domaine : sciences de l’ingénieur et traitement de l
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N° d’ordre 09 / STI / TCO Année universitaire : 2016 / 2017
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
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ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
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MENTION TELECOMMUNICATION
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
en vue de l’obtention
du DIPLOME de MASTER
Titre : Ingénieur
Domaine : Sciences de l’ingénieur
Mention : Télécommunication Parcours : Systèmes et Traitement de l’Information (STI)
par : NY AINA RAKOTO Dominique
ANALYSE ET OPTIMISATION DU RESEAU LTE EN
FONCTION DES DONNEES VIA LE DRIVE TEST
Soutenu le 11 Juillet 2018 devant la Commission d’Examen composée de :
Président :
M. RATSIHOARANA Constant
Examinateurs :
M. RAVONIMANANTSOA Ndaohialy Manda-Vy
M. RANDRIAMITANTSOA Andry Auguste
M. RASOLOMANANA Jean Fanomezantsoa
Directeur de mémoire : M. RAKOTOMALALA Mamy Alain
Encadreur professionnel : M. RAOBIJAONA Hajaniaina
i
REMERCIEMENTS
En premier lieu, je tiens à remercier le bon Dieu, de m’avoir donné le courage de mener à terme
ces cinq années d’études et de m’avoir donné la force de mener à bien l’élaboration de ce mémoire
de fin d’études.
Mes plus vifs remerciements s’adressent à :
Monsieur RAMANOELINA Panja, Professeur Titulaire, Président de l’université
d’Antananarivo.
Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, Professeur Titulaire, Responsable du Domaine
Sciences de l’Ingénieur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.
Ma reconnaissance et ma gratitude les plus sincères vont à Monsieur RAKOTOMALALA Mamy
Alain, Maître de Conférences, Responsable de la Mention Télécommunication, et Directeur de ce
mémoire, pour sa disponibilité et ses précieux conseils qui m’ont permis de mener à bien la
réalisation de ce travail.
Monsieur RAOBIJAONA Hajaniaina, Ingénieur Expert Optimisation Radio au sein du
département Performance, Qualité et Process à TELMA, mon encadreur professionnel, pour ses
conseils et son encadrement durant mon stage.
Je tiens également à remercier chaleureusement les membres du jury présidés par Monsieur
RATSIHOARANA Constant, Maître de conférences.
Monsieur RAVONIMANANTSOA Ndaohialy Manda-Vy, Maître de Conférences
Monsieur RANDRIAMITANTSOA Andry Auguste, Maître de Conférences
Monsieur RASOLOMANANA Jean Fanomezantsoa, Docteur de l’Université D’Antananarivo
J’adresse aussi un grand merci à tous les enseignants et personnels administratifs au sein de
l’ESPA pour l’aide qu’ils ont fournie durant mes années de formation.
Enfin, je n’oublie pas de remercier profondément ma famille pour l’aide, le soutien moral et
financier dont elle m’a fait part. Mes amis et connaissances pour leurs aides et encouragements.
ii
TABLES DES MATIERES
REMERCIEMENTS ...................................................................................................................................... i
TABLES DES MATIERES .......................................................................................................................... ii
LISTES DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS .................................................................................. vi
INTRODUCTION GENERALE .................................................................................................................. 1
CHAPITRE 1 APERÇU GENERAL SUR LA NORME 4G « LTE » ...................................................... 2
1.1 Introduction ......................................................................................................................................... 2
1.2 Evolution des réseaux cellulaires ....................................................................................................... 2
1.3 Objectifs du réseau LTE ..................................................................................................................... 3
1.4 Architecture du réseau LTE .............................................................................................................. 4
1.4.2 Les entités du réseau EPS ............................................................................................................ 5
1.4.3 Les interfaces ................................................................................................................................ 8
1.5 Les caractéristiques fondamentales du réseau LTE ........................................................................ 9
1.5.1 Débit sur l’interface radio ............................................................................................................ 9
1.5.2 Latence .......................................................................................................................................... 9
1.5.3 L’agilité en fréquence ................................................................................................................... 9
1.5.4 Mobilité ....................................................................................................................................... 10
1.5.5 Capacité en nombre d’utilisateur simultanés ............................................................................ 10
1.6 Les technologies utilisées en LTE .................................................................................................... 10
1.6.1 Le mode de duplexage................................................................................................................. 10
1.6.2 Modulation adaptative ................................................................................................................ 11
1.6.3 Codage adaptatif ......................................................................................................................... 12
1.6.4 Techniques d’accès ..................................................................................................................... 13
1.6.5 Le Physical Resource Block ....................................................................................................... 15
1.6.6 Les couches protocolaires de l’interface radio. ......................................................................... 16
1.6.7 Les canaux radio ......................................................................................................................... 17
1.6.8 La technologie MIMO ................................................................................................................ 19
1.7 Mobilité au sein de la norme LTE ................................................................................................... 20
1.7.2 Mode veille ou mode Idle ............................................................................................................ 21
iii
1.7.3 Sélection PLMN .......................................................................................................................... 21
1.7.4 Sélection et re-sélection des cellules .......................................................................................... 21
1.7.5 Mode connecté (connected mode) .............................................................................................. 22
1.8 Conclusion ......................................................................................................................................... 25
CHAPITRE 2 PROCESSUS DE PLANIFICATION ET D’OPTIMISATION DU RESEAU LTE .... 26
2.1 Introduction ....................................................................................................................................... 26
2.2 Planification du réseau LTE ............................................................................................................ 26
2.2.1 Objectif de la planification ......................................................................................................... 27
2.2.2 Processus de planification .......................................................................................................... 27
2.3 Optimisation du réseau LTE ............................................................................................................ 37
2.3.1 Les objectifs de l’optimisation .................................................................................................... 37
2.3.2 La Qualité de service (QoS) ........................................................................................................ 38
2.3.3 Le but de la QoS .......................................................................................................................... 38
2.3.4 Processus d’optimisation ............................................................................................................ 39
2.3.5 Les Indicateurs Clés de Performance ou Key Performance Indicator ..................................... 40
2.3.6 Drive test ...................................................................................................................................... 43
2.3.7 Mesure des paramètres radio en LTE ........................................................................................ 46
2.3.8 Analyse des problèmes Radio Frequency et méthodes d’optimisation ..................................... 49
2.4 Conclusion ......................................................................................................................................... 52
CHAPITRE 3 OPTIMSATION DU RESEAU LTE : ETUDE DE CAS DE VONTOVORONA ........ 53
3.1 Introduction ....................................................................................................................................... 53
3.2 Présentation des logiciels .................................................................................................................. 53
3.2.1 Le logiciel Nemo Outdoor et Nemo HANDY ............................................................................. 53
3.2.2 Le post-traitement « Nemo Analyze » ........................................................................................ 55
3.3 Les résultats pratiques du drive test avant optimisation ............................................................... 55
3.3.1 Trace route .................................................................................................................................. 55
3.3.2 Distribution du niveau de signal RSRP ..................................................................................... 56
3.3.3 Distribution de la qualité du signal RSRQ................................................................................. 57
iv
3.3.4 Distribution du rapport signal sur bruit SINR .......................................................................... 57
3.3.5 Distribution PCI .......................................................................................................................... 58
3.3.6 Distribution du débit en liaison descendant ............................................................................... 58
3.4 Analyse des résultats ......................................................................................................................... 59
3.5 Solutions proposées ........................................................................................................................... 60
3.6 Résultats après optimisation ............................................................................................................ 61
3.6.1 Distribution du niveau de signal RSRP ..................................................................................... 61
3.6.2 Distribution de la qualité de signal RSRQ ................................................................................. 61
3.6.3 Distribution du rapport signal sur bruit SINR .......................................................................... 62
3.6.4 Distribution du PCI .................................................................................................................... 63
3.6.5 Distribution du débit en downlink .............................................................................................. 63
3.7 Interprétations des résultats après optimisation ............................................................................ 64
3.8 Calcul du nombre de sites à déployer .............................................................................................. 64
3.8.2 Calcul des MAPL downlink et uplink ........................................................................................ 64
3.8.3 Calcul du nombre d’eNodeB nécessaire .................................................................................... 65
3.9 Emplacement du site ......................................................................................................................... 68
3.10 Conclusion ....................................................................................................................................... 68
CHAPITRE 4 SIMULATION DES RESULTATS DU DRIVE TEST SOUS ATOLL ........................ 69
4.1 Introduction ....................................................................................................................................... 69
4.2 Le logiciel Atoll .................................................................................................................................. 69
4.3 Etape de planification sous Atoll ..................................................................................................... 70
4.3.1 Création d’un nouveau projet .................................................................................................... 70
4.3.2 Choix de système de coordonées ................................................................................................ 71
4.3.3 Importation de la carte de la zone géographique à étudier ....................................................... 71
4.3.4 Zone de déploiement ................................................................................................................... 72
4.3.5 Prédictions ................................................................................................................................... 74
4.4 Simulation de l’état du réseau après changement de tilt ............................................................... 74
4.4.1 Emplacement du site ................................................................................................................... 74
v
4.4.2 Configuration du site .................................................................................................................. 75
4.4.3 Prédictions ................................................................................................................................... 75
4.5 Simulation après mise en service du nouveau site .......................................................................... 80
4.5.1 Emplacement du site ................................................................................................................... 80
4.5.2 Configuration du site .................................................................................................................. 80
4.5.3 Prédictions ................................................................................................................................... 81
4.6 Résultats ............................................................................................................................................. 85
4.7 Conclusion ......................................................................................................................................... 85
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................... 86
ANNEXE 1 CARACTERISITQUES D’UN SITE RADIO ..................................................................... 87
ANNEXE 2 REPARTITION DE LA BANDE DE FREQUENCE EN LTE .......................................... 94
ANNEXE 3 EXTRAITS DE CODE SOURCE MATLAB ...................................................................... 96
BIBLIOGRAPHIES .................................................................................................................................... 97
vi
LISTES DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS
1.Minuscules latines
f Fréquence
hb Hauteur de la station de base
hm Hauteur de la station mobile
2. Majuscules latines
IM Marge d’interférence
K Perte de câble
L Perte de propagation
NeNodeB Nombre d’eNodeB final
Ncapcacité Nombre de sites nécessaire pour la capacité
Ncouverture Nombre de sites nécessaire pour la couverture
NsiteDL Nombre de sites nécessaire en liaison descendante
NsiteUL Nombre de sites nécessaire en liaison montante
Ncouverture Nombre d’eNodeB nécessaire pour la capacité
Nsite Nombre d’eNodeB nécessaire pour la couverture
PIRE Puissance rayonnée équivalente à une antenne isotrope
RX Sensibilité de réception
RXg Gain d’antenne de réception
RxGains Gain d'antenne de réception
RxLosses Pertes du récepteur
RxNoise Bruit du récepteur
SHG Gain de soft handover
vii
TxPower Puissance transmise par l'antenne de l'émetteur
TxGains Gain d'antenne d’émission
TxLosses Pertes de l'émetteur
3. Abréviations
1G 1ère Génération
2G 2ème Génération
3G 3ème Génération
3GPP 3rd Generation Partnership Project
4G 4ème Génération
BER Bit Error Rate
BPSK Binary Phase Shift Keying
BCCH Broadcast Control Chanenl
CCCH Common Control Channel
CQI Chanel Quality Indicator
CRC Cyclic Redundency Check
CSFB Circuit Switched FallBack
DCCH Dedicated Control Channel
DTCH Dedicated Trafic Channel
DL Downlink
DT Drive test
EDGE Enhanced Data Rates for GSM
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
EPC Evolved Packet Core
EPS Evolved Packet System
FDMA Frequency Division Multiple Access
FDD Frequency Division Duplexing
GSM Global System for Mobile Communication
GPRS General Packet Radio Service
GMSK Gaussian Minimum Shift Keying
GGSN Gateway GPRS Support Node
viii
GPS Geographic positioning System
HLR Home Location Register
HSS Home Subscriber Server
HSPA High Speed Packet Access
HSUPA High Speed Uplink Packet Access
HSDPA High Speed Downlink Packet Access
IMT International Mobile Telecommunications
IP Internet Protocol
KPI Key Performance Indicator
LTE Long Term Evolution
MAPL Maximum Allowable Path Loss
MME Mobility Management Equipment
MAC Media Access Controls
MISO Multiple Input Single Output
MIMO Multiple Input Multiple Output
OMC Operation Maintenance Center
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
PCI Physical Cell Identifier
PDN-GW Packet Data Network Gateway
PCH Paging Channel
PCRF Policy and Charging Rules Function
PDSCH Physical Downlink Shared Channel
PBCH Physical Broadcast Channel
PUCCH Physical Uplink Control Channel
PUSCH Physical Uplink Shared Channel
PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel
PDCCH Physical Downlink Control Channel
PRACH Physical Random Access Channel
PCFICH Physical Control Format Indicator Channel
PRB Physical Resource Bloc
PDCP Packet Data Convergence Protocol
PDU Protocol Data Unit
ix
QPSK Quadrature Phase Shift Keying
QAM Quadrature Amplitude Modulation
QoS Quality of Service
RRC Radio Resource Control
RRU Remote Radio Unit
RLC Radio Link Control
RSRP Reference Signal Received Power
RF Radio Frequency
RSRQ Reference Signal Received Quality
RSSI Received Signal Strength Indicator
SCFDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access
SAE System Architecture Evolution
S-GW Serving Gateway
SINR Signal to Noise Ratio
SIMO Single Input Multiple Output
SISO Single Input Single output
SSV Single Site Verification
TDMA Time Division Multiple Access
TDD Time Division Duplexing
UMTS Universal Mobile Telecommunication Systems
UE User Equipment
UL Uplink
UMTS Universal Mobile Telecommunication Systems
VoIP Voice over Internet Protocol
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
1
INTRODUCTION GENERALE
Aujourd’hui, les systèmes de communication sans fil sont de plus en plus présents dans notre vie
quotidienne et ils tendent à remplacer l’utilisation excessive des câbles, Il a de ce fait connu une
évolution remarquable ces dernières années. Toutefois la saturation des réseaux 2G et leurs
limites en matière de débit et services, a amené les acteurs du domaine des télécommunications à
penser à une troisième génération représentée par la norme UMTS. Ceci a apporté une
amélioration du débit permettant de supporter les nouveaux services avec une bonne qualité de
transmission de la voix et des données. Cependant, avec la demande croissante et l’augmentation
du nombre d’abonnés, cette technologie ne permet plus de répondre aux besoins. Il fallait donc
pousser le développement vers d’autres améliorations pour augmenter la capacité des réseaux, ce
qui a donné naissance à la quatrième génération 4G/LTE apportant une amélioration du débit.
Comme pour toutes les autres technologies, le haut débit mobile a ses propres défis, même si des
efforts ont été faits jusqu'à présent pour que cela se réalise. Cependant, l'optimisation pour
l'amélioration de la performance semble être inévitable à tout moment. Une des préoccupations
toujours présentes dans les services omniprésents dans les réseaux cellulaires est l'aspect de la
mobilité. Le service doit être maintenu lorsque l'utilisateur est remis d'une cellule à une autre
cellule.
L'optimisation des réseaux d'accès radio devient, pour un opérateur, un enjeu fondamental lui
permettant de minimiser les investissements, réduire le nombre de sites à déployer, et de garantir
une bonne qualité de service aux utilisateurs. Une fois le réseau est opérationnel, l’opérateur doit
veiller à son bon fonctionnement. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce stage de fin d’études, dont
le thème est « Analyse et optimisation du réseau LTE en corrélation avec le drive test » et qui a
pour objectif d’optimiser le réseau LTE sur la zone Vontovorona en se basant l’analyse des logs
files collectés lors du drive test.
Pour cela nous avons structuré notre mémoire comme suit :
Dans le premier chapitre nous donnons un aperçu sur la 4G LTE, nous allons voir l'architecture
du réseau LTE et ses différentes techniques. Le deuxième chapitre sera consacré à l’étude
théorique du processus de planification et d’optimisation du réseau LTE. Le troisième chapitre
est destiné à l’optimisation du réseau LTE en se basant sur l’étude d’un cas réel : optimisation du
réseau LTE du fokontany Vontovorona. Et enfin, le dernier chapitre est dédié à la partie
simulation, où nous allons étudier le cas de la zone Vontovorona. Pour ce faire, on utilisera le
logiciel Atoll afin de visualiser la simulation de la couverture radio dans la zone considérée.
2
CHAPITRE 1
APERÇU GENERAL SUR LA NORME 4G « LTE »
1.1 Introduction
LTE ou Long Term Evolution, est le standard de la quatrième génération (4G) des réseaux
mobiles. C’est la version 8 finalisée en 2009. Une technologie par excellence des réseaux sans fil
à l’échelle mondiale. Elle est nettement supérieure aux technologies précédentes, comme les
réseaux 3G et HSPA+ (High Speed Packet Access). Grâce à l’utilisation de l’IP (Internet
Protocol), elle donne des expériences utilisateurs supérieures à cause de sa stabilité, son débit et
son temps de latence. La grande capacité offre une très bonne qualité de service aux utilisateurs.
Afin de comprendre les fonctionnalités et les conditions nécessaires pour allouer cette meilleure
qualité de service aux abonnés, l’objectif de ce chapitre et de présenter une vue globale de bout
en bout le réseau LTE
1.2 Evolution des réseaux cellulaires
Actuellement, il existe 4 générations de réseau mobile dont la différenciation se fait par la
technique utilisé et l’évolution des services offerts. Le but de ces évolutions est d’accroitre la
capacité du système en termes de débit et de réduire la latence du système. La figure 1.01
suivante montre un bref résumé de ces évolutions :
Figure 1.01 : Evolutions des systèmes cellulaires
3
La figure 1.01 illustre l’évolution des différentes technologies (du GSM (Global System for
Mobile communication) à la LTE) définit par la norme 3GPP. Chaque technologie est identifiée
par une Version ou Release (en anglais) suivie d’un numéro [1] :
R99 ou Release 3 : après le GSM cette version est marquée par l’introduction de l’UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System) ou du WCDMA (Wideband Code Division
Multiple Access). Le nom de la version R99 dérive de son année d’apparition 1999. Cette
technologie supporte à la fois l’appel (CS ou circuit switch) et la connexion (PS ou packet
switch) avec un débit théorique de 2Mbps.
Release 4 : ajout de fonctionnalités au sein du réseau cœur, notamment la séparation des
couches média et contrôle pour le réseau cœur circuit
Release 5 : introduction de l’évolution HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) pour
le réseau d’accès UMTS. En downlink (sens descendant du réseau vers le mobile) cette
technologie peut atteindre un débit allant jusqu’à 14Mbps
Release 6 : introduction de l’évolution HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) pour le
réseau d’accès UMTS, avec un débit théorique de 5.76Mbps.
Release 7: introduction du HSPA+ (High Speed Packet Access). C’est la combinaison du
HSDPA et du HSUPA.
Release 8 : introduction des évolutions HSPA+ CPC (Continuous Packet Connectivity) et DC
HSDPA (Dual Carrier HSDPA), et première Release du réseau d’accès LTE et du réseau cœur
EPC (Evolved Packet Core). Grâce à l’utilisation du MIMO (Multiple Input Multiple Output)
une grande amélioration du débit (jusqu’à 42Mbps) marque cette version.
1.3 Objectifs du réseau LTE
Les objectifs principaux motivant l'introduction de la quatrième génération des réseaux mobiles
sont essentiellement la réduction des coûts des usagers et opérateurs tout en augmentant les
débits pour aboutir à une bonne qualité de service et en diminuant la latence. Théoriquement la
4G doit réduire les temps de réponse d'un facteur de 10 par rapport aux systèmes 3G. Pour cela,
du point de vue architecture, une partie importante du traitement est localisée le plus près
possible du mobile, c'est-à-dire dans la station de base, afin de réduire les temps de réponse et
améliorer la réactivité des protocoles aux conditions radio Cette nouvelle génération doit aussi
accepter plusieurs centaines d’utilisateurs actifs simultanés sous une même cellule et suivre la
mobilité de ces derniers sans interruption du service. Comme la bande passante est partagée, il
4
est clair que les débits seront d'autant meilleurs qu'il y aura moins de trafic sur la zone et que
l'antenne relais radio sera proche. LTE tente aussi d’offrir des débits élevés en situation de
mobilité et à offrir une mobilité totale à l’utilisateur en établissant l’interopérabilité entre
différentes technologies existantes. Elle vise à rendre le passage entre les réseaux transparent
pour l’utilisateur, à éviter l’interruption des services durant le transfert intercellulaire, et à
basculer l’utilisation vers le tout-IP [5] [6].
1.4 Architecture du réseau LTE
L’architecture générale du système LTE comme le montre la figure 1.02, est composé de deux
entités principales : le réseau d’accès radio terrestre universel évolué (E-UTRAN) qui est le
réseau d’accès radio pour l’UE (User Equipment), et le cœur de paquets évolué (EPC) qui est le
cœur du réseau. L’architecture du réseau cœur est aussi désignée par l'évolution de l'architecture
de service. En d’autre terme, la combinaison de l’E-UTRAN et de l’EPC est aussi appelée
système paquet évolué (EPS : Evolved Packet System).
Figure 1.02 : Architecture du réseau LTE
En réalité, l’ensemble de ce réseau s’appelle EPS, et il est composé des deux parties : le réseau
évolué d’accès radio LTE, et le réseau cœur évolué appelé SAE (System Architecture
Evolution).
5
Figure 1.03 : Architecture EPS
1.4.2 Les entités du réseau EPS
Le réseau EPS est constitué des entités suivantes :
L’équipement usager : UE 1.4.2.1
En LTE, l’UE communique avec l’E-UTRAN et l’EPC en utilisant les protocoles appropriés la
communication du plan utilisateur qui se termine au niveau de l’eNodeB et supporte tous les
protocoles affairant au plan utilisateur. De point de vu plan de contrôle, l’UE communique avec
l’eNodeB et le MME à travers les protocoles RRC et NAS respectivement.
L’UE regroupe donc les éléments suivants :
L’équipement mobile assurant la gestion de la connexion avec le réseau mobile et la
continuité de service en mobilité de façon transparente à l’utilisateur du réseau.
Les autres équipements terminaux désignant l’élément physique sur lequel l’utilisateur
accède aux services du réseau mobile. Il peut s’agir d’un ordinateur, d’un équipement
domestique ou toutes autres.
6
Le réseau d’accès E-UTRAN 1.4.2.2
Les fonctions supportées par le RNC ont été réparties entre l’eNodeB et les entités du réseau
cœur
MME/SGW. L’eNodeB dispose d’une interface S1 avec le réseau cœur. L’interface S1 consiste
en S1-C (S1-Contrôle) entre l’eNodeB et la MME et S1-U (S1-Usager) entre l’eNodeB et la
SGW. Une nouvelle interface X2 a été définie entre les eNodeB adjacents. Son rôle est de
minimiser la perte de paquets lors de la mobilité de l’usager en mode actif.
Lorsque l’usager se déplace en mode actif d’un eNodeB à un autre eNodeB, de nouvelles
ressources sont allouées sur le nouvel eNodeB pour l’UE ; or le réseau continu à transférer les
paquets entrants vers l’ancien eNodeB tant que le nouvel eNodeB n’a pas informé le réseau qu’il
s’agit de lui relayer les paquets entrants pour cet UE. Pendant ce temps l’ancien eNodeB relaie
les paquets entrants sur l’interface X2 au nouvel eNodeB qui les remet à l’UE [7].
Figure 1.04 : Architecture de l’E-UTRAN
Le réseau cœur EPC 1.4.2.3
L'EPC utilise des technologies « full IP ». Le réseau cœur assure la gestion des utilisateurs, la
gestion de la mobilité, la gestion de la qualité de service et la gestion de la sécurité, au moyen
7
des équipements tels que le MME, le SGW, PDN-GW et le PCRF, la figure 1.05 représente
l’architecture du réseau EPC :
Figure 1.05 : Architecture EPC
a. Mobility Management Entity (MME)
Cette partie est responsable de savoir la localisation de l’utilisateur, de connaitre son état et gérer
les procédures authentification et mobilité des UE. Comme elle réalise le dernier point de la
protection par codage, donc par conséquent c’est le point qui valide l’interception de
signalisation. Ainsi, qu’elle contrôle le signal entre le UE et le réseau cœur. Le MME est
responsable de la diffusion des messages de paging quand l'UE est dans l'incapacité de recevoir
les paquets qui lui sont destinés [22].
b. Serving Gatway (SGW)
Le SGW est défini pour gérer les données utilisateur et est impliqué dans le routage et la
transmission de paquets de données entre les eUTRAN et le réseau cœur. Il opère comme une
ancre locale qui sert pour la mobilité inter-eNodeB (handover inter-eNodeB) et permet de faire la
8
relève entre les systèmes mobiles de différentes générations, comme LTE et UMTS et réserve le
contexte du terminal mobile, comme les paramètres de la porteuse service et le routage des
informations.
c. Home Subscriber Server (HSS)
Le HSS est une base de données évoluée du HLR. Il permet de stocker des informations
d'abonnement pouvant servir au contrôle des appels et à la gestion de session des utilisateurs
réalisé par le MME. Il entrepose, pour l'identification des utilisateurs, la numérotation et le profil
des services auxquels ils sont abonnés. En plus, il contient les informations de souscription pour
les autres réseaux, comme le GSM, le GPRS, 3G et LTE.
d. Policy and Charging Rules Function (PCRF)
Le PCRF est une entité gérer la qualité de service que requiert le réseau, il est responsable sur la
décision principale du contrôle. En effet, il gère les politiques de facturation qui doivent être
prises en compte par le PDN-GW et applicables en fonction des actions de l'utilisateur.
e.Packet Data Network Gateway (PDN-GW)
Le PDN-GW est le nœud qui relie l'utilisateur mobile aux autres réseaux PDN, il agit comme un
routeur par défaut par lequel transitent les requêtes de l'utilisateur. Le PDN Gateway effectue
l'allocation d'adresses IP pour chaque terminal mobile, le filtrage des paquets, et comptabilise les
octets échangés.
1.4.3 Les interfaces
Le système LTE/SAE consiste en plusieurs interfaces internes et avec les autres systèmes
2G/3G.
Interface Uu 1.4.3.1
L’interface radio LTE-Uu est définie entre l’eNodeB et le UE.
Interface X2 1.4.3.2
L’interface X2 définie la connexion entre les éléments eNodeB. Il est destiné pour les procédures
de handover inter-eNodeB, aussi bien que pour la gestion de la signalisation des ressources radio
inter-cellules et la signalisation de la gestion de l’interface [8].
9
Interface S1 1.4.3.3
L’interface S1 est divisée en S1-MME et S1-U. S1-MME. Elle connecte les éléments eNodeB et
MME, alors que S1-U est utilisée entre l’eNodeB et le S-GW. L’interface S1- MME est conçue
pour la signalisation du plan contrôle entre l’eNodeB et le MME, alors que l’interface S1-U est
conçue pour transporter les données du plan utilisateur entre l’eNodeB et le S-GW [8].
1.5 Les caractéristiques fondamentales du réseau LTE
1.5.1 Débit sur l’interface radio
L’interface radio E-UTRAN doit pouvoir supporter un débit maximum descendant instantané de
100 Mbit/s en considérant une allocation de bande de fréquence de 20 MHz pour le sens
descendant et un débit maximum montant instantané de 50 Mbit/s en considérant aussi une
allocation de bande de fréquence de 20 MHz. Les technologies utilisées sont OFDMA pour le
sens descendant (efficacité du spectre de 5 bit/s/Hz) et SC-FDMA pour le sens montant
(efficacité du spectre de 2.5 bit/s/Hz [9].
1.5.2 Latence
Latence plan de contrôle 1.5.2.1
L’objectif fixé pour le LTE est d’améliorer la latence du plan de contrôle par rapport à l’UMTS,
via un temps de transition inférieur à 100 ms entre un état de veille de l’UE et un état actif
autorisant l’établissement du plan usager [8].
Latence plan usager 1.5.2.2
La latence du plan usager est définie par le temps de transmission d’un paquet entre la couche IP
de l’UE et la couche IP d’un nœud du réseau d’accès ou inversement. En d’autres termes, la
latence du plan usager correspond au délai de transmission d’un paquet IP au sein du réseau
d’accès. Le LTE vise une latence du plan usager inférieure à 5 ms dans des conditions de faible
charge du réseau et pour des paquets IP de petite taille [8] [10].
1.5.3 L’agilité en fréquence
Le LTE doit pouvoir opérer sur des porteuses de différentes largeurs afin de s’adapter à des
allocations spectrales variées. Les largeurs de bande initialement requises ont par la suite été
modifiées pour devenir les suivantes : 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz et 20 MHz
10
dans les sens montant et descendant. Notons que le débit crête est proportionnel à la largeur de
bande. Les modes de duplexage FDD et TDD doivent être pris en charge pour toutes ces largeurs
de bande [9] [10].
1.5.4 Mobilité
En LTE, le handover pourra s’effectuer dans des conditions où l’usager se déplace à grande
vitesse.
1.5.5 Capacité en nombre d’utilisateur simultanés
Le système doit supporter simultanément un large nombre d’utilisateurs par cellule. Il est attendu
qu’au moins 200 utilisateurs simultanés par cellule soient acceptés à l’état actif pour une largeur
de bande de 5 MHz, et au moins 400 utilisateurs pour des largeurs de bande supérieures [23].
1.6 Les technologies utilisées en LTE
1.6.1 Le mode de duplexage
Le duplexage définit la manière dont sont séparées les transmissions sur la voie descendante et
sur la voie montante. La voie descendante, aussi appelée downlink (DL), correspond à la
transmission de la station de base vers l’UE. La voie montante, aussi appelée uplink (UL),
correspond à la transmission de l’UE vers la station de base. Il existe deux principaux modes de
duplexage, tous deux gérés par l’interface radio du LTE :
Le duplexage en fréquence ou Frequency Division Duplexing (FDD) ;
Le duplexage en temps ou Time Division Duplexing (TDD).
Le mode FDD 1.6.1.1
Le multiplexage de type FDD utilise une bande passante de 5 Mhz pour le débit descendant, et
une bande passante de 5 Mhz pour le débit montant. Le débit maximal supporté par un seul code
est de 384 kbit/s. Afin de pouvoir supporter un débit de 2 Mbit/s, plusieurs codes sont
nécessaires.
Cette technique permet d’émettre et de recevoir simultanément, c’est son principal avantage face
à l’autre technique majeure de duplexage, le TDD.
11
Le mode TDD 1.6.1.2
Le multiplexage de type TDD n'utilise qu'une seule bande passante de 5 Mhz divisée en portions
de temps (time slot) utilisables aussi bien pour le débit montant que pour le débit descendant.
Elle comprend donc une composante TDMA en plus de la séparation par code. Cela permet
d’obtenir une large gamme de débits de services en allouant plusieurs codes ou plusieurs
intervalles de temps à un utilisateur.
Figure 1.06 : Schéma de duplexage en LTE
1.6.2 Modulation adaptative
Le type de modulation utilisé dans le réseau LTE dépend de la qualité de l’environnement radio.
Le mobile estime la qualité en downlink et envoie un signal de retour dans le CQI (Channel
Quality Indicator) à l’eNodeB. Les signaux de référence en uplink qui sont intégrés dans la
transmission en uplink sont utilisés par l’eNodeB pour estimer la qualité en uplink. Par la suite
l’eNodeB décide quelle technique de modulation devrait être utilisée selon la qualité de
l’environnement radio en downlink et en uplink.
LTE supporte les techniques de modulation suivantes en downlink et en uplink. :
64 QAM ou 64 Quadrature Amplitude Modulation : c’est une technique de modulation
qui utilise 64 quadratures différentes et des combinaisons d’amplitude pour mener 6bits
par symbole.
16QAM ou 16 Quadrature Amplitude Modulation : c’est une technique de modulation
qui utilise 16 quadratures différentes et des combinaisons d’amplitude supportant 4bits
par symbole.
12
QPSK ou Quadrature Phase Shift Keying qui utilise 4 quadratures différentes pour
envoyer 2bits par symbole.
La figure 1.07 suivante illustre les différentes types de modulation qu’un mobile supportant la
technologie LTE peut avoir.
Figure 1.07 : Modulation adapdatitive
Comme le montre la figure 1.07 ci-dessus, la modulation QPSK est utilisée dans un
environnement radio pauvres offrant de plus faible débit. En fonction de l’amélioration de
l’environnement radio, le 16 QAM peut être utilisé pour augmenter le débit et finalement dans
une bonne condition environnementale, le 64 QAM offre le plus haut débit.
1.6.3 Codage adaptatif
L’eNodeB adaptera le taux de codage en fonction de la qualité de l’environnement radio. Dans
un environnement radio pauvres par exemple, on utilise un faible taux de codage contenant plus
de bits de parité que de bits systématiques et offrant une haute protection contre les bits erronés.
Par contre quand l’environnement radio est bon un taux de codage élevé contenant plus de bits
systématiques que de bits de parité est utilisé et offrant une faible protection contre les bits
erronés mais dont le débit de données d’utilisateur est élevé.
13
Figure 1.08 : Codage adaptatif
L’eNodeB adaptera la modulation et le taux de codage pour offrir au mobile le meilleur débit
possible tout en maintenant le BER (Bit Error Rate) adéquat.
1.6.4 Techniques d’accès
Dans LTE, l’interface radio est basée sur l’OFDM (Orhtogonal Frequency Division
Multiplexing) pour la partie montante (terminal mobile-eNodeB) et sur le Single Carrier
Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) pour la partie descendante (eNodeB-terminal
mobile). Ces techniques sont bien adaptées pour la flexibilité de la bande passante. Ceci permet
aux opérateurs de déployer la technologie LTE dans différentes régions avec différentes bandes
de fréquence et en utilisant des bandes passantes disponibles [26] [27].
Orthogonal Frequency-Division Multiplexing 1.6.4.1
L’OFDM est un procédé de codage de signaux numériques par répartition de fréquences
orthogonales sous forme de sous-porteuses multiples. L’orthogonalité vient du fait que le produit
scalaire pendant la durée de transmission d’un symbole entre chacune des porteuses est nul. Cela
n’est possible que si l’espacement entre deux porteuses consécutives est égal à l’inverse de la
durée d’un symbole.
L’OFDM permet de lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en agréant une égalisation de
14
faible complexité. Elle est utilisée pour exploitée au mieux la bande de fréquence disponible de
manière [26] [27] :
A retenir la bande de cohérence correspond à l’étalement temporel.
A retenir le Temps de cohérence correspond à l’étalement Doppler c’est à dire
l’étalement fréquentiel.
A retenir le canal sélectif en fréquence et sélectif en temps.
Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access 1.6.4.2
OFDMA ou Orthogonal Frequency Divison Multiple Access est l’extension classique de
l’OFDM. Cette technique est donc utilisée aussi dans la partie descendant (d’e-NodeB vers le
terminal mobile). Elle est essentiellement un hybride de FDMA ou AMRF (Frequency Division
Multiple Access ou Accès Multiple par Répartition en Fréquence) qui consiste à allouer des
bandes de fréquences à différents utilisateurs, à l’image de la transmission radio : chaque radio à
sa propre fréquence et de TDMA ou AMRT (Time Division Multiple Access ou Accès Multiple
par Répartition dans le Temps) qui est une technique de multiplexage temporelle [3] [4].
Le principe de l'OFDMA est de répartir sur un grand nombre de sous-porteuses le signal
numérique que l'on veut transmettre, ce qui permet, pour un même débit global, d'avoir sur
chacun des canaux un débit binaire beaucoup plus faible ; le temps d'émission de chaque
symbole est ainsi beaucoup plus long (66.7 µs pour le LTE) que s'il n'y avait qu'une seule
porteuse [4]. Cela permet de limiter les problèmes d'interférences inter-symboles et de fading
(forte atténuation du signal) liés aux chemins multiples de propagation qui existent dans les
liaisons radio de moyenne et longue portées car quand le débit binaire sur une porteuse est élevé,
l'écho d'un symbole arrivant en retard à cause d’une propagation multi-trajets perturbe le ou les
symboles suivants.
En résumé, un avantage significatif de l’OFDMA par rapport à l’OFDM est son potentiel pour
réduire la puissance de transmission et d'assouplir le pic, le problème de puissance, la moyenne
et le ratio (PAPR ou Peak-to-Average Power Ratio) [1].
Single Carrier Frequency Division Multiple Access 1.6.4.3
En LTE, un concept différent est utilisé en technique d'accès. Bien qu’on utilise encore une
forme de technologie OFDMA, l'implémentation est appelée Single Carrier Frequency Division
Multiple Access. Elle offre des performances et une complexité globale similaire à l’OFDMA
15
mais utilise en revanche une technique de multiplexage fréquentiel à une seule porteuse. Dans la
modulation SC-FDMA, le multiplexage des utilisateurs du système est effectué dans le domaine
fréquentiel.
La différence majeure entre ces deux techniques réside dans le fait que l’OFDMA est une
technique de transmission multi-porteuse tandis que la SC-FDMA est une technique mono-
porteuse [11].
La figure 1.09 suivante montre la différence entre la technique OFDMA et la technique
SCFDMA.
Figure 1.09 : Comparaison entre OFDMA/SC-FDMA
1.6.5 Le Physical Resource Block
L’unité de transmission en LTE s’appelle un Bloc de ressource, elle occupe un intervalle de
temps dans le domaine temporel (0.5ms ), et 12 sous porteuses dans le domaine fréquentiel,
chacune occupe 15Khz, ce qui fait qu’un bloc de ressource occupe 180Khz au total, chaque
colonne d’un bloc de ressources représente un symbole OFDMA quand il s’agit d’une trame
/intervalle de temps pour le lien descendant où un symbole SC-FDMA lorsqu’il s’agit d’une
trame/intervalle de temps réservé(e) pour le lien montant ,un bloc de ressource contient 7
symboles si le préfixe cyclique normal est utilisé, 6 symboles si le préfixe cyclique étendu est
utilisé, chaque symbole dure environ 71.35μs, l’intersection entre les symboles temporelles et les
sous-porteuses donne naissance à ce qui est appelé des éléments de ressources, il s’agit de la plus
petite unité de transmission, un élément de ressource contient un symbole modulé en
BPSK/QPSK/16-QAM où 64-QAM dépendant de la nature de cette donnée du système [24]. Les
16
spécifications LTE définissent les paramètres de bande passante système à partir de 1,25 MHz à
20 MHz.
Figure 1.10 : Grille de ressource temps fréquence
1.6.6 Les couches protocolaires de l’interface radio.
L’interface radio du LTE présente trois grandes couches : la couche physique ou la couche L1, la
couche 2 ou couche L2 et la couche 3 ou couche RRC. Ces couches sont caractérisées par ses
propres piles protocolaires.
La couche physique ou couche L1 1.6.6.1
Cette couche, qui est la plus basse, a pour rôle principale d’assurer la transmission des données
sous une forme capable de se propager dans l’air et de résister aux différentes perturbations. Elle
réalise aussi le codage canal, la modulation, les traitements MIMO ainsi que la modulation
multi-porteuse. Les opérations inverses sont effectuées par la couche physique en réception. De
plus, cette couche effectue des taches nécessaires à son fonctionnement et aux fonctionnements
de la couche supérieure comme les mesures radio, la synchronisation, la détection de la présence
d’une cellule et la signalisation d’informations de contrôle [1].
La couche 2 ou couche L2 1.6.6.2
Cette couche intervient pour le transfert de données. Elle est constituée de trois sous couches :
La sous couche PDCP (Packet Data Compression Protocol) ;
17
La sous couche RLC (Radio Link Protocol) ;
La sous couche MAC (Medium Access Control.
La couche 3 ou RRC 1.6.6.3
La couche RRC (Radio Ressource Control) sert au contrôle de l’interface radio. Elle assure la
diffusion et le décodage d’informations systèmes pour tous les équipements en mode veille,
l’envoi et la réception de paging pour l’établissement d’appel destiné à n UE en mode veille, le
contrôle des mesures de l’UE et le contrôle de la mobilité en mode veille [1].
1.6.7 Les canaux radio
Le canal est un concept utilisé dans la transmission radio mobile pour identifier les types des
données transportées sur l’interface radio. On distingue trois classes de canaux, selon les couches
du modèle OSI auxquelles ils sont attachés : les canaux logiques, les canaux de transport et les
canaux physiques [1].
Les canaux logiques, qui opèrent entre les couches RLC et MAC et sont définis selon le
type d’information qu’ils transportent (par exemple : signalisation du plan de contrôle ou
données du plan usager) ;
Les canaux de transport, qui opèrent entre la couche MAC et la couche physique et sont
définis par la manière et les caractéristiques selon lesquelles les données sont transportées
par l’interface radio (par exemple la méthode d’accès aux ressources radio) ;
Les canaux physiques qui sont utilisés par la couche physique et sont définis par les
caractéristiques physiques de leur transmission (par exemple leur placement dans la
trame).
Les canaux logiques 1.6.7.1
Les canaux logiques correspondent aux services de transfert de données offert par les protocoles
des couches hautes de l’interface radio. Les canaux logiques se séparent en canaux de contrôle et
canaux de trafic. Les canaux de contrôle transportent uniquement des informations du plan de
contrôle, tandis que les canaux de trafic véhiculent exclusivement les données du plan usager.
Chacun des canaux de ces deux catégories corresponds à un certain type de flux d’informations
[1] [7] [25].
Les canaux logiques de contrôle sont :
18
BCCH (Broadcast Control Channel), un canal commun en downlink, utilisé par le réseau
pour broadcaster les informations systèmes de l’E-UTRAN à l’ensemble des terminaux
présents dans une cellule radio (identifiant de la cellule, largeur de bande DL, etc…).
PCCH (Paging Control Channel), un canal commun en downlink qui transmet les
informations de paging aux terminaux présents dans une cellule.
CCCH (Common Control Channel) utilisé pour la transmission de la signalisation, quand
elle ne peut être transmise sur un canal dédié (DCCH). Ce canal est typiquement utilisé
dans les premières phases de l’établissement de communication.
DCCH (Dedicated Control Channel), un canal point-à-point bidirectionnel qui supporte
les informations de contrôle entre un terminal donné et le réseau. Il supporte uniquement
les signalisations RRC et NAS (ex : message commandant à l’UE de réaliser un
handover).
Le canal logique de trafic est le DTCH (Dedicated Traffic Channel), un canal point-à-point
bidirectionnel utilisé entre un terminal donné et le réseau. Il porte les informations de trafic
dédiées à un utilisateur [1] [7].
Les canaux de transport 1.6.7.2
Un canal de transport est caractérisé par la façon dont les données sont transportées sur les
ressources physiques, notamment :
La méthode d’accès aux ressources radio (scheduling dynamique, semi-persistant ou
statique) ;
Les formats de transport autorisés, qui définissent les traitements de la couche physique à
appliquer (type de codage de canal, schéma de transmission MIMO, etc.) ;
La possibilité d’effectuer des retransmissions d’HARQ, et si oui, de quel type.
Comme décrit dans les spécifications, les canaux de transports sont classifiés en deux catégories
: les canaux de transport en downlink et les canaux de transport en uplink. [1] [7].
Les canaux de transport en downlink sont :
BCH : qui est associé au canal logique BCCH ;
DL-SCH : qui est utilisé pour transporter le contrôle d’usager ou le trafic data. ;
PCH (Paging Channel) qui est utilisé pour diffuser les informations de paging sur
l’ensemble de la cellule.
Les canaux de transport en uplink sont :
19
UL-SCH : qui est l’équivalent du DL-SCH en uplink.
RACH : qui est un canal de transport spécifique supportant un contrôle d’information
limité. Il est utilisé durant les premières phases d’établissement de communication ou
dans le cas du changement d’état du RRC [1] [7].
Les canaux physiques 1.6.7.3
Un canal physique est un ensemble d’éléments de ressource temps-fréquence fournissant le
moyen de transmettre par radio les données de canaux de transport. Voici donc la liste des
canaux physiques en voie montante et en voie descendante.
Pour la voie descendante :
PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) qui transporte les données usagers et la
signalisation des couches hautes
PDCCH (Physical Downlink Control Channel) qui transporte les assignations
d’ordonnancement pour le lien montant.
PBCH (Physical Broadcast Channel) qui transporte les informations systèmes.
PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel) qui informe l’UE sur le nombre de
symboles OFDM utilisé pour le PDCCH
Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) qui transporte les ACK et NACK des
réponses de l’eNodeB aux transmissions en uplink relative au mécanisme HARQ.
Pour la voie montante :
PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) qui transporte les données utilisateurs et la
signalisation des couches hautes.
PUCCH (Physical Uplink Control Channel) qui transporte les informations de contrôle,
comprend les réponses ACK et NACK du terminal aux transmissions downlink, relative
au mécanisme HARQ.
PRACH (Physical Random Access Channel) qui transporte le préambule de l’accès
aléatoire envoyé par les terminaux au réseau d’accès [7].
1.6.8 La technologie MIMO
La technologie LTE supporte la technique MIMO utilisant des antennes multiples à l’e-NodeB et
au terminal mobile (UE ou User Equipement). Dans la première génération de la LTE l’e-NodeB
est équipé de deux antennes de transmission et l’UE de deux antennes de réception.
20
La technique MIMO est utilisée pour la diversité d’émission pour le cas d’un environnement
médiocre. Pour cela les deux antennes de l’e-NodeB émettent en même temps. Cette technique
permet également la diversité d’espace dans le cas d’une bonne condition environnementale.
Dans cette dernière, chaque antenne d’e-NodeB peut être utilisée pour émettre des données
différentes vers le UE. Cette méthode permet alors d’augmenter le débit reçu par l’utilisateur.
En théorie, on peut alors multiplier le taux de données par le nombre de couches MIMO utilisées
2x2 comme dans l’exemple ou 4x4 utilisant 4 antennes de transmissions et 4 antennes de
réceptions.
Figure 1.11 : Technique MIMO
1.7 Mobilité au sein de la norme LTE
Le mode connecté fait référence à une situation où l'UE a une connexion de signalisation active
avec le réseau. La localisation de l'UE est connue avec la précision d'une cellule, et elle ne doit
pas être paginée pour être atteinte. La mobilité dans le mode connecté est gérée par un processus
de Handover. Cette section commence par l'introduction des types généraux de transfert. Le
modèle de mesure utilisé pour fournir l'eNodeB avec les mesures sont discuté ensuite. Après les
mesures, les processus de transfert des transferts X2 et S1 sont décrits avec des diagrammes de
signalisation complets [14]. La procédure de transfert S1 inter cellulaire est effectuée entre deux
eNodeB sans l'interface X2. Le transfert X2 est utilisé lorsque la connectivité directe entre
eNodeB source et cible existe. Le transfert X2 est plus rapide.
21
Figure 1.12 : La mobilité au sein du réseau LTE
1.7.2 Mode veille ou mode Idle
Un UE qui est mis sous tension, mais n'a pas une connexion RRC au réseau radio, est défini
comme étant en mode veille. Dans le cas de la gestion du mode veille, le e-NodeB envoie des
configurations par information du système de diffusion, et par conséquent, sélectionner des
cellules appropriées. La gestion du mode veille peut augmenter le taux de réussite de l'accès,
améliorer la qualité du service et veiller à ce que les campagnes UE sur les cellules avec une
bonne qualité de signal [14].
1.7.3 Sélection PLMN
La première chose que l'UE doit faire est de sélectionner un PLMN. Il analyse toutes les
fréquences porteuses E-UTRAN qu'il est capable de recevoir et recherche la cellule la plus forte
de chacune d'elles. Il lit ensuite les informations système diffusées par ces cellules pour
déterminer l'identité PLMN des cellules. Sur la base de ces informations et des informations
stockées sur la carte du module d'identité d'abonné (SIM), l'UE sélectionne le meilleur PLMN. Il
commence alors la procédure de sélection de cellule afin de trouver la meilleure cellule sur le
camp. Pour hâter la sélection PLMN, l'UE peut également utiliser des informations historiques
stockées des fréquences porteuses utilisées précédemment [14].
1.7.4 Sélection et re-sélection des cellules
Après la sélection PLMN, l'UE doit décider à quelle fréquence de la cellule et du transporteur sur
laquelle il devrait s'accrocher. Ceci est réalisé avec la sélection des cellules. Comme avec la
22
sélection PLMN, l'UE peut utiliser des informations stockées des fréquences porteuses utilisées
précédemment pour accélérer la sélection de la cellule. Dans ce cas, le processus s'appelle
"Sélection de cellule d'information stockée". Si aucune information de ce genre n'existe, l'UE
analysera simplement toutes les fréquences porteuses possibles et recherchera la cellule la plus
forte dans le PLMN choisi. C'est ce qu'on appelle la « sélection de cellule initiale » [14].
1.7.5 Mode connecté (connected mode)
Le handover 1.7.5.1
Le Handover est un mécanisme essentiel qui garantit la mobilité dans un réseau LTE et sa
principale fonction est de maintenir le flux de trafic lorsque l'UE se déplace le long du réseau.
L'idée derrière cela est simple : lorsqu'un UE perd la couverture radio d’eNodeB source alors
qu'elle s'approche d'une autre couverture radio eNodeB, une nouvelle connexion doit être établie
sur cette nouvelle station de base et la connexion avec l'ancien doit être annulée. Par conséquent,
le transfert se produit généralement lorsque le signal eNodeB de service se détériore, ce qui
provoque une mauvaise qualité de communication entre l'UE et le réseau.
En outre, un transfert peut être nécessaire pour favoriser l'équilibrage de la charge réseau même
si la puissance et la qualité du signal de la station de base actuelle sont bonnes.
Les raisons de déclencher un processus de transfert sont la nécessité de l'UE pour une meilleure
QoS, des coûts plus bas, plus de bande passante, etc., ce qui peut amener l'UE à rechercher des
stations de base offrant de meilleures conditions de service [14].
Figure 1.13 : Détection et exécution du Handover
23
Les phases du handover 1.7.5.2
Cette section présente les étapes de la réalisation d'un handover de façon générale, c'est- à-dire
sans aborder les spécificités propres au système LTE. On peut distinguer trois phases dans la
réalisation d'un handover [8] :
La phase de mesure sur la cellule serveuse et sur les cellules voisines, l'eNodeB utilise le
message de reconfiguration de connexion RRC pour fournir la configuration de mesure à
l'UE et attend un rapport de mesure de l'UE.
La phase de préparation de la cellule cible, qui met en jeu des échanges entre les
contrôleurs de stations de base source et destination, ainsi qu'entre ces contrôleurs et le
réseau cœur, l'eNodeB vérifie les résultats de mesure signalés par l'UE et détermine s'il
faut lancer un transfert.
La phase d'exécution, c'est-à-dire le basculement de l'UE et des flux de données, puis la
relâche des ressources dans la cellule d'origine, l'eNodeB contrôle la procédure de
transfert de l'UE vers la cellule cible en fonction de la décision, pour exécuter le transfert.
Le schéma suivant montre le séquencement de ces phases, les nœuds impliqués et les principales
actions réalisées.
Figure 1.14 : Les différentes phases du HO
24
Types de handover à l’intérieur de LTE 1.7.5.3
Les transferts peuvent être classés par le système cible, la fréquence ou par la méthode qu'ils
exécutent. Les transferts Intra LTE incluent des transitions vers la même fréquence de porteuse
ou différente dans un système LTE. Ceux-ci peuvent être classés dans les cas suivants [14] :
Le transfert intra-eNodeB se réfère à un cas où la cellule source et cible résident dans le
même eNodeB. Dans ce cas, aucune procédure X2 n'est requise pour remettre.
Le transfert Inter eNodeB représente une situation où les deux cellules cibles sont Situées
dans deux eNodeBs différents. Cette affaire suppose que MME ne changera pas à la suite
du transfert. S-GW peut ou non être relocalisé. X2 ou S1 le processus de transfert doit
être lancé.
Transfert Inter eNodeB avec changement MME. Le processus de transfert X2 ne peut pas
gérer une relocalisation MME, donc la procédure S1 doit être utilisée à la place.
Scénario de déclenchement de Handover 1.7.5.4
Le tableau suivant montre les scénarios de déclenchement par rapport le type de Handover.
Type de Handover Déclencheur de mesure
Base de couverture
Intra-fréquence
La configuration de mesure est effectuée lorsque l'UE
établit un porteur radio, l'UE effectue une mesure
intrafréquence par défaut.
Inter-fréquence
Inter-RAT
L’eNodeB délivre la configuration de mesure à l'UE
lorsque la qualité du signal dans la cellule de service
est inférieure au seuil associé.
Service
Inter-fréquence
Inter-RAT
L’eNodeB déclenche les mesures après avoir constaté
que seul le service vocal fonctionne sur l'UE.
Qualité de service
UL
Inter-fréquence
Inter-RAT
L’eNodeB déclenche la mesure après avoir détecté
une puissance UL insuffisante à l'UE.
Distance
Inter-fréquence
Inter-RAT
Les mesures sont déclenchées par la distance si elles
dépassent le seuil spécifique.
Tableau 1.01: Les différents types du Handover
25
Circuit Switched Fall Back(CSFB) 1.7.5.5
Plusieurs opérateurs souhaitaient pouvoir fournir un service voix via les terminaux mobiles LTE
dès l’ouverture de leur réseau LTE, sans avoir à déployer dans le même temps une architecture
IMS, complexe et coûteuse. Pour cette raison, un mécanisme a été défini pour basculer l’UE, dès
qu’un appel voix est lancé, vers une technologie d’accès traitant la voix en commutation de
circuits (appelée aussi voix CS par opposition à la VoIP). Ce mécanisme, appelé CS Fall Back,
permet de renvoyer un appel voix lancé par l’UE ou à destination de celui-ci vers le domaine CS
du GSM ou de l’UMTS.
Lorsque le client est couvert par la radio 4G, il se rattache à la 4G où le réseau ne lui offre que
l’accès internet/intranet mais à haut débit. Lorsque le client désir établir un appel ou recevoir un
appel, il est alors basculé de la 4G vers la 3G ou la 2G comme la figure 2.14 nous montre. Une
seule technologie peut être active à l’instant T pour éviter un Débit d’Absorption Spécifique
(DAS) élevé et l’épuisement rapide de la batterie. Lorsque le client est basculé de la 4G à la 3G,
ses sessions data sont maintenues avec la même adresse IP et l’appel voix peur être établi en
parallèle avec des sessions data. A la fin de l’appel, le terminal retourne en 4G pour disposer du
meilleur débit possible pour ses sessions data sans couper la session.
Par contre, lorsque le client est basculé de la 4G à la 2G, ses sessions data sont suspendues et
l’appel voix peut être établi. Dès que l’appel est terminé, la station mobile revient en 4G pour
disposer du meilleur débit possible pour ses sessions data qui sont alors repris. Le temps de
basculement lors d’un appel sortant ou entrant est inférieur à 1 seconde [15].
1.8 Conclusion
Comme premier chapitre de notre mémoire, il a été primordial pour nous de nous faire une étude plus
détailler de la norme LTE dont nous avons présenté la description de son architecture, le principe
de fonctionnement de ses différents équipements et la mobilité au sein de la technologie LTE,
qui se divise en mode veille et en mode connecté qui est le handover. La connaissance de ces
aspects permet aux fournisseurs de mieux gérer les ressources pour fournir des services de bonne
qualité. Dans le chapitre suivant nous allons de focaliser sur les différentes procédures sur
l’optimisation et la planification du réseau LTE.
26
CHAPITRE 2
PROCESSUS DE PLANIFICATION ET D’OPTIMISATION DU RESEAU LTE
2.1 Introduction
Dans un opérateur, il a y un département qui fournit des services d'ingénierie de réseau dans les
domaines de la planification de la radio, les drive tests, et l'optimisation du réseau radio. Ces
services peuvent être utilisés pour réaliser notamment la vérification de chaque site du réseau
Single Site Verification et de l’ensemble des sites clusters, l’évaluation de la couverture indoor et
outdoor, l’analyse comparative de l'opérateur et d'autres services d'évaluation au besoin. En
outre, il effectue une analyse du réseau pour évaluer l'équilibrage du trafic, optimiser les
paramètres de réseau et gérer la capacité.
Dans ce chapitre, nous présenterons les différentes étapes suivies pour planifier et optimiser un
réseau LTE. En premier lieu le concept de la planification sera explicité. Ensuite, nous
détaillerons la méthodologie utilisée dans les opérations d’optimisation notamment l’étape
d’acquisition de données à travers les différents drive tests réalisés ou l’analyses des statistiques
(KPIs).
2.2 Planification du réseau LTE
Le processus de calcul de la couverture et la capacité de l’e-nœud B peuvent être fait d’une
manière arbitraire, mais s’adapte aux exigences d’entrée du projet de dimensionnement et la
sortie attendue. Le processus commence par définir les exigences de qualité, exprime en débit
binaire sur le bord de la cellule, ou en tant que degrés de couverture séparément pour la liaison
montante et la liaison descendante, à la sortie souhaitée de la capacité de la cellule, et la distance
site à site. [16]
Le procédé calcule de dimensionnement inclut les étapes suivantes :
Définir l’exigence de qualité : cette exigence est basée sur une condition de débit à une
probabilité de couverture donnée en lien montant et en lien descendant. Les attributs
suivants doivent être définis : Le type de transmission, le MIMO pour la diversité
d’émission, la diversité de réception dans l’équipement d’utilisateur et station de base, la
puissance de la station de base, la puissance de sortie de l’équipement de l’utilisateur, bande
passante, bande de fréquence.
27
Calculer la couverture : Selon les critères de qualité, la couverture peut être calculée en
termes de perte de trajet, de la distance site à site, ou le rayon de cellules. Si la couverture ne
répond pas aux exigences, la définition de la qualité au bord de la cellule. On peut itérer
cette procédure pour atteindre les conditions requises au bord des cellules.
Calculer la capacité : Les contraintes de couverture et de qualité au niveau du bord de la
cellule sont utilisées pour calculer la capacité. Le calcul de capacité inclut en même temps
l’évaluation de la couverture et de capacité (en lien montant et descendant), une méthode
alternative de la capacité de cellule en lien descendant et de la distribution binaire.
2.2.1 Objectif de la planification
L'objectif de la planification est d'assurer la couverture d'une zone bien déterminée avec un
nombre minimal de sites en fonction des services offerts et du nombre d'abonnés en tenant
compte des contraintes de qualité de service. Il faudrait donc atteindre le maximum de
couverture avec une capacité optimale tout en maintenant le coût de déploiement le plus faible
possible.
A ce propos, il y a quelques opérateurs qui préfèrent ; pour des raisons de budget ; réduire le
nombre de stations de base au lieu de réduire la puissance de transmission. Par contre, d'autres
préfèrent couvrir la zone de manière à réduire la puissance nécessaire dans le sens montant et
offrir ainsi aux utilisateurs des services plus consommateurs d'énergie mais avec une meilleure
QoS.
En effet, la couverture est limitée par le lien montant en raison de la limitation en puissance
d'émission des mobiles. Par contre, le sens descendant entraine des limitations sur la capacité, dû
au fait que la station de base ne dispose que d’une puissance limitée et qu'elle doit réserver son
potentiel de puissance à plusieurs mobiles à la fois.
2.2.2 Processus de planification
Le processus de planification du réseau LTE est composé de trois phases comme présenté par le
schéma suivant :
Figure 2.01 : Processus de planification du réseau LTE
28
Préparation 2.2.2.2
La première phase consiste à préparer les différents paramètres nécessaires à la planification. Ces
paramètres sont :
La zone cible à couvrir et détermination de sa morphologie (Urbain dense, urbain
etc…) ;
Le service cible, qui est le service paquet pour LTE (PS) ;
La qualité cible, c'est-à-dire le débit qu’on veut garantir en UL et DL aux extrémités
des cellules ;
La probabilité de couverture cible ainsi que le taux de charge cible.
Dimensionnement orienté couverture 2.2.2.3
Le dimensionnement de la couverture d'un réseau consiste à déterminer le nombre des sites
nécessaire pour couvrir une zone donnée. On va se baser sur le bilan de liaisons, qui permet
d'estimer le taux perte du trajet. Pour cela, il est nécessaire de choisir un modèle de propagation
approprié. Le résultat final obtenu est la taille de la cellule à couvrir, ce qui donne une estimation
sur le nombre total de sites nécessaire pour couvrir le domaine. Cette démarche se résume dans
la figure ci-dessous :
Figure 2.02 : Calcul de dimensionnement couverture
29
Initialement nous devons déterminer l'affaiblissement de parcours maximal (Maximum
Allowable PathLoss) en passant par le bilan de liaison.
a. Bilan de liaison
Le bilan de liaison permet de calculer les pertes de propagation maximale admissible notée
MAPL (Maximum Allowable Power Losses) pour un mobile situé au bord de la cellule qui peut
l’atteindre tout en gardant le niveau de sensibilité de la station de base. Il permet de prédire le
rayon de couverture de la cellule en se basant sur la fréquence de fonctionnement, le modèle de
propagation et les paramètres de l'émetteur et du récepteur.
En effet, il s'agit d'additionner tous les éléments du gain (augmentation) ou de perte (diminution)
dans la puissance du signal radio entre chaque extrémité. Ce bilan est nécessaire pour savoir si
deux nœuds peuvent communiquer entre eux. Il dépend en particulier du type de l'eNodeB, de
l'environnement radio et du modèle de propagation entre l'émetteur et le récepteur.
Pour le LTE, l'équation RLB de base peut être écrite comme suit :
(2.01)
Avec :
PathLoss : perte de trajet totale rencontré par le signal provenant de l'émetteur au
récepteur (dB)
TxPower : La puissance transmise par l'antenne de l'émetteur (dBm)
TxGains : Gain d'antenne d’émission (dBi)
TxLosses : les pertes de l'émetteur (dB)
RequiredSINR : Minimum de SINR requis (dB)
RxGains : Gain d'antenne de réception (dB)
RxLosses : Les pertes du récepteur (dB)
RxNoise : Bruit du récepteur (dB)
Dans le cas d’un affaiblissement de parcours maximal, la puissance reçue devient donc la
sensibilité du récepteur. La différence entre la puissance de l’émetteur et la sensibilité de
récepteur donne l’affaiblissement maximum qu’on peut tolérer, il est calculé de la manière
suivante :
30
MAPL (Maximum Allowable Path Loss) : L’affaiblissement maximal de parcours, exprimé
en dB. C’est le paramètre qu’on veut déterminer à travers l’établissement d’un bilan de
liaison.
PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente) : ou EIRP (Equivalent Isotropie Radiated
Power), est la puissance rayonnée équivalente à une antenne isotrope.
IM : Marge d’interférence
RXg : Gain d’antenne de réception
K : Perte de câble
SHG: Gain de soft handover
RX : Sensibilité de réception
b. Bilan de liaison pour les liens montant et descendant
Ces tableaux englobent les paramètres, les formules nécessaires au calcul d’un bilan de liaison
pour les liens montant et descendant, ainsi que les différents seuils et large prise en compte et qui
sont proposés par la norme.
Formule de calcul pour la liaison montante
Paramètres Unité Formule
Emetteur –UE
Puissance d'émission dBm a
Gain d’antenne émetteur dBi b
Perte corps humain dB c
PIRE (Puissance isotrope rayonnée
équivalente)
dBm d = a +b – c
Récepteur – eNodeB
eNodeB noise figure dB e
Bruit thermique dB f
Bruit récepteur dBm g = e + f
(2.02)
31
SINR dB h
Sensibilité du récepteur dB i = g + h
Marge d’interférence dB j
Pertes de câble dB k
Gain d’antenne récepteur dBi l
Marge de fading rapide dB m
Gain du soft handover dB n
Path Loss Maximal dB o = d – j + l – k +n - i
Tableau 2.01: Bilan de liaison en lien montant
Bilan de liaison pour la liaison descendante
Paramètres Unité Formule
Emetteur –eNodeB
Puissance d'émission dBm a
Gain d’antenne émetteur dBi b
Perte câble dB c
PIRE (Puissance isotrope rayonnée
équivalente)
dBm d = a +b – c
Récepteur – UE
UE noise figure dB e
Bruit thermique dB f
Bruit récepteur dBm g = e + f
SINR dB h
Sensibilité du récepteur dB i = g + h
Marge d’interférence dB j
Control channel overhead dB k
Gain d’antenne récepteur dBi l
Perte du corps humain dB m
Path Loss Maximal dB o = d – j + l – k +m - i
Tableau 2.02: Bilan de liaison en lien descendant
32
c.. Modèle de propagation
Le modèle de propagation est une formule mathématique utilisée pour caractériser la propagation
de l'onde radio entre émetteur et récepteur, qui dépend des facteurs suivants :
Type de terrain.
Les hauteurs des antennes d'émission et de réception.
Fréquence de l'onde.
Distance parcourue par l'onde.
Caractéristique et densité des bâtiments.
Plusieurs modèles ont été définies mais nous allons voir seulement les modèles les plus utilisées
telles que : Okumura Hata et COST-231 Hata.
Le modèle Okumura Hata
C'est le modèle le plus utilisé au niveau des outils de planification cellulaire, il est basé sur des
mesures effectuées dans les environnements de Tokyo par Okumura. Ce modèle est appliqué
pour des cellules de taille relativement grandes (de rayon supérieur à 1 Km). Les conditions
d'applications du modèle sont les suivant :
Fréquence : [150,1500] MHz
Hauteur du terminal mobile ( ) [1,10] m
Hauteur de la station de base [30,200] m
Distance de transmission : [1 ,20] Km
Le tableau ci-dessous nous montre l’affaiblissement de ce modèle en tenant compte des degrés
d’urbanisation :
Zone Formule
Urbaine
Avec :
- Pour les villes de taille petite ou moyenne :
(2.03)
(2.04)
(2.05)
(2.06)
Urbaine
dense
(2.07)
33
Avec :
(2.08)
- Pour les grandes villes si f ≤ 300MHz, on a
(2.09)
(2.10)
- Pour les grandes villes si f > 300MHz, on a
(2.11)
Rurale
(2.12)
Tableau 2.03: Le modèle mathématique Okumura-Hata
Le modèle COST-231 Hata
Ce modèle vient modifier le modèle Okumura-Hata qui opère uniquement pour une plage de
fréquences inferieures à 1000MHz pour pouvoir opérer sur la bande 1500-2000MHz dans les
zones urbaines.
L’affaiblissement pour ce modèle est précisé dans le tableau 3.04 :
Zone Formule
Urbaine
et
urbaine
dense
( )
(2.13)
Avec :
- , pour les zones urbaines dense
- , pour les zones urbaines
(2.14)
Rurale
( ) ( )
Avec :
- , pour une zone quasi-ouverte
- , pour une zone ouverte
(2.15)
Tableau 2.04: Modèle mathématique pour COST-231 Hata
34
d.Calcul du nombre de site en se basant sur le bilan de liaison
Après avoir calculé l’affaiblissement de parcours maximum (MAPL) par l’établissement d’un
bilan de liaison équilibré, nous pouvons déterminer le rayon de la cellule en utilisant le modèle
de propagation adéquat. En effet, lorsque l’affaiblissement de parcours est égal à sa valeur
maximale, la distance parcourue est égale au rayon de la cellule.
Pour être un peut plus claire, prenons par exemple le modèle COST-231 Hata dans un
environnement urbain :
( )
(2.16)
On a alors :
( )
( ( ))
(2.17)
Après avoir déterminé le rayon de la cellule, on peut ensuite calculer sa superficie de couverture.
Cette dernière dépend bien du nombre de secteurs par site (omnidirectionnel, bi-sectoriel ou tri-
sectoriel).
Nombre de secteur par site Empreinte
1
2
3
Tableau 2.05: Empreinte du site en fonction du nombre de secteurs
Avec l’empreinte du site, et sachant la superficie totale de la zone de déploiement ,
on peut enfin aboutir au nombre de sites demandés pour la couverture , le
nombre de site est déterminer par la plus grande valeur entre le nombre de sites demandés
pour la liaison montante et le nombre de sites demandés pour la liaison descendante
pour s’assurer que les deux liaisons soient équilibrées.
On a les formules suivantes :
(
)
(2.18)
35
(
)
(2.19)
Le nombre de site requis est donc donner par l’équation ci-dessous :
(2.20)
Dimensionnement orienté capacité 2.2.2.4
Le dimensionnement par capacité permet de trouver la capacité maximale qui peut être supportée
par une cellule. L’objectif est de déterminer le nombre de sites nécessaires pour satisfaire les
trafics des abonnés dans une zone déterminée. La capacité théorique du réseau est limitée par le
nombre d’eNodeB installés dans le réseau, elle dépend de plusieurs facteurs tels que le type de
zone, de service, et du nombre d’abonnés.
La procédure de dimensionnement par capacité se fait en 2 étapes :
Dimensionnement par capacité d’un site.
Calcul du volume total de trafic.
Ainsi, le nombre total de sites pour le dimensionnement par capacité s’obtiendra en divisant le
volume total de trafic par la capacité d’un site.
a. Dimensionnement par capacité d’un site
Pour un site tri-sectoriel, la capacité par site est égal à :
(2.21)
Pour calculer le débit moyen par cellule, il suffit de se baser sur la distribution du SINR comme
le montre le tableau suivant :
SINR Probabilité du SINR MCS MCS débit
1~ 2 % 𝐶
b1~b2 % 𝐶
c1~c2 % 𝐶
.. ….. ….. …..
Tableau 2.06: Distribution du SNR
(2.22)
36
b.Calcul du volume de trafic
Le débit d’un UE sur le réseau peut être calculé à partir des modèles de service et de trafic. Le
débit total du réseau sera obtenu en multipliant le nombre d’abonnés avec le débit d’un UE.
Voici les étapes à suivre pour calculer le débit total du réseau :
Figure 2.03 : Calcul du débit total du réseau
Comme nous l’avons mentionné, le débit d’un UE est la somme des débits des différents types
de services pour un usager.
Le tableau 2.07 démontre un exemplaire de débit en fonction des types de service, le débit d’un
UE est la somme des débits des différents types de services pour un usager.
TYPE DE SERVICE DEBIT (Kbit/s)
UPLINK DOWNLINK
VOIP 26.90 26.90
VIDEO PHONE 62.53 62.53
VIDEO CONFERENCE 31.26 250.11
STREAMING 140.69 750.34
EMAIL 140.69 750.34
NAVIGATION SUR WEB 62.53 250.11
TRANSFERT DE FICHIER 140.69 750.34
Tableau 2.07: Exemples de débit en fonction des types de service
Ainsi, le débit total du réseau est donné par la formule suivante :
(2.23)
On obtient ensuite le nombre d’eNodeB final par capacité :
{
}
(2.24)
Types de service et
de trafic
Débit d’un UE Débit total du réseau
37
Nombre d’eNodeB final 2.2.2.5
En tenant compte à la fois à la contrainte de couverture et de capacité, le nombre d’eNodeB final
est exprimé par :
{ } (2.25)
2.3 Optimisation du réseau LTE
Afin d’atteindre l’objectif de ce travail qui consiste à optimiser du réseau LTE dans le but
d’assurer une couverture radio globale, on commencera par la définition du concept
d’optimisation. S’agissant de l’une des principales étapes d’amélioration des performances des
réseaux de télécommunications, l’optimisation consiste en plusieurs types d’analyse et actions à
entreprendre afin de maintenir et améliorer la qualité et la capacité du réseau. Une telle
amélioration peut concerner la couverture, la qualité du lien radio ou d’autres paramètres. Nous
allons voir dans ce qui suit les objectifs et les processus d’optimisation qui permettent grâce à
leur cycle périodique d’automatiser les actions à entreprendre suite aux différentes analyses
effectuées. Nous préciserons aussi toutes les parties prenantes des processus d’optimisation, que
ce soit les statistiques (KPIs) ou les données des drive tests.
2.3.1 Les objectifs de l’optimisation
Pour satisfaire au mieux leurs clients, les opérateurs œuvrent pour assurer la continuité de la
délivrance des services avec une qualité optimale. Une fois le réseau actif, l’opérateur doit veiller
sur son bon fonctionnement. Il est nécessaire de réaliser un suivi de la qualité de service et
d’adapter le réseau aux différentes fluctuations en vue de son amélioration et de son expansion.
Ainsi, Les objectifs de l’optimisation sont résumés en les points suivant :
L'amélioration de la qualité du service offert aux utilisateurs.
Augmenter le volume du trafic transmis par le réseau avec les équipements existants.
Trouver et corriger les problèmes existants après la mise en œuvre et l'intégration des
sites.
Répondre aux critères de qualité du réseau convenu dans les contrats de service.
Satisfaire la couverture des objectifs pour divers services.
Maximiser la capacité du réseau.
Minimiser le coût lié à la mise en œuvre de la solution.
38
2.3.2 La Qualité de service (QoS)
La QoS est définit comme étant l’effet global produit par la qualité de fonctionnement d’un
service qui détermine le degré de satisfaction de l’utilisateur du service. Elle doit considérer deux
aspects importants qui sont la capacité d'un réseau à fournir le service avec un niveau bien
déterminé, et comment satisfaire l’utilisateur final avec ce service, en termes d'usage,
d’accessibilité, de continuité et de son intégrité [17].
Selon les types du service à fournir, on peut lister les paramètres suivants pour définir la QoS :
Le débit : Principalement important dans le cas de téléchargement ou diffusion ;
Le délai de transit ou latence : C’est le délai de traversée du réseau, d’un bout à l’autre,
par un paquet. Les différentes applications présentes dans un réseau n’auront pas le
même degré d’exigence en fonction de leur nature. C’est le paramètre à tenir en compte
pour la téléphonie ;
La disponibilité : ce critère reste important surtout pour les accès aux services service
partagé (la gestion financière, la gestion des ressources humaines, l’administration des
ventes, les services informatiques) ;
Le taux de pertes de paquets.
2.3.3 Le but de la QoS
La qualité de service (QoS) de la LTE est devenue une partie importante de la planification et de
la conception du réseau 4G / LTE pour les services de données et de voix. Il existe des abonnés
qui utilisent des services LTE pour les opérations critiques (par exemple, les appels vocaux, les
transactions bancaires, les opérations hospitalières), et il y a des abonnés qui souhaitent
simplement profiter d'une expérience supérieure sur internet et applications. La LTE a été conçu
pour répondre à ces demandes accrues de données et d'applications avec des connexions fiables
et un faible coût de déploiement [18].
Le développement du réseau internet et le nombre d’utilisateurs pouvant se connectés à ce réseau
impose le recours à des niveaux importants de la QoS. Dans cette perspective, plusieurs groupes
de travail ont vu le jour pour les réseaux 4G. Les nouveaux besoins en termes de mobilité des
utilisateurs et la croissance des réseaux permettant le nomadisme des utilisateurs ont fait migrer
le problème vers les structures réseaux [18].
Ainsi, le but de la QoS est donc d’optimiser les ressources du réseau et de garantir de bonnes
performances aux applications. Cela permet d’offrir aux utilisateurs des débits et des temps de
39
réponse différenciés par application suivant les protocoles mis en œuvre au niveau de la couche
réseau [18].
2.3.4 Processus d’optimisation
Le processus d’optimisation est un cycle périodique à qui on peut faire appel plusieurs fois dans
un même réseau de communication mobile, soit juste après le déploiement du réseau et c’est ce
que nous appelons la pré-optimisation, ou après le lancement du réseau. Les opérations
d’optimisation respectent ce cycle qui se répète tant que ces opérations apportent toujours des
améliorations au réseau. Ce cycle fait appel à plusieurs outils afin de réaliser une étude globale
sur le réseau et d’en sortir les différents problèmes et ensuite essayer de trouver pour chaque
problème la solution la plus adéquate [24].
L'optimisation du réseau radio désigne l’amélioration de la performance du réseau d’accès en
utilisant les ressources existantes. C’est un processus qui se fait à travers les étapes suivantes :
Collecte et vérification des données : via les drive tests, les statistiques de trafic ainsi que
les plaintes des clients ;
Analyse des données : à l’aide de logiciels spécifiques et en comparant les indicateurs de
performance avec les seuils fixés par l’opérateur ;
Ajustement des paramètres et du matériel ;
Confirmation des résultats de l'optimisation et préparation des rapports.
Le but étant d'augmenter l'utilisation des ressources du réseau, de résoudre les problèmes
existants et éventuellement de proposer des solutions pour améliorer les performances du réseau.
Le processus d’optimisation radio peut être résumé dans la figure 2.04 :
40
Figure 2.04 : Schéma du processus d’optimisation
2.3.5 Les Indicateurs Clés de Performance ou Key Performance Indicator
Les Key Performance Indicator sont formulés pour mesurer les performances du réseau en
termes d'accessibilité, d'intégrité, de mobilité, de conservation et de qualité perçue par l'abonné.
Ils peuvent être définis comme ensemble de résultats qui mesurent les performances durant les
heures chargées ou les heures normales sur le réseau entier. Les KPI sont les résultats d'une
formule qui est appliquée aux indicateurs de performance (Performance Indicators, PIs). Le PIs
peut être extrait d’un secteur, une eNodeB, un TRX ou à un niveau d’une eNodeB adjacente. Des
centaines de KPIs existent et ils emploient des compteurs d'une ou plusieurs mesures et peuvent
être calculés à partir d’un compteur ou d’une formule de plusieurs compteurs. La période de
l'observation se rapporte à la durée des échantillons rassemblés : heure, jour, semaine, mois, etc
[17].
La qualité de la performance du réseau est principalement évaluée par la mesure des KPI. En
effet, on distingue deux méthodes de mesure des KPIs : mesure statistiques et mesure de test sur
site.
41
Mesure statistique de la KPI 2.3.5.1
La qualité du service dans les réseaux des télécommunications reflète le niveau de la rentabilité
et la fiabilité d'un réseau et de ses services. La métrique est directement produite par le vrai trafic
des abonnés. Chaque événement qui se produit dans le réseau (initiation/terminaison d'appel,
l'échec de Handover, etc.) est rapporté à l’ingénieur radio. Ainsi les statistiques sont la manière
la plus efficace pour surveiller les performances du réseau. La surveillance du réseau est un
élément principal pour atteindre la meilleure qualité du service. La surveillance de QoS
comporte l'observation, la qualification et l'ajustement permanent de divers paramètres du
réseau. L'objectif de cette partie est de présenter et détailler tous les aspects liés à l'extraction, à
la manipulation et à l'exploitation des statistiques. Cette notion des statistiques dans les réseaux
mobiles se rapporte à un ensemble général de métrique qui aide l'opérateur dans trois directions
principales :
D'abord, évaluer les performances du réseau.
Ensuite, analyser les défauts et vérifier les améliorations.
Enfin, dimensionner l’extension du réseau.
Pour ce cas de figure, les KPI considérées sont celles dus au déclenchement des compteurs de
performances liées au fonctionnement du réseau lui-même. À titre d’exemple, on peut trouver le
taux de réussite de connexion et le taux de réussite de handover. Généralement, ces KPI
proviennent statistiquement des eNodeB.
En utilisant les statistiques, deux éléments devraient être distingués :
Des compteurs purs (indicateurs élémentaires de performance, ou PIs), qui sont des
valeurs incrémentales des événements, elles sont généralement manipulées
individuellement. Ils fournissent des données sur un aspect spécifique (nombre d'appels,
par exemple) mais, pratiquement, il est difficile d'interpréter leurs valeurs.
Les indicateurs de performance, qui sont des formules calculées en se basant sur les PIs,
traduisent mieux l'expérience de l'abonné.
Mesure de test sur site 2.3.5.2
Certains KPI doivent être atteints par un test sur site, tel que les KPI de la latence. Les résultats
de mesure proviennent des outils de test [17].
42
Principe d’extraction des statistiques 2.3.5.3
a. Processus
Le mécanisme de collection des statistiques est décrit sur la figure 2.05 ci-dessous. On
commence d’abord par le recueil des statistiques, et ensuite les tables des mesures des eNodeB
devraient être configurées et activées. Les tableaux sont organisés par des catégories pour
permettre à l'opérateur de réduire la charge et de télécharger seulement les mesures voulues (le
trafic, disponibilité de ressource, handover, etc.). Les abonnés mobiles envoient les mesures à
l’eNodeB lors de la communication, les compteurs purs sont calculés dans des formules
prédéfinies. Les KPI calculés sont alors groupés dans des rapports génériques qui peuvent être lu
sur l’OMC « Operation Maintenance Center ». Autres outils sont généralement développés pour
l’usage interne à savoir pour archiver et visualiser les statistiques comme le « Business Object »
Les statistiques sont quotidiennement rapportées afin de permettre à l’opérateur de surveiller le
réseau d'une manière très réactive.
b.Génération des rapports
Un KPI est le résultat d'une formule qui est appliquée aux compteurs (appelés les indicateurs de
performance). En utilisant un outil spécifique, les KPIs sont extraits dans des rapports de format
prédéfinis. Ces rapports sont adressés aux groupes cibles spécifiques qui peuvent les employer
pour différents buts. Ce mécanisme est illustré sur la figure ci-dessous.
Figure 2.05 : Mécanisme d’extraction des KPIs
43
2.3.6 Drive test
Description 2.3.6.1
Le drive test est une partie essentielle du processus d’optimisation. C’est la meilleure manière
pour localiser et analyser un problème géographiquement. Il consiste à effectuer des tests sur les
performances, en parcourant les rues avec un véhicule, pour effectuer des mesures. Ils sont
effectués pour mesurer :
La couverture de spectre Radio Fréquency et les interférences ;
La qualité du réseau (appel terminé, handover, débit de données, qualité de la voix),
etc…
Les drives tests sont effectués lors du déploiement du réseau et dans le réseau en exploitation.
Lors de l'optimisation d'un réseau en cours d’exploitation, les drives tests permettent de faire une
re-vérification des performances de la cellule. Au cours de ces tests, les cellules voisines doivent
être opérationnelles, afin que les paramètres suivants puissent être vérifiés et mesurés :
Re-sélection de cellule ;
Mesure des interférences ;
Handovers.
Les drive tests sont également effectués après la mise en œuvre d'une solution pour corriger un
problème d’optimisation, afin de vérifier si le problème a bien été résolu. Des drive tests
réguliers doivent être effectués et présentent ainsi une méthode de maintenance préventive pour
détecter les zones où les services se dégradent.
La figure suivante illustre la chaîne de mesure pendant un DT :
Figure 2.06 : Chaîne de mesure d’un DT
44
On distingue deux principaux types de drive test :
Single Site Verification : l’objectif du SSV est de vérifier que la station de base est
fonctionnelle d’un point de vue RF lors de l’étape de mise en service. Il s’agit, en effet,
de tester et d’évaluer les éléments suivants, telles que l’établissement et la qualité des
appels, handover…etc.
Cluster drive test : à la différence du test SSV qui vise à évaluer les performances
relatives à chaque site indépendamment des autres, le cluster drive test sert à optimiser
les performances d’un cluster donné afin d’atteindre les seuils d’acceptation déjà fixés.
La zone concernée par l’optimisation est subdivisée à des domaines séparés appelés
clusters. Le drive test consiste à parcourir les rues de chacun de ses clusters en
enregistrant les informations requises. Cela inclut : optimisation de couverture et de
capacité, interférence et pilot-pollution entre les cellules ainsi que les problèmes de
mobilité.
Procédures de drive test 2.3.6.2
Avant d’effectuer un DT, il faut tout d’abord connaître le motif de ce dernier. Ensuite, préparer
le DT route sur Google earth et calé la carte sur le logiciel Mapinfo. Il faut mettre à jour le BTS
file à utiliser et le script selon l’objectif du DT. L’étape suivant c’est la vérification des
équipements à utiliser. Dès que ces étapes sont finies, on peut procéder à l’installation des
équipements. Enfin, le DT peut commencer et il ne faut pas oublier d’enregistrer le log files à la
fin du travail.
Les éléments suivants doivent être pris en considération pendant le drive test :
Les chemins de test doivent être à l’intérieur de la couverture ;
Éviter la répétition du même de trajet ;
Parcourir le plus possible à travers les routes présentant des obstacles ;
Essayer de tester avec la même vitesse (30 à 50km/h).
Les outils de drive test 2.3.6.3
Pour pouvoir effectuer le drive test, l’opérateur doit disposer les outils matériels et logiciels
suivantes :
Un véhicule : il est utilisé pour se déplacer en effectuant des mesures. Pour faire la mesure,
on doit suivre les traces routes tracés avant le DT.
45
Un convertisseur : il permet d’alimenter les équipements utilisés pour le DT et ayant pour
but de transformer la tension continue 12V de la batterie en une tension alternative de
220V-50Hz.
Un mobile à trace ou un modem : un mobile à trace dit aussi mobile de test est équipé
d’un logiciel spécial et est utilisé pour les mesures radio (mesures numériques). A l'aide de
l'Hyper Terminal et d'un câble série, il est possible de taper des commandes qui permettent
d'éteindre le mobile ou encore d'appeler quelqu'un, mais sa véritable utilité réside dans le
fait qu’il peut calculer tous les paramètres radios (niveau du signal, la qualité du
signal…etc.) et les communiquer au PC suites à la réception de commandes sur son
modem. En général, un mobile à trace permet de faire tous les scénarios possibles pour
chaque canton mesuré.
Un équipement GPS (Geographic Positioning System) : pour la localisation exacte de la
position géographique de chaque point de mesure. Il est indispensable pour repérer les
points de l’environnement où il y’a des problèmes radios.
Un dongle : Sans ce matériel, on ne peut pas effectuer une mesure car il contient la
« licence » du logiciel à utiliser et qui doit être toujours connecté à l’ordinateur pour
pouvoir lancer le logiciel.
Un ordinateur ou un téléphone portable doté d’un outil spécial : Permettant
l’acquisition, le traitement et l’enregistrement des mesures récupérées du mobile à trace
(paramètres radios) et du récepteur GPS (coordonnées géographiques) dans des fichiers
spéciaux. En visualisant sur l’écran de l’ordinateur les différentes mesures réalisées, il
permet à l’ingénieur de constater l’état du réseau sur place. Pour notre part, nous avons
utilisé et manipulé le logiciel de test Nemo Outdoor et un téléphone doté d’un logiciel
Nemo Handy pour les éventuels tests et drive tests sur les sites 4G en service. Afin de
pouvoir relever les éventuels problèmes du réseau, l’utilisation du logiciel Nemo Analyze
nous a aidé à analyser les données recueillies, de comprendre les causes des anomalies du
réseau par lieu et par site et enfin proposer les optimisations idéales et nécessaires. Les
données sont alors enregistrées par le software avec un format précis sur un fichier appelé
« logs files ». Les figures suivantes présentent les équipements et la connections entre eux
pendant le drive test.
46
Figure 2.07 : Les matériels du Drive test
Figure 2.08 : Connexion des équipements
2.3.7 Mesure des paramètres radio en LTE
Les différents paramètres, tels que les paramètres de puissance et les paramètres inclus dans les
canaux de diffusions d'informations système, décident de la sélection de la cellule. Ils sont
responsables de la sélection de la cellule. Dans un réseau LTE, un UE mesure deux paramètres
sur le signal de référence (RS) : RSRP (Reference Signal Received Power) et RSRQ (Reference
Signal Received Quality). Le signal de référence est similaire au signal pilote dans l’UMTS ou
WiMAX.
47
Puissance reçue de signal de référence (RSRP) 2.3.7.1
Le Reference Signal Received Power est la mesure la plus basique réalisée par la couche
physique du l’UE, permettant d’obtenir une valeur moyenne de la puissance reçue du signal de
référence (RS) émise par la station de base par RE (Resource Element). La mesure s’exprime en
Watt ou en dBm, sa valeur est comprise entre -44dBm et -140dBm [18]. La formule suivante
permet de calculer la RSRP :
[ ] [ ] (2.26)
Avec :
RSSI: Received Signal Strength Indicator
N : Le nombre de Resource Blocks à travers le RSSI mesuré et dépend de la
bande passante.
RSRP Puissance du signal
Excellent
Moyenne
Faible
Mauvais
Tableau 2.08: Tableau des puissances du signal
Qualité de réception de signal (RSRQ) 2.3.7.2
Bien que le RSRP soit une mesure importante, il ne donne aucune information sur la quantité de
la transmission. Le LTE s’appuie alors sur l’indicateur RSRQ, défini comme le rapport entre le
RSRP et le RSSI. Le RSSI représente la puissance totale du signal reçu, cela englobe le signal
transmis, le bruit et les interférences [18]. Elle est calculée à partir de l’expression suivante :
[ ]
(2.27)
N étant le nombre de ressource block.
Mesurer le RSRQ est intéressant particulièrement aux limites des cellules, positions pour
lesquelles des décisions doivent être prises pour accomplir des handovers et changer de cellule
de références. Le RSRQ mesuré varie entre -19,5dB à -3dB par pas de 0.5dB. Elle n’est utile
uniquement lors des communications, c’est-à-dire lors de l’état connecté. [18].
48
RSRQ Qualité du signal
Excellent
Moyenne
Mauvais
Tableau 2.09: Qualité du signal
L’indicateur de l’intensité du signal reçu (RSSI) 2.3.7.3
L’indicateur de l’intensité du signal reçu ou Received Signal Strength Indication est une mesure
de la puissance en réception d'un signal reçu d'une antenne. Son utilité est de fournir une
indication sur l'intensité du signal reçu.
Le RSSI est utilisé dans les réseaux mobiles pour sélectionner une antenne relais parmi plusieurs
possibles ; c’est aussi un des critères utilisés pour préparer et décider le Handover (changement
de cellule radio pour un terminal qui se déplace) en comparant les niveaux des signaux reçus de
l’ancienne et de la nouvelle cellule radio. La mesure des RSSI permet d’améliorer la géo
localisation au sein d’un réseau mobile [20].
RSSI Puissance du signal
Excellent
Moyenne
Faible
Mauvais
Tableau 2.10: Puissance du signal reçu RSSI
Physical Cell ID 2.3.7.4
Le PCI est utilisé pour identifier la cellule. Sa valeur varie entre 0 à 503.
Sa formule mathématique est :
𝐶 (2.28)
Avec :
SSS (Secondary Sychronization Signal) : c’est le signal de synchronisation secondaire
indentifiant le groupe ID de la cellule. On l’appelle aussi Physical Cell Id Group Sa valeur
varie entre 0 à 167.
49
PSS (Primary Sychronization Signal) : c’est le signal de synchronisation primaire qui
identifie les identifiants des cellules. On l’appelle aussi Cell ID. Sa valeur peut être 0, 1 et 2.
Signal to Noise Rate (SINR) 2.3.7.5
Sa formule mathématique est:
(2.29)
Avec:
S : Puissance du signal reçu
I : Puissance moyenne de l’interférence
N : Puissance bruit.
2.3.8 Analyse des problèmes Radio Frequency et méthodes d’optimisation
Les mesures du canal pilote sont primordiales pour évaluer les caractéristiques de la propagation
radio, la réussite des handovers et les sélections de cellules. L’analyse du canal pilote repose sur
la vérification de la couverture de ce dernier et sur le fait de trouver une solution aux différents
problèmes rencontrés pouvant conduire à une médiocre qualité de services. Le but de l’analyse
est de détecter et remédier aux principaux problèmes suivants :
Les problèmes de couverture du réseau.
Les problèmes de pollution entre les pilotes des cellules.
Les problèmes du handover.
Les problèmes de la couverture du réseau 2.3.8.1
Une mauvaise couverture est indiquée par une valeur du RSRP moins de -110dBm en 4G. Ceci
conduit à une détérioration de la qualité de service et des problèmes d’accessibilité au réseau.
Une très faible couverture pourrait être due à la présence d’obstacles proches de l’antenne.
Afin de résoudre ce problème, l’opérateur doit augmenter la puissance des cellules voisines de la
zone male couverte ou ajuster les tilts et azimuts des antennes. Si le problème persiste une
intégration d’un nouveau site peut s’avérer nécessaire pour améliorer la couverture.
50
a.Absence de pilote primaire
Un tel problème existe lorsque dans une zone donnée il n’y a pas de pilote principale. Dans ce
cas la cellule dominante change fréquemment et le mobile a tendance à faire beaucoup de
handover, de sorte que le rendement du système est réduit et la probabilité de coupure d'appels
augmente. Dans ce cas, on peut améliorer la couverture par des signaux forts dans les cellules les
plus proches en agissant sur le tilt et azimut des antennes.
b. Couverture débordante (couverture cross-cell ou over-shoot)
Ce phénomène se produit lorsque la zone de couverture de certains eNodeB se trouve au-delà de
la fourchette prévue. C’est le cas par exemple, si les eNodeB sont à une hauteur beaucoup plus
élevée que la hauteur moyenne des bâtiments adjacents dans ce cas leurs portées vont atteindre
des zones plus lointaines. Pour résoudre ce problème, on peut diminuer le tilt des antennes pour
rétrécir la zone couverte par la cellule débordante. On peut aussi diminuer la puissance de
transmission à condition que cela ne provoque pas une faible couverture dans une autre zone.
Les problèmes relatifs au phénomène de « pilot pollution ». 2.3.8.2
Ceci apparait lorsqu’en un point donné le mobile détecte plusieurs pilotes mais aucun d’entre
eux n’est dominant sur les autres.
Parmi les causes on trouve :
Une mauvaise distribution des cellules : En raison de la restriction de l’emplacement et la
complexité de l’environnement géographique, la distribution de cellules peut être incorrecte.
Cela provoque une faible couverture de certaines zones et la couverture par plusieurs pilotes
dans une même zone.
Mauvaise hauteur de l’antenne : Si une eNodeB est construite dans une position plus élevée
par rapport aux bâtiments voisins, la plupart des régions voisines seront en visibilité directe
avec l’eNodeB. Par conséquent, ses signaux seront largement transmis et atteindrons ces
régions. Ceci cause le pilote pollution.
Mauvaise configuration de tilt et d’azimut : Si les tilts et l’azimut des antennes sont mal
ajustés, alors il y aura plus d’interférence entrainant le pilot pollution.
51
Conflit MODULO 3 : Si PCI MODULO 3 de la cellule serveuse et ses cellules voisines est
le même, Il causera les conflits MOD3 et un mauvais SINR. Dans ce cas, pour remédier à ce
problème, on doit changer la configuration des PCI.
Le pilot pollution a un impact sur les performances du réseau. Il provoque l’augmentation de
l’interférence, ce qui diminue le rapport signal sur bruit. Ainsi le taux d’erreur augmente ce qui
influe sur la qualité du réseau. Il peut entrainer également une Coupure d’appel puisque
l’absence du pilote primaire provoque une suite d’opération du handover dans une courte durée.
Cela peut causer des coupures d’appel.
Pour résoudre le problème du pilot pollution, on peut procéder par diverses approches :
Ajustement de l’antenne : Cela consiste à un changement des paramètres de directions de
l’antenne. Notamment, le tilt et l’azimut. Ceci change la distribution des signaux pilotes
dans une région donnée. Si on veut renforcer un pilote d’une antenne par rapport aux autres
pour qu’il devienne dominant sur une zone, il suffit d’ajuster son tilt et azimut vers cette
zone et ceux des autres antennes vers d’autres directions. Toutefois cette modification est
limitée par d’autres contraintes afin de ne pas tomber sur d’autres problèmes de couverture
comme l’over-shoot.
Réglage de la puissance : Une méthode directe pour résoudre le problème de pilot pollution
consiste à former un pilote primaire en augmentant sa puissance d’une part et en diminuant
la puissance des autres cellules d’autre part.
Les problèmes de mobilité 2.3.8.3
Durant l’opération de l’optimisation RF, les problèmes du handover concernent principalement
l’optimisation des cellules voisines.
Les problèmes pouvant être rencontrés sont :
Manque de relation de voisinage : Ce problème arrive dans le cas où un mobile détecte, en
se déplaçant, une cellule avec un niveau de puissance meilleur que celui des cellules qui
figurent dans ses listes « serving cell en 4G », dans ce cas aucune opération de handover ne
sera initiée, ce qui pourrait conduire à des coupures d’appels.
Retard du handover : le processus du handover doit être déclenché lorsque la qualité de la
cellule servante commence à se dégrader. Le retard dans cette opération pourrait engendrer
une coupure de service. Pour résoudre ce problème, on doit accélérer le handover vers une
cellule voisine qui présente une bonne qualité.
52
Échec d’exécution : Dans le cas du Hard Handover ou le Handover inter-RAT, l’échec peut
provenir d’une anomalie au niveau du réseau coeur. Pour détecter la source du problème on
doit suivre les messages de signalisation échangés entre l’UE et le réseau par un traçage
d’appel.
2.4 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons fait des études théoriques sur les différentes étapes du cycle de
planification et d’optimisation d’un réseau LTE. Nous avons vu les deux méthodes de processus
d’optimisation telles que l’analyse des KPIs et le drive test. Des connaissances que nous avons
acquises dans ce chapitre seront utilisées dans le chapitre qui suive.
Comme notre travail est basé par l’optimisation avec le drive test. Le troisième chapitre de ce
mémoire se focalise sur une étude pratique de l’optimisation du réseau LTE sur la zone
Vontovorona.
53
CHAPITRE 3
OPTIMSATION DU RESEAU LTE : ETUDE DE CAS DE VONTOVORONA
3.1 Introduction
Nous avons vu dans le chapitre précédent le processus de planification ainsi que les étapes à
suivre pour pouvoir optimiser un réseau.
Dans ce chapitre, on abordera le côté le plus pratique du mon stage. Il s’agit en effet de la
collecte des données par drive test et puis l’analyse des logs files sur un logiciel dédié. Pour
optimiser un réseau, nous avons besoin d’un drive test pour connaître le niveau de la couverture
et la qualité du signal des sites existants qui sont encore faibles, ainsi que le débit du service
data. Nous allons maintenant traiter un cas réel, nous avons alors effectué un drive test du réseau
LTE sur Vontovorona. Tout d’abord, nous verrons les différents outils utilisés puis les résultats
pratiques cueillis avant optimisation. Ensuite, nous procéderons à l’analyse de ces « log files »
avec le logiciel « Nemo Analyze ». Après avoir fait l’analyse des résultats, des recommandations
seront proposées par rapport aux différents problèmes rencontrés. Enfin, nous présenterons les
résultats obtenus après optimisation. Pour des raisons de confidentialité, les identifiants et
quelques paramètres des sites ne seront pas dévoilés dans ce rapport.
3.2 Présentation des logiciels
3.2.1 Le logiciel Nemo Outdoor et Nemo HANDY
Nemo Outdoor et Nemo HANDY sont les logiciels que nous avons utilisés pendant notre drive
test. Ce sont des outils de mesure de réseau radio qui offrent une solution complète de test de
lecteur pour le test du réseau sans fil et du réseau mobile, le dépannage et l’optimisation. Ils
supportent les différentes nouvelles technologies telles que le GSM, WCDMA, HSDPA, LTE.
La figure suivante illustre la page d’accueil du logiciel. Nemo HANDY est une application
mobile tandis que Nemo Outdoor est un logiciel à installer sur un ordinateur portable.
54
Figure 3.01 : Interface graphique du logiciel Nemo Outdoor
Figure 3.02 : Nemo HANDY
Dans notre cas, on a mesuré à partir d’un service data le niveau du signal reçu (RSRQ) d’une
station mobile exprimé en dBm, la qualité de couverture (RSRP), le niveau du bruit et
interférence (SINR) exprimé en dB ainsi que la variation de débit en liaison descendant
(THROUGHPUT DOWNLINK)
55
3.2.2 Le post-traitement « Nemo Analyze »
Une fois les données collectées, on passe à la phase de post processing et de l’analyse qui
consiste à analyser les différents logs files pour identifier les problèmes majeurs de
l’environnement radio et proposer les changements adéquats par la suite. Nemo ANALYZE est
l’outil que nous avons utilisé.
Nemo Analyze est un puissant outil de post-traitement et de reporting pour la planification,
l'optimisation et maintenir les réseaux cellulaires. Nemo Analyze sert à faire l’analyse globale de
l'ensemble du réseau dont le but est de résoudre les problèmes et générer des rapports. Certaines
de ses caractéristiques comprennent : Post-traitement des mesures de Nemo Outdoor, Nemo
Commander, Nemo Invex et Nemo Handy. La figure ci-dessous montre l’interface graphique du
logiciel.
Figure 3.03 : Interface graphique de Nemo analyze
3.3 Les résultats pratiques du drive test avant optimisation
3.3.1 Trace route
Il est indispensable de bien définir la route où nous allons effectuer la mesure. La figure ci-
dessous montre notre « DT route » tracé sous Google earth.
56
Figure 3.04 : DT route tracé sous Google earth
3.3.2 Distribution du niveau de signal RSRP
La figure ci-dessous illustre le niveau du signal RSRP sur la zone Vontovorona.
Figure 3.05 : Plot du RSRP lors du DT
57
3.3.3 Distribution de la qualité du signal RSRQ
La figure ci-dessous illustre le niveau du signal RSRQ :
Figure 3.06 : Plot du RSQR obtenu lors du DT
3.3.4 Distribution du rapport signal sur bruit SINR
La figure 3.06 illustre le rapport signal sur bruit de l’UE.
Figure 3.07 : Plot SINR
58
3.3.5 Distribution PCI
Ci-dessous un plot de la couverture par PCI donnée par l’UE pendant le parcours du DT.
Figure 3.08 : Plot des PCI
3.3.6 Distribution du débit en liaison descendant
La figure 3.09 illustre le plot de la variation du débit en liaison descendant dans la zone.
Figure 3.09 : Plot du débit downlink sur la zone
59
Le tableau résume les résultats du drive test effectué et ceci en termes de moyenne de RSRP,
RSRQ, SINR et le débit DL.
Indicateurs de performance Résultats
RSRP -110dBm
RSRQ -8.85dB
SINR 9.36dB
Throughput DL 6 Mbps
Tableau 3.01: Moyenne des résultats obtenus
3.4 Analyse des résultats
La couverture est l’un des paramètres clé de l’optimisation d’un réseau, son optimisation doit
être priorisé par les opérateurs. Pour notre cas, le plot du RSRP sur la figure 3.05 nous dévoile
que la couverture sur Vontovorona est mauvaise (51.21% du plot est inférieure à -110 dBm), on
voit même des zones qui ne sont pas du tout couvertes. Le RSRP est en moyenne égale à -110
dBm. La figure 3.08 nous montre la couverture par PCI, on remarque que la plupart (90%) des
zones sont couvertes par un seul secteur du site qu’on a nommé « site 1 ». Ce site 1 est le seul
site 4G le plus près de Vontovorona qui se trouve à Alakamisy comme la figure 3.10 montre.
Figure 3.10 : Emplacement du site 1
60
D’après la figure 3.06, nous pouvons dire que la qualité du signal (RSRQ) est bonne ( -10dB)
en général sauf sur les zones qui souffrent d’une mauvaise couverture.
La figure 3.07 nous montre que le signal sur bruit d’interférence SINR est globalement faible
dont 54.08 % des échantillons sont
Le débit sur la zone Vontovorona est en moyenne 6 Mbps. Par rapport au seuil fixé par
l’opérateur, nous pouvons dire que le débit est faible sur cette zone.
3.5 Solutions proposées
Comme toutes les études des paramètres ont été déjà effectué et nous remarquons que c’est le
secteur B du « site 1 » qui couvre toute la zone. La solution que nous avons proposée est de
changer le tilt mécanique et le tilt électrique de ce secteur pour optimiser ce secteur.
Lorsqu’on modifie le tilt, ça cause toujours un effet sur la propagation de l’onde
électromagnétique. Si on touche le tilt mécanique, il y aura un grand impact sur le « back lobe »
qui va s’interférer et déranger les autres sites, tandis que le tilt électrique minimisera cet impact
et changera tout simplement la direction de l’onde électromagnétique. Avant de faire un
changement, nous avons fait une descente sur terrain pour vérifier quelques paramètres du site 1.
Le tableau 3.02 illustre les paramètres radio actuel de ce site.
Type
antenne
Bande de
fréquence
Site_secteurs SITE1_A SITE1_B SITE1_C
Kathrein
(742272)
1800 MHz
PCI 300 301 302
Tilt électrique 5° 4° 4°
Tilt mécanique 0 5° 2°
Azimut 80° 180° 250°
Tableau 3.02: Paramètres radio du site 1 avant optimisation
Après vérification des paramètres radio du site, nous avons fait un changement du tilt électrique
de 4° à 2° et du tilt mécanique de 5° à 0°. Le tableau ci-dessous montre les paramètres radio du
site après changement du tilt.
Type
antenne
Bande de
fréquence
Site_secteurs SITE1_A SITE1_B SITE1_C
Kathrein
(742272)
1800 MHz
PCI 300 301 302
Tilt électrique 5° 2° 4°
Tilt mécanique 0 0 2°
Azimut 80° 180° 250°
Tableau 3.03: Paramètres radio du site 1 après optimisation
61
3.6 Résultats après optimisation
Après avoir changé les paramètres radio du secteur B, nous avons mené un deuxième drive test
pour voir les améliorations apportés par les actions d’optimisation. Les résultats du DT sont
présentés par les figures suivantes. Dans ce qui suit, la figure à gauche nous montre le résultat
avant optimisation et celle à droite le résultat après optimisation.
3.6.1 Distribution du niveau de signal RSRP
Nous apercevons à la figure 3.11 que les niveaux du RSRP se sont améliorés sur quelques zones.
Figure 3.11 : RSRP après optimisation
3.6.2 Distribution de la qualité de signal RSRQ
Après la réalisation des actions mentionnées précédemment, on constate aussi une nette
amélioration de la qualité du signal comme la figure 3.12 nous montre.
62
Figure 3.12 : RSRQ après optimisation
3.6.3 Distribution du rapport signal sur bruit SINR
La figure ci-dessous illustre le plot du rapport signal sur bruit après changement de tilt. Nous
constatons une amélioration des niveaux du SINR après cette action.
Figure 3.13 : SNIR après optimisation
63
3.6.4 Distribution du PCI
Le plot du PCI après optimisation est illustré sur la figue suivante.
Figure 3.14 : PCI après optimisation.
3.6.5 Distribution du débit en downlink
La figure ci-dessous montre le plot du débit après action.
Figure 3.15 : Débit après optimisation.
64
3.7 Interprétations des résultats après optimisation
L’analyse de ces figures ci-dessous nous a permis de constater qu’il y a une nette amélioration de
tous les KPIs après optimisation du secteur B du site 1 mais il y a encore des zones dont les KPIs
sont encore dégradés. Or notre objectif est d’avoir un niveau de couverture, une qualité de signal
et un débit optimal sur la zone Vontovorona. Afin d’atteindre notre objectif, il est alors
nécessaire de déployer un nouveau site.
3.8 Calcul du nombre de sites à déployer
Pour faciliter la tâche, nous avons développé une application sous Matlab qui sert à connaître le
nombre d’eNodeB nécessaire pour servir la zone de déploiement. Il suffit d’entrer les paramètres
correspondant à chaque variable pour obtenir le nombre exact de station de base.
La figure 3.17 présente l’interface d’accueil de notre application.
Figure 3.16 : Interface principale de l’application sous Matlab
Le bouton « entrée » nous donne l’interface bilan de liaison radio.
3.8.2 Calcul des MAPL downlink et uplink
Il suffit d’introduire les valeurs des paramètres liés à l’interface « Bilan de liaison » afin de
calculer les MAPL downlink et uplink,
65
Figure 3.17 : Paramètres de bilan de liaison
Après avoir saisi les valeurs des paramètres entrant du bilan de liaison, nous allons dans
l’interface suivante afin de calculer les MAPL. Il suffit d’appuyer sur le bouton « calculer » pour
avoir le résultat, comme la figure 3.19 montre :
Figure 3.18 : Interface calculant les MAPL
3.8.3 Calcul du nombre d’eNodeB nécessaire
L’interface sur la figure ci-dessous nous permet de calculer le nombre d’eNodeB nécessaire pour
la couverture. Après avoir calculé les MAPL, nous opterons ensuite le modèle de propagation
66
qui dépend du type d’environnement et de la fréquence à utiliser, ainsi que la hauteur de
l’eNodeB et du mobile. Comme notre intervention se fera dans la bande de fréquence 1800Mhz,
nous avons donc choisi le modèle de propagation Cost231-Hata. Le type d’environnement choisi
est la zone suburbaine.
En cliquant sur le bouton « valider », on obtient les sorties précisant le rayon de cellule et le
nombre d'eNodeB pour les deux liens montant et descendant comme précisé dans la figure 3.20:
Figure 3.19 : Nombre d’eNodeB pour le dimensionnement par couverture
Ainsi, un (1) station de base a été identifiée pour combler les besoins en termes de couverture de
la zone Vontovorona.
Le nombre d’eNodeB final sera le nombre maximal d’eNodeB entre le dimensionnement par
couverture et par capacité. Or, le nombre d'abonnés est une estimation, basée sur des études
marketing, donnée par l'opérateur au fournisseur chargé de faire les calculs du dimensionnement.
Pour ce faire, nous avons estimé le nombre d'abonnés aux alentours de 9000. Il en résulte les
valeurs représentées sur la figure 3.20 :
67
Figure 3.20 : Nombre d’eNodeB pour le dimensionnement par capacité
Le nombre de sites requis pour la zone de déploiement peut être déterminer à partir du nombre
d’eNodeB nécessaire pour le dimensionnement orienté couverture et orienté capacité.
En appuyant sur le bouton « suivant », on obtient l’interface calculant le nombre d’eNodeB final.
Il suffit ensuite de cliquer sur « valider » pour obtenir le résultat, comme la figure 3.21 illustre.
Figure 3.21 : Nombre d’eNodeB final nécessaire pour la zone de déploiement
68
3.9 Emplacement du site
D’après la figure ci-dessus, il est donc nécessaire de mettre en place un seul site pour combler les
besoins en termes de couverture et capacité sur la zone de déploiement. Or, la mise en place d’un
nouveau site demande un gros investissement de la part de l’opérateur, c’est pourquoi il est
préférable de resservir les sites existants. Comme l’opérateur Telma possède déjà un site 2G et
3G sur le mont de Vontovorona, nous allons donc intégrer notre site 4G sur ce dernier.
3.10 Conclusion
Dans cette partie nous avons vu les résultats du drive test sur la zone Vontovorona avant et après
optimisation. La méthode utiliser pour l’optimisation était le changement du tilt électrique et tilt
mécanique sur le secteur B du « site 1 ». Cette action nous a permis d’avoir une nette
amélioration du réseau LTE sur la zone mais notre but était d’avoir une couverture, une qualité
de signal et un débit optimal dans toutes les zones aux alentours de Vontovorona. Pour cela, il est
nécessaire de mettre en place un nouveau site d’après l’étude théorique en partant du bilan de
liaison effectué à partir d’un outil que nous avons développé sous Matlab afin d’obtenir le
nombre de sites à déployer.
69
CHAPITRE 4
SIMULATION DES RESULTATS DU DRIVE TEST SOUS ATOLL
4.1 Introduction
Ce dernier chapitre est consacré à la simulation et a pour objectif de voir les différentes
prédictions sous le logiciel Atoll avant et après optimisation. Il est divisé en 3 parties, nous
présenterons tout d’abord notre logiciel de simulation Atoll. Ensuite, nous allons faire une
simulation pour voir l’état du réseau LTE sur la zone après changement de tilt avec les
différentes prédictions. Enfin, une simulation sera effectuée après la mise en place du nouveau
site.
4.2 Le logiciel Atoll
Atoll est l’outil de simulation que nous avons choisi pour voir la prédiction de la couverture
radio après les actions d’amélioration. Atoll est un logiciel professionnel à destination des
opérateurs mobiles commercialisé par la société Forsk. C’est une plateforme multi-technologie
de design et d’optimisation de réseau sans fil, qui appuie les opérateurs mobiles dans tout le
cycle de vie de réseau, du design initial à la densification et optimisation.
Parmi ses caractéristiques :
Options avancées de conception de réseau : performance de calcul, support de réseaux en
couches, planification automatique de codes/fréquences, support de différentes
technologies d’accès et support de réseau multi-technologies (GSM, UMTS, LTE,
WiMAX).
Architecture flexible et ouverte : support des formats standard de fichiers et de base de
données d’autres logiciels ;
Atoll est constitué d’un noyau principal et de modules optionnels comme le module
UMTTS, le module de calibration de modèles de propagation.
Atoll permet de faire une prédiction de couverture radio selon les conditions choisis par
l’utilisateur comme le modèle de propagation, l’emplacement des sites et les différentes
configurations des émetteurs.
70
4.3 Etape de planification sous Atoll
4.3.1 Création d’un nouveau projet
Après lancement de l’outil Atoll, une fenêtre s’affiche pour charger les différents modules.
Figure 4.01 : Lancement de l’outil Atoll
Ensuite, l’interface de démarrage de l’outil s’affiche comme la figure suivante montre :
Figure 4.02 : Interface de démarrage d’Atoll
Pour créer un projet les étapes seront les suivantes :
Fichier puis Nouveau puis A partir d’un modèle de document. Pour notre projet, nous
choisissons la technologie LTE.
71
Figure 4.03 : Choix du modèle de projet
4.3.2 Choix de système de coordonées
Une fois notre technologie est choisie, nous configurons ensuite le système de coordonnées.
Dans ce cas, nous avons pris le système géographique WGS 84 qui est un standard international.
Il consiste à repérer un point sur terre par sa longitude et sa latitude.
Figure 4.04 : Système de projection de Madagascar
4.3.3 Importation de la carte de la zone géographique à étudier
Pour introduire une carte géographique sous Atoll, il faut aller dans « fichier » puis « importer ».
72
Figure 4.05 : Importation de la carte
La figure 4.06 montre la carte d’Antananarivo contenant la zone Vontovorona une fois importé.
Figure 4.06 : Carte importée
4.3.4 Zone de déploiement
Après avoir importé la carte d’Antananarivo, on doit ensuite spécifier la zone de déploiement.
Pour cette étude, nous avons choisi une zone aux alentours de Vontovorona et la zone où se
place le « site 1 » comme le montre la figure 4.07 (zone entourée du polygone en blanc).
73
Figure 4.07 : La zone de déploiement sur Google earth
En traçant la zone sous Atoll, on peut avoir la figure 4.08 suivante.
Figure 4.08 : La zone de déploiement sur Atoll
74
Nous essayons d’assurer une couverture totale de cette région et de maintenir d’une bonne
qualité de service. Donc nous limitons la zone en forme hexagonale par :
Computation zone (en rouge) : utilisé pour définir la surface dans laquelle Atoll prend
en considération les émetteurs activent.
Focus zone (en vert) : c’est la zone exacte à planifier, dans laquelle Atoll génère ses
rapports et statistiques.
4.3.5 Prédictions
Une fois les configurations du site terminées, nous procèderons aux différents types de
prédictions afin de déterminer si les attentes en termes de couverture, de débit et de qualité du
réseau LTE ont été satisfaites.
Dans ce cas, trois critères de qualité du réseau qui sont : le niveau de signal en downlink, le débit
en downlink ainsi que le niveau de (C/I+N).
4.4 Simulation de l’état du réseau après changement de tilt
Dans ce paragraphe, nous allons voir les différentes prédictions après le changement des tilts en
prenant en compte les différents paramètres actuels du « site 1 ».
4.4.1 Emplacement du site
La figure suivante illustre l’emplacement actuel du site 1.
Figure 4.09 : Emplacement du site 1
75
4.4.2 Configuration du site
Nous avons vu les paramètres du site 1 dans le tableau 3.03. Nous allons entrer ces paramètres
dans l’onglet « émetteur » sous Atoll.
Figure 4.10 : Paramètre du transmetteur site1_B
4.4.3 Prédictions
Simulation suivant le niveau de signal 4.4.3.1
Le niveau du signal représente un paramètre important pour la planification d’un réseau
cellulaire, il doit être maximisé le plus possible. Et devra rester supérieur aux sensibilités des
mobiles sur toute la zone de déploiement, pour que le récepteur soit en mesure de garder le lien
radio.
Le tableau ci-dessous donne la couleur associée à chaque niveau du signal :
76
Couleur Niveau de signal
Verte Supérieur à -80dBm
Jaune Entre -85dBm à – 95dBm
Orange Entre -95dBm à -105dBm
Rouge Inférieur à -110dBm
Tableau 4.01: Couleur associé à chaque niveau de signal
Après modification des paramètres (tilt électrique et tilt mécanique), nous avons abouti au
résultat suivant :
Figure 4.11 : Couverture par niveau de signal en downlink après changement de tilt
77
Figure 4.12 : Histogramme du niveau de signal en downlink
Simulation suivant la qualité SINR 4.4.3.2
Le niveau de C/I+N (rapport signal sur bruit plus interférence) doit être supérieur au seuil de -
12dB pour permettre une communication de qualité acceptable. Le tableau ci-dessous représente
la couleur en fonction du niveau de SINR dans la zone.
Couleur Niveau de signal
Verte Supérieur à 21dB
Jaune Entre 21dB à 10dB
Rouge Inférieur à 10dB
Tableau 4.02: Couleur associé à chaque niveau de SINR
Nous apercevons le niveau de rapport signal sur bruit plus interférence (C+I/N) sur la figure 4.13
ci-dessous.
78
Figure 4.13 : Couverture selon le SINR DL
Figure 4.14 : Histogramme de la couverture par niveau de (C/I+N)
79
Simulation suivant le débit DL 4.4.3.3
La figure 4.15 montre un aperçu de la répartition des débits dans la zone Vontovorona.
Figure 4.15 : Couverture du débit en downlink
Figure 4.16 : Histogramme du débit en downlink
80
4.5 Simulation après mise en service du nouveau site
Nous allons maintenant voir les différentes prédictions après la mise en place du nouveau site.
Cela en termes de niveau de signal, la qualité de signal et le débit.
4.5.1 Emplacement du site
Le nouveau site à déployer sera intégré avec le site existant sur le mont de Vontovorona. La
figure ci-dessous montre son emplacement.
Figure 4.17 : Emplacement du nouveau site
4.5.2 Configuration du site
Les cellules de chaque site ont été configurées en fonction des donnés du bilan de liaison. Par
contre, il faut faire des choix sur les équipements et certaines paramétrages, tels que :
Le type d’antenne
Il est important de prendre en compte le type d’antenne à déployer. On distingue les antennes
sectorielles et les antennes omnidirectionnelles. Les premières sont utilisées pour couvrir un
secteur donné tandis que les secondes rayonnent dans tous les sens et couvrent toute une zone
donnée. En général les opérateurs orientent leurs choix d’antenne pour du tri-sectoriel qui permet
des portées plus importantes et une très bonne directivité.
Le type d’antenne que nous allons utiliser est tri-sectoriel : 1800MHz, 17dBi, 2 tilts.
Le modèle de propagation : Il est indispensable d’une part de choisir un modèle de
propagation adapté à la zone à couvrir. Le modèle de Cost Hata, suburbain est adapté à
notre cas.
81
L’attribution des PCI : Nous avons configuré manuellement le PCI de chaque cellule.
L’attribution des fréquences : Les fréquences ont été attribuées automatiquement par le
logiciel Atoll.
4.5.3 Prédictions
Nous allons réaliser la même prédiction pour le site 1 en service en ajoutant les mêmes
paramètres et en intégrant le nouveau site.
Couverture par émetteur 4.5.3.1
Cette prédiction nous donne des informations directes sur les champs de chaque antenne. Nous
pouvons alors voir les zones de chevauchement des antennes, puis les réduire afin de minimiser
l’interférence.
Figure 4.18 : Couverture par émetteur
82
Nous pouvons constater sur la figure 4.18 que le nouveau site couvre bien toutes les zones aux
alentours de Vontovorona.
Couverture par niveau de signal en downlink 4.5.3.2
Le niveau de signal après la mise en place du nouveau site est illustré par la figure 4.19 suivante.
Figure 4.19 : Couverture par niveau de signal DL après mise en service du site Vontovorona
Figure 4.20 : Histogramme du niveau de signal DL après mise en service du site Vontovorona
83
Couverture par qualité de signal SINR 4.5.3.3
Après mis en place du nouveau site, nous avons obtenu le résultat suivant.
Figure 4.21 : Niveau du SINR après mise en place du nouveau site
Figure 4.22 : Histogramme du SINR après mise en place nouveau site
84
Couverture par débit en downlink 4.5.3.4
La figure 4.23 illustre la variation du débit dans la zone après la mise en place du nouveau site.
Figure 4.23 : Débit DL après mise en place nouveau site
Figure 4.24 : Histogramme du débit DL après mise en place nouveau site
85
4.6 Résultats
Grâce à la l’intégration du nouveau site, nous apercevons que la couverture du réseau a bien été
améliorée. Toutes les parties sont couvertes par le réseau. Les niveaux de C /I+N sont dans la totalité
supérieurs à 10dB. Les débits se sont améliorés presque dans toutes les zones.
4.7 Conclusion
A travers ce chapitre, nous avons simulé avec le logiciel Atoll l’état du réseau LTE sur la zone
Vontovorona après changement des paramètres du site 1. Nous avons effectué plusieurs
prédictions de couvertures selon plusieurs critères comme la partie couverte par les antennes, le
niveau du signal en liaison descendant, le SINR et le débit en liaison descendant dans tout point
de la zone. Les prédictions ont montré qu’après la mise en service du nouveau site, la zone s’est
bien couverte par le réseau de plus le SINR et le débit se sont améliorés.
86
CONCLUSION GENERALE
L’un des soucis majeurs des opérateurs est de garantir la qualité de service à leurs clients, tout en
minimisant les coûts sur les différentes infrastructures. D’où la nécessité de l’optimisation du
réseau, qui vise à améliorer les performances avec les ressources existantes. L’objectif de ce
mémoire est de faire une optimisation du réseau LTE en se basant sur le drive test.
Pour ce faire, nous avons commencé par faire une description générale de la norme LTE en
détaillant son architecture et ses caractéristiques.
La deuxième partie de notre travail a été consacré sur l’étude théorique du processus de
planification et optimisation du réseau LTE.
Ensuite, le troisième chapitre a détaillé une étude de cas réel dont nous avons présenté les
résultats des drive tests avant et après optimisation du réseau LTE sur la zone Vontovorona. Les
drive tests ont été effectué sur une zone bien définie et nous avons utilisé un smartphone doté
d’un logiciel appelé « Nemo Handy » pour collecter les données puis le logiciel « Nemo
Analyze » nous a permis de faire l’analyse des données obtenues après drive tests afin que nous
puissions proposer les solutions possibles pour résoudre les problèmes.
Enfin, le dernier chapitre de ce mémoire se consacrait sur la simulation avec le logiciel Atoll.
Le logiciel Atoll nous a permis de simuler l’état du réseau après changements des paramètres du
site 1. Il nous aide aussi à simuler la couverture sur la zone de déploiement après la mise en
place du nouveau site. Ainsi avec les différents types de prédictions, on pouvait constater si les
attentes en termes de couverture, de qualité et de débit du réseau LTE étaient bien respectées ou
si on a besoin d’optimiser les paramètres pour avoir une meilleure performance radio.
Notre étude a été faite sur Vontovorona pour permettre aux habitants et surtout aux étudiants
d’avoir un débit plus élevé lorsqu’ils utilisent l’internet. La mise en place d’un nouveau site
permet aussi à l’opérateur Telma de prévoir déjà l’augmentation du nombre d’abonnés sur la
zone dans quelques années.
Ainsi, ce stage m’a appris beaucoup de choses relatives au monde des télécommunications et
précisément la partie radio. Il m’a permis d’approfondir mes connaissances théoriques et
d’acquérir de nouvelles connaissances techniques relatives à l’ingénierie de l’optimisation radio.
87
ANNEXE 1
CARACTERISITQUES D’UN SITE RADIO
Un site radio est un emplacement sur lequel un opérateur a installé du matériel de
télécommunication afin de constituer une maille de son réseau lui permettant d’acheminer les
communications de ses abonnés. Les sites radio constituent des émetteurs-récepteurs, aussi
appelés stations radio, ou stations de base qui servent d’intermédiaire entre le téléphone mobile
et les équipements de l’opérateur, notamment le réseau cœur qui regroupe l’ensemble des
éléments de gestion des mobiles et d’acheminement des communications [21].
Figure A1.01 : Composants de site radio vue général
Un site radio est un espace de surface variable où est implanté le sous-système radio. Ce sous -
système radio comprend :
88
A1.1. L’abri
C’est le local abritant les équipements GSM, il peut être un shelter ou un bâtiment en brique. Il
est réalisé de façon à minimiser la température dans l’enceinte où sont installés les équipements.
Il contient un système de climatisation qui permet de maintenir les équipements à une
température minimale afin d’assurer leur bon fonctionnement.
A1.2. Le pylône
Le pylône est un support permettant de fixer les antennes et les paraboles, En effet,on distingue
plusieurs types de pylône, en voici quelques exemples :
Les pylônes haubanés, sont surtout utilisés dans les zones interurbaines à cause du grand
espace qu’ils occupent.
Les pylônes autostables (cornières ou tubulaires), ce type de pylône est préféré dans
les villes où dans les zones à forte densité.
Il est à noter également l’utilisation des mats dans les zones fortement urbaines précisément sur
le toit des immeubles. La hauteur des pylônes est fixée en fonction de certains paramètres :
l’altitude du site, la hauteur du pylône de rattachement, le niveau et la qualité du signal définit
dans le cahier des charges.
A1.3. Les antennes
Les antennes sont des dispositifs utilisés pour rayonner le champ électromagnétique dans
l’espace ou pour capter les ondes émises par les mobiles. C’est l’un des éléments de base du
système de transmission, permettant de coupler l’énergie électromagnétique avec un équipement
d’émission/réception. Par contre, les antennes sont des éléments passifs parce qu’elles
n’amplifient pas le signal reçu des mobiles. Elles sont caractérisées par son tilt électrique, tilt
mécanique azimut et sa hauteur d’emplacement.
Figure A1.02 : Les antennes par secteur
89
A1.3.1. Caractéristiques des antennes
a. Fréquence d’utilisation
La caractéristique la plus importante d'une antenne, est la bande de fréquences supportée ; c'est-
à- dire les fréquences que l'antenne pourra émettre et recevoir. En fonction du modèle, les
antennes peuvent opérer simultanément sur plusieurs bandes de fréquences ou sur une seule,
toutes les combinaisons sont possibles.
b. Directivité
Fixées sur un pylône selon des directions et azimuts des sites bien définis, plusieurs types
d’antennes sont utilisés pour les stations de base. On peut distinguer deux grands types
d’antennes selon leurs directivités :
Les antennes omni directionnelles : Elles rayonnent dans toutes les directions de la même
façon et principalement destinées à la couverture des zones rurales. Ces antennes omni
directionnelles sont assez peu répandues, de nos jours.
Figure A1.03 : Diagramme de rayonnement d’une antenne omni directionnelle
Les antennes directionnelles (sectorielles) : En forme de panneaux, elles assurent la couverture
des zones urbaines et semi rurales. Elles sont orientées dans une direction donnée pour une
bonne couverture de cette zone. Comme les antennes directionnelles n’émettent seulement que
dans la direction dans laquelle elles sont orientées, cela permet donc de limiter le champ de
90
propagation d’une fréquence pour pouvoir ainsi de la réutiliser à une distance proche, sans risque
de brouillage. Les relais sont souvent composés de trois antennes-panneaux orientées à environ
120° l’une de l’autre, de manière à couvrir sur 360°.
Figure A1.04 : Diagramme de rayonnement d’une antenne directionnelle
c.Azimut
C’est l’orientation horizontale de la face avant de l'antenne. Un réglage fin est nécessaire pour
améliorer la qualité radio. L’azimut est un angle qui se compte en degrés, positivement dans le
sens horaire, en partant du nord (0°). De cette façon, l’azimut 90° correspond à l’est, l’azimut
180° au sud, etc…
Figure A1.05 : Représentation des azimuts
91
d.Tilt
Le tilt est l’angle d'inclinaison (en degrés) de l'azimut du lobe principal de l'antenne dans le plan
vertical. Tout comme l’azimut, le tilt est laissé à la discrétion des installateurs d’antennes qui les
orientent selon les recommandations de l’opérateur. Le diagramme de rayonnement d'une
antenne avec un tilt positif sera dirigé vers le haut, alors qu’un tilt négatif fera pointer l’antenne
vers le bas.
On distingue deux types de tilt :
Tilt mécanique : C’est l’orientation physique de l’antenne par rapport au plan horizontal.
Changer le tilt mécanique c’est varier l’angle entre l’antenne et son support par
l’intermédiaire de ce qu’on appelle « down-tilt ».
Figure A1.06 : Tilt mécanique
Tilt électrique : la modification au niveau du tilt électrique s’applique à l’intérieur de
l’antenne. C’est un réglage d’environ 2 à 10°, en tournant une partie mécanique à
l’arrière de l’antenne qui joue sur le déphasage des signaux dans les différents dipôles
constituant l’antenne.
Figure A1.07 : Tilte électrique
92
A1.5. La station de base ou RBS.
La station de base contient tous les émetteurs-récepteurs appelés TRX reliés à la cellule et dont
la fonction est de transmettre et recevoir des informations sur le canal radio. C’est un rack qui
contient toutes les parties commandant chaque unité pour s’assurer la continuité de la
communication et de la transmission. C’est donc un élément de base car elle gère tout dans un
site radio et assure la liaison entre l’eNodeB et le réseau cœur. Cette module s’appelle Digital
Unit Standards ou DUS, c’est là où tout est connecté. Comme la liaison venant de la liaison
Faisceau Hertzien, les fibres optiques qui relient les RBS et les RRU, les alimentations des RRU,
etc…
Figure A1.08 : Radio Base Station (RBS)
A1.6. Radio Remote Control (RRU)
Le RRU est un bloc qui permet de transformer un signal analogique en signal numérique et
inversement lors de la transmission venant de l’utilisateur du réseau mobile. Il se place entre
l’antenne et le RBS. Pour l’émission du signal, il possède une puissance pour pouvoir émettre ce
signal (40W ou 46dBm pour un macro cellule).
Figure A1.09: Radio Remote Control
93
A1.7. Câbles coaxiaux
Les câbles coaxiaux ou feeder sont utilisés pour reliés la station de base aux antennes, ils peuvent
atteindre jusqu’à une cinquantaine ou centaine de mètres de longueur pour parcours la distance
entre le RBS et les antennes.
Ces câbles sont blindés et parfaitement isolés, de manière à n’introduire aucun parasite entre
l’antenne et la station de base, mais surtout pour éviter les pertes. Les câbles utilisés apportent
une atténuation d’environ 2dB pour 100 mètres, ils ont très souvent un diamètre de 7/8 pouce
(environ 2,2 cm) et sont constitués de deux couches de cuivres, une au cœur et une autre vers
l’extérieur, séparées par un isolant plastique.
A1.8. Etiquetage
L'étiquetage est un point important qu'il faille suivre de près. Il contribue à la qualité radio. UN
étiquetage incorrect ou insuffisant peut cause de graves problèmes qui ont un impact sur le
réseau et notamment sur les croisements de secteurs. L'incohérence des étiquettes ou le manque
d'étiquetage cause des retards importants à la maintenance, l'optimisation et à la recherche des
défauts. Pour éviter ça, la procédure d'étiquetage doit être suivie du tout début de l'installation du
site jusqu'à sa mort.
94
ANNEXE 2
REPARTITION DE LA BANDE DE FREQUENCE EN LTE
E-
UTRAN
Downlink (DL) Channel
Numbers
Uplink (UL) Channel
Numbers
Band
1 2100 2170 0-599 1920 1980 13000-13599
2 1930 1900 600-1199 1850 1910 13600-14199
3 1805 1880 1200-1949 1710 1785 14200-14949
4 2110 2155 1950-2399 1710 1755 14950-15399
5 869 894 2400-2649 824 849 15400-15649
6 875 885 2650-2749 830 840 15650-15749
7 2620 2690 2750-3449 2500 2570 15750-16449
8 925 960 3450-3799 880 915 16450-16799
9 1844.9 1879.9 3800-4149 1749.9 1784.9 16800-17149
10 2110 2170 4150-4749 1710 1770 17150-17999
11 1475.9 1500.9 4750-4999 1427.9 1452.9 17750-17999
12 728 746 5000-5179 698 716 18000-18179
13 746 756 5180-5279 777 787 18180-18279
14 758 768 5280-5379 788 798 18280-18379
Tableau A2.01 : Les bandes de fréquence pour le duplexage FDD [28]
95
E-
UTRAN
Downlink (DL) Channel
Numbers
Uplink (UL) Channel
Numbers
Band
33 1900 1920 26000-26199 1900 1920 26000-26199
34 2010 2025 26200-26349 2010 2025 26200-26349
35 1850 1910 26350-26949 1850 1910 26350-26949
36 1930 1990 26950-27549 1930 1990 26950-27749
37 1910 1930 27550-28249 1910 1930 27550-27749
38 2570 2620 27750-28249 2570 2620 27750-28249
39 1880 1920 28250-28649 1880 1920 28250-28649
40 2300 2400 28650-29649 2300 2400 28650-29649
Tableau A2.02 : Les bandes de fréquence pour le duplexage TDD [28]
96
ANNEXE 3
EXTRAITS DE CODE SOURCE MATLAB
%------------------Calcul du bilan de liaison--------------------% function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) %------------------RLB UPLINK-------------------- PtmaxUL=str2double(get(handles.edit1,'String'));%puissance émission max NprbUL=str2double(get(handles.edit2,'String')); % NB de RB BLtxUL=str2double(get(handles.edit3,'String')); % perte type de signal
émetteur PLUL=str2double(get(handles.edit4,'String')); % perte de pénetration GtxUL=str2double(get(handles.edit5,'String')); % Gain de l'émetteur LtxUL=str2double(get(handles.edit6,'String')); % perte émetteur BLrxUL=str2double(get(handles.edit7,'String'));% perte type de signal
récepteur IMUL=str2double(get(handles.edit8,'String')); % Marge d'interférence SMUL=str2double(get(handles.edit9,'String')); % Marge de shadowing NrxUL=str2double(get(handles.edit10,'String')); % facteur de bruit GrxUL=str2double(get(handles.edit11,'String')); % Gain du récepteur LrxUL=str2double(get(handles.edit12,'String')); % perte au niveau récepteur SINRUL=str2double(get(handles.edit13,'String')); % SINR
%------------------RLB DOWNLINK-------------------- PLDL=str2double(get(handles.edit14,'String')); % perte de pénetration GtxDL=str2double(get(handles.edit15,'String')); % Gain de l'émetteur LtxDL=str2double(get(handles.edit16,'String')); % perte émetteur IMDL=str2double(get(handles.edit17,'String')); % Marge d'interférence GrxDL=str2double(get(handles.edit18,'String')); % Gain du récepteur PtmaxDL=str2double(get(handles.edit19,'String'));%puissance émission max NprbDL=str2double(get(handles.edit20,'String')); % NB de RB BLtxDL=str2double(get(handles.edit21,'String')); % perte type de signal
émetteur BLrxDL=str2double(get(handles.edit22,'String'));% perte type de signal
récepteur SMDL=str2double(get(handles.edit23,'String')); % Marge de shadowing NrxDL=str2double(get(handles.edit24,'String')); % facteur de bruit LrxDL=str2double(get(handles.edit25,'String')); % perte au niveau récepteur SINRDL=str2double(get(handles.edit26,'String')); % SINR
NspDL=12*NprbDL; PtxDL=PtmaxDL-10*log10(NspDL); PIREDL=PtxDL+GtxDL-LtxDL-BLtxDL; lossesDL=PLDL+LrxDL+BLrxDL; SensRXDL=SINRDL+NrxDL-174+10*log10(15000); MarginsDL=IMDL+SMDL;
NspUL=1*NprbUL; PtxUL=PtmaxUL-10*log10(NspUL); PIREUL=PtxUL+GtxUL-LtxUL-BLtxUL; lossesUL=PLUL+LrxUL+BLrxUL; SensRXUL=SINRUL+NrxUL-174+10*log10(15000); MarginsUL=IMUL+SMUL;
97
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98
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99
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Paris, 2008.
[28] M. Shawari, « RF planning and Optimisation for LTE Networks », 2015.
100
FICHE DE RENSEIGNEMENTS
Nom : NY AINA RAKOTO
Prénom : Dominique
Adresse de l’auteur : Logement 1445 67Ha Nord Est
Antananarivo 101- Madagascar
Tél : +261 34 02 532 46 / +261 32 26 532 46
E-mail : [email protected]
Titre du mémoire
ANALYSE ET OPTIMISATION DU RESEAU LTE EN FONCTION DES DONNEES
VIA LE DRIVE TEST.
Nombre de pages : 101
Nombre de tableaux : 18
Nombre de figures : 76
Directeur de mémoire :
Nom : RAKOTOMALALA
Prénoms : Mamy Alain
Grade : Maître de Conférences
Tél : +261331203609
RESUME
Les opérateurs de télécommunications cherchent toujours à satisfaire d’une part leurs clients
d’autre part ils tentent d’acquérir une utilisation optimale des équipements déployés ainsi
l’optimisation des réseaux est devenue indispensable. L'optimisation est un concept d'analyse
très important à laquelle les Ingénieurs Radio des réseaux de télécommunication accordent un
intérêt particulier. Elle assure et garantit, la rentabilité des services proposés aux abonnés. Ce
projet est le fruit d’une étude qui a dans un premier lieu touché les aspects radio du réseau LTE,
avant de poursuivre dans un deuxième lieu par l’étude des procédures d'optimisation au sein de
la société Telma en se focalisant sur les solutions proposées aux problèmes détectés et aussi en
s’adaptant aux différents logiciels nécessaires pour cette démarche. Ensuite et en vue de
compléter mes connaissances théoriques par la pratique, nous avons réalisé une étude de cas
appliquée à une zone de Vontovorona. Au terme de ce travail, une procédure d’optimisation a été
appliquée à la région étudiée.
Mots clés : LTE, Optimisation, Drive tests, Log files, Planification.
ABSTRACT
The telecom operators are still trying to satisfy their customers, and at the same time make
optimum use of equipment deployed, that’s why the optimization of networks is essential.
Optimization is a very important concept analysis which Radio Engineers telecommunication
networks pay special attention, optimization ensures and guarantees the profitability of the
services offered to subscribers. This project is the result of a study that initially affected the
aspects of LTE radio networks, before continuing in optimization procedures study within the
company Telma focusing on proposed solutions to problems detected, and also adapting to
different software needed for this approach. And then to complete my theoretical knowledge in
practice, we conducted a case study applied to an area of Vontovorona. Upon completion of this
work, an optimization procedure was applied to the area studied.
Key words: LTE, Optimization, Drive tests, Log files, Planification.