaison radio entre l’UE et l’UTRAN.84 Mcps Optionnelle Asynchrone) Tableau 1. RNSAP (RNS Application Part) et NBAP (Node B Application Part) sont les protocoles d’application des interfaces correspondantes et permettent chacun sur son interface d’allouer et de gérer les services support radio (Radio Access Bearers ou RAB) . Dans l’UMTS. 4 Interfaces et protocoles de l'UTRAN RANAP RANAP RNSAP NBAP Commentaires -RANAP (Radio Access Network Application Part). le facteur le plus important dans toutes ces techniques est le nombre d’utilisateurs et le service supporté pour des conditions de propagation données. appelée liaison RRC. Ces dernières ont les caractéristiques illustrées dans le tableau suivant : UTRA/FDD Techniques d’accès multiple Mode de duplexage Séparation entre porteuses (MHz) Spectre de fréquence Type de modulation (KHz) FDMA/CDMA FDD 5 1920-1980 2110-2170 Uplink Downlink UTRA/TDD TDMA/CDMA TDD 5 1900-1920 Uplink et Downlink 2010-2025 Uplink et Downlink QPSK 100 à 750 Hz 10ms 10/15=0. FDMA. 5 Principale caractéristiques des techniques d'accès radio de l'UTRAN Planification radio d’un réseau 3G 8 .667 3. L’autre point important est le nombre d’utilisateurs. Le saut de fréquence FH-CDMA : dans ce cas la fréquence est changée M fois pendant la durée d’un symbole. en plus de ces deux avantages. • Le signal étalé peut se trouver noyé dans l’interférence au point qu’il donne illusion d’en faire partie. Dans le système CDMA le signal de données sera élargi en spectre pour être transmis. La question qui peut venir à l’esprit est : pourquoi on gaspille la fréquence. on a C= (S/N) *B/ ln2 d’où : (S/N)= C ln2/B De première vue on remarque que : en augmentant la bande de fréquence B. donc comme conséquence un débit élevé. Possibilité de transmettre des services à haut débit . celui-ci est assuré par la technique CDMA qu’on va expliquer dans le paragraphe suivant. en faisant un développement limité. d’où l’impossibilité de le détecter sans connaître le code d’étalement dans le cas du DS-CDMA. Compatibilité avec les systèmes 2G et possibilité d’intégrer de nouvelles technologies . de telle sorte qu’un symbole informationnel soit représenté par M chips (M étant la longueur de la séquence). deux techniques différentes sont utilisées pour élargir ou moduler le signal : • La séquence directe DS-CDMA : qui est utilisé en UMTS et consiste à multiplier les symboles d’information par une séquence pseudo-aléatoire de bits de durée plus petite. Le facteur le plus important dans l’étalement est le gain de traitement noté Gp. Meilleure performance pour détecter les trajets multiples . et donné par la relation : Gp=Dchip/Dinfo (D pour débit). Planification radio d’un réseau 3G 9 . on cite : Transmission efficace en mode paquet . on a un (S/N) requis moins important à la réception avec la même capacité. Pourquoi le WCDMA ? Présentation des systèmes 3G Le WCDMA est un système d’accès multiple par répartition de codes utilisant une modulation par séquence directe (DS-WCDMA) large bande garantissant un débit élevé et un grand nombre de UEs (du fait qu’il utilise la méthode CDMA comme technique d’accès).Chapitre1 Notons que la technique la plus utilisée est la FDD. Gain de traitement plus élevé . alors que c’est une ressource rare ? La réponse vient de la célèbre formule de Shannon : C = B log2 (1+S/N). Support des deux modes FDD et TDD . L’étalement du spectre L’étalement de spectre est la technique qui permet de transmettre un signal sur une largeur de bande plus grande que celle qui est strictement nécessaire. appelés chips. La génération des codes fait appel à plusieurs techniques parmi lesquelles. Ainsi un service à haut débit nécessitera moins de chips pour coder un symbole d’information qu’un service à faible débit.Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Figure 1. ils sont choisis d’après l’ensemble des fonctions proposées par Walsh. 7 Etalement du spectre avec DS‐CDMA La longueur du code utilisé est appelée facteur d’étalement SF (Spreading Factor) et dépend du débit symbole SF=Dchip/Dsymbole (puisque Dchip=constant=3. et H1= [1] Ces codes sont également appelés facteurs d’étalement orthogonaux à longueur variable OVSF. elle est sous la forme : Avec N=puissance de 2. les composants de cette séquence sont les chips et ont un débit fixe égale à 3. Planification radio d’un réseau 3G 10 . L’amplitude des chips prend les valeurs (+1) et (-1). le signal est transformé en bande de base. Ces codes doivent être orthogonaux en Downlink et pas nécessairement en Uplink. 6 Etalement du spectre dans le WCDMA Utilisation du DS-CDMA dans l’étalement du spectre Le CDMA à séquence directe est la technique la plus répandue dans les systèmes de radiocommunication mobile. Figure 1. L’orthogonalité veut dire que leur fonction d’intercorrélation satisfait à la relation Rcicj (0)=0. puis multiplié par le même code utilisé en émission ce qui a pour effet d’enlever la contribution du code et de ne garder que le message d’information.84 Mcps (dans l’UMTS). on peut citer : Codes de Walsh-Hadamard : Ils vérifient la condition d’orthogonalité. A la réception. leur génération par matrice de Hadamard est la plus courante . dans laquelle le signal est directement modulé par une séquence appelée séquence d’étalement ou code de canalisation.84 Mcps). connus lors de la deuxième étape de synchronisation au niveau slot. Planification radio d’un réseau 3G 11 . 1. et de différencier les cellules dans le Downlink. Ces protocoles agissent au niveau de trois couches : la couche physique (L1). ils ne sont pas orthogonaux et leur utilisation en CDMA découle des bonnes propriétés d’autocorrelation. Ces protocoles sont référencés par le terme « access stratum ».5 Protocoles et canaux de l’interface radio C’est les protocoles de l’interface d’accès qui font les plus nettes différences entre UMTS et les systèmes 2G. Ce sont des codes qui ont des propriétés assez intéressantes. 8 Arbre des codes OVSF Codes pseudo-aléatoires : Appelés également les M-séquences. En Downlink. Les couches supérieures assignent en Uplink 224 codes longs ayant une longueur de 38400 chips et 224 codes courts de longueur 256 chips. et le code d’embrouillage est un code pseudo-aléatoire de Gold. tandis que celui d’embrouillage est un Gold.Chapitre1 Présentation des systèmes 3G On peut aussi les obtenir en utilisant l’arbre de Walsh à condition de ne pas utiliser les codes issus d’une même branche mère en même temps Figure 1. ces codes sont divisés en 64 groupes de 16 codes chacun de taille 256 chips. cela est très efficace car il permet d’utiliser les codes de canalisation une autre fois dans les autres cellules. Codes de Gold Un code Gold est une combinaison de deux m-séquences. la couche liaison de données (L2) et la sous couche basse de la couche 3 RRC (Radio Resources Control). En Downlink : le code de canalisation utilisé pour identifier les différents UE est un code Walsh Hadamard. vu leurs ressemblances aux séquences aléatoires ce qui les rend difficiles à détecter. Ils sont générés par des registres à décalage avec contre réaction. Ces codes ne sont pas orthogonaux. Code d’embrouillage Il est appliqué après l’étalement son rôle est de distinguer les UE dans le Uplink. il est caractérisé par ses bonnes propriétés d’intercorrelation et le grand nombre des de codes générés. Utilisation des codes : En Uplink : le code de canalisation en Up est utilisé pour différencier les canaux physiques et c’est un Walsh Hadamard. 20. .DTCH (Dedicated Traffic Channel) : Canal bidirecionnel transportant l’échange de données usager avec un mobile connecté au réseau . transporte les informations système diffusées dans une cellule concernant les paramètres necessaires à un mobile pour l’accès au réseau.Chapitre1 La couche 2 est composée des quatre sous couches suivantes : .CCCH (Common Control Channel) : Canal bidirectionnel transportant les informations de signalisation utilisées par exemple pour l’établissement d’une liaison RRC et pour la mise à jour de la zone de localisation . .PDCP Protocol) (Packet Data Convergence Présentation des systèmes 3G . Ils supportent les canaux logiques et représentent la QoS sur la partie radio (radio bearers) i. le format et les caractéristiques de transfert.PCCH (Paging Control Channel) : Uniquement sur la voie descendante. etc. l’identité et le type du PLMN.1 Description des différents canaux Canaux logiques Un canal logique est défini par le type d’information transportée. La plus petite entité de transport est appelée bloc de transport TB.9 est illustré le découpage vertical en plan usager pour le transfert des données utilisateurs et plan de contrôle pour le transfert des messages de singnalisation.BMC (Broadcast/Multicast Control) Sur la figure 1.e. Canaux de transport Les canaux de transport représentent un service offert par la couche physique à la couche MAC.BCCH (Broadcast Control Channel) : Sur la liason descendante. Canaux logiques de contrôle (plan de contrôle) . . Un ensemble de blocs de transport TBS (TB Set) peut être groupé pandant chaque TTI selon le besoin. Cette signalisation peut être générée au niveau de la sous-couche RRC ou issue des couches supérieures .MAC (Medium Access Control) . 9 Structure protocolaire 1.DCCH (Dedicated Control Channel) : Canal bidirectionnel transportant les informations de signalisation dédiées à un UE en particulier après l’établissement d’une liaison RRC. . les informations de contrôle des mesures à effectuer par l’UE. Figure 1.CTCH (Common Traffic Channel) : Canal unidirectionnel pour l’envoi de données usager en mode diffusion (groupe de mobiles) .RLC (Radio Link Control) . 40 ou 80ms). . Canaux logiques de trafic (plan usager) . La transmission est organisée sur des intervalles de temps TTI (10. il transporte les informations de ‘paging’ diffusées dans la cellule pour localiser un UE .5. Planification radio d’un réseau 3G 12 . le type de codage canal et la taille du CRC (Cyclic Redundancy Check).DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) : un seule canal DPCCH associé à un ou plusieurs canaux DPDCH transporte les informations de contrôle générées aux niveau de la couche physique .PRACH (Physical Random Access Channel) : supporte le canal de transport RACH . Si le débit d’un utilisateur est important.DPCH (Dedicated Physical Channel) : supporte les canaux de transport de type DCH. .RACH (Random Access Channel) : utilisé par l’UE pour la demande d’accès aléatoire au réseau et peut aussi être utlisé pour le transport de paquets de trafic ou de signalisation sans contrainte d’acheminement en temps réel .BCH (Broadcast Channel) : transporte le canal logique BCCH .FACH (Forward Access Channel) : transporte des messages de signalisation et des paquets usager de petite taille sur la voie descendante et doit comporter un indicateur de l’UE concerné. Il est partagé dynamiquement par plusieurs utilisateurs . Planification radio d’un réseau 3G 13 . Canaux de transport partagés . Canaux physiques Un canal physique est défini par une fréquence porteuse. la taille des blocs TB. . . Une combinaison de formats TFC est nécessaire lorsque plusieurs canaux de transport sont actifs pour un utilisateur.DSCH (Downlink Shared Channel) : utilisé en association avec un ou plusieurs canaux dédiés. Canaux de transport dédiés . les autres ne transportent que des informations de signalisation internes à la couche physique. un code de canalisation. . sinon il sont transportés par deux DCH distincts . .DCH (Dedicated Channel) : canal point à point existant dans les deux sens et transportant indiféremment les données de contrôle et de trafic en supportant le DCCH et le DTCH qui sont multiplexés sur un même DCH si leur QoS le permet. et une phase relative pour la voie montante. Les informations de contrôle et les données usager sont multiplexées en temps au lieu d’être transportées sur deux canaux différents comme c’est le cas sur la voie montante . un code d’embrouillage. Cette combinaison peut changer chaque TTI pour permettre une adaptation de la transmission aux contraintes de QoS.P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel) : supporte le canal de transport BCH. . Canaux physiques de la voie montante . le nombre de TB dans un TBS. .Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Un format de transport TF indique pour chaque TTI un ensemble d’attributs décrivant le transport : la valeur du TTI. de priorités et de puissance d’émission.S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) : supporte le canal de transport PCH et/ou un ou plusieurs canaux FACH.PCH (Paging Channel) : transporte le canal logique PCCH .DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) : supporte les données usager des canaux de transport de type DCH. Canaux physiques de la voie descendante Les quatre premiers canaux supportent les canaux de transport décrits précédemment. il peut être réparti sur plusieurs canaux DPDCH utilisés simultanément sur une seule liaison physique . Canaux de transport communs Ce sont des canaux unidirectionnels (voie descendante) . . Chapitre1 Présentation des systèmes 3G - PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : il supporte les canaux DSCH. Il est toujours associé à un canal DPCH qui transporte dans son DPCCH les informations de contrôle du PDSCH ; - SCH (Synchronisation Channel) : il transmet en parallèle deux codes de synchronisation primaire et secondaire (PSC et SSC) pour permettre aux terminaux de se synchroniser en temps et de connaître le groupe des codes d’embrouillage afin de pouvoir décoder les informations des autres canaux physiques ; - CPICH (Common Pilot Channel) : transporte un train binaire prédéfini et joue le rôle de balise de référence pour l’estimation des conditions de propagation et pour le prélevement des mesures nécessaires ; - PICH (Paging Indicator Channel) : associé à un canal S-CCPCH, il transporte les bits PI (paging indicator) relatifs au PCH porté par le S-CCPCH associé ; - AICH (Acquisition Indicator Channel) : associé au PRACH, il transporte les indicateurs d’acquisition AI pour aquitter positivement ou négativement la récéption d’un préambule d’accès sur le canal PRACH. La structure de quelques canaux physiques peut être consultée sur l’Annexe A. La correspondance entre les canaux logiques et les canaux de transport qui les supportent, ainsi qu’entre ces derniers et les canaux physiques qui les véhiculent est illustrée par la figure 1.10. Figure 1. 10 Correspondance des différents types de canaux 1.5.2 Description et fonctions des couches protocolaires Figure 1. 11 Couches protocolaires de l'interface air Couche physique La couche physique fournit le service de transport à la couche MAC. Parmi ses fonctions on trouve : Planification radio d’un réseau 3G 14 Chapitre1 Présentation des systèmes 3G - codage/décodage canal sur les canaux de transport pour la protection contre les érreurs ; - le multiplexage de plusieurs canaux de transport en un bloc composite CCTrCH (Code Composite Transport Channel), et le répartir sur un ou plusieurs canaux physiques ; - adaptation du débit (rajouter ou retirer des bits de protection) ; - modulation, étalement du spectre et synchronisation en fréquence et en temps ; - contrôle de puissance en boucle fermée, et l’execution de certaines mesures. Fonctions de la couche MAC association des canaux logiques avec les canaux de transport (voir fig 1.10) et eventuellement multiplexage de plusieurs canaux logiques sur un canal de transport ; commutation –sous ordre de RRC- du type de canal de transport utilisé pour un canal logique pour adapter avec flexibilité les ressources utilisées à l’activité de la source ; la sélection de la TFC à chaque TTI en fonction des propriétés des canaux logiques et du débit instantané sur chaque canal logique ; la gestion des priorités lors de la transmission ; identification des mobiles avec un UE-Id lors de l’utilisation d’un canal de transport commun. Couche RLC (Radio Link Control) Cette couche fournit le service de transfert des unités de données des couches supérieures selon trois modes de transfert : mode transparent : transfert de données sans ajout d’informations de contrôle ni de contrôle d’erreurs. Utilisé pour des services conversationnels ; • mode non aquitté : transfert avec ajout d’un en-tête et avec contrôle d’erreur en réception mais sans garantie de livraison. Utilisé pour les services paquets avec contrainte d’acheminement en temps réel comme les services de type streaming ; • mode aquitté : transfert de données avec garantie de livraison à l’entité réceptrice. Le tableau 1.6 résume les différentes fonctions de la couche RLC suivant le mode utilisé. Transparent Non acquitté Acquitté Segmentation / réassemblage Concaténation Bourrage (padding) Correction d’erreur par retransmission Livraison en séquence des PDU Contrôle des N° de séquence et rejet des SDU incomplètes Détection des PDU reçus en double Contrôle de flux Chiffrement / déchiffrement Suspension et reprise du transfert des données sur demande de la couche RRC X X X X X X X X X X X X X X X X X X X • Tableau 1. 6 Fonction de la couche RLC suivant le mode utilisé Couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Planification radio d’un réseau 3G 15 Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Elle fournit le service de transfert PDU des couches réseau du domaine PS. Ses principales fonctions sont : compression/décompression d’en-tête des trames de couche réseau ; transfert sans perte des SDU (service data unit : PDU de la couche réseau) même en cas de relocalisation du SRNC (passage d’un SRNC à un autre) en s’appuyant sur une entité RLC en mode acquitté ; Couche BMC (Broadcast/Multicast Control) Assure le service de diffusion de messages utilisateur sur l’interface radio pour le compte d’un centre de diffusion externe à l’UTRAN et relié au RNC. La couche BMC s’appuie sur une entité RLC en mode non acquitté, supporté par un canal CTCH. Couche RRC (Radio Resources Control) La couche RRC gère la signalisation entre l’UTRAN et les mobiles, et la configuration des ressources pour les couches 1 et 2 de protocoles de l’interface radio. Les fonctions principales de cette couche sont : la gestion de la connexion RRC : pour la signalisation entre l’UE et l’UTRAN et vers le CN. Elle est établie à la demande de l’UE lors, par exemple, d’un appel entrant ou sortant ou d’une transmission de signalisation. La libération de la connexion RRC est ordonnée par le SRNC ; la gestion des états de service de RRC : qui sont fonction du niveau d’activité du mobile pour rendre flexible la gestion des ressources radio. Ces états sont CELL_DCH et CELL_FACH pour un mobile en activité, CELL_PCH et URA_PCH pour une absence d’activité tout en étant connecté et le mode veille (aucune connexion RRC) ; la diffusion des informations système : permettant à l’UE d’identifier les cellules, de prendre connaissance de l’environnement cellulaire et de recevoir les paramètres définissant l’utilisation des ressources communes d’une cellule ; la gestion du paging : des messages RRC de paging sont envoyés pour alerter le mobile de l’arrivée d’un appel entrant ou d’une modification des informations système ou pour lui ordonner de passer d’un état de service à un autre ; la sélection et la resélection de cellule : effectuée par la couche RRC dès la mise sous tension et lors d’un passage en mode veille. La resélection a lieu lorsqu’une cellule plus adéquate est détectée ; la gestion de la mobilité dans l’UTRAN : en localisant le mobile à la cellule près ou à l’URA (UTRAN registration Area) près et en lui permettant d’exécuter la sélection et la mise à jour de la cellule. Des identificateurs temporaires de localisation sont utilisés ; la gestion des bearers radio : établissement d’un bearer radio suivant la QoS requise par un service, mise en place d’un bearer radio de signalisation, reconfiguration dynamique et libération des bearers ; le contrôle des mesures : mesures de puissance de réception sur plusieurs cellules, mesures de trafic sortant sur les canaux de transport du mobile, mesures de qualité (taux d’erreurs), etc. ; la gestion du chiffrement et de l’intégrité : pour garantir la confidentialité des échanges et l’authentification de l’origine des messages de signalisation en utilisant des clés de chiffrement et d’intégrité avec un ensemble de paramètres le contrôle de puissance en boucle externe (voir chapitre 2) ; - - - - - - Planification radio d’un réseau 3G 16 l’onde électromagnétique émise par l’émetteur subit plusieurs dégradations causées par les phénomènes et mécanismes de propagation dus à la complexité de l’environnement de propagation. La réflexion : lorsque l’onde rencontre un obstacle dont la dimension est plus grande que la longueur d’onde. Ces mécanismes sont : L’évanouissement : il comprend tout phénomène qui se traduit par une variation de la puissance du signal en fonction du temps ou de la distance. La nouveauté qu’a connue le handover avec l’arrivée du WCDMA est la possibilité à l’UE de communiquer simultanément avec plus d’une cellule (technique appelée macrodiversité) et de faire le transfert d’une cellule à l’autre sans aucune interruption de transmission (soft-handover). La connaissance de ses caractéristiques est importante pour le choix des techniques à utiliser et pour le dimensionnement d’un système cellulaire. Ceci inclut la connaissance des propriétés naturelles du milieu de propagation. L’utilisation d’un contrôle de puissance rapide s’est imposée à cause de la grande sensibilité du système aux interférences et aux évanouissements rapides.1 Mécanismes de propagation Avant d’atteindre le récepteur en traversant l’interface air.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio 2. - - - Planification radio d’un réseau 3G 17 . et des processus de gestion des ressources radio qui accompagnent la technologie WCDMA. On décrit dans ce chapitre le contrôle de puissance en boucle interne fermée (utilisant les informations de retour) entre le node B et l’UE. Le réflecteur peut être le sol. les véhicules … etc. L’absorption : les particules de gaz atmosphériques et les hydrométéores absorbent une partie de l’énergie de l’onde. et la phase du signal émis sont affectées par des distorsions induisant une détérioration du signal. 2. L’amplitude. . Les processus de gestion des ressources radio les plus importants sont le contrôle de puissance et le handover qui sont déjà utilisés dans les réseaux 2G. La réfraction : la variation progressive de l’indice de réfraction du milieu de propagation (ce qui est le cas de la troposphère) provoque une courbure de la trajectoire suivie par l’onde électromagnétique .1 Introduction La planification d’un réseau cellulaire demande une bonne connaissance de l’interface air afin de mieux gérer les ressources radio disponibles. ou à court terme caractérisé par des variations inversement proportionnel à rapides de la puissance dues en général aux trajets multiples . 2. et enfin en boucle ouverte (sans l’utilisation des informations de retour) lors de l’accès de l’UE au réseau. Il peut être à long terme (affaiblissement de parcours) (d : distance) . parce qu’il engendre des dégradations sur le signal transmis.2 Canal de propagation radio Le canal de propagation radio est le point critique des systèmes de radiocommunication. en boucle fermée externe entre le node B et le RNC d’un coté et au niveau de l’UE de l’autre pour estimer la qualité de réception et ajuster le rapport signal à interférence requis.2. Ceci facilite l’estimation des marges qui en dépendent lors de l’établissement du bilan de liaison. les bâtiments. mais qui ont connus une nette amélioration avec le WCDMA. la fréquence. Ceci oblige la prise en compte de ces mécanismes lors de tout calcul ou prédiction sur la liaison radio. Mais les fréquences les plus concernées sont supérieures à celles utilisées en radiocommunication mobile . elle est déviée suivant les lois de l’optique géométrique. ce qui complique les fonctions du récepteur. Un modèle analytique ne peut être utilisé que sur une surface restreinte où les trajets multiples sont limités et peuvent être calculés avec un raisonnement de rayons optiques si des données détaillées sur les obstacles sont disponibles. et une certaine continuité de la couverture radio est obtenue.3 Modèles de propagation Dans un outil de planification du réseau radio. ce phénomène apporte des effets négatifs : Dispersion des retards : les différents trajets ayant des longueurs différentes. des calculs de propagation (bilans de liaison. En plus du trajet direct entre l’émetteur et le récepteur. Cependant. ont des délais de propagation légèrement différents. objets dispersants…). 2. de la vitesse et de la direction du déplacement. Les modèles de propagation peuvent être analytiques ou empiriques. Elles arrivent suivant une distribution de Rayleigh. Cependant les méthodes analytiques pures sont impossibles à utiliser à cause du caractère aléatoire de l’environnement de propagation (obstacles. elle est réfléchie dans plusieurs directions (diffusée). être possible même si l’émetteur et le récepteur ne sont pas en visibilité directe. Dans le cas des macro-cellules. plusieurs autres trajets peuvent apparaitre. Le signal est. étalé et déformé et une interférence intersymbole apparait.2 Effet des trajets multiples et ses conséquences Cet effet est provoqué par la diffraction et par la réflexion multiple.2. Le calcul des termes correctifs se base sur la comparaison des résultats obtenus avec le modèle à utiliser et des mesures effectuées dans l’environnement réel. sinon un terme correctif doit être utilisé. Les différentes versions du signal qui parviennent au récepteur se superposent d’une manière constructive (addition des puissances) ou destructive (cas le plus courant). Une communication peut. On présente ici quelques modèles de propagation des plus utilisés : Planification radio d’un réseau 3G 18 . donc. Ces outils utilisent des modèles de propagation pour réaliser des prédictions sur l’intensité du champ électrique d’un émetteur donné. Effet Doppler : la vitesse de l’UE par rapport au node B provoque une distorsion de la fréquence porteuse du signal transmis. et les distances importantes impliquent la présence d’un grand nombre de trajets multiples difficiles à déterminer. Des modèles empiriques ou semi-empiriques sont plus appropriés. - 2. zones de couverture) sont effectués. Il est nécessaire de disposer d’une carte numérique du milieu à planifier pour l’utiliser dans l’outil logiciel de planification.2. Ceci est le cas des microcellules utilisées dans les milieux urbains denses. en plus de cet effet positif. une similarité avec l’environnement où le modèle a été établi doit exister. l’environnement de propagation plus complexe. Le décalage introduit est fonction de la fréquence. Ils sont basés sur des formules déduites de mesures réalisées en faisant varier des paramètres tels que la distance. c’est pourquoi l’évanouissement qui en résulte est dit de Rayleigh. la fréquence et la hauteur. ainsi. Ce dernier mécanisme apporte une atténuation importante par rapport à un calcul en espace libre.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio .La diffraction et la diffusion : si l’onde rencontre un obstacle aux dimensions comparables ou inférieures à sa longueur d’onde. Pour pouvoir appliquer un modèle empirique (ou statistique) sur un environnement donné. surtout avec le débit chip élevé de l’UMTS. Le groupe 231 de la coopération européenne des recherches scientifiques et techniques COST231 a encore étendu ces formules pour pouvoir les appliquer aux fréquences des systèmes 3G. l’utilisation de ce modèle nécessite plus d’attention et les résultats des calculs doivent être vérifiés par des mesures dans l’environnement réel. Leurs expressions détaillées peuvent être trouvées dans [1]. Les formules de Hata ont été étendues avec le calcul de termes correctifs pour différentes hauteurs et pour les milieux suburbains et ruraux.5m et donné par : Les termes correctifs permettant une généralisation aux milieux suburbains et ruraux sont respectivement : Modèle COST231-Walfish-Ikegami Ce modèle qui est utilisé pour la planification des zones micro-cellulaires. d est la distance entre émetteur et récepteur en km.Hata sur les mesures qu’a effectuées Y. est basé sur la supposition que l’onde transmise se propage au dessus des toits des bâtiments avec une diffraction multiple. Son origine est la formulation mathématique faite par M. Ils dépendent des hauteurs du mobile et de la station de base. négligeable pour hm= 1. Enfin. elles peuvent être utilisées pour améliorer l’exactitude des calculs même dans le cas où les bâtiments ne sont pas à hauteurs égales et ne sont pas uniformément espacés. Il prend en compte les deux signaux les plus importants atteignant le mobile : l’un direct après diffraction sur le bâtiment le plus proche et l’autre après une seule réflexion sur le sol.9 ‐ 6.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Modèle d’Okumura-Hata Ce modèle empirique est le plus couramment utilisé pour la planification des réseaux macro-cellulaires.55 Log hb Log d Où f est la fréquence en GHz. cette formule qui donne les pertes de propagation est présentée comme suit : Lu 46. Dans le cas où l’antenne émettrice est en dessous du niveau des toits. l’affaiblissement de propagation est donné par : et sont respectivement la perte due à la diffraction et la dispersion sur les toits des batiments et Où la perte de diffraction multi-screen.82 log hb ‐ a hm 44.9 log f ‐ 13.3 33.Okumura à Tokyo pour des fréquences allant jusqu'à 1920MHz en calculant un facteur d’atténuation à additionner avec l’affaiblissement en espace libre. Planification radio d’un réseau 3G 19 . et les bâtiments sont supposés à hauteurs égales et uniformément espacés. Ainsi. Ce modèle se divise en deux cas : visibilité directe (LOS) et non visibilité directe (NLOS). Dans les outils logiciels de planification. de l’orientation des rues et de la hauteur et l’espacement des bâtiments. La hauteur des bâtiments est utilisée pour décider lequel des deux formules utiliser. si des données morphographiques du milieu sont disponibles. et a(hm) est un terme de correction sur la hauteur de l’UE. A la différence de la resélection de cellule. 2.Lancer de rayon Pour des simulations proches de la réalité. elle est importante pour parvenir à une bonne couverture.2 La relocalisation de SRNC La mobilité de l’UE peut lui rendre indépendant de point de vue canal physique du SRNC. Le principe est de lancer à partir de l’émetteur des rayons dans toutes les directions et rechercher ceux qui peuvent atteindre le récepteur avec une puissance supérieure au seuil de réception et un nombre limité de réflexions.3.3. Cette méthode est plus adaptée aux environnements urbains denses (où des micro-cellules sont installées) puisque une modélisation géographique précise n’est disponible –en général.3 La resélection de cellule Une fois calé sur une cellule. 2.que pour ce type de milieux. en downlink avec plusieurs Node-B.O est exécuté. permettant ainsi à l’UE de choisir la meilleure cellule. le Handover (HO) se fait en cours de communication quand l’UE est en état Cell-DCH. Une méthode déterministe répandue est la méthode du ‘lancer de rayon’ ou ‘ray-tracing’ qui permet de calculer la puissance reçue en un point en analysant la propagation en multi trajets de l’émetteur jusqu’au récepteur avec des méthodes de l’optique géométrique en utilisant une base de données géographiques très détaillées (jusqu’aux caractéristiques des bâtiments). Quand le H.3 Gestion de la mobilité La gestion de mobilité est un concept très important dans les réseaux cellulaires. donc pour alléger le trafic sur cette interface le CN procède à un basculement entre le DRNC (impliqué dans la macrodiversité via ses Nodes B) et le SRNC. et RAI (Routing Area Identifier) pour le domaine PS.3.4 Le Handover C’est un mécanisme qui implique le changement du canal physique.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Méthodes exactes.1 La macrodiversité Un nouveau principe très important dans le CDMA (par rapport aux autres techniques) qui permet à l’UE de communiquer simultanément sur la même fréquence porteuse. il existe des modèles déterministes qui reposent sur la résolution des équations de Maxwell sur un maillage où la puissance reçue est déterminée pour l’ensemble des points de la maille sur la surface de simulation. Les principales procédures impliquées dans la gestion de mobilité sont : 2. Ce basculement est appelé relocalisation du SRNC. il ne devient lié au SRNC qu’à travers l’interface Iur. 2. La resélection ne se fait pas pendant la communication mais plutôt en mode veille (Idle) ou pendant que l’UE est dans les états cell-FACH et cell-PCH. 2.3. et pour le même service. l’UE recherche des cellules voisines offrant une qualité meilleure que la cellule courante (sélectionnée) et suivant des critères définis il va la resélectioner. la qualité de la communication Planification radio d’un réseau 3G 20 . La localisation des UE s’appuie sur la répartition géographique de la zone à couvrir en régions définies par les identificateurs LAI (Location Area Identifier) pour le domaine CS. Les étapes d’une procédure de Handover Pour être déclenché. de nouvelles cellules sont relâchées ou ajoutées. prélevées sur le CPICH. Selon le 3GPP il existe plusieurs mesures.O. les plus importants sont les suivants: La qualité du signal SIR . Quand le SHO (soft HO) avec une cellule impliquée dans la Macrodiversité échoue en raison de la surcharge. Des mesures intrafréquences sont effectuées sur les cellules de l’AS. le résultat de cette comparaison implique l’exécution ou non du HO. on distingue trois classes de cellules : 1. surveillées par l’UE suivant une liste fournie par l’UTRAN. Suivant son type. selon des mesures intra/interfréquences et inter RAT (radio access technology). volume du trafic. et ne sont ni dans l’AS ni dans le MoS. cellules qui appartiennent au monitored set (MoS) : il s’agit des cellules voisines qui n’appartiennent pas à l’AS (ils n’ont pas un Ec/Io assez élevé pour appartenir à l’AS). cellules du detected set (DS) : sont détectés par l’UE. Quand on recense une détérioration en Uplink dans la boucle externe au niveau du RNC . phase d’exécution : c’est le HO proprement dit. Types de cellules impliquées dans le Handover Du point de vue UE. Le Node-B est chargé d’effectuer les mesures pour évaluer la qualité de la liaison en cours et donne les résultats au RNC pour le déclenchement de la procédure du H. Planification radio d’un réseau 3G 21 . la procédure H. Les causes du Handover Le déclenchement du HO s’appuie essentiellement sur des facteurs concernant la qualité de signal et la mobilité de l’UE. Changement de service. dont : intra/interfréquences (les signaux sur la même/différente fréquence porteuse). Lorsque la demande des RAB échoue en raison d’une surcharge dans la cellule active.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio ne doit pas être affectée. la qualité du signal et ses paramètres (BLER). Quand la puissance moyenne max est atteinte en Down et le contrôle externe de puissance ne peut pas maintenir la valeur cible en terme de BER ou BLER . La mobilité de l’utilisateur . 2. cellules qui appartiennent à l’active set (AS) : ce sont les cellules impliquées dans le SHO et qui communiquent avec l’UE dans la même fréquence porteuse. phase de décision : consiste à mesurer la QoS des différentes cellules de la connexion et la comparer au seuil de décision suivant un algorithme mis en place par le RNC (ces algorithmes ne font pas l’objet de normalisation). Annexe B) : phase de mesure : la couche 1 de l’UE (dans l’état cell-DCH) et des Nodes-B correspondants sert des couches supérieures pour la collection permanente des informations concernant la puissance et la qualité du signal de la cellule courante et des cellules voisines. 3. les mesures sont de type intrafréquences.O doit passer par trois phases (cf. Eb/N0. L’AS peut contenir un total de six cellules. Le soft HO est la méthode la plus utilisée pour effectuer un HO Planification radio d’un réseau 3G 22 . De point de vue cellules Mécanismes de l’interface radio a. b.Soft HO : c’est l’ajout ou la suppression des liens radio appartenant à des Nodes-B différents dans une situation de macrodiversité.Chapitre 2 Types du Handover 1. Figure 2. La taille de l’active set est égale à 2. ce qui évite la perte des paquets. C’est le cas en GSM ou entre deux RNCs qui n’ont pas d’interfaces Iur entre eux. Figure 2. ce type de handover n’est pas souhaitable dans la transmission des paquets puisque il entraîne la perte des paquets pendant la coupure. la perte de propagation de chaque cellule. il est accompagné d’une coupure de quelques microsecondes dans la communication.Handover intrafréquence C’est l’ajout ou la suppression des cellules dans l’AS en se basant sur des mesures diverses comme : CPICH_RSCP (puissance de code du signal reçu). le Ec/No du CPICH. Dans l’UMTS. 1 Principe de l’algorithme du soft/softer HO. Il permet d’accroître la performance de la liaison en termes de capacité et de qualité. Il est plus intéressant dans la transmission paquet car l’ancien lien n’est relâché qu’après l’ajout du nouveau. De point de vue fréquences a. c.Hard HO : c’est un HO dans lequel l’UE relâche l’ancien lien radio avant s’engager avec le nouveau. 2 Exemples de Hard Handover 2.Softer HO : c’est un cas particulier du SHO. mais qui n’est pas détectable par l’usager. Il est réalisé quand l’UE passe d’une cellule à une autre qui est sous contrôle du même Node-B que la première. 3. Cette procédure exige que les MSs supportent un mode appelé mode compressé (compressed mode) pour effectuer les mesures intersystèmes Planification radio d’un réseau 3G 23 . et envoyer les résultats vers le RNC. b. Son objectif est d’assurer une couverture maximale par ces deux réseaux pour une continuité des services de voix par exemple et d’optimiser les ressources (quand on utilise par exemple l’UMTS pour les données et le GSM pour la voix). il exige que l’UE soit bimodes. sachant que ce dernier peut être un hard HO lorsqu’il n’y a pas d’interface Iur entre les deux RNC impliqués dans la macrodiversité. il permet d’offrir des services GSM/GPRS et UMTS. d’où la nécessité d’ajuster leurs temps de transmission .3). appelé RAKE. celui-ci est de type NEHO (Network evaluated HO) et caractérisé par une coupure momentanée dans la communication. les Nodes-B sont asynchrones. Le déclenchement du HO interfréquences. Donc l’UE doit en plus effectuer des mesures pour l’ajustement de ce temps. comme le HO intrafréquence. Notons que le réglage se fait par pas de 256 chips (67μs). §3. 3 Soft Handover Figure 2. capable de combiner les signaux des trajets multiples. qui va ordonner les Nodes-B de régler le temps de transmission du DPCH Downlink si le temps jugé trop élevé (supérieure à 256 chips). est basé sur des algorithmes non standardisés. Ce type de HO peut être rencontré dans les structures hiérarchisées de cellules car les cellules de niveau différent n’utilisent pas les mêmes fréquences (cf. Dans ce cas l’UTRAN et le BSS doivent échanger des informations pour permettre à l’UE de décoder le BCCH. Figure 2. Un cas particulier et intéressant du HO interfréquences est le suivant : Handover intersystèmes : Il est en fait un Hard HO et représente la base de l’interopérabilité entre le GSM et l’UMTS.Handover interfréquences : Il est déclenché entre deux cellules ou deux secteurs utilisant des fréquences différentes.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio intrafréquence. car une différence importante de ces derniers va empêcher l’UE de combiner les copies des signaux des BS appartenant à l’AS avec un récepteur. 4 Softer Handover En UMTS. Ainsi. Pour décider de la puissance d’émission du préambule du PRACH et du premier DPCCH. CPICH_Tx_power. 7 Différents types de controle de puissance 2. puissance de code du signal reçu) est mesurée par l’UE sur le CPICH . Planification radio d’un réseau 3G 24 . UL_interference et UL_required_CI sont des paramètres diffusés par la cellule. la capacité du système est directement liée à la puissance du code requise pour chaque connexion. bien entendu. Les différents types du contrôle de puissance sont détaillés ci-après. 6 Hard handover interfréquences 2. Sur la liaison descendante. Figure 2. 5 Hard handover intersystèmes Figure 2.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Figure 2. Un ensemble de fonctions est mis en place en WCDMA dans ce but.4 Contrôle de puissance Le contrôle de puissance rapide et précis est peut-être l’aspect le plus important en WCDMA plus particulièrement sur la liaison montante puisque un seul UE se trouvant proche du node B avec une puissance élevée non contrôlée peut bloquer une cellule entière en noyant les signaux des autres utilisateurs plus éloignés émettant. sur la même fréquence.4.1 Contrôle de puissance en boucle ouverte Une estimation de la puissance d’émission initiale est faite par l’UE ainsi que par le node B avant l’accès de l’UE au réseau en se basant sur l’existence d’une relation significative entre les affaiblissements de propagation dans les deux sens vu que les fréquences sont dans la même bande. il est essentiel de garder la puissance d’émission à un niveau minimum tout en assurant une qualité satisfaisante du signal dans le récepteur. Cet effet est appelé effet proche-lointain. l’UE fait les calculs suivants : Preamble_initial_power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP + UL_interference + UL_required_CI Où le RSCP (received signal code power. Par conséquent. SIR et SF sont respectivement le rapport signal à interférence requis et le facteur d’étalement du canal. Pour le S-CCPCH le décalage de puissance du champ Data dépend du facteur d’étalement SF et va de +1 à -5dB et les champs Pilot et TFCI sont augmentés de 2 à 4 dB par rapport au champ Data. pour des vitesses supérieures jusqu’à 80km/h 2dB donne de meilleurs résultats. Liaison montante En comparant le SIR estimé mesuré sur les symboles Pilot du DPCCH avec le SIR requis imposé par le RNC. un pas de 1dB est bien adapté . il dépend du nombre d’indicateurs de paging (PI) par trame et va de -5 à -10dB. les commandes TPC sont envoyées avec chaque slot. ce décalage est fixe de -3 à -8dB alors que pour PICH. Liaison descendante Au niveau de l’UE. Au-delà. Pour les autres canaux on donne un décalage par rapport au PCPICH : pour SCH. la décision n’est prise qu’après la réception de cinq commandes successives ce qui permet une émulation d’un pas plus petit (0. Si l’algorithme 2 est utilisé. Pour des vitesses moyennes.5kHz. soit avec une fréquence de commande de 1. Un pas de 1dB avec une fréquence pareille peut efficacement suivre l’évanouissement sur le canal radio.2dB). des pas inférieurs à 1dB sont utilisés.Chapitre 2 DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP Mécanismes de l’interface radio – 10. 2. et le contrôle de puissance ne fera qu’ajouter du bruit.log( ) calculé Où: DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + au niveau du RNC et communiqué à l’UE.4. le node B génère une commande TPC (Transmission Power Control) qu’il communique à l’UE pour lui demander -selon le cas. Pour commencer un DPCCH (UL) tout en recevant un DPCCH (DL).d’augmenter ou de diminuer sa puissance d’émission. et ne sont pas spécifiées par le 3GPP mais des valeurs typiques sont données [2] : La puissance du PCPICH est fixée entre 5 et 10% de la puissance d’émission totale de la cellule.3 Contrôle de puissance en boucle fermée interne Ce type repose sur les informations de retour du coté opposé de la liaison (UE ou Node B) au niveau de la couche 1 et sert à compenser l’évanouissement de Rayleigh sur les canaux DCH. Le contrôle de puissance en boucle fermée est appelé contrôle de puissance rapide. 2.4. Le choix du pas optimal est fonction de la vitesse du mobile. il n’est pas possible de suivre l’évanouissement.2 Puissance d’émission des canaux communs de la liaison descendante (DL) Ces canaux ne subissent pas un contrôle de puissance (sauf S-CCPCH) : leurs puissances sont définies statiquement pendant la planification. le SIR requis (communiqué par le RNC au couche supérieures de l’UE) est comparé au SIR estimé mesuré sur les symboles Pilot du DPCH puis génère une commande TPC à envoyer au node B Planification radio d’un réseau 3G 25 . l’UE utilise un préambule de DPCCH pendant jusqu’à sept trames pour parvenir sous le contrôle du node B à une puissance acceptée puis commence la transmission et le contrôle de puissance normaux. Voir le format des canaux (slots et champs) en annexe A. Pour cela deux algorithmes sont définis pour décrire la manière avec laquelle une commande TPC est interprétée : pour le premier (algorithme 1) les commandes sont interprétées à chaque slot et le pas est de 1 ou 2dB (prédéfini). AICH et P-CCPCH. De petits pas conviennent aussi pour les vitesses inférieures à 3km/h où le taux d’évanouissement est très faible. En effet. Un contrôleur de puissance en boucle externe est utilisé pour chaque connexion RRC et une entité de contrôle est utilisée pour chaque DCH d’une même connexion RRC et sert à calculer le SIR requis suivant l’estimation de qualité de la liaison montante fournie par l’unité MDC (Micro Diversity Combining). Liaison descendante L’UE ajuste la valeur du SIR requis à utiliser dans la boucle interne en utilisant un algorithme dont le but est de parvenir à un BLER estimé égal au BLER requis traduisant la qualité requise et fourni par le RNC pour chaque DCH via une connexion RRC. Un SIR requis est défini pour chaque DCH.4 Contrôle de puissance en boucle fermée externe Le but de ce type est de maintenir la qualité de la communication au niveau défini par les exigences de qualité du service support (bearer) en produisant un SIR approprié à utiliser dans la boucle interne. une valeur du SIR requis est fixée pour chaque boucle interne de contrôle puis mise à jour en fonction du BER (bit error rate) ou du BLER (bloc error rate) qui représentent la mesure de la qualité et reposent sur l’évaluation du CRC : tant que le CRC est bon. Dans un DPCH descendant. Le pas doit être le même pour des cellules participant à un soft handover.4. TPC et TFCI par rapport au champ Data pour privilégier la signalisation par rapport aux données. Liaison montante Dans le SRNC. Les pas de variation peuvent prendre les valeurs 0. les champs n’ont pas la même puissance mais des décalages PO (power offsets) sont donnés au champ Pilot. Le nouveau SIR requis est transmis au node B sur un lien de signalisation. la valeur requise du SIR peut diminuer (d’un pas de 0. 1. La valeur du SIR est ajustée en fonction des changements de la vitesse du mobile et des effets de l’environnement de propagation en multitrajet pour éviter une augmentation inutile de la puissance. La boucle externe de l’UE s’assure que les exigences de qualité sont maintenues pour chaque canal de transport pour lequel une valeur du BLER a été fournie Planification radio d’un réseau 3G 26 .5 ou 2dB mais seule 1dB est obligatoirement prise en charge.1 à 1dB) et inversement.5. 1. Ceci est fait avec une fréquence de 10 à 100Hz. 2.Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio dans un DPCCH à chaque slot (si une variable DPC_MODE = 0) ou la même commande TPC est répétée sur 3 slots successifs (si cette variable est à 1). on sélectionne les vrais emplacements de Nodes B et des RNCs pour procéder à leur implémentation. 4. Figure 3. Le dimensionnement fournit des informations pour la planification. Cette phase demande un outil puissant de calcul et une base de données contenant tous les détails du réseau. le système est appelé à être étendu. L’extension se fait par l’ajout de nouveaux sites. Planification : permet de prévoir le comportement réel du système. Pendant cette étape. L’élimination des problèmes rencontrés fait appel à une optimisation proprement dite. Extension du réseau : la croissance de la population et la baisse des prix de l’abonnement entraînent une augmentation du trafic. la couverture ainsi que la qualité des services pour des régions données. Le cycle de vie d’un RAN (radio access network) passe généralement par six phases : 1. Cette phase définit aussi le marché des équipements. Définition : elle met en évidence les exigences concernant le réseau : la technologie utilisée. cellules ou modules. 1 Cycle de vie d'un réseau cellulaire Planification radio d’un réseau 3G 27 . la capacité. le fournisseur d’équipement est connu car les caractéristiques de ces derniers diffèrent d’un fournisseur à l’autre. Optimisation initiale : après avoir construit le plan théorique du réseau. leur déploiement et des prédictions sur la croissance de la population. Avec les mêmes ressources. comme pour un réseau 2G. le déploiement et l’optimisation du réseau. 6. 2. ensuite la vérification des comportements des Nodes B par des tests de base est nécessaire. 3. et d’autre part à répondre aux exigences de capacité et du trafic pour les différents services proposés. des informations concernant la performance du réseau sont obtenues par trois voies : réclamations des clients. statistiques du système et résultats des drive tests. 5. est une étape d’importance capitale pour le succès d’un opérateur puisque elle permet de gagner ou perdre l’enjeu de satisfaire le client. tout en gardant un bon rapport qualité/coût. Dimensionnement : son rôle est de déterminer le nombre des éléments du réseau et ses configurations pour garantir les besoins définis dans la phase (1).Chapitre3 planification des réseaux 3G Introduction : La planification du réseau cellulaire 3G. La planification du réseau d’accès UTRAN vise d’une part à assurer la meilleure couverture possible de la zone de déploiement en fournissant un niveau de champ satisfaisant et une gestion adéquate des ressources radio. Exploitation et optimisation : après le lancement du réseau. b.Puissance d’émission Les terminaux mobiles 3G sont répartis selon leurs puissances d’émission en quatre classes. Planification radio d’un réseau 3G 28 . Pour cette raison. La forme globale du bilan de liaison peut être présentée comme suit : Les termes impliqués dans ce bilan sont les termes classiques connus dans tout bilan d’une liaison radio. b. on gagne environ 5dB dans le bilan total. La deuxième consiste à recevoir avec deux antennes perpendiculaires l’une à l’autre : avec des angles de +45° et -45°.Paramètres du récepteur a. 3. Vu les considérations pratiques de réalisation. avec un gain de 0dBi. A.1.Amelioration MHA (Mast Head Amplifier) Placé après l’antenne pour augmenter le rapport signal à bruit SNR. Le dimensionnement du réseau se fait de telle façon à garantir la couverture de la zone cible et répondre aux besoins du trafic.Chapitre3 planification des réseaux 3G 3.1 Dimensionnement par couverture : Bilan de liaison Le dimensionnement commence par le calcul du bilan de liaison qui donne l’affaiblissement de propagation maximum toléré sur la liaison Node B – UE. sauf pour quelques uns qui sont spécifiques au WCDMA.Gain de l’antenne Pour une configuration tri-sectorielle des sites. la diversité spatiale est rarement utilisée. le MHA a pour rôle de compenser les pertes des câbles et d’améliorer le facteur de bruit. Ceci revient au fait que l’UE est limité en terme de puissance d’émission.Gain de l’antenne L’équipement utilisateur est doté d’une antenne omnidirectionnelle i. Grâce à cette technique.1 Dimensionnement Dans le CDMA. on doit transmettre avec une puissance plus grande. d. une forme de diversité spatiale et/ou de polarisation de l’antenne de réception peut être utilisée. Généralement le trafic n’est pas pris en compte dans les premières étapes de la planification puisqu’il n’est pas évident d’avoir des statistiques précises sur le trafic dans une région donnée. Pour servir tous les UEs. c. la valeur 125mW (21dBm) est utilisée dans le calcul.Paramètres de l’émetteur a. Le sens décisif dans la liaison est le sens montant. Le constructeur du guide donne une valeur de cette affaiblissement en dB/100m pour une bande de fréquence donnée. B. résultat : une capacité dégradée et une couverture restreinte.Gain de diversité Afin d’améliorer la qualité du signal reçu. La classe 4 représente les mobiles émettant à 125mW (la plus basse parmi les quatre). La première est réalisée en utilisant deux antennes espacées généralement d’une distance de 10. quand le nombre des UEs augmentent les interférences deviennent importantes ce qui influe négativement sur la sensibilité.e.Perte des câbles et des connecteurs Les guides d’onde reliant l’antenne à la station de base (feeders et jumpers) et leurs connecteurs introduisent une perte qui ne doit pas dépasser 3dB selon les normes. des antennes directives avec des angles d’ouverture d’environ 60° et un gain variant entre 12 et 19dBi sont le plus souvent employées. mais si la puissance maximale est atteinte on a du mal à les couvrir tous .λ qui assure une réception de deux versions décorrélées du signal. le bruit thermique a une puissance de -105.84MHz et un facteur de bruit de 3dB. Ceci se traduit par une diminution de la PIRE qui peut atteindre 3dB. Il peut être aussi exprimé en fonction de la charge η : La marge d’interférence est comprise en général entre 2 et 4dB.Chapitre3 planification des réseaux 3G e.Marge de l’évanouissement lent outdoor L’évanouissement lent est la conséquence de la distance qui sépare les deux extrémités de la liaison et de la présence des obstacles sur le parcours (effet de masque). Par conséquent l’interférence sur les autres cellules augmente. f. Ce paramètre est important dans l’estimation de la couverture puisqu’il limite la sensibilité du récepteur. e.Marges a. La sensibilité est fonction du rapport Eb/No requis pour un service donné. peut avoir une valeur typique de 3dB.Power rise Le contrôle rapide de puissance provoque une augmentation de la puissance d’émission moyenne pour maintenir le Eb /No requis par rapport au cas d’absence de l’évanouissement rapide. Ce gain qui dépend de la vitesse du mobile et de l’algorithme de combinaison en réception.Bruit thermique Pour une température ambiante (293°K) et une bande de fréquence de 3. Cette perte est négligeable pour des services où le terminal n’est pas collé au corps comme la navigation web.Marge de l’évanouissement rapide (Power control Headroom) Une marge est nécessaire sur la puissance d’émission de la station mobile pour maintenir en bon état la boucle interne de contrôle de puissance dans des conditions de propagation défavorables. du facteur de bruit et de la puissance du bruit : C.16dBm.Body loss Si le mobile est collé à la tête de l’utilisateur.Gain du soft Handover Le soft handover s’oppose à l’effet de masque et permet de réduire la marge de l’évanouissement : le mobile peut choisir le meilleur lien de communication. le diagramme de rayonnement de son antenne se déforme et perd presque une moitié. c.Noise rise (marge d’interférence) Elle représente le rapport de l’interférence totale sur le niveau du bruit thermique.Sensibilité du récepteur La sensibilité est le niveau minimal du signal RF dans l’entrée du récepteur permettant de maintenir à sa sortie (après démodulation) une qualité de signal acceptable exprimée par le rapport énergie de bit à densité de puissance du bruit Eb/No. Ceci s’applique surtout aux basses vitesses où le rapport Eb/No est sensible à la boucle interne de contrôle de puissance. Le mauvais effet de cette augmentation est surtout senti sur les frontières de la cellule où le mobile émet avec sa puissance maximale. Son gain indique le rapport entre la puissance du signal reçu dans le cas du soft handover et celle du cas de lien unique. Planification radio d’un réseau 3G 29 . d. b. du facteur d’étalement SF. f. Il est plus important en indoor qu’en outdoor. La marge de l’évanouissement rapide est inversement liée à la vitesse du mobile. 157 7 64000 ‐115.Pertes de pénétration indoor Dans la plupart des cas. Les valeurs de ces pertes sont observables dans des tableaux [1] et varient largement en fonction des matériaux de construction. nous présentons dans le tableau 3.1 un calcul de l’affaiblissement de propagation pour un service à 64 kbits /s dans un environnement outdoor et dans un environnement indoor.979400087 3 3 18 2 5 ‐174 3 ‐105. Etablissement du bilan de liaison Après avoir détaillé les différents termes du bilan. le signal pénètre donc à travers les murs et les fenêtres pour l’atteindre.157 8 64000 Urbain dense 21 0 21 21 0 21 21 0 21 Urbain Suburbain ‐115.979400087 3 3.9385125 3. ce qui cause un affaiblissement additionnel.4385125 ‐114.5 64000 3 18 2 5 ‐174 3 ‐105. dont des valeurs typiques sont données dans des tableaux qui les classifient suivant le type du milieu de propagation.157 7.Chapitre3 planification des réseaux 3G Dans les calculs. Cet affaiblissement appelé de pénétration est pris en compte dans le bilan de liaison pour s’assurer que les abonnés en indoor sont couverts. Environnement Emetteur (MS) Puissance d'émission max (dBm) Gain d'antenne (dBi) PIRE (dBm) Récepteur (BS) Gain de diversité de l'antenne Rx (dB) Gain de l'antenne Rx (dBi) Pertes des câbles (dB) Amélioration MHA (dB) Densité du bruit thermique (dB/Hz) Facteur de bruit du récepteur (dB) Puissance de bruit du récepteur (dBm) Eb/No requis (dB) Débit (bits/s) Sensibilité du récepteur (dBm) Marges Noise rise (marge d'interférence) (dB) Gain du Soft Handover (dB) 3 18 2 5 ‐174 3 ‐105.938513 3. le mobile se trouve en indoor. g. on considère une marge due à cet évanouissement liée à la probabilité de couverture voulue pour un service donné et à l’écart type de l’évanouissement lent.97940009 3 Planification radio d’un réseau 3G 30 . 43398113 9.4882515 85 5 13 5 9.959112 90 7 8. la hauteur de la station de base et celle du mobile et avec un affaiblissement calculé. lors du dimensionnement. Les formules des modèles de propagation lient l’affaiblissement de trajet à la distance entre l’émetteur et le récepteur qui représente. Le modèle de propagation que nous utilisons est le modèle COST-HATA qui associe à chaque type d’environnement une formule spécifique (voir §2.970860959 142. on peut tirer le rayon des cellules de la zone à planifier.5583451 90 7 8.9882515 85 6 18 6 11 11.4591124 2 0 1 150. urbaines et urbaines denses. Le tableau 3.181419 Tableau 3.2524125 140. Pour la fréquence de travail du système.9591124 2 0 1 151. 1 Bilan de liaison Rayon de couverture Le calcul du rayon de couverture a pour paramètres l’affaiblissement de propagation obtenu du bilan de liaison pour le service choisi dans l’un des environnements caractérisant la zone à couvrir. Environnement Hauteur de la BS(m) Planification radio d’un réseau 3G Urbain dense 25 Urbain 25 Suburbain 30 31 . Le paramètre principal qui les différencie est la perte de pénétration qui est d’autant plus importante que la densité des bâtiments l’est.1). le rayon de couverture.949874371 10.7067 85 4 8 3 9.77769304 133.31238202 128.Chapitre3 Marge de l'évanouissement rapide (PC headroom) (dB) Body Loss (dB) Elévation de la Puissance Tx (power rise) (dB) Perte de propagation max permise (dB) Fiabilité de couverture Proba de couverture Outdoor à la bordure de la cellule Ecart type de l'évanouissement lent Outdoor (dB) Marge d'évanouissement lent Outdoor (dB) Perte de propagation max permise en Outdoor (dB) Proba de couverture Indoor (%) Ecart type de l'évanouissement lent Indoor (dB) Pertes de pénétration Indoor (dB) Ecart type de la perte de pénétration Indoor (dB) Ecart type combiné (dB) Marge Indoor de l'évanouissement lent (dB) Perte de propagation max permise pour Indoor (dB) planification des réseaux 3G 2 0 1 151.1467304 90 8 10.2 illustre les résultats obtenus pour des zones suburbaines.970860959 142.40076728 122. Urbain dense Rayon de couverture (m) Surface élémentaire (km²) Surface à couvrir (km²) Nombre de sites 288 0.2 Dimensionnement par capacité Lorsque la capacité est considérée dans la planification. 2 Calcul du rayon de couverture Estimation du nombre de sites Le calcul des rayons permet d’estimer la surface couverte par chaque site.556 14 26 suburbain 1239 3 40 14 Tableau 3. on obtient les aires de trois zones correspondant chacune à un type de milieu de propagation (cf chapitre 4).4 15 Urbain 534 0. cette surface élémentaire est donnée par la relation : En connaissant la surface de la zone à couvrir.1. Le nombre maximal théorique d’utilisateurs supportés par une cellule (la barre de capacité) sur la liaison montante est fonction du type du RAB. Le résultat du calcul de nombre de sites est présenté sur le tableau 3. Il est donné par la formule suivante : Planification radio d’un réseau 3G 32 . l’une basée sur la capacité et l’autre sur la couverture comme a été détaillé précédemment. le planificateur doit disposer d’une quantité suffisante d’informations sur la demande en trafic dans une zone pour chacun des services offerts. On sous-entend par la capacité le nombre maximal d’utilisateurs supportés par une cellule (ou un site) simultanément pour un service donné.5 13 1. le nombre de sites est calculé de deux manières. Evidement.5 18 1. 3 Estimation du nombre de sites 3.3.162 2. Une fois ce nombre connu on peut calculer le nombre de sites nécessaires en divisant le nombre total d’utilisateurs à servir simultanément dans une zone par le nombre d’utilisateurs supportés par un seul site. Pour un site tri-sectoriel. le nombre de sites est obtenu par une simple division de cette surface par la surface élémentaire. Sur une carte géographique indiquant la distribution de la population. On peut aussi calculer le nombre maximal d’utilisateurs répartis sur plusieurs services avec une certaine pondération.5 8 288 534 1239 Tableau 3.Chapitre3 Hauteur de l’UE (m) Pertes de pénétration (dB) Rayon de couverture indoor (m) planification des réseaux 3G 1. 4 Calcul de la barre de capacité Donnés mode paquet 128kbit/s 10-1 1.9 14 7 Tableau 3.2 présente la procédure suivie pour une planification tenant compte de la couverture et de la capacité. il est comparé à celui calculé par la couverture.2 95 47 Donnés mode circuit 64kbit/s 10-6 3. C’est ici qu’intervient la notion de charge sur la liaison montante qui représente le rapport du nombre maximal d’utilisateurs réellement permis à la barre de capacité pour tous les services: Le tableau 3. La valeur de F ne peut pas être donnée avec exactitude. s’ils sont trop éloignés. Une valeur typique pour un site tri-sectoriel est 0. La barre de capacité ne peut pas être atteinte dans la réalité parce qu’elle implique une interférence infinie et donc un rayon de couverture nul.Chapitre3 Où γ est le rapport signal à interférence requis pour le service en valeur linéaire : planification des réseaux 3G .9 11 5 Une fois le nombre de sites basé sur la capacité obtenu. Voix TEB requis Eb/I0 requis Mbarre Mréel 10-3 4. L’algorithme de la figure3. Planification radio d’un réseau 3G 33 . la valeur de la charge admise est modifiée et le calcul est repris. Et F est le rapport de l’interférence produite par les autres cellules à celle induite par la cellule elle-même.93.4 présente un exemple de calcul de capacité pour trois services différents en admettant une charge de 50%. est le nombre maximal de stations de base par RNC et est le taux Où d’utilisation de la ressource d’un RNC pour prévoir une extension inattendue et pour donner une marge de capacités de calcul au RNC. etc.Chapitre3 planification des réseaux 3G Figure 3. La capacité d’un RNC est limitée par trois facteurs : le nombre maximal de cellules par RNC (fréquence et scrambling codes). débit maximal supporté sur l’interface Iub et aussi la quantité et le types des interfaces matérielles (STM-1.). Un exemple de calcul et des valeurs typiques des différentes variables peuvent être consultées sur [2]. Planification radio d’un réseau 3G 34 .3 Nombre de RNCs Pour une première estimation du nombre des RNCs. E1. les nodes B sont supposés uniformément distribués sur les RNC et véhiculent le même trafic.1. Le calcul de dimensionnement se fait pour chaque limitation puis le résultat le plus exigent (le plus grand nombre de RNCs) est retenu pour satisfaire toute les contraintes. 2 Procédure de planification combinée capacité/couverture 3. le nombre maximal de stations de base par RNC. 3 Chevauchement entre sites Distribution des sites Sur une carte géographique. La forme hexagonale théorique classique des cellules simplifie la représentation et la planification du réseau cellulaire en permettant une juxtaposition des cellules. Pour profiter des vertus du soft handover.5R.5R qui assure 23% de recouvrement. Figure 3.Chapitre3 planification des réseaux 3G 3. on procède au tracé d’un quadrillage qui garantit une distance inter-sites de 1.2. 4 Distribution des sites par maillage Planification radio d’un réseau 3G 35 . après la sélection de l’une des trois zones. et la minimisation des interférences entre cellules de l’autre.1 Distribution des sites sur la carte Choix de la distance inter-sites Le choix de la distance intersites est un compromis entre une grande probabilité de couverture et un large recouvrement pour le soft handover d’un coté. une zone de chevauchement de 20 à 25% est prévue entre les surfaces de couvertures des sites voisins. Figure 3.2 Planification détaillée 3. Nous choisissons dans notre application une distance intersites de 1. Un et un seul code primaire est alloué à chaque cellule. des systèmes d’alimentation et du réseau de transport. 3. Une bande de garde doit être utilisée pour séparer la couche macro de la couche pico/micro. 3.2. Les codes de canalisation sur la liaison descendante sont une ressource limitée surtout avec l’utilisation des services à débit élevé et du soft handover. mais pas tous les codes sont utilisés. les couches micro et pico cellule peuvent se partager la même bande de fréquence avec une petite dégradation des performances. le coût est réduit aussi par le partage des pylônes d’antenne. donc la réutilisation des codes est 1 :512 ce qui rend simple la tâche de leur planification. il peut être nécessaire d’ajouter des sites WCDMA entre les sites GSM900 existants pour atteindre la couverture voulue. la puissance est une ressource partagée entre les différents services et utilisateurs.3.3 Planification des codes : Sur la liaison descendante. Les codes sont divisés en 512 ensembles chacun contenant un code primaire et 15 codes secondaires. La partie utilisée pour les canaux communs réduit la capacité du réseau en trafic utile. le nombre maximal des codes d’embrouillage (scrambling) qui est une séquence de Gold de 38400 chips est 218-1.2. Si une augmentation de la capacité est nécessaire. En plus. L’isolation entre les pico/micro cellules due aux murs réduit les interférences entre ces couches.4 Planification des puissances En WCDMA. La couverture de ces canaux Planification radio d’un réseau 3G 36 . Cependant.3. Dans ce cas il est direct d’utiliser une structure HCS en trois couches. la consommation de l’UE est réduite.2. une macro BS en visibilité peut interférer un utilisateur indoor (aux étages les plus hauts par exemple). 5 Choix des codes de canalisation 3. l’arbre des codes peut être réutilisé jusqu’à 15 fois dans une même cellule en embrouillant chacun avec l’un des 15 codes secondaires d’embrouillage de la cellule.Chapitre3 Co-situation avec les sites GSM planification des réseaux 3G L’avantage principal de la co-situation des sites WCDMA avec ceux de GSM est d’éviter le coût élevé de l’acquisition des sites. Comme la différence entre la vitesse des utilisateurs des micro et pico cellules n’est pas importante. Voir § 3. Comme le bilan de liaison de WCDMA est différent de celui du GSM900. Si un opérateur n’a accès qu’à une bande de 10MHz. Cependant il faut prendre en compte que les codes sont répartis en 64 groupes et si des cellules voisines utilisent des codes de groupes différents. une micro BS peut servir des utilisateurs indoor (normalement servis par une picocellule). Figure 3.2 Planification des fréquences Les opérateurs 3G vont avoir accès à des bandes de fréquence de largeur typique de 15MHz (dans les deux sens). Exécution des calculs Une fois les paramètres cités entrés.Définition des antennes utilisées . la nature du sursol. on procède à l’opération appelée lancement initial (initial tunning). Construire une liste des immeubles candidats pour l’acquisition de chaque site. Choisir l’emplacement des antennes dans l’immeuble sélectionné. Les deux canaux les plus importants sont CPICH et SCH. Zones de recouvrement . c’est en fait 5% pendant 1/10 du temps. la densité de population.Définition des sites et de leurs émetteurs . Les valeurs absolues et relatives des puissances des différents canaux communs ont été citées dans §2. etc. sur un rayon variant de 10 à 20% de la distance inter-sites. . . qui consiste à désigner les vrais emplacements des sites en passant par plusieurs étapes : Rechercher des points convenables. autour des coordonnées obtenues sur carte . Ces calculs sont tous basés sur le calcul des affaiblissements de trajet : Calcul du niveau de champ à chaque pixel de la zone de calcul . - 3. Environ 20% de la puissance maximale de la BS est allouée aux canaux communs. UMTS/WCDMA dans notre cas . Ces candidats doivent vérifier les conditions des hauteurs et de dégagement (un site 3G doit être dégagé de tout obstacle sur un rayon de 100m et plus haut de 3m que le plus haut obstacle). Les paramètres de base à définir dans un logiciel de planification sont : Choix d’une technologie du réseau d’accès. Zone de service (Eb/N satisfaisant) .2.3 Optimisation initiale : Après avoir placé les sites dans la carte géographique.5 Utilisation d’un outil logiciel de planification Un logiciel de planification statique permet de simuler différentes variables dans un réseau cellulaire après un calcul basé sur une définition entière et cohérente des paramètres nécessaires. les rivières. mais il peut quand même attribuer une vitesse aux mobiles pour l’utiliser dans les calculs. . Utilisation d’une carte numérique (modèle numérique du terrain) incluant des informations sur la hauteur du sol.2. Analyse de réception du canal pilote (Ec/Io). Sa puissance est donc proche ou égale à celle du CPICH. donc si ont dit que 0. soit sur le même pilonne soit les séparer par des distances pour éviter l’effet terrasse (si la terrasse est grande une partie important de l’énergie va être perdue par réflexions vers le haut) - - Planification radio d’un réseau 3G 37 .Calibrage du modèle de propagation utilisé .5% de la puissance totale lui est alloué.Chapitre3 planification des réseaux 3G doit être supérieure à celle des canaux de trafic pour permettre aux UEs de détecter les cellules avant de rentrer dans leurs zones de soft/softer handover. Statut du Handover . les routes. 3. L’appellation statique vient du fait que le logiciel n’est pas en mesure de simuler une vraie mobilité de l’utilisateur.4. Il est à préciser que le SCH n’est utilisé que pendant 1/10 du temps. Leurs puissances sont un compromis entre le temps nécessaire pour une recherche fiable de cellules et l’interférence maximale permise sur les canaux de trafic. plusieurs calculs peuvent être effectués. une vérification de ses secteurs est obligatoire. Les plus connues sont : 3. Figure 3.Chapitre3 . Cette interférence peut être évitée par l’utilisation des filtres à pente rude. Un espacement typique de 3MHz entre les porteuses à la frontière des deux bandes est nécessaire. Le drive test permet de connaître le niveau de champ dans toute la zone de couverture. chaque émetteur va agir comme un bruit de fond pour l’autre. des bandes de garde élevées entre les porteuses ne sont pas permises.1 Amélioration de la qualité radio Diminution des ACI : Adjacent Cell Interference L’interférence entre cellules adjacentes apparaît dans un environnement multi-opérateurs. les cellules qui peuvent être définies comme membres de l’active set (AS).Définir les azimuts pour chaque site. 6 Drive test Pour pallier les défauts de qualité et de couverture issus de ce test. le réglage des puissances d’émission des cellules et le facteur correctif du modèle de propagation. Produit d’intermodulation : Planification radio d’un réseau 3G 38 . il est donc essentiel de définir des exigences sur la bande de garde entre l’UMTS et les autres systèmes 2G. car vu la rareté de la ressource de fréquence. La bande de garde requise entre WCDMA et GSM 1800 dépend de l’isolation minimale entre les deux systèmes pour éviter certaines dégradations de performances. il sera mis en place et activé. Elimination des mauvais effets de la coexistence avec le GSM : Une coexistence entre GSM et UMTS est prévue. planification des réseaux 3G Si le site est validé. celle-ci est faite par l’intermédiaire d’un drive test en utilisant un outil logiciel d’optimisation radio (comme le TEMS INESTIGATION d’Ericsson). la qualité de signal et autres paramètres. Il doit être assuré que la contribution du système GSM dans le bruit du WCDMA soit insignifiante. Les résultats d’un tel test déterminent les zones aveugles (non couvertes). Avant de déployer les sites proches. des mesures d’optimisation peuvent être prises.3. L’effet négatif de cette cohabitation est l’interférence causée par : Bruit de fond mutuel : Si les BS des deux systèmes sont co-situées. cela peut être évité par le respect de la distance d’isolement et par une séparation fréquentielle suffisante. Planification radio d’un réseau 3G 39 . ils sont appelés MHA (Mast head amplifier) ou TMA (Tower mounted amplifiers). La combinaison des signaux reçus sur deux antennes donne un gain en puissance de 3dB dans le bilan. puissances de transmission. Les stations de base co-situées des deux systèmes peuvent utiliser chacune une antenne distincte ou une antenne bi-bandes commune entre elles. Le MHA dans un Node-B sert à améliorer le facteur de bruit du récepteur (qui entre dans le bilan de liaison) quand un feeder trop long est utilisé. la sortie va contenir des composants de la forme : la somme n+m est appelée ordre de l’IM. le MHA est doublé (i.e. amplificateur et connecteurs). Pour une configuration de diversité. 3. Il est généré par les dispositifs non linéaires (mixeur. Les IM sont importantes pour les grandes Fim= m. (Voir fig.f2. 7 Réalisation de la cosituation par deux méthodes Utilisation des amplificateurs MHA : Des pré-amplis LNA installés après les antennes sont parfois utilisés dans les systèmes cellulaires.e.7) Figure 3.Chapitre3 planification des réseaux 3G Ce phénomène est gênant pour les récepteurs des deux systèmes ou l’un d’entre eux. 2 MHA pour une diversité de deux antennes).f1+n. Ces harmoniques sont les produits d’intermodulation (IM). Si le signal d’entrée est formé de deux fréquences f1 et f2. La formule du facteur de bruit avant et après l’insertion d’un MHA est donnée par : La diversité : La diversité du récepteur est utilisée pour pallier le problème de l’affaiblissement de trajet et pour augmenter le SIR par une décorrélation des évanouissements sur les deux branches des antennes (i. pas d’affaiblissement dans toutes les antennes en même temps). cela peut être considéré comme une compensation des pertes du feeder et des connecteurs. car le signal de sortie n’a pas la même forme que celui d’entrée ce qui engendre des harmoniques dans le spectre de sortie. Elévation de la capacité en canaux Il est. Augmentation de la puissance L’utilité d’une augmentation de la puissance d’émission maximale permise dépend des dimensions de la cellule : est ce que la cellule est si large que le bruit de fond ait un impact? Pour les petites cellules. Ceci ce fait en utilisant des antennes à ouverture plus étroite qui permettent des gains plus élevés : en réduisant l’ouverture à un demi. Planification radio d’un réseau 3G 40 . en particulier le handover interfréquence.3. la puissance des canaux de diffusion a un effet largement supérieur à celui du bruit de fond. le gain croît d’environ 3dB. et le chevauchement de couverture. La couverture des deux porteuses doit être la même avec une légère différence due à la différence de charge maintenue par chaque fréquence. Par ailleurs cette technique implique qu’un trafic plus dense est supporté. Les trous de couverture sont souvent entourés par le secteur qui communique avec le répéteur comme l’intérieur des bâtiments ou les tunnels. Si la demande croît. donc. La seule limite est la largeur de spectre octroyée à l’opérateur lors de l’obtention de la licence. Sectorisation L’augmentation du nombre de secteurs de trois à six (ou même plus théoriquement) est une alternative à la méthode précédente pour l’extension du réseau. de la capacité ou des deux.2 Extension par des modifications de configuration Ce paragraphe présente des possibilités d’extension sans l’ajout de nouveaux sites. Elle permet. Ajout de nouvelles fréquences porteuses Si dans une zone la capacité atteinte avec l’utilisation d’une seule porteuse n’est pas suffisante. une amélioration de la couverture. Si la BS est complètement équipée. La capacité est théoriquement doublée en passant d’une porteuse à deux. Ajout d’antennes distribuées Cette technique permet d’améliorer la capacité ou la couverture. la couverture d’une autoroute. Ceci offre une solution à bas coût initial et une facilité d’extension. Toutefois quelques solutions impliquent l’ajout d’unités à des sites existants. en général. Dans le cas de trafic peu dense chaque antenne peut émettre le même signal. alors que pour les zones à forte demande en capacité. par exemple.Chapitre3 planification des réseaux 3G 3. des modules supplémentaires peuvent être insérés. Utilisation des répéteurs Une autre alternative pour l’amélioration de la couverture est l’utilisation des répéteurs : des répéteurs RF ou des systèmes de distribution optique peuvent combler les trous de couverture dans un secteur. L’ajout d’une nouvelle fréquence implique une nouvelle tâche d’optimisation de certains paramètres. Si de plus les antennes sont placées en indoor. des fonctionnalités plus avancées sont nécessaires pour qu’un signal destiné à un certain utilisateur soit transmis aux antennes proches de cet utilisateur. la recherche des cellules. l’opérateur peut utiliser une deuxième porteuse. L’augmentation de la puissance de sortie peut servir à augmenter la capacité. la capacité en canaux peut être augmentée en remplacent les modules existants par d’autres ayant plus d’ASIC intégrés. la perte de pénétration va jouer le rôle d’un séparateur entre les cellules. ou bien bénéficient d’une déformation du secteur pour étendre. la couverture ou les deux. possible de sous-équiper un équipement d’un node B couvrant un trafic léger lors du déploiement initial. Cela réduit nettement le niveau d’interférence du système car les utilisateurs sont toujours proches à au moins une antenne. 8 Structure hiérarchisé en couches du réseau 3. Une bonne planification du réseau passe par plusieurs phases : la première. Si l’un de ces sites est isolé dans sa bande de fréquence (n’a pas de voisines) il pourra supporter une charge de 1.3. est l’étape la plus simple réalisée par l’implémentation seulement des Macrocellules.3. qui normalement couvrent toute la zone souhaitée. ne contiennent que des macrocellules. Figure 3. Pour améliorer les performances d’un réseau en couches des fonctionnalités supplémentaires sont utilisées pour répartir le trafic sur les différentes couches (et donc les différentes bandes) et pour décider quelle couche sert mieux un mobile selon sa vitesse. Dans ce chapitre les méthodes d’ajout de sites sont présentées. cette méthode peut offrir une couverture complète de la zone pour des services à débit élevé.4 Amélioration potentielle WCDMA à été conçu pour être évolutif et pour supporter efficacement des technologies avancées comme les antennes adaptatives et la suppression d’interférences. Ces dernières nécessitent des sites de grande capacité et avec des débits élevés mais limités en couverture. Ceci s’applique sur les zones où le WCDMA est déjà déployé et a pour effet l’amélioration de la couverture. des zones aveugles et d’autres congestionnées apparaissent. Si c’est la couverture qui intéresse. Par exemple la couverture complète pour un service d’acheminement au mieux à 64kbit/s peut être étendue à une couverture pour un service d’acheminement au mieux à 128kbit/s.3 Extension par l’ajout de sites Dans le chapitre précédent. Modèle en couches du réseau (HCS : hierarchical cell structure) Les sites mis en place. Une structure complète de cellules est obtenue par trois couches. la couverture de chaque cellule est réduite au demi. Les nouveaux sites peuvent connaitre une extension par la suite en utilisant les approches du chapitre précédent. ayant pour objectif de couvrir la zone cible. La HCS assure une grande capacité pour différents services avec une continuité de couverture.5 à 2 fois plus importante que s’il était entouré de sites opérant sur la même fréquence. macro et même picocellule chacune avec une porteuse et suffisamment espacée des autres.Un réseau en couches signifie simplement l’existence des différents types de cellules micro. la solution la plus courante est l’utilisation du modèle en couches . l’extension se faisait par l’ajout de matériel aux sites existants. Division de cellules En supposant que le nombre de sites est doublé.Chapitre3 planification des réseaux 3G 3. de la capacité ou des deux. tandis que la deuxième phase est marquée par l’utilisation des microcellules pour les zones aveugles ou les zones à trafic élevé. Planification radio d’un réseau 3G 41 . Mais en pratique et à cause de la nature du terrain et du trafic. le deuxième ‘Géo’ indique les composants de la carte numérique et les données qu’elle contient (modèle numérique du terrain.) . population. support de réseaux en couches.Zone principale où l’utilisateur peut visualiser la carte numérique ainsi que les sites implantés et les représentations graphiques des calculs. 1 Fenêtre principale du logiciel et carte topographique d'Oran 1. le module de calibration de modèles de propagation. hauteurs. infrastructures de base. ou une table de base de données (par ex. planification automatique de codes/fréquences. 2. support de différentes technologies d’accès et support de réseau multi-technologies (GSM/UMTS par ex. Architecture flexible et ouverte : support des formats standards de fichiers et de bases de données d’autres logiciels .) et le dernier ‘modules’ contient les différents modèles de propagation y compris le modèle standard .1 Présentation générale du logiciel Attol est un outil logiciel multi-technologies de planification radio fait pour supporter les travaux d’un opérateur de radiocommunication mobile durant tout le cycle de vie du réseau. - Fenêtre principale Figure 4.Observateur d’évènements pour afficher les calculs en cours d’exécution. le module de planification automatique des codes et le module des liaisons FH. Attol est constitué d’un noyau principal et de modules optionnels comme le module UMTS. Parmi ses caractéristiques : Options avancées de conception de réseau : performance de calcul.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel 4.Zone d’exploration à trois onglets : le premier ‘Données’ comporte les éléments du réseau et les différents calculs et prédictions. des sites ou des antennes) . Planification radio d’un réseau 3G 41 . 3. etc. Créer les cartes de trafic par environnement . Un exemple de la carte topographique d’Oran avec quelques vecteurs fait l’objet de la figure 4. Créer le réseau en utilisant les modèles de stations. des informations supplémentaires utiles appelées vecteurs peuvent être chargées. Les informations géographiques permettent au logiciel d’effectuer les calculs de propagation et à l’utilisateur de mieux choisir l’emplacement des sites. Définir une zone de calcul et les paramètres de calcul (résolution. Allouer les codes d’embrouillage aux cellules . comme les routes.1. Le logiciel donne le choix parmi les technologies qu’il supporte. Importer les données géographiques . Calibrer le modèle de propagation utilisé . 4. Définition d’un site Lors de l’ajout d’un nouveau site. les autoroutes. les rivières. les lacs.). Les propriétés radio sont introduites dans la définition des Planification radio d’un réseau 3G 42 . utilisent une carte de modèle numérique du terrain DTM obtenue auprès de l’INCT (institut national de cartographie et de télédétection).Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel 4. 2 Création d'un nouveau projet UMTS WCDMA Importation des données géographiques Pour pouvoir travailler sur une carte réelle. par niveau de signal. etc. la technologie à choisir est ‘UMTS WCDMA’ (Fig. Définir les paramètres de trafic multiservices (services. Pour notre cas. Figure 4.2). zones de chevauchement) . les rues. etc. des émetteurs et les paramètres radio spécifiques à UMTS . Procéder aux études spécifiques à UMTS basées sur la charge du réseau . plusieurs paramètres sont à définir : sa position géographique (longitude et latitude). Les opérateurs de téléphonie mobile. dont Mobilis. l’utilisateur doit créer un nouveau projet. type du sursol. Vérifier et valider les résultats par des données de mobiles de test. Obtenir des vues instantanées du réseau en simulant le trafic . 4. sa hauteur et le type d’équipement utilisé.3 Préparation des données Création d’un nouveau projet Pour commencer. Définir les paramètres des sites. l’utilisateur doit importer les données géographiques du terrain à planifier (hauteur du sol. modèles. Définir les voisines de chaque cellule manuellement ou automatiquement .2 Etapes suivies dans un projet de planification d’un réseau UMTS Créer un nouveau projet et choisir UMTS/WCDMA comme technologie . propriétés du récepteur) . Créer et exécuter les études de couverture (par émetteur. environnements) . Une fois le modèle numérique du terrain chargé. les aéroports. profils utilisateur. types de mobilité. 3 Définition des propriétés d'un site Figure 4. son diagramme de rayonnement (vertical et horizontal) et sa bande de fréquence de travail. son facteur de bruit. Définition d’un émetteur Un émetteur caractérise chacun des secteurs d’un site. la puissance maximale et les puissances des canaux CPICH. le modèle de l’antenne utilisée (choisi parmi les modèles préalablement définis). Dans la définition d’un émetteur. On peut définir son nom. SCH et CCHs. ses pertes en émission et en réception. sa hauteur. ses voisines. son état d’activité et le modèle de propagation utilisé lors des calculs. son azimut. 4 Définition des propriétés d'un émetteur Définition d’une antenne On peut définir pour une antenne son gain.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel émetteurs puisque les secteurs d’un site n’ont pas nécessairement la même configuration. son antenne est choisie parmi les antennes ainsi définies. son downtilt (inclinaison). Ces données peuvent être obtenues à partir du datasheet de l’antenne. Figure 4. le site auquel il appartient. la distance qui le sépare de son site (en général nulle). la porteuse qu’il utilise. Planification radio d’un réseau 3G 43 . la taille maximale de l’active set. Ensuite les résultats des mesures sont comparés aux résultats des calculs du modèle de propagation à calibrer et les valeurs des différents facteurs ainsi que celles des affaiblissements pour chaque type de sursol sont fixées. par la suite. suburbain. au calibrage du modèle de propagation pour chaque type de milieu de propagation en réalisant des mesures sur des trajectoires appartenant aux zones de couvertures des lobes principaux des antennes. Planification radio d’un réseau 3G 44 . 5 Définition des propriétés d'une antenne Calibrage d’un modèle de propagation Les modèles de propagation doivent être calibrés pour correspondre au mieux à l’environnement réel. Dans le logiciel Atoll. 6Facteurs de calibrage d'un modèle de propagation entrant un fichier de résultats de mesures effectuées sur un chemin et en indiquant l’émetteur radio utilisé et le modèle à calibrer. urbain dense. Les outils logiciels de planification (y compris Atoll) incluent une fonction de calibrage automatique : en Figure 4.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Figure 4. un modèle de propagation standard basé sur le modèle Cost-Hata propose une formule générale avec plusieurs facteurs à définir. et rural) et les différentes conditions de propagation. le logiciel calcule automatiquement les coefficients de la formule générale. et procéder. Le choix des facteurs peut se faire manuellement mais il est d’une grande complexité. Il faut mettre sur le terrain quelques sites dont les emplacements représentent tous les milieux de la zone de planification (urbain. sur la carte des types de sursol. Ainsi. 8 Affaiblissements par classe de sursol Vu la non disponibilité des appareils de mesure pour un réseau UMTS nous étions restreints à utiliser un modèle calibré sur le territoire algérien pour une fréquence de 1800MHz.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Figure 4. 7 Calibrage automatique d'un modèle de propagation Figure 4. Planification radio d’un réseau 3G 45 . Le type de carte ‘classe de sursol’ est celui qui donne le plus d’informations sur la densité urbaine. Répartition des environnements Le facteur principal qui distingue les environnements est la densité en bâtiments. la ville d’Oran est scindée en trois régions indiquées sur la figure 4.9. et en appliquant un maillage similaire à celui de la figure 3. 10 Distribution des sites Choix d’une zone de calcul La zone de calcul est un polygone dessiné sur la carte définissant les émetteurs concernés par le calcul demandé. Ceci permet de réduire le temps de calcul et d’obtenir des résultats plus précis.1 qui donnent le nombre de sites pour chaque environnement.4. 9 Répartition des environnements Urbain dense.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Figure 4. Voir fig. nous obtenons la distribution des sites sur la zone de planification. Les Planification radio d’un réseau 3G 46 .1. Urbain et Suburbain Distribution des sites En se basant sur les calculs du §3.10. 4. Figure 4. 4. des changements similaires à ceux cités ci-dessus sont utiles. 11 Prédiction du niveau de champ Prédiction du rapport Ec/Io du canal pilote CPICH Le mobile utilise le rapport Ec/Io du CPICH pour décider lesquelles des cellules qui l’entourent offrent une meilleure qualité de signal. Pour remédier aux défauts éventuels rencontrés. Figure 4.4 Etudes de prédiction Prédictions de la couverture par niveau de champ Cette prédiction permet d’estimer la puissance reçue par un mobile en chaque point de la zone de calcul. Planification radio d’un réseau 3G 47 . un changement de l’azimut d’un émetteur. Remarque : pour les captures d’écran des différents calculs et prédictions qui vont suivre. Les mêmes étapes citées pour cette zone sont répétées pour les zones urbaine et suburbaine. un réglage de puissance ou une inclinaison (tilt) d’une antenne.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel émetteurs utilisés pour le calcul seront ceux dont le rayon de calcul (valeur à définir) atteint la zone de calcul. L’objectif de cette étude est de détecter d’éventuelles zones aveugles et essayer de les éliminer en procédant à des modifications de la configuration des sites et des émetteurs comme un déplacement de site. seule la zone urbaine dense sera représenté pour une meilleure illustration des résultats. en utilisant les résultats de cette prédiction on peut favoriser le handover dans les endroits qui n’en profitaient pas en diminuant la valeur du seuil de handover ou en amenant d’autres cellules à les couvrir. Les voisines d’une cellule donnée sont les cellules qui peuvent prendre un mobile en situation de Handover avec elle. 13 Prédiction de l'état du Handover 4. on peut utiliser les onglets : ‘Profil’. dans un projet UMTS. En choisissant le type d’étude analyse ponctuelle. Figure 4.5 Analyse ponctuelle Le logiciel Atoll donne l’avantage de connaitre les différents paramètres radio en un point de la carte.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Figure 4. ‘Réception’ et ‘Résultats’ pour estimer le niveau de signal du CPICH reçu tandis Planification radio d’un réseau 3G 48 . 12 Prédiction du rapport Ec/Io du canal pilote CPICH Prédiction de l’état du Handover La connaissance des états du Handover est très importante puisqu’elle facilite le choix des cellules voisines de chaque cellule pour ensuite les définir dans le RNC. En outre. 16 Analyse ponctuelle de l'Active Set Planification radio d’un réseau 3G 49 . 14 Réception et profil en un point par rapport à un émetteur donné Meilleurs niveaux de réception Avec Atoll. La solution la plus évidente pour ce problème est de chercher un emplacement plus haut que celui choisi pour ce site. Figure 4. Une telle étude vérifie la disponibilité d’un service (caractérisé par un Ec/Io requis) pour un type de mobile (caractérisé par sa puissance d’émission et la taille maximale de l’AS). Réception et profil par rapport à un émetteur donné Cette étude permet de dessiner l’ellipsoïde de Fresnel entre l’UE et l’émetteur sélectionné. Figure 4. la visualisation du niveau de signal de chaque émetteur actif dans le réseau est possible. Figure 4. 15 Meilleurs niveaux de réception en un point Analyse de l’active set Cet onglet affiche la réception du CPICH en termes des éléments de l’AS. L’utilité de cette information apparaît dans le cas où un obstacle cache totalement l’UE.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel que l’onglet ‘Analyse AS’ donne une prédiction sur la qualité (Ec/Io) du CPICH et l’état de la connexion pour le mobile. En sélectionnant une seule porteuse on peut choisir d’autres cellules candidates pour faire partie de l’AS. Les cellules représentées par des bâtons gris sont les membres appartenant à l’AS tandis que les bâtons blancs représentent celles qui ne respectent pas les conditions de l’AS. Une autre information est le niveau de signal provenant de cet émetteur avec un calcul basé sur le modèle de propagation utilisé. il génère une erreur. des codes différents .6 Allocation automatique des codes d’embrouillage Figure 4. ces cellules vont avoir des codes différents deux à deux. 17 Allocation automatique des codes d'embrouillage Pour assurer une séparation suffisante entre les cellules utilisant le même code d’embrouillage. Critères sur Ec/Io : toutes les cellules ayant un rapport Ec/Io de leur pilote dans une marge (à définir) par rapport à celui d’une certaine cellule ne peuvent pas avoir le même code avec elle . Les voisines de chaque cellule peuvent être définies manuellement ou automatiquement. - Si l’algorithme ne parvient pas à une allocation qui remplit tous les critères. Le handover ne peut se faire qu’entre une cellule et ses voisines . Planification radio d’un réseau 3G 50 . Secondes voisines (voisines des voisines) : on peut leur imposer. Distance de réutilisation : c’est la distance minimale qui peut séparer deux cellules ayant le même code. L’utilisateur peut choisir les paramètres pris en compte par l’algorithme d’allocation : Cellules voisines d’une cellule : si ce paramètre est choisi.Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel 4. elles aussi. une planification des codes est nécessaire. L’utilisateur doit redéfinir les critères avec plus de tolérance. Cette étude nous a permis de nous familiariser avec le travail d’Ingénieur planificateur au sein de l’équipe d’un opérateur. Planification radio d’un réseau 3G 51 . L’interprétation des prédictions et des différentes analyses nécessite une bonne compréhension de l’ensemble des mécanismes naturels et des paramètres de configuration du système intervenant dans les résultats pour pouvoir ensuite appliquer les modifications adéquates. Le présent mémoire en servira de guide efficace décrivant la procédure à suivre et les solutions à entreprendre.Chapitre 4 Utilisation de l’outil logiciel 4. Les étapes décrites sont définies par des experts de la planification pour garantir une efficacité en termes de qualité. Notre projet servira de base d’étude à une continuation future pour d’autres projets visant la validation des résultats de la planification en environnement réel et l’optimisation du réseau basée sur les tests appropriés.7 Conclusion Comme le travail accompli sur l’outil logiciel de planification ‘Atoll’ est plus long pour que ses étapes soient représentées en détails avec des captures d’écran dans une dizaine de pages. ce chapitre a plutôt présenté le principe et la procédure de raisonnement et d’action.). Conclusion générale L’objectif de ce mémoire était de procéder à une planification cellulaire du réseau UMTS de la ville d’Oran pour l’opérateur Mobilis. Ceci sera peut-être plus simple dans les années à venir lorsque les opérateurs de téléphonie mobile s’engagent dans l’exploitation réelle des réseaux UMTS : en effet. de coût et de temps pris pour aboutir à un plan complet du réseau. d’avoir un contact avec les équipements du réseau 3G. les étudiants pourront avoir accès aux équipements et aux instruments de mesure spécifiques à la technologie WCDMA. obstacles saisonniers. La planification est d’importance majeure dans le cycle de vie d’un réseau cellulaire puisqu’elle est la base sur laquelle les étapes suivantes s’appuient. etc. Cependant les tâches réalisées à travers ce projet de fin d’études ne représentent que les premiers pas de la planification : les résultats obtenus doivent être vérifiés sur le terrain car des facteurs imprévisibles peuvent intervenir (nouveaux immeubles. de profiter des outils logiciels disponibles ainsi que de l’expérience de l’équipe de planification et d’optimisation. Annexe A Structure de la trame en WCDMA Annexe A : Structure de la trame en WCDMA Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Uplink Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Downlink Planification radio d’un réseau 3G . - Planification radio d’un réseau 3G . par un message RL_Setup_Request .Annexe B Procédure du Soft Handover Annexe B Procédure du Soft Handover. qui devient un DRNC. Ajout d’un lien Critères du Soft Handover remplis ! Cas le plus général : les deux nodes B ne sont pas sous le contrôle du même RNC. donc. Le Node B2 envoie une réponse RL_Setup_Response au DRNC qui l’achemine vers le SRNC . Le Node B2 commence à recevoir et envoyer sur un canal dédié avec l’UE. le RNC qui contrôle le Node B2. Il contacte. L’UE rapporte le résultat des mesures au SRNC. Le SRNC indique à l’UE le type de mesures intra-fréquence à effectuer par un message RRC : Measurement-Control . Le SRNC décide d’ajouter un lien radio (RL) entre l’UE et le Node B2. Le DRNC envoie une requête d’établissement d’un lien radio RL_Setup_Request au node B2 en fournissant les informations nécessaires sur les puissances et le code d’étalement à utiliser . Il indique que le node B 2 commence à remplir les critères du Soft Handover . mais trouve que ce node B n’appartient pas au même RNS. 2006. [6] Ericsson Radio Systems. Angleterre. K. K. 2006. et Thioune.. 2007. 2001. Brunner.et Toskala. [4] Sanchez. John Wiley & Sons. Novosad. et Baker. Mémoires de fin d’étude Kouadri.Bibliographie Bibliographie Livres [1] Nawrocki. ITO. C. et Habibi.. C. Angleterre. John Wiley & Sons.. J.P.. Garavaglia. UMTS Radio Network Planning Gidelines...WCDMA Radio Network Design. L. Dohler. L’interface air dans l’UMTS. Murray. Planification cellulaire. Suède [7] Mobile Communication Division.. 2006.. Chichester. T. Chichester. WCDMA for UMTS. 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Liaison déscendante Dedicated Physical Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel Drift Radio Network Controller Direct Sequence Rapport Energie du chip au niveau d'interférence Enhaced Data rate for the GSM Evolution Eropean telecommunication Standards Institute Fast Access Channel FeedBack Information Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Frame Protocol Global Packet Radio Service Global System for Mobile communication Handover High Speed Downlink Packet Access International Mobile Telecommunication 2000 Interim Standard 95 ISDN User Part Mobile Application Part Multimedia Message Service Planification radio d’un réseau 3G . Domaine à commutation de circuits China Wireless Telecommunication Standard Group Dedicated Channel DownLink.Acronymes Acronymes 2G 3G 3GPP ARIB AS ATM BCCH BER BLER BS BSS BSSAP CDMA CN COST CPICH CRC CRNC CS CWTS DCH DL DPCCH DPCH DPDCH DRNC DS Ec/Io EDGE ETSI FACH FBI FDD FDMA FP GPRS GSM HO HSDPA IMT2000 IS-95 ISUP MAP MMS 2ème Génération 3ème Génération 3rd Generation Partnership Group Association for Radio Industry and Business Active Set Asynchronous Transfer Mode Broadcast Control Channel Bit Error Rate. Taux d'erreurs binaires Bloc Error Rate Base Station Base Station Subsystem Base Station Subsystem Application Part Code Division Multiple Access Core Network. Réseau cœur Coopération européenne dans le domaine Scientifique et Technique Common Pilot Channel Cyclic Redundancy Check Control Radio Network Controller Circuit Switched domain. Rapport signal à interférence Short Message Service Serving Radio Network Controller Standardisation Comittee T1. CDMA large bande Planification radio d’un réseau 3G .Telecommunication Transport Bloc Time Division Duplex Time Division Multiple Access Transport Format Transport Format Conbination Transport Format Conbination Indicator Transmission Power Control Telecommunications Technology Association Transmission Time Interval User Equipment. Domaine à commutation de paquets Quadratic Amplitude Modulation Quality of Service Quadratic Phase Shift Keying Release 99/4/5 Radio Access Bearer Radio Network Controller Radio Network Subsystem Radio Resource Managment. Liaison montante Universal Mobile Telecommunication System UMTS Subscriber Identity Module UMTS Terrestrial Radio Access Network Universal Wireless Communications Wideband Code Division Multiple Access. Equipement usager Union Internationale des Télécommunications UpLink. Gestion des ressources radio Spreading Factor. facteur d'étalement à longueur variable Paging Channel Personal Digital Cellular Protocol Data Unit Physical Random Access Channel Packet Switched domain. facteur d'étalement Soft Handover Subscriber Identity Module Signal to Interference Ratio.Acronymes MSC NSS OVSF PCH PDC PDU PRACH PS QAM QoS QPSK R99/4/5 RAB RNC RNS RRC SF SHO SIM SIR SMS SRNC T1 TB TDD TDMA TF TFC TFCI TPC TTA TTI UE UIT UL UMTS USIM UTRAN UWC WCDMA Mobile Switching Center Network SubSystem Orthogonal Variable Spreading Factor.