Les caractéristiques des réseaux mobiles

Projet, rapport de stage, et mémoire de fin d’études PLANIFICATION RADIO D’UN RESEAU MOBILE DE LA QUATRIEME GENERATION : LE LTE
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LES RESEAUX MOBILES

Le réseau mobile est le plus étendu des réseaux sans fil, utilisé par la téléphonie mobile. Il offre plus de mobilité, plus de portée sur une zone plus large, que les autres réseaux sans fil comme le WMAN (Wireless Metropolitan Access Network) par exemple. Plus connu sous le nom de réseau cellulaire, le réseau mobile utilise de ce fait le concept cellulaire comme base du réseau. C’est ce que nous verrons en premier lieu dans ce chapitre. Après avoir compris le concept, nous nous pencherons sur l’architecture générale d’un réseau cellulaire, pour pouvoir parler ensuite des caractéristiques de ce dernier. Par la suite, nous nous intéresserons aux différentes générations qui ont évolué le réseau sans fil mobile avant d’aborder une vue globale sur la normalisation de ces générations de réseaux mobiles.

Concept cellulaire

Le concept de motif cellulaire, est une composante technologique clé des réseaux mobiles car ce concept permet de réutiliser les ressources du réseau d’accès radio sur plusieurs zones géographiques données appelées cellule. À une cellule est ainsi associée une ressource radio, telle qu’une fréquence, qui ne pourra être réutilisée que par une cellule située suffisamment loin afin d’éviter tout conflit intercellulaire dans l’utilisation de la ressource. Conceptuellement, si une cellule permet d’écouler un certain nombre d’appels simultanés, le nombre total d’appels pouvant être supportés par le réseau peut être contrôlé en dimensionnant les cellules selon des tailles plus ou moins importantes. Ainsi, la taille d’une cellule située en zone urbaine est habituellement inférieure à celle d’une cellule située en zone rurale. Les réseaux mobiles sont tous basés sur ce concept de cellule, c’est pourquoi ils sont aussi appelés réseaux cellulaires. Une cellule est communément représentée sous la forme d’un hexagone. Dans la réalité, il existe bien entendu des zones de recouvrement entre cellules adjacentes, qui créent de l’interférence intercellulaire .

Les différents types de cellules

On distingue plusieurs types de cellules en fonction de leur rayon de couverture, lié à la puissance d’émission de la station de base, et de leur usage par les opérateurs :
– Les cellules macro sont des cellules larges, dont le rayon est compris entre quelques centaines de mètres et plusieurs kilomètres. Les cellules macro couvrent l’ensemble d’un territoire de manière régulière et forment ainsi l’ossature de la couverture d’un réseau mobile. Elles sont contrôlées par des stations de base macro dont la puissance est typiquement de 40W (46dBm) pour une largeur de bande de 10MHz. Leurs antennes sont placées sur des points hauts, comme des toits d’immeubles ou des pylônes.
– Les cellules micro sont des cellules de quelques dizaines à une centaine de mètres de rayon, destinées à compléter la couverture des cellules macro dans des zones denses ou mal couvertes. Les stations de base associées sont appelées des stations de base micro et leur puissance est de l’ordre de 10W (40dBm). Leurs antennes sont typiquement placées sous le niveau des toits, généralement en façade de bâtiments.
– Les cellules pico poursuivent le même but que les cellules micro, mais sont associées à des puissances plus faibles, de l’ordre de 0,25 à 5W (24 à 37dBm). Elles peuvent notamment servir à couvrir des hot spots, ou de grandes zones intérieures (indoor), tels que des aéroports ou des centres commerciaux. Les antennes des stations de base pico peuvent être placées comme celles des stations de base micro, ou au plafond ou contre un mur à l’intérieur de bâtiments.
– Les cellules femto sont de petites cellules d’une dizaine de mètres de rayon, principalement destinées à couvrir une habitation ou un étage de bureaux. Elles sont associées à des puissances faibles, de l’ordre d’une centaine de mW (20dBm), et sont généralement déployées à l’intérieur des bâtiments

La trisectorisation

Afin de minimiser le nombre de stations de base macro, on utilise communément la trisectorisation. Ce déploiement consiste pour une station de base à mettre en œuvre un système d’émission/réception dans trois directions distinctes appelées azimuts. Ceci s’effectue au moyen d’antennes directionnelles, chaque antenne pointant dans une direction donnée. chaque flèche représentant la direction de pointage d’une antenne et chaque hexagone représentant une cellule. Dans le cas de la trisectorisation, une cellule est aussi appelée un secteur. Notons que dans la réalité, notamment en milieu urbain, les cellules ne sont pas disposées selon un motif aussi régulier et peuvent être de formes variées en fonction de la propagation locale .

Table des matières

REMERCIEMENTS
NOTATIONS
ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 LES RESEAUX MOBILES
1.1 Introduction
1.2 Concept cellulaire
1.2.1 Définition
1.2.2 Les différents types de cellules
1.2.3 Le motif cellulaire
1.2.4 Augmentation de la capacité cellulaire
1.2.5 La trisectorisation
1.3 Architecture générale des réseaux cellulaires
1.4 Les caractéristiques des réseaux mobiles
1.4.1 Le débit
1.4.2 La latence
1.4.3 La modulation
1.4.4 La technique d’accès multiple et le multiplexage
1.4.5 La largeur de bande
1.4.6 La portée
1.4.7 Liaisons entre l’UE et la station de base
1.4.8 Le duplexage
1.4.9 Notion de générations de réseaux
1.5 Les réseaux de première génération
1.6 Les réseaux 2G
1.6.1 Architecture d’un réseau de deuxième génération
1.6.2 Technique d’accès, multiplexage, codage
1.6.3 Les différentes évolutions
1.6.3.1 2.5G ou GPRS
1.6.3.2 2.75G ou EDGE
1.7 Les réseaux 3G
1.7.1 Architecture d’un réseau de troisième génération
1.7.1.1 L’UE
1.7.1.2 L’UTRAN
1.7.1.3 Le réseau cœur ou CN
1.7.2 Les différentes évolutions de la 3G
1.7.2.1 L’UMTS
1.7.2.2 Le HSPA
1.7.2.3 Le HSPA +
1.7.3 Comparaison des réseaux mobiles 2G et 3G
1.8 Les réseaux 4G
1.8.1 Changements dans un réseau de quatrième génération
1.8.2 Une évolution: le LTE Advanced
1.9 L’organisme de normalisation 3GPP
1.9.1 Présentation du 3GPP
1.9.2 Normalisation
1.10 Conclusion
CHAPITRE 2 LE RESEAU 4G LTE 2.1 Introduction
2.2 Les principales exigences du LTE
2.2.1 Les exigences concernant le débit
2.2.2 La latence
2.2.2.1 La latence du plan de contrôle ou C-plane
2.2.2.2 La latence du plan usager ou U-plane
2.2.3 Les exigences de performance du système
2.2.3.1 Efficacité spectrale
2.2.3.2 La mobilité
2.2.3.3 Couverture
2.2.4 Les exigences liées au déploiement
2.2.4.1 Les scénarios de déploiement
2.2.4.2 Flexibilité spectrale
2.3 Allocation spectrale du LTE au niveau mondial
2.4 Architecture détaillée du réseau 4G
2.4.2 L’UE
2.4.3 L’ Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
2.4.3.1 eNodeB
2.4.3.2 Le HeNB
2.4.3.3 Interfaces S1 et X2
2.4.4 Le cœur du réseau : EPC
2.4.4.1 Le S-GW
2.4.4.2 Le MME
2.4.4.3 Le HSS
2.4.4.4 Le P-GW
2.4.4.5 Autres entités de l’EPC
2.5 Architecture protocolaire
2.5.1 Plan usager et plan de contrôle
2.5.2 Les couches de l’interface radio
2.5.2.1 La couche physique
2.5.2.2 La couche 2
2.5.2.3 La couche RRC
2.6 Roaming
2.7 Handover
2.7.1 Handover intra-LTE et inter-RAT
2.7.2 Soft handover et hard handover
2.8 Codage et modulation
2.8.1 Le codage canal
2.8.2 La modulation
2.9 La technologie MIMO
2.10 Techniques d’accès
2.10.1 L’OFDM
2.10.2 L’OFDMA
2.10.3 LE SC-FDMA
2.11 Conclusion
CHAPITRE 3 ETUDE THEORIQUE DE LA PLANIFICATION RADIO DU RESEAU 4G LTE
3.1 Introduction
3.2 Interface radio du LTE
3.2.1 Le canal radio
3.2.2 Modes de duplexage
3.2.2.1 FDD
3.2.2.2 TDD
3.2.3 La dimension fréquentielle en LTE
3.2.3.1 Notion de largeur de bande
3.2.3.2 Notion de PRB et RE
3.2.4 Les canaux
3.2.4.1 Les canaux logiques
3.2.4.2 Les canaux de transport
3.2.4.3 Les canaux physiques
3.3 La structure de trame
3.3.1 Le type 1
3.3.2 Le type 2
3.4 Propagation dans les réseaux mobiles
3.4.1 Les pertes de propagation
3.4.2 L’effet de masque
3.4.3 Les évanouissements rapides
3.5 Modélisation de la propagation
3.5.1 Les modèles empiriques
3.5.1.1 Le modèle Okumura-Hata
3.5.1.2 Modèle de COST 231-Hata
3.5.1.3 Le modèle Standard Propagation Model
3.5.2 Les modèles déterministes
3.5.3 Les modèles semi-empiriques
3.6 La planification radio
3.7 Préparation à l’implémentation du réseau 4G/LTE
3.7.1 Refarming
3.7.1.1 Définition
3.7.1.2 Les types d’allocation de fréquences en refarming
3.7.2 Cohabitation des trois technologies sur un même réseau
3.7.2.1 Macro BTS
3.7.2.2 Solutions d’antennes
3.8 Dimensionnement
3.8.1 Définition
3.8.2 Dimensionnement de couverture
3.8.3 Bilan de liaison
3.8.3.1 Procédure de bilan de liaison
3.8.3.2 MAPL
3.8.3.3 EIRP
3.8.3.4 Sensibilité du récepteur
3.8.3.5 SINR
3.8.3.6 IM
3.8.3.7 Body Loss
3.8.3.8 Penetration Loss
3.8.3.9 SFM
3.8.4 Calcul du rayon de cellule
3.8.5 Calcul de l’aire de couverture d’un eNodeB et du nombre d’eNodeB nécessaire
3.8.6 Dimensionnement de capacité
3.8.7 Dimensionnement du nombre d’utilisateurs actifs
3.8.8 Dimensionnement des liens S1 et X2
3.9 La planification détaillée
3.9.1 Acquisition de sites
3.9.2 Phase d’étude et de simulation
3.9.2.1 Planification de fréquences
3.9.2.2 Planification de PCIs
3.9.3 Phase de survey
3.9.4 Phase de draft et de validation
3.9.5 Phase finale de la planification
3.10 Optimisation post-planification
3.10.1 Définition
3.10.2 Optimisation aérienne
3.10.2.1 Tilt
3.10.2.2 Azimut
3.10.3 Evaluation de la performance du réseau
3.10.3.1 Le drive test
3.10.3.2 Le système de gestion de statistiques du réseau mobile
3.10.3.3 Analyse des résultats et optimisation
3.11 Conclusion
CHAPITRE 4 ETUDE DE CAS : PLANIFICATION D’UN RESEAU 4G LTE SUR LE RESEAU 2G/3G D’ORANGE MADAGASCAR
4.1 Introduction
4.2 Refarming
4.3 Objectif et données d’entrée de la simulation
4.3.1 Objectif
4.3.2 Les données en entrée et les exigences
4.4 Dimensionnement
4.4.1 Choix du modèle de propagation
4.4.2 Bilan de liaison
4.4.3 Calcul du MAPL
4.4.4 Calcul du rayon de la cellule
4.4.5 Calcul du débit crête en DL
4.5 Présentation de l’outil ATOLL
4.5.1 Technologies supportées
4.5.2 Les fonctionnalités d’Atoll
4.6 Planification sur ATOLL
4.6.1 Phase de sélection des sites 4G à partir des sites 2G/3G existants
4.6.2 Phase de préparation du projet
4.6.3 Phase d’importation des données des sites 2G/3G
4.6.4 Prédiction de couverture
4.6.4.1 Planification des cellules voisines
4.6.4.2 Planification des PCIs
4.6.4.3 Prédiction de couverture
4.6.5 Prédiction de la qualité
4.6.6 Prédiction du débit
4.6.7 Résumé des résultats
4.7 Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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