Étude_et_proposition_de_technique_de_migration_optimale_de_réseaux_gsm_vers_l’umts

7/27/2019 tude_et_Proposition_de_Technique_de_Migration_Optimale_de_Rseaux_GSM_vers_lUMTS

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Sujet :

tude et Proposition de Technique de Migration Optimale deRseaux GSM vers lUMTS

labor par : Ltaief Hamdi Encadr par : Mr Kamel Khediri

RAPPORT DE PROJET DE FIN DETUDES

Prsent en vue de lobtention du Licence Applique en Scienceet Techniques de lInformation et de Communications

UNIVERSITE VIRTUELLE DE TUNIS

Anne Universitaire 2010 / 2011


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Ddicaces

Comme marque de connaissance etdamour avec honneur et plaisir jeddie Ce modeste travail :

A mon cher pre pour sonamour tout au long de mes tude etce lui qui ma encourag face au dfiet ma appris les termes delexistence, de vouloir de bien tre.

A ma mre pour sapatience. Tu as tait pour moi lalumire de mon chemin. Tu resterastoujours mes yeux le symbole dusacrifice.

Que dieu vous prserve le

bonheur vous accorde la bonne santet la longue vie et maide pouvoirclairer votre future et tre a lahauteur de votre amour pour moi

A ma sur et mes frresquils trouvent ici une modestepreuve de ma profonde gratitude etma sincre reconnaissance.

A tous mes amis(e) sansexception et tous ceux qui me sontchers dans ce monde.

.. ltaief Hamdi


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Remerciements

Je tiens tout dabord remercier Monsieur Jenayeh Wissem le directeur dela socit Jentel.

Jai le plaisir dexprimer mes vifs remerciements monsieur Khediri Kamelpour ses comptences, ses efforts, sa bienveillance et sa disponibilit, car

malgr son occupation il a pu trouver le temps et le plaisir pour maider etme conseiller concernant les missions voqus dans ce rapport, quil

mapporter lors des diffrents suivis.

A lensemble de personnel de la socit Jentel avec qui jai t amen atravaill.

Jadresse enfin mes remerciements tous les professeurs de luniversitvirtuelle de tunis.


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Rsum

Le dploiement dun rseau UMTS constitue un

investissement colossal li essentiellement au cot des infrastructures.

La mise en place du rseau d'accs radio reprsente une partie

majoritaire du total des investissements en infrastructures. Dans ce

contexte, l'optimisation des rseaux d'accs radio devient, pour un

oprateur, un enjeu fondamental permettant d'conomiser ses

investissements, de rduire le nombre de sites dployer, et de

garantir une bonne qualit de service aux utilisateurs.

Lobjectif de ce projet est doptimiser lemplacement des sites

UMTS en se basant surdes modles de propagations et de trafic bien

dfinis. Nous entamons ce projet par une prsentation gnrale du

rseau UMTS et une tude dun rseau radio WCDMA. A la lumire

de cette tude, nous avons propos une mthode de migration

du rseau GSM au rseau UMTS. Cette mthode nous a permis de

maximiser la couverture du rseau UMTS tout en minimisant le cot

de la migration. Enfin, les performances de cette mthode ont t

valides par ltude de la migration du rseau GSM de Tunisie

Tlcom du centre ville de Tunis vers lUMTS.

Mot clefs :

UMTS, WCDMA, Couverture, Optimisation.


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Sommaire

Introduction gnrale............................................................................................................... 1

I. Prsentation de la socit Jentel ...................................................................................... 2

II. Disfonctionnement : ........................................................................................................ 2

III. Dfinition du projet : .......................................................................................................2

Chapitre I: Introduction au Rseau UMTS

Introduction ................................................................................................................................3

I. Objectifs ..........................................................................................................................3

II. Classes de qualit de service ........................................................................................... 4

III. Interface radio .................................................................................................................5

IV. Frquences....................................................................................................................... 6

V. Architecture dun rseau UMTS ..................................................................................... 71. Architecture globale ........................................................................................................ 7

2. quipement dabonn...................................................................................................... 8

3. Rseau daccs ................................................................................................................ 8

4. Rseau cur .................................................................................................................... 9

5. Interfaces ouvertes......................................................................................................... 10

VI. Terminaux ..................................................................................................................... 11

Conclusion................................................................................................................................ 12

Chapitre II: Interface Radio W-CDMA

Introduction .............................................................................................................................. 13

I. Modes FDD et TDD...................................................................................................... 13

II. Le CDMA...................................................................................................................... 15

III. Problmes et performances du W-CDMA .................................................................... 19


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1. Avantages...................................................................................................................... 19

2. Contrle de puissance.................................................................................................... 20

3. Transfert intercellulaire ................................................................................................. 21

IV. Planification du rseau radio......................................................................................... 23

Conclusion................................................................................................................................ 26

Chapitre III: Etude de la migration vers l'UMTS

Introduction .............................................................................................................................. 27

I. Prsentation du rseau GSM ......................................................................................... 27

II. Analyse du trafic ........................................................................................................... 28

III. Calcul de la porte des sites en utilisant la technique WCDMA .................................. 29

IV. Rsultats de la simulation.............................................................................................. 31

V. Evaluation des rsultats et analyse des performances................................................... 32

Conclusion................................................................................................................................ 34

Chapitre IV: Planification d'un rseau UMTS

Introduction .............................................................................................................................. 35

I. Dfinition des besoins ................................................................................................... 35

II. Premire mthode de migration .................................................................................... 35

1. Les tapes de lalgorithme............................................................................................. 35

2. Les rsultats de la simulation ........................................................................................ 37

3. Interprtation des rsultats ............................................................................................ 39

III. Deuxime mthode de migration .................................................................................. 39

1. Les tapes de lalgorithme............................................................................................. 39

2. Rsultats obtenus........................................................................................................... 42

3. Interprtation des rsultats ............................................................................................ 44

Conclusion................................................................................................................................ 44

Conclusion Gnrale .............................................................................................................. 45

Annexe I ................................................................................................................................... 46


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Annexe II.................................................................................................................................. 47

Annexe III ................................................................................................................................ 49

Bibliographie............................................................................................................................ 50


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Liste des figures

Figure 1 : Interfaces radio et frquences ................................................................................... 6

Figure 2 : Architecture globale dun rseau UMTS.................................................................. 7

Figure 3 : quipement dusager ................................................................................................ 7

Figure 4 : Architecture du rseau daccs radio........................................................................ 9

Figure 5 : Rseau cur............................................................................................................ 10

Figure 6 : Terminaux UMTS................................................................................................... 12

Figure 7 : Modes daccs duplex ............................................................................................ 14

Figure 8 : Modes de partage des ressources radio................................................................... 14

Figure 9 : Principe du CDMA ................................................................................................. 16

Figure 10 : Gnration des squences de codage.................................................................... 18

Figure 11 : Arbre des codes .................................................................................................... 19Figure 12 : Handover en douceur. Slection trame par trame................................................. 22

Figure 13 : Softer et soft handovers ........................................................................................ 22

Figure 14 : Configuration initiale du rseau GSM.................................................................. 27

Figure 15 : Analyse du trafic GSM......................................................................................... 28

Figure 16 : Recherche de la couverture des sites UMTS........................................................ 30

Figure 17 : Couverture des sites GSM/UMTS pour un taux de pntration de 10%.............. 31

Figure 18 : Couverture des sites GSM/UMTS pour un taux de pntration de 40%.............. 31Figure 19 : Taux de recouvrement par site pour un taux de pntration de 10% ................... 32

Figure 20 : Taux de recouvrement par site pour un taux de pntration de 40% ................... 33

Figure 21 : Taux de couverture pour les deux scnarios......................................................... 33

Figure 22 : Organigramme de lalgorithme doptimisation .................................................... 36

Figure 23 : Configuration du rseau aprs application du premier algorithme doptimisation

pour un taux de pntration gal 10% ................................................................................... 37

Figure 24 : Configuration du rseau aprs application du premier algorithme doptimisation



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Figure 25 : Taux de recouvrement par site aprs application du premier algorithme pour un

taux de pntration gal 10% ................................................................................................ 38

Figure 26 : Taux de recouvrement par site aprs application du premier algorithme pour un

taux de pntration gal 40% ................................................................................................ 38

Figure 27 : Taux de couverture pour les deux scnarios......................................................... 39

Figure 28 : Organigramme de lheuristique ............................................................................ 41

Figure 29 : Configuration du rseau aprs application de lheuristique (deuxime mthode)


Figure 30 : Configuration du rseau aprs application de lheuristique (deuxime mthode)


Figure 31 : Taux de recouvrement par site aprs application de lheuristique (deuxime

mthode) pour un taux de pntration gal 10%................................................................... 43

Figure 32 : Taux de recouvrement par site aprs application de lheuristique (deuxime

mthode) pour un taux de pntration gal 40%................................................................... 43

Figure 33 : Taux de couvrement aprs application de lheuristique (deuxime mthode) pour

les deux scnarios considrs ................................................................................................... 44


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Abbreviations

3G 3rd Generation Mobile Communication System

CAMR Confrence Administrative Mondiale des Radiofrquences

CDMA Code Division Multiple Access

CEPT Confrence Europenne des Postes et Tlcommunications

CN Core Network

FDD Frequency Division Duplex

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System forMobile Telecommunications

IMT2000 International Mobile Telephony

ME Mobile Equipment

OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor

RAN Radio Access Network

TDD Time Division Duplex

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

USIM UMTS SubscriberIdentity ModuleUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access


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Introduction gnrale

1 tude et Proposition de Technique de Migration Optimale de Rseaux GSM vers lUMTS

Introduction gnrale

LUMTS est lacronyme dUniversal Mobile Tlcommunications System. Les systmes de

premire et deuxime gnrations taient considrs comme des systmes de tlphonie

mobile, donc la troisime gnration se diffrencie des deux prcdentes par le fait que lon

passe de tlphonie tlcommunication ce qui sous-entend lapparition de services

multimdia tout instant et en tout lieu.

La GSM a apport et fait de la tlphonie mobile un produit de grande consommation.

Sa phase 2+, le GPRS, ouvre la voie de la transmission de donnes ainsi prparer la venue de

lUMTS.

LUMTS fait partie de la famille IMT 2000 et dont les spcifications techniques sont

dveloppes au sein du 3GPP. Larchitecture de ce systme est compose essentiellement

dun rseau terrestre daccs radio, lUTRAN (Universal terrestrialRadion Access Network)

et dun rseau cur driv de celui spcifi pour la phase 2+ du GSM.

Pour vous prsenter cette nouvelle technologie de tlcommunications sans-fil, nous allons

dans un premier chapitre prsenter larchitecture gnrale du systme de tlcommunications

UMTS, un deuxime chapitre sera consacr lanalyse de la couverture des sites WCDMA.

Dans le troisime et le quatrime chapitre, nous allons tudier la migration du rseau GSM du

centre ville de Tunis vers lUMTS en se basant seulement sur linfrastructure GSM existante.


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Prsentation de La Socit


I. Prsentation de la socit Jentel

La socit Jentel est une socit de service et de commercialisation dans le domaine de

tlcommunication cr en Avril 2005 sous forme juridique SARL situ Sousse. Elle offre

comme services linstallation et maintenance des rseaux tlphonique.

II. Disfonctionnement :

-La socit na touch que les clients de la rgion du centre ou hors rgion lide de contacter

des clients hors pays na pas t pose.

-linexistence de service de marketing.

III. Dfinition du projet :

Les sites GSM ne sont pas forcement des bons sites radio UMTS.

Afin de rduire les dpenses relatives a limplantation des quipements radio UMTS, les

oprateurs des rseaux GSM doit exploiter au maximum linfrastructure existante abritant

dj des quipements GSM. Dans le cadre de ce projet, nous proposons des techniques

permettant aux oprateurs davoir une configuration optimale du rseau UMTS en exploitant

au maximum linfrastructure existante en se basant sur la connaissance de la rpartition

spatiale du trafic GSM et la rpartition gographique de site radio GSM .


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Chapitre I : Introduction au Rseau UMTS


Introduction

Aprs les systmes analogiques de premire gnration dans les annes 1980 et le GSM

dans les annes 1990, les radiocommunications cellulaires sont en 2000 laube du

dploiement de systmes de troisime gnration. LUMTS (Universal Mobile

Tlcommunication System) est la version europenne de lIMT2000 (International Mobile

Tlcommunication) la norme mondiale pour ces systmes de troisime gnration. Le

march vis nest plus seulement celui de la radiotlphonie mais celui du multimdia mobile,

avec notamment laccs haut dbit Internet sur un terminal portatif mobile ou la

transmission en temps rel dimages haute rsolution et de vidos. [1]

I. Objectifs

Lobjectif de lUMTS est dassurer la continuit avec les services actuelle de tlphone

mobile et de supporter des services de transmission de donnes en paquet haut dbit avec

diffrente qualit de service pour des systmes mobile daccs internet.

Avec lUMTS en Europe, et plus gnralement avec le projet IMT2000, trois secteursindpendants du monde de la communication sont appels converger :

- le secteur informatique avec la transmission de donnes, qui devient un service de

base, largement utilis.

- le secteur de la vido, totalement absent des rseaux de deuxime gnration ;

- le secteur de la voix, vecteur traditionnel des services des rseaux de premire et

deuxime gnrations.

Un des grands dfis de lUMTS est de faire travailler ensemble les acteurs de ces diffrents

secteurs et dinventer les services nouveaux reprsentatifs de cette convergence. On peut

dores et dj citer des services qui, venant dun des trois domaines, par enrichissement au

contact dun ou des deux autres, deviennent de vrais services nouveaux qui nexisteraient pas

sans lUMTS :


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- la visiophonie

- la vido la carte et tous les services vido interactifs, comme la surveillance

vido distance

- en dplacement, laccs rapide Internet, la messagerie lectronique sur un

ordinateur portable ;

- des services bass sur la localisation du mobile, comme les services de

renseignement personnalis. [2]

II. Classes de qualit de service

- Classe A : mode conversation (conversationnel)

La classe A regroupe les applications en mode phonie et visiophonie, cest--dire les

conversations entre deux ou plusieurs personnes. Pour ces applications, la quasi-instantanit

du transfert de linformation est le paramtre essentiel. Par contre, la perception humaine

tolre et corrige dans une certaine mesure les erreurs de transmission, quil sagisse dune

parole dforme ou dune image imparfaite [3].

Exemple : La tlphonie, la visiophonie ou des jeux vido constituent des services de classe

A.

- Classe B : mode flux de donnes (streaming)

La classe B est la classe des applications asymtriques correspondant une communication

entre un utilisateur et un serveur. Principalement, lutilisateur interroge le serveur par une

requte limite en quantit dinformation et en dbit, le serveur transmettant au contraire une

quantit importante dinformations, si possible un dbit lev. Par rapport la classe A, le

retard dans le transfert des donnes peut tre plus important sans que la qualit de serviceperue par lutilisateur en soit affecte [3].

Exemple : Des services de la classe B sont la vido la demande, la diffusion de programmes

musicaux ou des transferts dimages.

- Classe C : mode interactif (interactive)

Comme pour la classe B, les services de classe C impliquent un utilisateur et un serveur maiscette fois, le dialogue est interactif et il sagit dun serveur de donnes ou dapplications


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informatiques, comme des pages Internet, par exemple. Labsence de signaux de parole ou

vido conduit relcher la contrainte sur la transmission en temps rel. La rponse la

demande de lutilisateur doit juste lui parvenir dans un dlai psychologiquement acceptable.

Par contre, sagissant de fichiers informatiques, il est essentiel que linformation ne soit pas

altre par la qualit de la transmission [3].

Exemple : Il sagit ici de la navigation sur Internet, du transfert de fichiers, des applications

de commerce lectronique.

- Classe D : mode tche de fond (background)

La classe D est similaire la classe C mais les informations transmises ont un moindre degr

de priorit. Le dlai de transmission peut tre plus long [3].

Exemple : Cest le cas dune transmission de fax ou de messages courts.

III. Interface radio

LUMTS utilise des technologies diffrentes de celles du GSM, ce qui a une incidence directe

sur le RAN UMTS. Les principales diffrences sont :

- une nouvelle technique daccs multiple : laccs multiple rpartition des

codes bande largie (AMRC bande largie ou W-CDMA) ;

- un environnement de trafic multiservice ;

- lutilisation du mode de transfert asynchrone (ATM) comme protocole de

transport dans le RAN (R99 des normes UMTS).

Lun des aspects essentiels des rseaux cellulaires est la technique daccs multiple adopte

pour linterface radio entre lquipement dusager et le Node B. La technique choisie doit

diviser dune manire optimale le spectre radiolectrique disponible (MHz) en un certainnombre de canaux et dfinir comment ces canaux sont allous aux nombreux usagers

(abonns) accdant au rseau. Le W-CDMA a t choisi en raison des contraintes propres

linterface radio UMTS : dbits variables, qualit de service

(QoS) variable, etc [4].


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Entre lutilisateur et le rseau daccs, se trouve le terminal utilisateur (UE : User Equipment).

A ce niveau, deux interfaces apparaissent :

- linterface Uu, qui est linterface air entre le terminal usager et le rseau

daccs. Il sagit de linterface, videmment totalement ouverte, qui utilise la

couche physique W-CDMA.

- linterface Iu qui relie le rseau daccs au rseau cur [6].

2. quipement dabonn

Le terminal utilisateur est compos des deux lments suivants :

- le terminal mobile (ME : Mobile Equipment), qui est lquipement

lectronique metteur-rcepteur et interface homme-machine. Il peut prendre

des formes varies (portatif de radiotlphonie, terminal de transmission de

donnes ou terminal multimdia, visiophone mobile, etc.) ;

- la carte USIM (UMTS Subscriber Identity Module), carte puces aux

fonctionnalits trs voisines de celles de la carte SIM des rseaux GSM. Elle

contient lidentit de labonn et certaines informations relatives cet

abonnement, les algorithmes dauthentification, les cls dauthentification et decryptage [6].

3. Rseau daccs

Le rseau daccs radio, tel que reprsent dans la Figure 4, est constitu dun ou de plusieurs

sous-systmes radio (RNS : Radio Network Sub-system), qui comprennent chacun un

contrleur de rseau radio (RNC : Radio Network Controller) et des stations de base, quon

appelle nodes B [1].

- RNC

Le RNC sinterface avec le rseau cur au travers de linterface Iu, qui regroupe en fait deux

interfaces possibles, IuCS ou IuPS selon que le rseau cur appartient au domaine circuit ou

au domaine paquet.


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- Interface Iu

Linterface Iu, qui relie le rseau daccs radio au rseau cur, peut tre de deux types, IuCS

pour le domaine circuit ou IuPS pour le domaine paquet, ce qui permet de choisir des

technologies de transport diffrentes en fonction du domaine. [5]

- Interface Iub

Un node B est compos dun port commun de contrle et dun ensemble de points de

terminaison de trafic, chacun de ces points tant contrl par un port ddi de contrle. Il ny

a aucune relation entre les points de terminaison de trafic et les cellules. [5]

- Interface Iur

Cette interface, cre pour supporter le mcanisme de soft handover inter-RNC, supporte

galement :

- la gestion de la mobilit inter-RNC ;

- le canal ddi de trafic ;

- le canal commun de trafic ;

- la gestion globale des ressources [5].

VI. Terminaux

videmment, cette convergence de trois secteurs a des consquences importantes sur le

terminal de labonn. On ne peut pas imaginer lusager se dplaant en permanence avec

un radiotlphone portatif comme ceux que nous connaissons avec les systmes de

deuxime gnration. Les photos de la figure 6 montrent des maquettes qui simulent les

futurs terminaux UMTS. Ils comportent tous un cran large, en couleurs, une camra

vido et un clavier alphanumrique ergonomique, ventuellement tactile (sur lcran) pour

gagner de la place. Ce sont de vrais terminaux multimdias. On ne peut pas imaginer le

succs de lUMTS sans une large diffusion de ces terminaux [8].


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Chapitre II : Interface Radio W- CDMA


Introduction

L'UMTS s'appuie sur une architecture de rseau cur GSM/GPRS, introduit une toutenouvelle interface radio W-CDMA base sur la technologie CDMA. Cette technologie

apporte des ruptures majeures dans la gestion des ressources radio et dans l'ingnierie du

rseau qui dpendent fortement du niveau d'interfrence cre dans le rseau. Des

mcanismes complexes de gestion de la qualit de service ont t labors pour permettre

d'offrir la palette complte des services multimdias attendus pour ces systmes 3G.

I. Modes FDD et TDDUn systme de radiocommunications bidirectionnel doit transmettre des signaux dans le sens

mobile vers rseau, dit sens montant, et dans le sens rseau vers mobile, dit sens descendant.

Les systmes de radiocommunications professionnelles ont longtemps tolr de nutiliser

quune frquence radio commune aux deux sens, les interlocuteurs prenant la parole tour de

rle : cest le mode daccs lalternat. Les systmes cellulaires tant ouverts un large

public, il a t ds lorigine ncessaire de prvoir un systme permettant aux deux utilisateurs

en communication de parler simultanment, comme cest le cas en tlphonie fixe : cest lemode daccs duplex (Figure 7) [9].

- FDD

Dans un premier temps, cest--dire pour les rseaux analogiques et pour le GSM, la seule

solution retenue pour fournir un accs duplex a consist appairer des couples de frquences,

lcart entre ces frquences tant constant et appel cart duplex [9].

- TDD

Avec lapparition des systmes numriques, et notamment du mode daccs rpartition dans

le temps, o le signal transmettre est dcoup en intervalles de temps lmentaires de moins

de 1 ms chacun (577 s en GSM, par exemple), il a t possible de concevoir des systmes o

laccs duplex consiste allouer des intervalles de temps successifs des sens de transmission

diffrents. LUMTS prsente loriginalit de supporterles deux modes FDD (dans les bandes

apparies) et TDD (dans les bandes non apparies) [9].


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II. Le CDMA

Le mode de partage des ressources radio entre les usagers dun rseau de

radiocommunications est un des critres principaux de qualit de ce rseau. En particulier, la

capacit du rseau, cest--dire le nombre dabonns acceptable avant saturation va dpendre

du mode daccs multiple retenu.

Dans les rseaux analogiques, une seule solution tait possible, laccs multiple rpartition

de frquences (FDMA : Frequency Division Multiple Access), mcanisme dans lequel un

usager en cours de communication se voit attribuer un couple de frquences qui lui est rserv

pour toute la dure de lappel.

Dans un systme GSM, laccs est rpartition dans le temps (TDMA : Time Division

Multiple Access), cest--dire que plusieurs usagers (jusqu huit pour le GSM) se partagent

le mme couple de frquences, leurs communications respectives tant dcoupes en

intervalles de temps de 577 s, multiplexs les uns derrire les autres. On pourrait penser que

la capacit dun rseau GSM est huit fois suprieure celle dun rseau analogique mais il

nen est rien car le canal radio GSM, sil peut supporter huit appels simultans sur la mme

frquence porteuse, occupe 2 x 200 kHz de largeur quand un canal analogique occupe en

gnral 2 x 25 kHz. La quantit dinformation transmettre tant la mme, il nest pas

surprenant que la largeur de bande occupe par un usager soit quivalente. Par contre, la

capacit dpendra de la robustesse du systme aux brouillages, notamment du niveau

dinterfrences acceptable.

Si les systmes analogiques sont tous accs multiple rpartition de frquences, les

systmes numriques se partagent en deux catgories : accs rpartition dans le temps et

plus rcemment accs rpartition par les codes (CDMA : Code Division Multiple Access)

[10].


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D(Tt) par la squence S(Tt). Les squences de codage qui ne sont pas bien synchronises

S(Tt) avec t diffrent de t se comportent comme des squences ayant servi coder

dautres signaux usager, ce qui suppose que ces squences soient pratiquement orthogonales

avec elles-mmes ds quelles sont dcales dun ou plusieurs lments binaires.

Le point cl du succs du dcodage provient de lorthogonalit des codes. Les squences de

codage attribues une mme cellule doivent tre suffisamment diffrentes les unes des

autres pour que deux communications diffrentes ne puissent pas, une fois ds tales, tre

confondues. On mesure lorthogonalit entre deux squences de codage diffrentes par leur

fonction de corrlation. Il peut sagir de deux squences mises pour tre diffrentes, parce

quelles correspondent deux communications diffrentes (inter corrlation) ou de la mme

squence reue deux instants diffrents, donc dcale temporellement (auto corrlation).

Les codes mis en uvre dans un rseau UMTS sont de type OVSF (Orthogonal Variable

Spreading Factor, gain de traitement variable et orthogonal). Ils sont appels codes de canal

et obissent aux proprits suivantes :

les squences sont rigoureusement orthogonales ;

les squences ne sont pas toutes de mme longueur, ce qui permet dajuster le gain de

traitement au dbit des donnes transmettre.

On mesure limportance de la corrlation entre deux squences plus ou moins diffrentes par

le nombre dlments binaires identiques moins le nombre dlments binaires diffrents.

R = 0100111001

S= 1001101110

La corrlation entre R et Sest dfinie par la fonction dinter corrlation R (S,T) = 3 7 = 4,

puisquil y a trois lments identiques et sept lments diffrents. Linter corrlation est

leve lorsque la fonction R(S, T) prend une valeur positive proche de la longueur de la

squence, et est faible pour les valeurs de R(S, T) nulles ou ngatives. Les codes OVSF de

lUMTS sont des suites de 1 et de 1 gnres de la manire suivante :


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Enfin, le mode TDD se prte bien certaines applications trs asymtriques, comme les

requtes des serveurs de donnes et le transfert de fichiers, sans gaspillage de ressources sur

la voie montante [9].

2. Contrle de puissance

Comme dans tous les systmes cellulaires, leffet de la distance entre le mobile et lmetteur

peut induire un brouillage des mobiles les plus loigns du centre dune cellule par ceux qui

sont proches du site dmission-rception. Les signaux mis par ces diffrents mobiles avec la

mme puissance arrivent en effet au niveau des rcepteurs avec des amplitudes trs

diffrentes. Dans un systme CDMA, cet effet, du fait que ces mobiles mettent en mme

temps sur la mme frquence, est beaucoup plus perturbateur que dans un systme analogique

o il suffisait dcarter les frquences utilisables dans une mme cellule. Le CDMA ne

fonctionne de manire optimale que si les signaux reus par une station de base sont tous

peu prs de mme niveau, de manire ce que tous les codes puissent tre galement dcods.

Il est donc ncessaire dintroduire un contrle dynamique de puissance sur le canal montant.

La solution retenue par le W-CDMA est le contrle de puissance rapide en boucle ferme.

Pour chacun des mobiles, 1 500 fois par seconde, la station de base mesure le rapportsignal/interfrences et compare cette mesure une valeur cible prdfinie. En fonction du

rsultat, la station demande au mobile daugmenter ou de diminuer sa puissance dmission.

Cette mthode est galement utilise dans le sens descendant, pour sassurer que les mobiles

en limite de cellule reoivent un niveau juste suffisant pour une bonne qualit, sans perturber

les mobiles les plus proches de la station.

Pour assurer une qualit constante (caractrise par la valeur du taux derreur, le BER : Bit

Error Rate), quelles que soient les conditions de communication, notamment quelle que soit la

vitesse de dplacement du mobile, le seul contrle de puissance en boucle ferme dcrit ci-

avant nest pas optimal. En effet, si on veut quil soit efficace pour tous les types de mobiles,

il doit traiter le pire cas, au risque de pnaliser la capacit du rseau par un paramtrage trop

prudent, avec un rapport signal/interfrences moyen trop lev. Le contrle de puissance en

boucle externe a t introduit dans le systme UMTS pour permettre de laisser le rapport

signal/interfrences cible une valeur faible, suffisante pour les mobiles lents ou immobiles et

de laugmenter seulement pour les mobiles grande vitesse de dplacement. Pour cela, lastation de base ajoute un indicateur de qualit chaque trame de donnes reue sur le sens


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montant. Si cet indicateur montre que la qualit de transmission est en baisse, le rseau

commande la station de base daugmenter la valeur du rapport signal/interfrences cible.

Cette fonctionnalit est commande par le contrleur de rseau radio (RNC) car elle doit

pouvoir tre assure en permanence, mme pendant un transfert intercellulaire [11].

3. Transfert intercellulaire

Dans un rseau CDMA, il est courant que les frquences utilises dans des cellules

conscutives soient identiques. Dune manire gnrale, le handover va tre effectu en

analysant trame par trame le signal reu des deux cellules impliques, et la meilleure trame

sera retenue (Figure 12). Le handoverseffectue en douceur . On dit quil sagit dun soft

handover. Contrairement au mcanisme de handovertraditionnel, tel que rencontr dans un

rseau analogique ou GSM, il ny a pas dinterruption de la communication, mme de trs

courte dure.

Dans un systme W-CDMA, on distingue le cas o le mobile reste dans la zone couverte par

une station de base en changeant juste de secteur (softer handover) et le cas o il change de

station de base (soft handover).

La Figure 13 a montre le principe dun softer handover. Le mobile tant en communication

avec une seule station de base, il utilise simultanment deux canaux radio. Dans le sens

descendant, deux codes dtalement sont activs pour que le mobile distingue les signaux

issus des deux secteurs. Dans le sens montant, les signaux mis par le mobile sont reus par

les deux secteurs de la station de base et dirigs vers le mme rcepteur. Ils sont donc

combins au niveau de la station de base [12].

La Figure 13 b montre le principe du soft handover. Le mobile est cette fois dans la zone decouverture qui est commune deux stations de base. Les communications utilisent deux

canaux diffrents, un pour chacune des deux stations. Du ct du mobile, il ny a pas de

diffrence avec un softer handover. Dans le sens montant, par contre, les donnes sont

combines au niveau du contrleur de rseau radio (RNC) et non plus de la station de base.

Cela permet de slectionner la meilleure trame parmi celles qui sont reues, aprs chaque

priode dentrelacement, toutes les 10 80 ms [12].


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IV. Planification du rseau radio

Contrairement aux rseaux analogiques ou GSM, la planification du rseau radio ne revient

pas, dans un rseau UMTS, dfinir un motif de rutilisation de frquences et un espacement

minimum entre les frquences dune mme cellule. En fait, le problme des frquences

radiolectriques est beaucoup plus simple rsoudre, tandis quapparat celui de la

planification des squences de codage, codes OVSF et codes de brouillage.

Comme dans tout rseau cellulaire, la taille des cellules dpend soit du trafic, soit de la

couverture. Dans une zone peu dense, la cellule est aussi grande que les performances de

propagation radiolectrique des mobiles le permettent, alors que dans une zone trs dense,

cest le nombre maximal dusagers simultans dans une cellule qui devient dimensionnant. La

diffrence entre un systme analogique ou GSM et un systme CDMA (IS-95 ou W-CDMA)

rside dans linteraction entre la couverture et la capacit, propre au CDMA. Si le nombre de

communications est lev en bordure de cellule, dans un systme CDMA, le niveau

dinterfrences augmente et les performances diminuent, ce qui rduit le diamtre de la

cellule.

Le W-CDMA est un systme limit par les interfrences. La rception et le dcodage sans

erreur dun signal transmis sur la voie radio, quel que soit le type de systme, dpendent dun

rapport signal/bruit suprieur un certain seuil. Pour un systme W-CDMA, on peut effectuer

le calcul suivant:

Le rapport signal/bruit est donn par :

Eb/N0 = nergie utile par bit/densit spectrale de bruit

Lnergie utile par bit est le rapport entre la puissance reue destine un usager donn Pet

le dbit D :

Eb = P/D


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Le bruit provient des N 1 autres usagers. On suppose que le contrle de puissance galise la

puissance reue pour chaque usager la valeur P. La puissance de bruit est donc gale

(N 1) P, dans une bande de frquences gale B. La densit de bruit est donc :

N0 = (N 1) P/B

Et le rapport signal/bruit devient :

Eb/N0 = B/ (N 1) D

Quon peut simplifier puisque N>> 1 :

Eb/N0 = B/ND

On en dduit donc une approche du nombre maximal dusagers dans une cellule donne :

N= B/(D x Eb/N0)

Cette valeur correspond un service unique, pour une qualit donne. Par exemple, pour un

service de tlphonie de haute qualit (codeur de parole au dbit maximum) :

Eb/N0 = 6 dB

D = 12,2 kbit/s et B = 5 MHz

Si on veut faire le calcul en dcibels pour plus de commodit :

D = 41 dB et B = 67 dB, donc B/D = 26 dB et N= 26 6 = 20 dB

Finalement : N= 100 usagers par cellule.

Dans la ralit, une estimation doit tre faite des services rellement utiliss et du nombre

dabonns activant chaque service. Le nombre total dusagers acceptable dans la cellule sera

gal la somme des Ni usagers de chacun des i services possibles.

N= B/(Di x (Eb/N0)i ) [10]


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Puisque chaque service fait appel un dbit diffrent et ncessite un rapport signal/bruit

diffrent.

Le niveau dinterfrences tant directement proportionnel au nombre dusagers de la cellule,

on voit bien que la qualit de service se dgrade progressivement en fonction de

laugmentation de ce nombre. Les usagers les plus sensibles cette dgradation sont ceux qui

se trouvent la priphrie de la cellule. En effet, si lon considre le sens montant, qui est

gnralement le plus critique, on peut augmenter le signal mis par un mobile au moyen du

contrle de puissance en boucle externe pour rattraper une baisse de qualit perue au niveau

de la station de base, mais cette correction atteint plus vite ses limites quand le mobile se

trouve la priphrie de la cellule. cet endroit, le bilan de puissance, cest--dire le rsultat

du calcul de la perte de propagation, indique que le mobile est contraint, dans des conditions

normales, dmettre quasiment pleine puissance pour tre reu par la station de base avec

une bonne qualit. Si le nombre dusagers augmente, le contrle de puissance tente de

compenser la baisse de qualit constate par une augmentation de la puissance du mobile,

mais la limite possible sera rapidement atteinte et le mobile se trouvera de fait en dehors de la

zone de couverture. La cellule aura diminu de surface.

La planification cellulaire dans un systme W-CDMA consiste donc prendre en compte dansle calcul du bilan de puissance les marges ncessaires pour quun mobile ne se trouve jamais

dans cette situation. Une fois le rseau en service, un mcanisme de contrle dadmission,

destin limiter le nombre de communications simultanes, est mis en place. Il est

gnralement bas sur la puissance reue par la station de base. Un nouvel utilisateur ne sera

admis que si le niveau de puissance estim aprs admission reste infrieur un certain seuil.

Laugmentation estime de la puissance due ce nouvel arrivant dpend de nombreux

facteurs tels que son bilan de puissance et le type de service quil prtend activer [10].


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Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons tudi les modes daccs dans un systme cellulaire, Ensuite

nous avons dtaill linterface radio avec la mthode daccs multiple WCDMA, son principe,

ses avantages et ses contraintes. Enfin, nous avons prsent les capacits et les performances

des cellules. Dans le chapitre qui suit, nous allons faire lanalyse dune migration simple dun

rseau GSM un rseau UMTS.


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Chapitre III : Etude de Migration vers lUMTS


Une diffrence entre le GSM et lUMTS est que dans une cellule en GSM, nous avons un seul

type de service pour tous les utilisateurs, par contre en UMTS, il y en a plusieurs.

Pour cela nous allons considrer le scnario suivant avec le quel nous allons travailler : 50 %

des utilisateurs actifs demandent un service vocal avec le dbit 12.2 kbit/s, 30 % desutilisateurs demandent un service donnes avec le dbit 64 kbit/s, 20 % des utilisateurs

demandent un service donnes avec le dbit 144 kbit/s.

Mais ce scnario sera trait une fois en considrant que le taux de pntration est gal 10%

par rapport au GSM et une deuxime fois avec un taux de pntration gal 40%.

III. Calcul de la porte des sites en utilisant la technique WCDMA

Pour calculer la porte des sites UMTS, nous avons adopt la dmarche suivante :Nous avons considr que les sites GSM sont tous des sites UMTS,

Pour chaque site nous avons initialis un rayon minimal,

Nous calculons le trafic UMTS par site (A) par la formule suivante :

A=Taux de pntration A(i, j )

Avec (i,j) les indices des mailles incluses dans la cellule et A(i,j) le trafic dans la maille

dindices (i,j).

Nous calculons le nombre n dusagers dans la cellule par la loi dErlang :n=AKA

Avec 10-k le taux de blocage, dans notre travail, nous lavons considr gal 2%.

La Figure 16 montre lorganigramme de lalgorithme.


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DEBUT

I=1

Rayon thorique de la cellule Ri

Calcul de n, nombre dutilisateursdans la cellule de rayon Ri

Gnration alatoire de (n-1) mobiles dansune surface de rayon Rinime mobile plac lextrmit de la cellule

Compteur expir ?

Mobile nadmis dans 95% des cas

Ri = Ri+25

i =i+1

non

non

oui

oui

R = R ( i 1)


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Chapitre III : Etude de Migration vers lUMTS


Nous remarquons que les rsultats obtenus sont diffrents pour les deux scnarios. En effet, le

taux de couverture diminue en augmentant le taux de pntration. Ce rsultat confirme les

rsultats du chapitre prcdent : si le nombre dutilisateurs actifs dans la cellule augmente, le

rayon de la cellule diminue. Nous remarquons aussi que, pour un site donn, le taux derecouvrement pour le premier scnario est suprieur celui du deuxime scnario. Cela est d

au fait que la couverture de chaque site est plus importante pour le premier scnario que pour

le deuxime.

Nous remarquons galement que les contraintes de qualit de services en termes de taux de

couverture et taux de recouvrement par site ne sont pas respectes. En effet, le taux de

recouvrement est nettement infrieur 95% pour les deux scnarios. En plus, le taux de

recouvrement par site nest pas toujours dans lintervalle fix (entre 55% et 20%).

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons tudi la migration du rseau GSM qui couvre le centre ville de

Tunis vers le rseau UMTS, cette migration est base seulement de linfrastructure existante

du rseau GSM.

Nous avons dduit que la configuration du rseau obtenu prsente deux problmes : un tauxde couverture faible, des cellules ayant un taux de recouvrement par site qui ne respecte pas

les seuils. La configuration actuelle du rseau GSM nest pas donc optimale pour la migration

vers lUMTS.


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Chapitre IV : Planification dun rseau UMTS


Introduction

Dans le chapitre prcdent, nous avons montr que nous ne pouvons pas assurer unemigration du rseau GSM existant au rseau UMTS en se basant seulement sur

linfrastructure existante. Pour cela, nous devons chercher des mthodes qui garantissent une

migration optimale vers lUMTS.

Dans ce chapitre, nous allons prsenter deux mthodes doptimisation, nous allons les

appliquer sur le rseau GSM du centre ville de Tunis. Ensuite nous allons comparer les

rsultats de chaque mthode. Enfin, la meilleure mthode sera implment dans notre

simulateur.

I. Dfinition des besoins

Dans cette partie, nous dfinissons les besoins qui doivent tre satisfaits par les mthodes de

migration optimale du rseau GSM au rseau UMTS. Nous cherchons dune part exploiter

le maximum de linfrastructure existante et minimiser linfrastructure ajouter dautre part.

Ces mthodes doivent aussi obir aux exigences concernant les performances du rseau

dUMTS comme suit :

- Assurer un taux de couverture suprieur ou gal 95%,

- Assurer un taux de recouvrement par site suprieur 20% et infrieur 55%.

II. Premire mthode de migration

1. Les tapes de lalgorithme

Nous avons dvelopp un algorithme qui permet, dans une premire tape, de dterminer les

sites qui ont un taux de recouvrement qui dpasse le seuil et les liminer.

Dans une deuxime tape on balaye la zone dtude, chaque fois quon trouve une surface

de 500 m2 qui nest couverte par aucune cellule, on ajoute un site en son centre. Aprs lajout

de chaque site, on recalcule le taux de couverture, si ce dernier est infrieur au seuil, on

continue la recherche, sinon on est arriv un bon rsultat et on arrte la recherche.


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La Figure 22 montre lorganigramme du premier algorithme doptimisation.

Figure 22 : Organigramme de lalgorithme doptimisation

Dbut

Taux de recouvrementdu site 1 < seuil ?

Taux de recouvrementdu site 1 < seuil ?

Taux de recouvrement

du site n < seuil ?

Balayage de lespace- Choix des positions- Ajout de nouveaux sites

- Sites GSM liminer- Sites GSM rutiliser- Sites UMTS rajouter

Enlever le site 1

Enlever le site 2

Enlever le site n

Non

Non

Non

Oui

Oui

Oui


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- Les sites UMTS ajouter sont positionns alatoirement dans des zones qui ne sont pas

encore couvertes par le rseau UMTS,

- Aprs lajout de chaque site, nous calculons de nouveau le taux de recouvrement par site,

sil dpasse le seuil alors nous changeons les coordonnes du nouveau site. Cette tape est

rpte jusqu aboutir un taux de recouvrement infrieur 55%.

- Nous calculons le taux de couverture. Si nous avons atteint la valeur cible, cest la fin de

lalgorithme, sinon si le compteur na pas encore expir, Les sites UMTS ajouter sont de

nouveau positionns alatoirement dans des zones non couvertes. Quand le compteur expire

on conclue que le nombre de sites UMTS ajouter nest pas suffisant, on lincrmente et nous

rptons les trois dernires tapes jusqu aboutir aux bons rsultats.

Cet algorithme va nous garantir une migration optimale parce que nous commenons par un

nombre petit de sites UMTS ajouter, de cette faon nous nallons ajouter que les sites

ncessaires pour satisfaire les contraintes exiges par loprateur.

Lorganigramme reprsent par la Figure 28 reprsente les dtails et les tapes du deuxime

algorithme heuristique.


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Figure 28 : Organigramme de lheuristique

Dbut

Configuration initiale du rseau GSM

Enlever les sites trs chevauchs

Initialisation du nombre de sites

UMTS a outer

Initialisation dun compteur

Recherche de point en dehors de la

surface couverte

i = 1

Ajout dun site

Mise jour du taux de recouvrement parsite

Taux de recouvrement assur ?

i < nbr_site_ajout

Taux de couverture assur ?

Compteur expir ?

nbr_site_ajout=nbr_site_ajout +1

Fin

i = i+1

Oui

Oui

Oui

Oui

Non

Non

Non

Non


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Conclusion Gnrale


Conclusion Gnrale

Lobjectif du projet est de dvelopper une mthode permettant aux oprateurs davoir

une configuration optimale du rseau UMTS en se basant sur le rseau GSM existant.

Pour ce faire, nous avons tudie larchitecture globale du system UMTS ainsi que son

interface radio. Nous avons galement prsent linterface W-CDMA sa mode de partage de

ressource entre usagers, les problmes et les avantages.

Ensuite, pour dvelopper une mthode de migration nous avons considr le rseau

GSM du centre ville du Tunis comme model dtude, Ce rseau comporte 33 sites GSM

rpartis sur une surface de 40 Km2. Nous avons propos que tous les sites GSM soient tous

des sites UMTS et nous avons calcul le trafic UMTS par site.

Nous avons constat que la configuration du rseau obtenu prsente deux problmes : un tauxde couverture faible et des cellules ayant un taux de recouvrement important nous avons

remarqu alors que la configuration actuelle nest pas optimale pour la migration vers

lUMTS.

La solution tait de dvelopper deux mthodes base sur un algorithme d'optimisation

heuristique permettant la migration optimale du rseau UMTS en exploitant le maximum

linfrastructure existante abritant des quipements GSM.


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47 tude et Proposition

Annexe II

Dploie

Entre janvier et dcembre 200

selon le ministre des commu

l'anne 2006 reprsentent une

Evoluti

On estime que fin 2006, il y

UMTS sont offerts par 155 op

Investis

e Technique de Migration Optimale de Rseaux

ent commercial de 3G dans le monde :

6, le nombre d'abonns la 3G passe de 44,

ications japonais. Ces 18,64 millions de no

croissance annuelle de 41,81 %.

n du nombre d'abonns 3G en millions

a plus de 80 millions d'utilisateurs UMTS

rateurs travers le monde.

ements raliss dans le GSM et lUMTS

Annexes

GSM vers lUMTS

8 63,22 millions,

veaux abonns sur

et que des services


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Annexes


La caractristque principale de lUMTS, en plus du service voix du GSM, est de pouvoir

fournir partir dun tlphone mobile un accs Internet haut dbit. Le potentiel de cette

technologie, suprieur celui du GSM, devrait permettre de fournir un ensemble de services

multimdia lis lInternet haut dbit (visiophone, tlchargement de vido et musique,

tlguidage, tlpaiement ).

Le potentiel de la 3G est lev, la russite de lUMTS passe par une demande trs importante

des services lis lInternet mobile haut dbit. De ce fait, la demande pour ces services est

importante, malgr les investissements dune grande ampleur mis en place pour lUMTS. [13]


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Annexes


Annexe III

Le dploiement de 3G en Tunisie :

En Tunisie, le 5 mai 2010 Orange Tunisie est lanc sur le march avec un plan

d'investissement de 500 millions deuros pour lancer ses activits et pour linstallation du

premier rseau 3G du pays.

Tunisie Tlcom a sign le 21 septembre 2010, une convention avec lEtat tunisien pour le

dploiement de son rseau 3G. Le montant de la licence coute 116 millions de dinars.

Divers tests ont t effectus par loprateur historique sur le Grand Tunis au cours du mois

de mars 2011 pour le dploiement de sa 3G.

Et voici que lon apprend que ds le 14 avril 2011, Tunisie Telecom prvoit de lancer ses

Friendly User Test. Lexclusivit dOrange tire donc vers sa fin.Selon une source non officielle de Tunisie Telecom, le pr-lancement des services 3G est

prvu pour le 14 avril 2011. Cette phase, appele galement FUT (Friendly User Test)

consiste slectionner une population selon des critres prcis afin deffectuer les tests sur les

services 3G avant leur commercialisation. Le FUT commence gnralement en interne, cest-

-dire que les employs de loprateur historique seraient les premiers testeurs de la

technologie. [14]

La 3G de Tunisie Telecom devraient couvrir 30% de la population tunisienne en 2011, et 75%de la population tunisienne dici 2015. Une technologie dautant plus importante que la part

des changes de donnes sur mobile passera de 6,5% en 2009 21,5% en 2015, au fur et

mesure du dploiement de la 3G en Tunisie.

Quant Tunisiana, le deuxime oprateur priv des tlcoms en Tunisie, attend encore, lui, sa

licence qui lui permettra dexploiter son tour la technologie 3G. Tunisiana est pourtant dans

les starting-blocks et on aura remarqu ces offres BlackBerry lances en fanfare. Or ces

smartphones ne sauraient dployer toute ltendue de leurs capacits sans la 3G.

La Rvolution et les grands chambardements qua connus le pays au cours de cette anne

2011 ont aussi touch de plein fouet le secteur des tlcoms.

Et voici que la 3G y met aussi de son grain de sel. [14]


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Bibliographie

Bibliographie

[1] Introduction to UMTS, Document ACATEL.

[2] http://www.awt.be/

[3] M.Terr, Y. Dupuch et B Fino, UMTS, volution de la capacit,www.cnam.fr/elau

[4] M.R. Karim and M. Sarraf W-CDMA and CDMA2000 for 3G Mobile Network

Aot 2005.

[5] www.techniques-ingenieur.fr

[6] http://fr.wikipedia.org

[7] Mohamed SIALA, Introduction l'interface Radio de l'UMTS, support de cours,Mastre SUPCOM, 2005.

[8] Thierry LUCIDARME, Principes de radiocommunication de troisime gnration

GSM, GPRS, UMTS... , Vuibert, Paris, 2002.

[9] Benoit BARRAQU Avantages de l'UMTS et l'tat actuel de son dploiement dans

le monde, Universit Claude Bernard, Lyon, 2005.

[10] De ltalement de spectre au W-CDMA Jean-Marie Gorce CITI, INSA Lyon

[11] Hani Ramzi Dimensionnement dun rseau daccs radio UMTS Novembre 2001.

[12] Hermes Science Publications UMTS 31 mars 2004

[13] www.cairn.info

[14] j ld t

Étude_et_proposition_de_technique_de_migration_optimale_de_réseaux_gsm_vers_l’umts

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