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Institut Suprieur dInformatique-Dakar

Mmoire DE FIN DETUDES Bob KOYANDONDRI 1

DdicaceDdicaceDdicaceDdicace

A mon Trs cher Pre Lon

Je ne saurais comment te tmoigner toute ma reconnaissance. Ce travail est le fruit de tes conseils, de ta prsence et de nos efforts consentis.

A ma Trs chre Mre Pulchrie

Je ne saurais comment te remercier pour tout ce que tu as fait pour moi. Reois ce travail comme le fruit de tous tes efforts.

A mes frres et surs Stphane, Jonathan, Valdie, Indira et Orelle

Jespre ne pas vous avoir du. Que ce modeste travail soit lexpression de ma profonde affection. Je vous remercie pour le soutient moral et lencouragement que vous mavez

accords. Je vous souhaite tout le bonheur que vous mritez.

A tous mes ami(e)s

Je vous ddie ce modeste travail pour vos conseils, votre prsence, vos soutiens morales, physiques et matriels.



RemerciementRemerciementRemerciementRemerciement

Jaimerais remercier M. ISSA AW, Ingnieur Tlcom et professeur lInstitut Suprieur dInformatique (ISI) pour mavoir donn lopportunit de travailler avec lui tout au long de ce travail. Pour son encadrement, sa disponibilit, ses gnreux conseils et pour le soutien constant quil na cess de me prodiguer, je lui dis merci.

Jadresse aussi mes remerciements tout le corps professoral de lInstitut Suprieur dInformatique (ISI) pour tout le travail abattu pendant mes tudes linstitut.

Je tiens galement remercier lInstitut Suprieur dInformatique (ISI) pour la richesse de ses formations.

Je remercie enfin les membres du jury pour avoir accept dvaluer mon travail. Quils trouvent ici toute ma reconnaissance et tout mon respect.



Avant----propospropospropospropos Cre en 1988, lInstitut Suprieur dInformatique (ISI) fait aujourdhui parti des leaders dans le domaine de lenseignement suprieur au Sngal.

Linstitut dispose de deux dpartements savoir celui de la gestion et dinformatique. Ainsi, les disciplines comme le commerce international, la gestion de projet, les rseaux informatiques, les rseaux tlcoms sont enseigns linstitut. Les diplmes dlivrs par linstitut sont les suivants : le DTS (Diplme de Technicien Suprieur), la Licence Professionnelle et le Master Professionnel.

Afin de valider leur Master Professionnel, les tudiants sont amens rdiger un mmoire de fin dtudes portant sur un thme quils auront choisi et qui aura t valid par la direction des tudes.

Ainsi, dans lobjectif de boucler notre cursus de Master Professionnel en Rseaux et Tlcommunications, nous avons ralis ce travail.



TABLE DES MATIERESTABLE DES MATIERESTABLE DES MATIERESTABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE .............................................................................................. 13

PREMIERE PARTIE ............................................................................................................... 15 ETAT DE LART DES RESEAUX MOBILES ...................................................................... 15 Chapitre 1 : Le Concept des Rseaux Cellulaires .................................................................... 16 Introduction .............................................................................................................................. 16 I/ Prsentation des Rseaux Cellulaires ................................................................................... 16

I.1/ Division du territoire en plusieurs cellules ..................................................................... 16 I.2/ Le Motif ......................................................................................................................... 19 I.3/ Distance de Rutilisation................................................................................................ 19

II/ Les Types dantennes .......................................................................................................... 20

II.1/ Azimut .......................................................................................................................... 20

II.2/ Le Tilt ........................................................................................................................... 21

III/ Les Mthodes daccs ........................................................................................................ 22

III.1/ Frequency Division Multiple Access (FDMA) ........................................................... 22 III.2/ Time Division Multiple Access (TDMA) ................................................................... 23 III.3/ Code Division Multiple Access(CDMA) .................................................................... 23

IV/ Les Interfrences ................................................................................................................ 24

IV.1/ Les Interfrences inter-symboles(IIS) ......................................................................... 24 IV.2/ Les Interfrences Co-canal(ICC) ................................................................................ 25 IV.3/ Les Interfrences inter-frquences(IIF) ....................................................................... 25

V/ La Diversit ......................................................................................................................... 25 V.1/ La Microdiversit ......................................................................................................... 25 V.2/ La Macrodiversit ......................................................................................................... 25

Conclusion ................................................................................................................................ 26 Chapitre 2 : Prsentation du Rseau UMTS............................................................................. 27

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

I/ Prsentation de lUMTS ....................................................................................................... 27 I.1/Couverture Globale de lUMTS ...................................................................................... 29 I.2/ HISTORIQUE ................................................................................................................ 30



II/ ARCHITECTURE DU RESEAU UMTS ........................................................................... 31

II.1/ User Equipement(UE) ................................................................................................... 31 II.2/ UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) .................................................. 32

II.2.1/ Node B ................................................................................................................... 32

II.2.2/ RNC (Radio Network Controller) .......................................................................... 33 II.2.3/ Les Interfaces ......................................................................................................... 34

II.3/ Core Network(CN) ....................................................................................................... 34 III/ Les Modes daccs ............................................................................................................. 35

III.1/ Le Mode TDD ............................................................................................................. 36 III.2/ Le Mode FDD.............................................................................................................. 36

IV/ Le W-CDMA ..................................................................................................................... 36 IV.1/ Le Contrle de Puissance ............................................................................................ 38

IV.1.1/ Le contrle de puissance en boucle ouverte ......................................................... 39 IV.1.2/ Le contrle de puissance en boucle ferme .......................................................... 39

IV.2/ Les interfrences intra et intercellulaires .................................................................... 40

IV.2.1/ Les interfrences intracellulaires .......................................................................... 40

IV.2.2/ Les interfrences intercellulaires .......................................................................... 40

IV.3/ Les canaux UMTS ....................................................................................................... 41

IV.3.1/ Les canaux logiques .............................................................................................. 41

IV.3.2/ Les canaux de transport ........................................................................................ 41

IV.3.3/ Les canaux physiques ........................................................................................... 42

V/ Les mcanismes radio : Le Handover ................................................................................. 42

V.1/ Le hard handover .......................................................................................................... 43

V.2/ Le soft handover ........................................................................................................... 43

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

DEUXIEME PARTIE .............................................................................................................. 46 INGENIERIE RADIO .............................................................................................................. 46 CHAPITRE 1 : Dimensionnement de lUTRAN ..................................................................... 47

Introduction .............................................................................................................................. 47

I / Les donnes dentre du processus de dimensionnement .................................................... 47

II/ Dimensionnement du Node B ............................................................................................. 48

II.2/ Dimensionnement du Node B sur le lien descendant ................................................... 50



III/ Dimensionnement des interfaces ........................................................................................ 51 III.1/ Dimensionnement de linterface Iu-b .......................................................................... 51 III.2/ Dimensionnement des linterfaces Iu-CS et Iu-PS ...................................................... 51 III.3/ Dimensionnement de linterface Iu-r ........................................................................... 51

IV/ Dimensionnement du RNC ................................................................................................ 52 Conclusion ................................................................................................................................ 52 Chapitre 2 : Planification dun Rseau 3G ............................................................................... 53 Introduction .............................................................................................................................. 53 I/ Les Modles de Propagation ................................................................................................. 53

I.1/ Le modle dOkumura-Hata .......................................................................................... 54 I.2/ Le modle COST 231 HATA ........................................................................................ 55 I.3/ Le Modle de Walfish-Ikegami ..................................................................................... 55

II/ Le bilan de liaison ............................................................................................................... 58 II.1/ Dfinitions de quelques paramtres .............................................................................. 59

II.1.1/ Processing Gain ...................................................................................................... 59 II.1.2 / Eb/N0 ...................................................................................................................... 59 II.1.3/ Facteur de bruit ...................................................................................................... 59 II.1.4/ Marge de shadowing .............................................................................................. 59 II.1.5/ Marge de Rayleigh ................................................................................................. 59 II.1.6/ Gain du soft handover ............................................................................................ 60 II.1.7/ PIRE ....................................................................................................................... 60 II.1.8/ Sensibilit ............................................................................................................... 60

II.2/ Bilan de liaison pour le lien montant (uplink) .............................................................. 60 II.3/ Bilan de liaison sur le lien descendant (downlink) ....................................................... 61

III/ Identification et validation des sites radio .......................................................................... 62 III.1/ Le design radio ............................................................................................................ 63 III.2/ Le Survey radio ........................................................................................................... 63

IV/ Caractristiques et contraintes du processus de planification dun rseau 3G .................. 65 IV.1/ Caractristiques ........................................................................................................... 65 IV.2/ Contraintes .................................................................................................................. 65

IV.2.1/ Respiration des cellules ........................................................................................ 65 IV.2.2/ Porte dune cellule .............................................................................................. 65



IV.2.3/ Couverture et Capacit ......................................................................................... 66 V/ Les donnes de dpart de la planification (paramtres input) ............................................. 67

V.1/ Le systme de coordonnes .......................................................................................... 67 V.2/ La zone gographique planifier ................................................................................. 67 V.3/ Type dantenne ............................................................................................................. 68 V.4/ Lenvironnement .......................................................................................................... 69

Conclusion ................................................................................................................................ 69 TROISIEME PARTIE .............................................................................................................. 70

ETUDE DE CAS ...................................................................................................................... 70

Chapitre 1 : Les outils dingnierie radio des rseaux mobiles ................................................ 71

Introduction .............................................................................................................................. 71

I/ Prsentation ........................................................................................................................... 71

I.1/ WANDA ........................................................................................................................ 72

I.2/ RNP A9155 v6.2 ........................................................................................................... 73 I.3/ Atoll................................................................................................................................ 75

I.3.1/ Cration et Gestion des sites .................................................................................... 77 I.3.2/ Gestion des secteurs ................................................................................................ 78

I.3.3/ Les diffrentes tudes de prdiction ........................................................................ 78

I.3.4/ Bases de donnes gographiques ............................................................................. 79 I.3.5/ Dfinition dun motif hexagonal ............................................................................ 79

II/ Pourquoi avoir choisi Atoll ? .............................................................................................. 80

Conclusion ................................................................................................................................ 81

Chapitre 2 : Etude de Cas ......................................................................................................... 82

Introduction .............................................................................................................................. 82

I/ Le cahier de charge ............................................................................................................... 82

Proportion des services ..................................................................................................... 85 II/ La zone gographique .......................................................................................................... 85 III/ Ingnierie ............................................................................................................................ 86

III.1/ Dimensionnement ........................................................................................................ 86 III.1.1/ Le nombre dabonns ............................................................................................ 86 III.1.2/ Le Bilan de Liaison ............................................................................................... 87

III.1.3/ Dimensionnement en fonction des services .......................................................... 88



III.1.4/ Dimensionnement de linterface Iub ........................................................................ 88

EB_Factor : Equivalent bandwidth factor, avec pour valeur 125% ......................................... 89 III.1.5/ Les canaux de signalisation ...................................................................................... 89

Avec : ....................................................................................................................................... 89 III.1.6/ Dimensionnement du RNC ....................................................................................... 89

III.2/ Planification .................................................................................................................... 90 III.2.1/ Systme de coordonnes........................................................................................... 90 III.2.2/ Importation de la carte de Dakar .............................................................................. 90 III.2.3/ La zone planifier .................................................................................................... 91 III.2.4/ Configuration des secteurs en fonction des environnements ................................... 92 III.2.5/ La carte de trafic ....................................................................................................... 93 III.2.6/ Configuration des paramtres UMTS ....................................................................... 94 III.2.7/ Gnration automatique des sites ............................................................................. 95

IV/ Prdictions et optimisations ............................................................................................... 95 V/ Simulations .......................................................................................................................... 98

V.1/ Attribution des codes de brouillage .............................................................................. 98 V.2/ Carte de simulation du trafic et zone de service ........................................................... 99

VI/ Cot .................................................................................................................................. 100

Conclusion .............................................................................................................................. 100

CONCLUSION GENERALE ................................................................................................ 101

LISTE DES ABREVIATIONS .............................................................................................. 103

BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................. 106 WEBOGRAPHIE ................................................................................................................... 106



LISTE DES FIGURESLISTE DES FIGURESLISTE DES FIGURESLISTE DES FIGURES

Figure 1 : Cellules Hexagonales ............................................................................................... 17 Figure 2 : Motif rgulier de 3 cellules ...................................................................................... 19 Figure 3 : Distance de rutilisation .......................................................................................... 20 Figure 4 : Uptilt mcanique et Downtilt mcanique ................................................................ 21 Figure 5 : Tilt Electrique .......................................................................................................... 21 Figure 6 : La Mthode daccs FDMA .................................................................................... 22 Figure 7 : La Mthode daccs TDMA .................................................................................... 23 Figure 8 : La Mthode daccs CDMA .................................................................................... 24 Figure 9 : La Macrodiversit .................................................................................................... 26 Figure 10 : Couverture du Rseau UMTS avec les diffrents types de cellules ...................... 29 Figure 11 : Architecture du Rseau UMTS (Entits+Interfaces) ............................................. 31 Figure 12 : Les Mthodes daccs et les frquences utilises par lUMTS ............................. 35 Figure 13 : La technique daccs CDMA ................................................................................. 37 Figure 14 : Le Hard Handover ................................................................................................. 43 Figure 15 : Le Soft Handover et la macrodiversit .................................................................. 44 Figure 16 : Les inputs et outputs du dimensionnement ............................................................ 48 Figure 17 : Processus gnral de dimensionnement du Node B .............................................. 48 Figure 18 : Processus de dimensionnement du Node B sur le lien montant ............................ 49 Figure 19 : Processus de dimensionnement du Node B sur le lien descendant ....................... 50 Figure 20 : Processus de Dimensionnement de linterface Iu-b............................................... 51 Figure 21 : Processus de dimensionnement du RNC ............................................................... 52 Figure 22 : Les paramtres du bilan de liaison sur le lien montant .......................................... 60 Figure 23 : Les paramtres du bilan de liaison sur le lien descendant ..................................... 61 Figure 24 : Processus de validation dun site radio .................................................................. 62 Figure 25 : Processus gnral de planification et de dimensionnement dun rseau W CDMA .................................................................................................................................................. 66 Figure 26 : Zone planifier (Atoll) .......................................................................................... 67 Figure 27 : Une antenne sectorielle et son digramme de rayonnement vertical et horizontal . 68 Figure 28 : Une antenne omnidirectionnelle ............................................................................ 68 Figure 29 : Les outils dingnierie et les rseaux mobiles ....................................................... 71 Figure 30 : Linterface graphique de WANDA ....................................................................... 72 Figure 31 : Vue en 3D dun immeuble ..................................................................................... 72 Figure 32 : Interface graphique de RNP A9155 v6.2 ............................................................... 73 Figure 33 : Onglet Data de RNP .............................................................................................. 73 Figure 34 : Longlet Geo de RNP ............................................................................................ 74 Figure 35 : Longlet Modules du RNP ..................................................................................... 74 Figure 36 : Les diffrents types de prdiction de RNP ............................................................ 74



Figure 37 : Les diffrents types de rseaux mobiles configurables avec Atoll ........................ 75 Figure 38 : Interface daccueil dAtoll ..................................................................................... 75 Figure 39 : Longlet Data dAtoll ............................................................................................ 76 Figure 40 : Longlet Geo dAtoll ............................................................................................. 76 Figure 41 : Longlet Modules dAtoll ...................................................................................... 77 Figure 42 : Cration dun site ................................................................................................... 77 Figure 43 : Gestion dun secteur .............................................................................................. 78 Figure 44 : Les mthodes de prdiction ................................................................................... 79 Figure 45 : Carte de Dakar (Format MIF) ................................................................................ 79 Figure 46 : Dfinition dun motif hexagonal pour une zone .................................................... 80 Figure 47 : La zone planifier ................................................................................................. 86 Figure 48 : Dfinition du systme de coordonnes .................................................................. 90 Figure 49 : La Carte de Dakar .................................................................................................. 90 Figure 50 : La zone planifier ................................................................................................. 91 Figure 51 : Superficie de la zone planifier ............................................................................ 91 Figure 52 : Paramtrage des environnements .......................................................................... 92 Figure 53 : La carte de trafic .................................................................................................... 94 Figure 54 : Types de mobilit et denvironnement .................................................................. 94 Figure 55 : Gnration automatique des sites .......................................................................... 95 Figure 56 : Prdiction de couverture ........................................................................................ 96 Figure 57 : Prdiction de la qualit du signal Ec/Io ................................................................. 96 Figure 58 : Prdiction de couverture par metteur ................................................................... 97 Figure 59 : Prdiction de recouvrement ................................................................................... 97 Figure 60 : Attribution des codes de brouillage ....................................................................... 98 Figure 61 : Carte de simulation du trafic .................................................................................. 99 Figure 62 : Nombre dutilisateurs et probabilit de blocage .................................................... 99



LISTE DES TABLEAUXLISTE DES TABLEAUXLISTE DES TABLEAUXLISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Historique de lUMTS ........................................................................................... 30 Tableau 2 : Les Interfaces du Rseau ....................................................................................... 34 Tableau 3 : Comparaison des Modes TD-CDMA et W-CDMA .............................................. 36 Tableau 4 : Les canaux logiques du rseau UMTS .................................................................. 41 Tableau 5 : Les canaux de transport du rseau UMTS ............................................................ 41 Tableau 6 : Les canaux physiques du rseau UMTS ............................................................... 42 Tableau 7 : Les paramtres du bilan de liaison ........................................................................ 58 Tableau 8 : Les valeurs de Eb/No ............................................................................................. 82 Tableau 9 : Caractristiques des terminaux .............................................................................. 83 Tableau 10 : Types de mobilit ................................................................................................ 83 Tableau 11 : Profil des utilisateurs ........................................................................................... 84 Tableau 12 : Caractristiques des environnements .................................................................. 84 Tableau 13 : Caractristiques des services ............................................................................... 85 Tableau 14: Proportion des services ......................................................................................... 85 Tableau 15 : Nombre dabonns par environnement ............................................................... 86 Tableau 16 : Bilan de liaison sur le lien Uplink ....................................................................... 87 Tableau 17 : Rsultats du dimensionnement en fonction des services .................................... 88 Tableau 18: Largeur de bande .................................................................................................. 88 Tableau 19: Les valeurs des PCR ............................................................................................. 88 Tableau 20: Caractristiques du RNC ...................................................................................... 89 Tableau 21 : Les paramtres des secteurs et des cellules ......................................................... 93 Tableau 22: Cot d'un site ...................................................................................................... 100



RsumRsumRsumRsum

Les rseaux mobiles cellulaires ont acquis pendant la dcennie 1990 une place fondamentale dans le monde des tlcommunications. Sils offrent aux utilisateurs une libert de mouvements pour laccs aux services de tlcommunications, il nen reste pas moins que le service de mobilit engendre une complexit supplmentaire tant pour les concepteurs de systmes que pour les oprateurs de ces systme.

La mise en place dun rseau UMTS ncessite une ingnierie radio. Lingnierie de dimensionnement et de planification reprsente une tape trs importante dans le cycle de vie des rseaux mobiles.

La croissance continue de la demande en communications fait du design radio des rseaux UMTS une tche perptuelle. Cette tche est d'une grande complexit du fait du volume immense de donnes couler associes plusieurs problmes et contraintes d'ingnieries.

Lobjectif de ce travail est de raliser lingnierie de dimensionnement et de planification dun rseau 3G : UMTS.

Nous entamons notre travail avec une premire partie qui porte sur ltat de lart des rseaux mobiles ; nous y prsentons le concept des rseaux cellulaires et le rseau UMTS.

Dans la deuxime partie nous parlons des rgles dingnierie de dimensionnement et de planification dun rseau 3G.

La dernire partie est consacre une tude de cas ralise dans la rgion de Dakar.



INTRODUCTION GENERALE

Les rseaux de tlcommunications font parti de la vie de lhomme depuis lapparition du premier tlphone. Ils ont un impact sur nos modes de vie, nos distractions

Les rseaux cellulaires ont normment contribu ces changements. Ces rseaux ont connu une grande mutation depuis lavnement des rseaux de premire gnration (1G) ; nous sommes passs des rseaux de premire gnration aux rseaux de la quatrime gnration (4G). Les rseaux de deuxime gnration (2G) comme le GSM et le GPRS, donnent un accs limit en terme de dbit pour les services de types voix et donnes. Le GSM propose un dbit de 13 Kbits/s pour la voix et 12 Kbits/s pour les donnes ; tandis que le GPRS qui est cens amliorer le dbit des services de type donnes pour le GSM propose un dbit de 171,2 Kbits/s avec un codage CS-4.

Dans ce contexte, il est important de souligner que les utilisateurs ou abonns demandent toujours plus en termes de dbit et de qualit de services. Avec lapparition des diffrents services multimdias, jeux en ligne, achats en ligne, rseaux sociaux et autres, loprateur est appel rflchir comment satisfaire cette demande. La solution consistera passer de la 2G la 3G avec un cot lev pour loprateur cause des nouvelles infrastructures dployer.

La norme UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) est celle utilise par les rseaux de troisime gnration. Elle permet des amliorations substantielles par rapport aux rseaux de deuxime gnration (2G). Les technologies dveloppes autour de cette norme conduisent une augmentation significative des vitesses de transmission pouvant atteindre 384 Kbits/s voire 2 Mbits/s. De tels dbits sont significativement suprieurs ceux permis par le GSM et le GPRS. En utilisant une technique daccs multiple bas sur le CDMA (code multiple access), lUMTS offre la possibilit aux oprateurs de faire du haut dbit notamment du multimdia. Cette technique permet une abondance du spectre frquentiel, la frquence nest plus une ressource rare puisquune seule bande de frquence peut tre utilise par plusieurs abonns qui sont diffrencis par des codes.



Notre travail a pour but dtudier lingnierie des rseaux mobiles de troisime gnration. Autrement dit le dimensionnement et la planification des rseaux 3G.

La mise en place dun rseau 3G ncessite une ingnierie pointue afin datteindre les objectifs viss pour satisfaire la qualit de service. Lingnierie de dimensionnement et de planification consiste dans un premier temps tablir un bilan de liaison, puis de lappliquer un modle de propagation afin de trouver le rayon de la cellule et dans un deuxime temps de dterminer le nombre dquipements (Node B, RNC, MSC).

La premire partie de notre travail sera consacre ltat de lart des rseaux mobiles. Ainsi, le premier chapitre parlera du concept des rseaux cellulaires. Nous y tudierons les bases de ces rseaux savoir : les mthodes daccs, les motifs, la distance de rutilisation, les interfrences Dans le second chapitre nous prsenterons le rseau UMTS depuis larchitecture jusquau fonctionnement.

La seconde partie aura trait lingnierie radio. Le premier chapitre de cette partie dcrira le processus de dimensionnement des rseaux 3G. Le second chapitre sera consacr la planification.

La troisime partie concerne une tude de cas. Le premier chapitre prsentera les outils dingnierie radio des rseaux mobiles en gnral et dAtoll loutil de rfrence en particulier. Dans le second chapitre nous ferons une simulation de dimensionnement et de planification dun rseau 3G avec le logiciel Atoll



PREMIERE PARTIEPREMIERE PARTIEPREMIERE PARTIEPREMIERE PARTIE

ETAT DE LART DES RESEAUX ETAT DE LART DES RESEAUX ETAT DE LART DES RESEAUX ETAT DE LART DES RESEAUX

MOBILESMOBILESMOBILESMOBILES



Chapitre 1Chapitre 1Chapitre 1Chapitre 1 : Le Concept des Rseaux Cellulaires: Le Concept des Rseaux Cellulaires: Le Concept des Rseaux Cellulaires: Le Concept des Rseaux Cellulaires

Introduction Les rseaux peuvent tre dfinis comme un ensemble dentits interconnects afin daccomplir des tches bien dfinies. Ainsi, on distingue plusieurs types de rseaux : rseaux informatiques, rseaux de donnes, rseaux de transport, rseaux de tlcommunications

Prenons par exemple le dernier rseau qui englobe la tlphonie fixe et mobile. Les rseaux de tlcommunications ont fait leur preuve tant par leur fiabilit que par leur qualit de service.

Dans ce chapitre, nous nous intresserons au concept des rseaux cellulaires qui dfinissent en ralit les rseaux mobiles. Mettre en place un tel rseau, nest pas chose facile, il est donc important de matriser ce concept.

I/ Prsentation des Rseaux Cellulaires

Afin de couvrir un territoire donn, il est indispensable de le diviser en plusieurs cellules. Ceci est la particularit des rseaux cellulaires. Une telle division du territoire ncessite la prise en compte de plusieurs facteurs ou paramtres : Motif, distance de rutilisation des frquences, interfrences, allocation des canaux, etc.

I.1/ Division du territoire en plusieurs cellules

Le principe de ce systme est de diviser le territoire en de petites zones, appeles cellules, et de partager les frquences radio entre celles-ci. Ainsi, chaque cellule est constitue d'une station de base laquelle on associe un certain nombre de canaux de frquences bande troite, sommairement nomms frquences. Ces frquences ne peuvent pas tre utilises dans les cellules adjacentes afin d'viter les interfrences. Ainsi, on dfinit des motifs, aussi appels



clusters, constitus de plusieurs cellules, dans lesquels chaque frquence est utilise une seule fois.

Figure 1 : Cellules Hexagonales

Graphiquement, on reprsente une cellule par un hexagone car cette forme approche celle d'un cercle. Cependant, en fonction de la nature du terrain et des constructions, les cellules n'ont pas une forme circulaire. De plus, afin de permettre un utilisateur passant d'une cellule une autre de garder sa communication, il est ncessaire que les zones de couverture se recouvrent de 10 15%, ce qui renforce la contrainte de ne pas avoir une mme bande de frquences dans deux cellules voisines.

Pour viter les interfrences plus grande distance entre cellules utilisant les mmes frquences, il est galement possible d'asservir la puissance d'mission de la station de base en fonction de la distance qui la spare de l'utilisateur. Le mme processus du contrle de la puissance d'mission est galement appliqu en sens inverse. En effet, pour diminuer la consommation d'nergie des mobiles et ainsi augmenter leur autonomie, leur puissance d'mission est calcule en fonction de leur distance la station de base. Grce des mesures permanentes entre un tlphone mobile et une station de base, les puissances d'mission sont rgules en permanence pour garantir une qualit adquate pour une puissance minimale.

En rsum, une cellule se caractrise:

par sa puissance d'mission nominale, ce qui se traduit par une zone de couverture l'intrieur de laquelle le niveau du champ lectrique est suprieur un seuil dtermin

par la frquence de porteuse utilise pour l'mission radiolectrique et par le rseau auquel elle est interconnecte.



Il faut noter que la taille des cellules n'est pas la mme sur tout le territoire.

En effet, celle-ci dpend:

du nombre d'utilisateurs potentiels dans la zone, de la configuration du terrain (relief gographique, prsence d'immeubles, ...), de la nature des constructions (maisons, buildings, immeubles en bton, ...) et de la localisation (rurale, suburbaine ou urbaine) et donc de la densit des

constructions.

Ainsi, dans une zone rurale o le nombre d'abonns est faible et le terrain relativement plat, les cellules seront plus grandes qu'en ville o le nombre d'utilisateurs est trs important sur une petite zone et o l'attnuation due aux btiments est forte. Un oprateur devra donc tenir compte des contraintes du relief topographique et des contraintes urbanistiques pour dimensionner les cellules de son rseau. On distingue pour cela trois services principaux:

1. Le service `Òutdoor'' qui indique les conditions ncessaires pour le bon droulement d'une communication en extrieur.

2. Le service `Ìncar'' qui tient compte des utilisateurs se trouvant dans une voiture. 3. Le service `Ìndoor'' qui permet le bon droulement des communications l'intrieur

des btiments.

Cette catgorie de service se subdivise son tour en deux:

1. Le ``Soft Indoor'' lorsque l'utilisateur se trouve juste derrire la faade d'un btiment.

2. Le ``Deep Indoor'' lorsqu'il se trouve plus l'intrieur.

La grille hexagonale permet de respecter les conditions suivantes :

Taille de cellules identique, donc couverture homogne et rpartition priori homogne du trafic sur chacune des cellules.

Meilleure couverture et qualit de service (par exemple, un service Indoor Deep peut tre obtenu au centre ville en resserrant les distances inter-site).

Application d'un motif de rutilisation de frquences rgulier



Pour cette mme contrainte des frquences rutiliss les sites tri sectoriels sont prfrs aux configurations omnidirectionnelles.

I.2/ Le Motif On appelle motif le plus petit groupe de cellules contenant une et une seule fois l'ensemble des canaux radio. Ce motif est rpt sur toute la surface couvrir. Plus le motif est grand, plus la distance de rutilisation est grande.

Des considrations gomtriques et arithmtiques permettent de dmontrer qu'un motif ayant un nombre de frquences donn est optimal s'il est rgulier. Les motifs rguliers les plus courants sont composs de 3, 4, 7, 9, 12 et 21 cellules. Dans le cas de motifs irrguliers, la distance de rutilisation reste infrieure celle du motif rgulier de taille immdiatement infrieure.

Figure 2 : Motif rgulier de 3 cellules

I.3/ Distance de Rutilisation Il est important de prciser que le concept de rseaux cellulaires implique lallocation de ressources (frquences) chaque station de base.

Ainsi, afin dviter les interfrences, il est important de dterminer la distance de rutilisation de ces frquences.

N.B : Avec N reprsentant le motif



Figure 3 : Distance de rutilisation

II/ Les Types dantennes Une antenne est caractrise par son digramme de rayonnement, son ouverture, sa polarisation, sa directivit, son gain, sa puissance isotrope rayonne quivalente(PIRE), sa surface quivalente de rception et la bande dans laquelle elle peut tre utilise.

Plusieurs types dantennes sont utiliss dans les rseaux cellulaires, on retrouve :

Les antennes omnidirectionnelles : Elles sont utilises en extrieur et particulirement en environnement rural. Ces antennes ne sont directives que verticalement et prsentent des gains de 2 11dBi.

Les antennes directionnelles : Elles se prsentent sous la forme de panneaux, elles sont installes en environnement extrieur pour la couverture de zones urbaines ou rurales. Leur gain peut atteindre 18 dBi.

II.1/ Azimut Chaque antenne est dirige dans une direction dtermine par des simulations, de manire couvrir exactement la zone dfinie. La direction principale de propagation de lantenne, c'est--dire la direction dans laquelle lantenne met sa puissance la plus importante est dirige dans lazimut tabli. Lazimut est un angle qui se compte en degrs, positivement dans le sens horaire, en partant du nord (0). De cette faon, lazimut 90 correspond lest, lazimut 180 au sud, etc.



II.2/ Le Tilt Le tilt est langle d'inclinaison (en degrs) de l'azimut du lobe principal de l'antenne dans le plan vertical. Le diagramme de rayonnement d'une antenne avec un tilt positif sera dirig vers le haut, alors quun tilt ngatif fera pointer lantenne vers le bas. Il existe deux types de tilt :

Mcanique : il suffit de relever lgrement lantenne sur son support, pour quelle soit dirige dans la direction souhaite.

Figure 4 : Uptilt mcanique et Downtilt mcanique

Electrique : rglage denviron 2 10, en tournant une partie mcanique larrire de lantenne qui joue sur le dphasage des signaux dans les diffrents diples constituant de lantenne.

Figure 5 : Tilt Electrique



III/ Les Mthodes daccs Dans les rseaux cellulaires la transmission radio passe par linterface radio, que se partagent les utilisateurs dune mme cellule. Plusieurs mthodes daccs permettent aux mobiles daccder la ressource radio. Ces mthodes ont la particularit de diviser la bande de frquence, gnralement trs limite, en plusieurs canaux physiques assurant la communication tout en respectant les contraintes

permettant dviter les interfrences. Afin de permettre aux utilisateurs de bnficier des ressources du rseau, diffrents types de multiplexage sont utiliss. En gnral, on distingue trois types de multiplexage : le FDMA (Frequency Division Multiple Access), le TDMA (Time Division Multiple Access) et le CDMA (Code Division Multiple Access).

III.1/ Frequency Division Multiple Access (FDMA) La mthode daccs FDMA, repose sur un multiplexage en frquences. Le multiplexage frquentiel divise la bande de frquences en plusieurs sous bandes, chaque communication est place sur une frquence dite porteuse, ou carrier, qui est la frquence spcifique du canal: Chaque porteuse ne peut transporter que le signal dun seul utilisateur. Cette mthode ncessite une sparation entre les porteuses pour viter les interfrences. La mthode FDMA est essentiellement utilise par les rseaux analogiques tels que lAMPS qui comporte 823 porteuses, avec une sparation de 30 KHz entre les porteuses adjacentes.

Figure 6 : La Mthode daccs FDMA



III.2/ Time Division Multiple Access (TDMA)

La mthode daccs TDMA, offre la totalit de la bande de frquences chaque utilisateur pendant une fraction de temps donne, dnomme slot (intervalle). Lmetteur de la station mobile stocke les informations avant de les transmettre sur le slot, autrement dit dans la fentre temporelle qui lui est consacre.

Les diffrents slots sont regroups en une trame, le systme offrant ainsi plusieurs voies de communication aux diffrents utilisateurs. La succession des slots dans les trames forme le canal physique de lutilisateur. Le rcepteur enregistre les informations larrive de chaque slots et reconstitue le signal la vitesse du support de transmission.

Figure 7 : La Mthode daccs TDMA

III.3/ Code Division Multiple Access(CDMA) Le CDMA autorise lallocation de la totalit da la bande de frquences, de manire simultane tous les utilisateurs dune mme cellule. Un code binaire spcifique est octroy chaque utilisateur qui sen sert pour transmettre les informations.

Lattribution de diffrents codes permet une rutilisation de la mme frquence dans les cellules voisines. Excdant le nombre maxi de codes attribus, la surcharge de la cellule affecte en outre tous les autres utilisateurs par linterfrence provoque sur leurs canaux alors quun seul utilisateur est brouill en TDMA.



Figure 8 : La Mthode daccs CDMA

IV/ Les Interfrences Nous avons vu plus haut quil nest pas possible dutiliser une bande de frquence donne dans deux cellules adjacentes. Ceci est du aux interfrences : les signaux se perturbent entre eux.

On distingue trois types dinterfrences qui doivent tre pris en compte au moment de la planification :

Les interfrences inter-symboles (IIS), Les interfrences co-canal (ICC), Les interfrences inter-frquences (IIF).

IV.1/ Les Interfrences inter-symboles(IIS) Pendant lmission dun signal, les ondes lectromagntiques qui le composent subissent des rflexions plus ou moins nombreuses en fonction de lenvironnement.

Un symbole (unit de base du signal) peut donc arriver au terminal mobile par plusieurs chemins. Comme ces chemins sont de longueurs diffrentes, un mme symbole est reu plusieurs fois des moments diffrents. Par consquent, au mme moment, le mobile peroit plusieurs symboles diffrents. Il peut tre difficile de les distinguer : cest linterfrence inter-symbole.



IV.2/ Les Interfrences Co-canal(ICC) Ce type dinterfrence a lieu quand plusieurs missions ont lieu sur la mme bande de frquence. Cest le cas entre deux cellules qui utilisent les mmes canaux pour leurs communications. Les signaux des deux missions se mlangent : cest linterfrence Co-canal.

IV.3/ Les Interfrences inter-frquences(IIF) Un signal mis une frquence donne saffaiblit pendant son transport : il perd de la puissance, et sa frquence se modifie : cest letallement de spectre.

Il y a donc recouvrement entre des signaux voisins : cest linterfrence inter-frquences.

V/ La Diversit Dans le but de rduire laffaiblissement du signal d aux trajets multiples des techniques de diversit sont utiliss. On distingue deux types de diversit :

La microdiversit La macrodiversit

V.1/ La Microdiversit Les antennes se trouvent sur le mme site, on distingue deux types : la diversit spatiale et la diversit de polarisation.

La diversit spatiale consiste installer deux antennes spares par une certaine distance de lune de lautre.

La diversit de polarisation consiste placer au niveau de la station de base une antenne de type sectoriel pouvant mettre et recevoir sur la polarisation +45et -45

V.2/ La Macrodiversit Elle est mise en uvre dans les rseaux utilisant la technique daccs CDMA.

Elle permet un mobile dcouter en mme temps des signaux provenant de deux sites (stations de base) diffrents.



Figure 9 : La Macrodiversit

Conclusion Tout au long de ce chapitre nous avons parl du concept des rseaux cellulaires, mettre en place un tel rseau implique la prise en compte de certains paramtres.

Ainsi, il y a dabord le dcoupage du territoire en plusieurs zones appeles cellules partir dun motif. Chaque cellule dispose dune station de base et dune ou plusieurs porteuses. Afin doptimiser lutilisation des frquences, une distance de rutilisation doit tre dtermine.

Outre ce concept, il convient de prendre en compte les mthodes daccs utilises dans ces rseaux, savoir le FDMA, le TDMA et le CDMA.

Enfin, disons que ces rseaux sont appels voluer, aujourdhui nous le remarquons plus que jamais ; nous sommes passs des rseaux mobiles de premire gnration (1G) aux rseaux mobiles de quatrime gnration (4G).



Chapitre 2Chapitre 2Chapitre 2Chapitre 2 : Prsentation du Rseau UMTS: Prsentation du Rseau UMTS: Prsentation du Rseau UMTS: Prsentation du Rseau UMTS

Introduction Les rseaux mobiles nont pas cess de changer depuis les rseaux de premire gnration, nous sommes passs de la 1G, 2G, 3G la 4G aujourdhui.

Dans ce chapitre nous ne nous intresserons quaux rseaux mobiles de troisime gnration ou 3G. Ces rseaux sont apparus suite une demande croissante des services multimdia et dune meilleure qualit de service.

Disons que lUMTS est la norme de nouvelle gnration pour la transmission vocale, texte, vido ou multimdia numrise. La tlphonie standard, laccs lInternet, la tlphonie vido et des services spcialement adapts tels que les actualits et les informations sur la bourse seront mis disposition des utilisateurs sans interruption, o quils soient et lorsquils sont en dplacement. LUMTS utilisera la technologie cellulaire, terrestre et satellite et donnera donc une couverture rsidentielle et sur les bureaux, rues, zones urbaines et rgions rurales et lointaines. Ainsi, nous prsenterons lUMTS dans un premier temps, puis nous parlerons de larchitecture du rseau dans un second temps et enfin nous parlerons des modes daccs, de la technique daccs multiple CDMA et des mcanismes radio.

I/ Prsentation de lUMTS LUMTS (Universal Mobile Telecommunications System) dsigne une technologie retenue dans la famille dite IMT 2000 (International Mobile Tlcommunications) comme norme pour les systmes de tlcommunications mobile dits de troisime gnration (3G), qui succderont progressivement au standard actuel : le GSM. LUMTS permet des amliorations substantielles par rapport au GSM, notamment :

Elle rend possible un accs plus rapide Internet depuis les tlphones portables, par un accroissement significatif des dbits des rseaux de tlphonie mobile.



Elle amliore la qualit des communications en tendant vers une qualit daudition de celle de la tlphonie fixe.

Elle permet de concevoir une norme compatible lchelle mondiale, contrairement aux technologies actuelles (les normes utilises aux Etats-Unis et au Japon ne sont pas toutes compatibles avec le GSM).

Elle rpond au problme croissant de saturation des rseaux GSM, notamment en grandes villes.

Des services plus rapides, plus sophistiqus, quel que soit le lieu, et mme en dplacement.

Des dbits de 2Mbit/s (accs radio dans une cellule de zone locale), 144kbps (pour un dplacement sur nimporte quelle distance), et plus de 2Mbit/s (cbl)

La transmission vocale et numrique, graphique, audio Laccs aux services tels que messagerie vocale, tlphonie vido, vido

confrence (y compris multipartite) tlconfrence

Les technologies dveloppes autour de la norme UMTS conduisent une amlioration significative des vitesses de transmission pouvant atteindre 2 Mbit/s. De tels dbits sont significativement suprieurs ceux permis par les rseaux GSM actuels (9,6 kbit/s) ou par le GPRS.

Cette amlioration des dbits est rendue possible par lvolution des technologies radio qui autorise une meilleure efficacit spectrale et lexploitation de bandes de spectre de frquence suprieure celles utilises par la technologie GSM. Alors que les rseaux GSM dploys au cours des dernires annes reposaient sur lutilisation de bandes de frquences autour de 900 MHz et de 1800 MHz, la norme UMTS exploite de nouvelles zones du spectre (notamment les bandes 1920-1980 MHz et 2110-2170 MHz pour le W-CDMA et les bandes 1900-1920 Mhz et 2010-2025 MHz pour le TD-CDMA).

Ces diffrences entre les normes GSM et UMTS rendent ncessaires le dploiement de nouveaux rseaux de stations de base, y compris pour les oprateurs existants.



I.1/Couverture Globale de lUMTS

La couverture globale de la plante sorganise en une structure cellulaire hirarchise qui assurera litinrance (roaming) mondiale. Au sommet de la hirarchie se trouvent les satellites qui assurent une couverture sur lensemble de la plante. Le rseau terrestre radio lui soccupe de la couverture terrestre suivant une rpartition en macro, micro et picocellules.

Les macrocellules couvrent les zones suburbaines et rurales, les microcellules les zones urbaines (forte densit dutilisateurs) et les picocellules les zones bien dfinies telles les immeubles, les environnements intrieurs (indoor).

Figure 10 : Couverture du Rseau UMTS avec les diffrents types de cellules



I.2/ HISTORIQUE

Le tableau ci-aprs fait un rcapitulatif de le lhistoire de lUMTS.

Annes Ralisations

1987-1995 Projet RACE I et RACE II. Premires tudes sur les caractristiques

techniques de lUMTS

1992 Une bande spectrale de 230 Mhz autour de 2Ghz est identifie pour

y dployer les systmes de troisime gnration

1995-1999 Projet ACTS/FRAMES. Etudes focalises sur deux techniques

daccs radio FMA1 et FMA2 qui sont les prcurseurs de

lUTRA/TDD et lUTRA/FDD

Dcembre 1996 Dbut des activits de standardisation de lUMTS

Juin 1998 Dix technologies daccs radio terrestres sont proposes lUIT

pour faire partie de lIMT-2000 ainsi que des technologies par

satellites

Octobre 1998 LUIT slectionne les 6 technologies daccs radio terrestres qui

composent actuellement lIMT-2000 : UTRA/FDD, UTRA/TDD, TD-

SCDMA, cdma2000, UWC-136 et DECT. Il slectionne aussi des

technologies par satellites.

Dcembre 1998 Dbut des activits du 3GPP visant achever les spcifications du

rseau daccs radio et du rseau cur qui composent lUMTS avec

une participation internationale

Mars 1999 La Finlande est le premier pays europen se voir attribuer les

licences UMTS

2000 Elargissement des bandes de frquences

2001-2004 Premiers dploiements commerciaux de lUMTS en Europe et au

Japon

Tableau 1 : Historique de lUMTS



II/ ARCHITECTURE DU RESEAU UMTS

Le rseau UMTS est constitu de trois parties qui sont : lUser Equipement, lUTRAN et le Core Network.

Figure 11 : Architecture du Rseau UMTS (Entits+Interfaces)

II.1/ User Equipement(UE)

Cette partie concerne le mobile, User Equipement dsigne le terme gnrique utiliser pour les mobiles 3G. Il permet lutilisateur davoir accs au rseau via lUTRAN. On distingue : le Mobile Equipement(ME) et lUSIM (module de gestion de lidentit).

Le rle de l'USIM est semblable celui de la carte SIM en GSM. Elle enregistre les identits de l'abonn telles que IMSI, TMSI, PTMSI, les donnes de souscription, la cl de scurit (Ki) et les algorithmes d'authentification et de gnration de cl de chiffrement. L'UE peut se rattacher simultanment aux domaines circuit (MSC) et paquet (SGSN).

Ainsi on retrouvera dans lUSIM les lments suivants :



Code Pin ou procdure didentification La ou les Langues utiliser

Rpertoire des applications IMSI/MSISDN

Le ou Les identifiants temporaires Les clefs de chiffrages Codes durgence Messages courts (SMS, MMS) Dernires donnes de localisation du ME Rseaux Autoriss et prfrences daccs Porteuses dune cellule

Les identifiants utiliss dans le rseau sont les suivants :

IMSI : permet didentifier lutilisateur dans le rseau MSISDN : numro de tlphone de lutilisateur sinscrivant dans le plan TMSI : identifiant temporaire du mode circuit PTMSI : identifiant temporaire du mode paquet IMEI : identifiant du terminal (peux tre obtenu avec *#06#)

II.2/ UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)

Il reprsente la partie radio du rseau UMTS, premier relais pour le mobile vers le rseau. Il comprend deux entits : le Node B et le RNC (Radio Network Controller) qui constituent le sous-systme radio ou radio network subsystem(RNS).

II.2.1/ Node B

Le Node B est quivalent la BTS du rseau GSM. Il peut grer une ou plusieurs cellules. Il inclut un rcepteur CDMA qui convertit les signaux de l'interface Uu (Interface Air) en flux de donnes achemins au RNC sur l'interface Iub. Dans l'autre sens, le transmetteur CDMA convertit les flux de donnes reus du RNC pour leur transmission sur l'interface Air. Il y a un Node B par cellule ou secteur. Il a un rle primordial dans les tches physiques :

Codage/dcodage canal



Entrelacement

talement de spectre Modulation

Il joue galement un rle dans le handover en prlevant la qualit du signal.

II.2.2/ RNC (Radio Network Controller) Il est lquivalent du BSC en GSM, il gre les Node B qui sont sous son contrle.

Ses principaux rles sont les suivants :

Contrler la puissance en boucle externe Contrler le Handover Grer ladmission et la charge des mobiles sur le rseau Allouer des codes CDMA Squencer la transmission en mode paquet Grer la macro diversit Contrle ladmission ou le refus dun utilisateur Contrle les ressources radios lors dun handover

Deux rles de RNC ont t introduits afin de grer la macro-diversit et le handover inter RNC : le Serving RNC et le Drift RNC (un RNC joue lun ou lautre des deux rles pour une communication). Chaque communication met en uvre un Serving RNC, et passe par 0, 1 ou plusieurs Drift RNC :

Le Serving RNC : gre les connexions radio avec le mobile et sert de point de rattachement au rseau de base via linterface Iu. Il contrle et excute le handover.

Le Drift RNC : sur ordre du Serving RNC, gre les ressources radio des Node B qui dpendent de lui. Il effectue la recombinaison des liens lorsque du fait de la macrodiversit plusieurs liens radio sont tablis avec des Node B qui lui sont attachs. Il envoie les donnes utilisateur vers le Serving RNC dans le sens montant et vers les Node B dans le sens descendant.

Chaque Node B dispose dun RNC et est reli ce dernier par linterface Iub.



Les nouveaux termes utiliss dans lUTRAN sont les suivants :

SRNTI : permet dassocier dune manire unique un UE un SRNC. DRNTI : permet dassocier un UE un DRNC de manire unique. CRNTI : cet identifiant est allou au mobile ds que ce dernier passe sous la

couverture du Contrle RNC. URNTI : association du SRNTI et de lidentifiant du SRNC il permet didentifier le

mobile dans lUTRAN.

II.2.3/ Les Interfaces Le rseau UMTS utilise de nouvelles interfaces qui sont regroups dans le tableau ci-dessous.

INTERFACES LOCALISATION Descriptif en bref Equivalent GSM/GPRS

Uu UE-UTRAN Interface radio qui permet au

mobile de communiquer avec

l'UTRAN

Um

Iu UTRAN-Rseau

Fdrateur

Iu-CS permet au mobile de

communiquer avec le MSC/VLR A

Iu-PS permet au mobile de

communiquer avec le SGSN Gb

Iur RNC-RNC Communication entre deux RNC, permet la macrodiversit

Iub Node B-RNC Communication entre le Node B et le RNC

A-bis

Tableau 2 : Les Interfaces du Rseau

II.3/ Core Network(CN) Il reprsente le sous-systme rseau ou encore le cur de rseau. Il est divis en deux parties : une partie rserve la voix gre par le MSC/VLR et une partie rserve aux donnes gre par le SGSN ; les autres entits tels que le HLR (Home Location Register), lAUC (Authentication Center), le GGSN (Gateway GPRS Support Node), lEIR (Equipement Identity Register), IN (Intelligent Network) connatront une mise jour afin de converger vers UMTS.

Le CN permet linterfaage du rseau UTRAN avec les rseaux distants tels que RTCP (Rseau Tlphonique Commut Public), rseaux Internet, LAN (Local Area Network) distants. Sa principale fonctionnalit, en plus de la gestion de localisation et du contrle des paramtres du rseau, est la commutation et le routage des donnes utilisateurs et de signalisation entre les terminaux mobiles et les rseaux distants via linterface radio.



Il existe deux approches pour la mise en place du CN.

La premire approche consiste dployer le rseau sans compltement chang le cur de rseau, on utilise les entits GSM et GPRS. Dans ce cas, lUTRAN est connect dune part au rseau voix par linterface Iu-CS, toutefois le MSC devient le 3G MSC et dautre part au rseau de donnes par linterface Iu-PS, cette fois le SGSN devient le 3G SGSN

La seconde approche consiste mettre en place un rseau cur ddi constitu dun 3G MSC et 3G SGSN qui vont interfacer avec lUTRAN, cela reviendrait cher loprateur. Cette solution permet nanmoins un dveloppement parallle du rseau UMTS sans impact sur le rseau GSM/GPRS courant.

III/ Les Modes daccs On entend par mode daccs la manire dont la bande de frquence est utilise.

LUMTS utilise deux mthodes daccs : la mthode daccs Time Division Duplex (TDD) et la mthode daccs Frequency Division Duplex (FDD). De ce fait, on distingue des bandes de frquences en fonction de la mthode daccs utilise.

On distingue :

Deux bandes de frquences attribues lUMTS-FDD : la premire allant de 1920 MHz 1980 MHz pour la liaison montante et la deuxime de 2110 MHz 2170 MHz pour la liaison descendante.

Deux bandes de frquences attribues lUMTS-TDD : la premire allant de 1900 MHz 1920 MHz et la deuxime de 2010 MHz 2025 MHz.

Figure 12 : Les Mthodes daccs et les frquences utilises par lUMTS



III.1/ Le Mode TDD Le Mode TDD consiste utiliser une seule bande de frquence pour les communications. Ce mode daccs est utilis par la technique de multiplexage TD-CDMA que nous dtaillerons ultrieurement. TD-CDMA est appropri pour les services de donnes en mode paquet, haut dbit et asymtrique et est plus adapt pour les petites cellules.

III.2/ Le Mode FDD En FDD, on distingue deux bandes de frquences ; une bande de frquence est utilise pour la voie montante (uplink) et lautre pour la voie descendante (Downlink). Le mode FDD utilise le concept W-CDMA (Wide band CDMA). Il sagit dune technique daccs multiple par rpartition de code. W-CDMA est adapt aux services symtriques (voix et services de donnes bas et moyen dbit en mode symtrique) et est particulirement adapt aux grandes cellules.

Paramtres Mode TDD Mode FDD

Accs Multiple TD-CDMA W-CDMA

Dbit 384 Kbits/s 384 Kbits/s

Espacement entre Porteuses 5 MHZ avec un pas de 200 kHz 5 MHZ avec un pas de 200 kHz

Structure de la Trame 15 IT 15 IT

Dure dune Trame 10 ms 10 ms

Modulation QPSK QPSK

Tableau 3 : Comparaison des Modes TD-CDMA et W-CDMA

IV/ Le W-CDMA La technique daccs multiple rpartition dans les codes est utilise par lUMTS afin de garantir le haut dbit (384 Kbits/s voire 2 Mbits/s), ce qui est tout fait normale car lUMTS se doit dassurer une qualit de service parfaite.

Des trois techniques daccs qui existent savoir le FDMA, le TDMA et le CDMA ; la dernire est la plus complexe de toutes.

Le CDMA (Code Division Multiple Access) est une technique daccs multiple grce laquelle les diffrents utilisateurs peuvent communiquer en mme temps dans une mme bande de frquences.



La distinction entre chaque utilisateur se fait par codes connus exclusivement de lmetteur et du rcepteur.

Figure 13 : La technique daccs CDMA

Le CDMA peut tre considr comme une technique de partage de puissance au niveau de lmission de la station de base et de partage des interfrences.

Chaque station de base doit partager sa puissance entre les diffrents canaux de communication tablis avec le mobile.

La possibilit dtablir de nouvelles communications dpend directement du niveau dinterfrences global. Plus le niveau dinterfrence est lev dans la cellule, moins le nombre de nouveaux canaux allouables dans cette cellule est important. Linterfrence est de cette manire partage entre les diffrents canaux.

Le CDMA repose sur lutilisation de codes dtalement (spreading codes) prsentant des proprits dorthogonalit permettant de distinguer les communications au niveau du rcepteur. Chaque utilisateur dispose dun code unique pour lencodage de linformation transmettre ; la rception, le code connu du rcepteur permet de dcoder le signal reu et de rcuprer linformation transmise.

Ainsi, le CDMA permet lmission de plusieurs signaux sur la mme frquence, la fonction de d talement permet de rduire les signaux trangers linformation transmettre une suite proches de 0.



Cependant, mme si les usagers sont spars entre eux par leurs codes, une autre condition est ncessaire pour assurer que le message transmis pourra tre dcod avec un minimum d'erreur : le rapport E

b/N0 du signal la rception doit tre suffisamment lev. Eb reprsente

l'nergie par bit du signal reu (en Joule) et N0 la densit spectrale du bruit (interfrences+bruit thermique) (en Watt/Hz).

Ce rapport est directement li au rapport signal bruit SIR (Signal to Interference Ratio), rapport de la puissance du signal reu sur la puissance du bruit, par lquation suivante :

Eb/N

0 = SIR W/R

On met ainsi en vidence un paramtre cl de tout systme d'accs radio talement de spectre qui est le gain dtalement (Processing Gain). Ce dernier est dfini comme le rapport de la largeur de bande occupe par le signal d'information aprs (largeur de bande W) et avant (largeur de bande R) talement. Ainsi, on voit que plus le rapport W/R est grand (donc plus le signal est tal), plus on peut se permettre un rapport signal bruit petit tout en assurant un E

b

suffisamment lev, d'o l'importance de ce gain de traitement.

IV.1/ Le Contrle de Puissance Le Contrle de puissance est une mesure vitale dans les systmes utilisant le CDMA, il intervient sur le lien montant (uplink). Un contrle de puissance imparfait affecte directement la capacit sur le lien montant. Sans contrle de puissance rapide et prcis, la capacit dun rseau cellulaire utilisant la technique daccs CDMA est dgrade.

Le contrle de puissance consiste ajuster la puissance des liens montants de sorte quaucun signal arrivant au niveau de la station de base ne soit plus puissant ou plus faible que les autres pour un service donn. En pratique, cest le rapport Eb/N0 qui est pris comme rfrence.

Les deux types de contrle de puissance utiliss dans les systmes fonds sur le CDMA sont le contrle de puissance en boucle ouverte OLPC (Open Loop Power Control) et le contrle de puissance en boucle ferme CLPC (Closed Loop Power Control).



IV.1.1/ Le contrle de puissance en boucle ouverte Il concerne uniquement le mobile (sens montant) et son but est de dterminer le niveau de puissance du signal transmettre avant de rentrer en communication avec la station de base. Ce niveau de puissance est calcul en fonction de l'affaiblissement de parcours ou pathloss mesur dans la voie descendante sur des canaux dfinis dans ce but par le rseau. Le contrle de puissance en boucle ouverte permet de compenser des vanouissements long terme (affaiblissement de parcours du des distances importantes entre l'metteur et le rcepteur) et, en particulier, les vanouissements dus au phnomne de l'effet de masque ou shadowing (vanouissement du la prsence d'obstacles tels que des arbres, des collines ou des immeubles). Une trs forte hypothse prise en compte dans le contrle de puissance en boucle ouverte est de considrer que les vanouissements dans les voies montante et descendante sont identiques. Or, en mode FDD o la voie descendante et la voie montante se trouvent dans des frquences diffrentes, ce type de contrle de puissance n'est pas trs efficace pour compenser les effets des vanouissements rapides car ces derniers dpendent de la frquence porteuse du signal de transmission et de la vitesse du mobile. En effet, les vanouissements rapides sont caractriss par des variations rapides de la puissance du signal dans des intervalles de temps assez courts, et ils trouvent leur origine dans les rflexions du signal transmis sur les diffrents obstacles et dans la vitesse relative entre le mobile et la station de base. Cela entrane une dgradation de type effet doppler avec un dcalage en frquence.

IV.1.2/ Le contrle de puissance en boucle ferme Le contrle de puissance en boucle ferme est utilis dans le but de compenser les vanouissements rapides. Il est appel boucle ferme puisque, la diffrence du contrle de puissance en boucle ouverte, le rcepteur concern calcule des commandes de contrle et les envoie la source mettrice pour que celle-ci rgle sa puissance d'mission.

Une fois que le mobile a tabli un lien de communication avec la station de base, le contrle de puissance en boucle ferme est activ. Dans la voie montante, la station de base mesure de manire permanente la qualit du signal en termes du rapport E

b/N

0. Si la qualit du signal est

en dessus de la valeur Eb/N

0 cible, la station de base envoie une commande sur le canal

descendant au mobile pour lui demander de rduire la puissance d'mission. Par contre, si la



qualit du signal est en dessous de cette valeur, la station de base demande au mobile d'augmenter la puissance d'mission.

IV.2/ Les interfrences intra et intercellulaires Lutilisation de la mme bande de frquences dans toutes les cellules et par tous les mobiles simultanment a pour consquence lapparition de deux types dinterfrences : linterfrence intracellulaire et linterfrence intercellulaire.

IV.2.1/ Les interfrences intracellulaires Elles reprsentent l'interfrence mutuelle entre les utilisateurs de la cellule. Dans la voie descendante, en absence de trajets multiples, les signaux gardent leur orthogonalit car ils sont transmis aligns dans le temps par la station de base: les codes sont synchroniss en temps (les stations de base respectent en effet une rfrence de temps unique pour transmettre, cette rfrence de temps pouvant tre fournie par un systme de navigation par satellite). Dans la ralit on a toujours des trajets multiples, c'est--dire que plusieurs copies du signal transmis arrivent au rcepteur des instants diffrents. Du fait de ces trajets multiples, les codes dans la voie descendante ne restent pas parfaitement orthogonaux, et on introduit donc dans ce sens un facteur d'orthogonalit w, w = 0 correspondant une orthogonalit parfaite et pas d'interfrences intracellulaires, w = 1 correspondant au fait que tous les signaux de la cellule interfrent pleinement entre eux. A la diffrence de la voie descendante, dans la voie montante, toujours en absence de trajets multiples, les signaux des diffrents utilisateurs de la cellule ne restent pas orthogonaux car les utilisateurs de la cellule transmettent de faon indpendante et non synchronise. Ainsi, dans le sens montant, les signaux interfrent pleinement avec ou sans trajets multiples.

IV.2.2/ Les interfrences intercellulaires Dans le sens montant, l'interfrence intercellulaire reprsente les interfrences dues aux signaux envoys par les mobiles des cellules voisines et qui viennent constituer du bruit supplmentaire au niveau de la rception la station de base de la cellule. Dans le sens descendant, l'interfrence intercellulaire reprsente les interfrences dues aux signaux envoys par les stations de base des cellules voisines et qui viennent constituer du bruit supplmentaire au niveau du mobile en rception.



IV.3/ Les canaux UMTS Comme en GSM et en GPRS, lUMTS utilise galement les canaux. On distingue ainsi les canaux logiques, les canaux de transport et les canaux physiques.

IV.3.1/ Les canaux logiques Le tableau ci-dessous prsente les diffrents canaux logiques, leurs rles et leurs directions (uplink ou downlink).

Canaux Rles Liens

BCCH (Broadcast Control Channel) Diffusion d'informations de

contrle DownLink

PCCH (Paging Control Channel) Envoi d'informations de Paging DownLink

DCCH (Dedicated Control Channel) Utilis pour les

communications point point UpLink et DownLink

CCCH (Common Control Channel) Transport d'informations de

contrle UpLink et DownLink

DTCH (Dedicated Trafic Channel) Transport des donnes

utilisateurs UpLink ou DownLink

CTCH (Common Trafic Channel)

Transport des donnes

utilisateurs vers plusieurs

terminaux Uplink et DownLink

Tableau 4 : Les canaux logiques du rseau UMTS

IV.3.2/ Les canaux de transport Le tableau ci-dessous prsente les diffrents canaux de transport, leurs rles et leurs directions (uplink ou downlink).

Canaux Rles Liens

DCH (Dedicated Channel)

Allocation des ressources de

trafic ddi une

communication mobile

Uplink et DownLink

FACH (Forward shared channel) Canal de transport commun

unidirectionnel DownLink

DSCH (Downlink shared channel)

Canal de transport partag

unidirectionnel, variante du

FACH

DownLink

Tableau 5 : Les canaux de transport du rseau UMTS



IV.3.3/ Les canaux physiques Le tableau ci-dessous prsente les diffrents canaux physiques, leurs rles et leurs directions

(uplink ou downlink).

Canaux Rles Liens

P-SCH(Primary Synchronization channel) Synchronisations des slots et

trames DownLink

S-SCH(Secondary synchronization channel) Synchronisations des slots et

trames DownLink

CPICH (Common pilot channel) Synchronisations des slots et

trames DownLink

P-CCPCH(Primary common control physical channel) Diffusion d'informations

systme DownLink

S-CCPCH(Secondary common control physical channel) Paging DownLink

PRACH(physical random access channel) Accs alatoire des mobiles Uplink

DPDCH(Dedicated physical data channel) Transmet les donnes du plan

usager, de signalisation Uplink et DownLink

DPCCH(Dedicated physical control channel)

Transmet les donnes de

contrle spcifique la couche

physique Uplink et DownLink

Tableau 6 : Les canaux physiques du rseau UMTS

V/ Les mcanismes radio : Le Handover Un rseau radiomobile doit assurer plusieurs fonctions permettant des terminaux mobiles de bnficier des services offerts dans la zone de couverture. Ainsi, outre les fonctions classiques de gestion des appels, supervision des abonns. Le handover est la capacit du rseau maintenir une communication lorsqu'un mobile change de cellule.

Le transfert automatique intercellulaire (handover): mcanisme se produisant quen cours de communication et lorsque le mobile est ltat ddi. Les objectifs principaux sont le maintien dune qualit de communication acceptable et la minimisation du niveau dinterfrence global. Le mcanisme de handover permet de raliser le changement du (des) canal (canaux) frquentiel(s) et/ou de cellule du mobile. Il a pour causes les dplacements du mobile et/ou des lments environnants. Le handover est la seule procedure dans les rseaux mobiles qui touchent la fois des aspects radio et rseau. Au niveau physique et liaison de donnes, il y a changement complet des caractristiques de la liaison radio (porteuse, synchronisation, puissance), et au niveau



rseau, le handover peut introduire un changement du point daccs (station de base voire commutateur). Diffrents types de handover existent suivant la position de l'usager mobile dans la cellule : le hard handover et le soft handover.

V.1/ Le hard handover Le hard handover se produit quand les stations de base sont sectorises. Ainsi, quand le terminal mobile se trouve dans une zone de couverture commune deux secteurs adjacents d'une mme station de base, les communications avec la station de base empruntent simultanment deux canaux radio, un pour chaque secteur. Deux codes d'talement doivent alors tre utiliss dans le sens DL afin que le terminal mobile puisse distinguer les deux signaux issus des deux secteurs et on a donc deux connexions simultanes pour cet usager. Dans le sens UL, les signaux provenant du terminal sont reus par les deux secteurs de la station de base et routs vers le mme rcepteur de Rake. Les signaux sont ainsi combins au niveau de la station de base. On compte gnralement 5 10 % des terminaux mobiles d'une cellule qui sont en situation de hard handover.

Figure 14 : Le Hard Handover

V.2/ Le soft handover Durant un soft handover, le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture commune deux stations de base. L'tat o un mobile est en liaison avec deux stations de base ou plus est appel macrodiversit. Les communications entre le terminal mobile et les stations de base utilisent simultanment deux canaux radio, un pour chaque station de base.



Du point de vue du terminal mobile, il existe trs peu de diffrences entre le hard et le soft handover.

En revanche, dans le sens uplink ces deux handovers diffrent car, dans le cas du soft handover, les signaux reus par les stations de base sont routs et combins au niveau du RNC. Cela permet cette dernire de slectionner la meilleure trame reue. Un usager mobile peut tre en situation de soft handover avec deux, trois ou quatre stations de base. Sil quitte la zone de couverture commune pour se rapprocher d'une station de base, alors cette dernire le prend en charge.

Figure 15 : Le Soft Handover et la macrodiversit

Conclusion Dans ce chapitre nous avons prsent lUMTS qui est un rseau de troisime gnration. Il est cens remplac le GSM et le GPRS en fournissant aux abonns un dbit de 384 Kbits/s voire 2Mbits/s.

Son dploiement nest pas aussi facile que a, pour oprateur disposant dune licence GSM, cela reviendrait dployer de nouveaux quipements au niveau du rseau daccs.

Ainsi, nous avons eu prsenter larchitecture du rseau qui comprend trois parties : lUser Equipement (UE) nouvelle appellation du mobile, lUTRAN et le Core Network.

Nous avons galement parl du CDMA qui est la technique daccs utilise par lUMTS. Avec le CDMA, plusieurs abonns peuvent partager une mme frquence afin denvoyer les donnes, ils sont diffrencis par un code unique qui est attribu par le Node B ; ce qui permet une souplesse pour la rutilisation des frquences.



Comme en GSM, lUMTS reprend le concept de handover qui est un mcanisme se produisant quen cours de communication et lorsque le mobile est ltat ddi. Il permet de raliser le changement du (des) canal (canaux) frquentiel(s) et/ou de cellule du mobile. LUMTS distingue deux types de handover : le hard handover qui se produit quand les stations de base sont sectorises et le soft handover qui se produit quand le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture commune deux stations de base.



DEUXIEME PARTIEDEUXIEME PARTIEDEUXIEME PARTIEDEUXIEME PARTIE

INGENIERIE RADIOINGENIERIE RADIOINGENIERIE RADIOINGENIERIE RADIO

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