rapport memoire moussa meriem final.pdf

RAPPORT De

Projet de Fin dtudes

Prsent en vue dobtention de Mastre Professionnelle en Rseaux et Tlcommunication

labore par :

Moussa Meriem

Encadr par : Jury :

Mr. Haj Ferjani Nizar (TT) Mr. Cherif Adnen

Mr. Barkouti Wahid(FST) Mr. Lakhthiri Kamal

Socit daccueil : Tunisie Tlcom

Anne Universitaire : 2012/2013

Planification Rseau Radio de 4G/LTE

Ddicaces

A mon pre

Sans ton soutien je ne serais rien devenue.

A ma mre

Sans ta tendresse et ton affection je ne pourrais arriver

jusquau bout.

A mes surs et mes frres

A tous ceux, qui me sont chers

A tous ceux, qui ont cru en moi

A tous ceux, qui mont fait confiance

A tous ceux, qui mont motiv

A tous ceux, que jaime

A tous ceux, qui maiment

Merci infiniment !

Moussa Meriem

Remerciements

Je saisi cette occasion pour exprimer mes sentiments les plus sincres tous les

personnels de la Tunisie Tlcom TT: cadres, ingnieurs et techniciens pour leur

collaboration, leur chaleureux accueil et leur soutien continue durant toute la

priode de stage.

Je tiens remercier en particulier Mr. Nizar Haj Ferjani pour son soutien

technique qui ma t dune aide prcieuse dans laboutissement de mon projet.

Je tiens aussi exprimer toute ma reconnaissance et gratitude la Facult des

Sciences de Tunis FST pour sa disponibilit, tout particulirement Mr.

Barkouti Wahid pour le temps important quil mait consacre durant toute la

priode de stage pour ses conseils et disponibilit ainsi que ses remarques

pertinentes et suggestions constructives.

Jaimerai par ailleurs souligner la contribution importante de mes enseignants,

les responsables de la formation professionnelle et les personnels de la FST qui

nont pas hsit de consacrer un grand part de leurs prcieux temps afin de

russir ma formation et dvelopper le niveau et mes comptences.

Je remercie aussi les membres du jury qui valuent mon travail.

Merci daccepter mon modeste travail et dy voir la relle expression de

gratitude envers vous.

Sommaire

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

Chapitre 1 : Contexte et cadre du projet ........................................................... 4

Introduction ................................................................................................ 4

I. Prsentation de lentreprise daccueil...................................................... 4

1. Historique de cration de Tunisie Telecom .......................................... 4

2. Activit de Tunisie Tlcom ............................................................... 6

3. Stratgie de Tunisie Tlcom .............................................................. 7

II. tude de lexistant ................................................................................. 8

1. Description et critique de lexistant ..................................................... 8

2. Solution propos................................................................................. 9

Conclusion ................................................................................................ 10

Chapitre 2 : tat de lart............................................................................... 11

Introduction .............................................................................................. 11

I. Gnralit sur les gnrations des rseaux mobiles ................................ 11

II. Prsentation et architecture de la 4G / LTE ........................................... 14

1. Prsentation du LTE ............................................................................ 15

2. Les caractristiques du LTE ............................................................. 16

3. Architecture du rseau LTE .............................................................. 18

A. Principe de fonctionnement des entits dun systme LTE.................. 18

B. Caractristiques du rseau cur SAE ................................................ 25

4. tude de linterface radio .................................................................. 27

A. Mcanismes de propagation .............................................................. 28

B. Interfrence, qualit de canal et dbit................................................. 31

C. Les modes de duplexage ................................................................... 31

D. Larchitecture de linterface radio (Plan usager et plan de contrle) .... 33

E. Traitements dmission et rception .................................................. 35

5. Techniques d'accs multiples OFDMA ......................................... 35

6. Techniques d'antennes multiples ....................................................... 38

Conclusion ................................................................................................ 39

Chapitre3 : Dimensionnement du rseau LTE ................................................ 40

Introduction .............................................................................................. 40

I. Dimensionnement................................................................................ 40

1. Dimensionnement dun rseau radio .................................................. 40

2. Dimensionnement du rseau sans fil cellulaire ................................... 42

a. Dimensionnement d'accs au rseau LTE .......................................... 45

b. Entres de dimensionnement LTE ..................................................... 45

c. Sorties de dimensionnement LTE ...................................................... 47

3. Processus de dimensionnement LTE.................................................. 47

II. Planification de Couverture et bilan de liaison (RLB)............................ 50

1. Bilan de liaison (Radio Link Budget)................................................... 50

1.1 Puissance transmise ....................................................................... 54

1.2 Sensibilit de rception .................................................................. 55

1.3 SINR requis................................................................................... 56

1.4 Affaiblissement maximum tolrable ............................................... 56

2. Dimensionnement des interfaces du rseau LTE ................................ 57

3. Modles utiliss................................................................................ 58

A. Modle Okumura-Hata : ................................................................... 59

B. Modle de COST231-Hata ................................................................ 60

C. Modle COST231-Walfisch-Ikegami ................................................ 61

D. Modle dErceg ................................................................................ 64

4. Dtermination du port dune cellule ................................................. 66

a. Nombre de sites de couverture : ....................................................... 67

Conclusion : .............................................................................................. 68

Chapitre 4 : Conception et Ralisation dun outil de planification Radio pour

rseau 4G ..................................................................................................... 69

Introduction .............................................................................................. 69

Partie 1 : Conception ................................................................................. 69

I. Modlisation de loutil ......................................................................... 69

1. Diagramme de cas dutilisation ......................................................... 69

II. Technologies utiliss ........................................................................ 71

1. Le Framework .NET ......................................................................... 71

2. Visual studio 2008 ............................................................................ 72

3. Le langage Visual Basic .Net ............................................................ 73

4. ADO.NET ........................................................................................ 73

Partie 2 : Ralisation et tude de cas ........................................................... 74

I. Ralisation .......................................................................................... 74

1. Menu daccueil................................................................................. 74

2. Bilan de liaison................................................................................. 75

3. Menues de choix des modles .............................................................. 76

II. tude de cas Tunis .............................................................................. 81

1. Map de la zone ................................................................................. 81

2. Bilan de liaison................................................................................. 82

3. tude de la zone pour les diffrents modles ..................................... 83

4. Configuration suggr pour Tunisie Tlcom pour la phase zro du

rseau 4G /LTE et recommandation ........................................................ 87

5. tude comparative ..88

Conclusion : .............................................................................................. 89

Conclusion gnrale ..................................................................................... 90

Liste des figures

Figure 1-1: Types de relves ......................................................................... 13

Figure 1-2: Architecture EPS ........................................................................ 19

Figure 1-3: Architecture E-UTRAN .............................................................. 20

Figure 1-4: interfaces radio ........................................................................... 28

Figure 1-5: effet de lenvironnement sur laffaiblissement de puissance de signal

reue ............................................................................................................ 30

Figure 1-6: Rpartition des voies montante et descendante en temps et frquence

pour les Modes de duplexage TDD et FDD ................................................... 33

Figure 1-7: Piles protocolaires des plans usager et de contrle sur linterface

radio ............................................................................................................ 34

Figure 1-8: Les grandes fonctions de la couche physique ............................... 35

Figure 1-9: Systme numrique de transmission multi-porteuse OFDM

application ................................................................................................... 36

Figure 1-10: Reprsentation dun signal OFDM............................................. 37

Figure 1-11: Transforme de Fourier Rapide Inverse .................................... 38

Figure 2-1: Processus de dimensionnement ................................................... 41

Figure 2-2: Processus de planification gnrale du rseau cellulaire sans fil .... 42

Figure 2-3: Interface du rseau LTE .............................................................. 58

Figure 2-4: COST231-WI model ................................................................... 64

Figure 2-5: Trois diffrents types de sites (omnidirectionnelle, tri-sectorielle bi-

secteur) .................................................................. Erreur ! Signet non dfini.

Figure 3-1: Diagramme de cas dutilisation pour le dimensionnement de

couverture .................................................................................................... 70

Figure 3-2: Composants du Framework .NET ................................................ 72

Figure 3-3: Menu daccueil de l'application ................................................. 74

Figure 3-4: Message d'erreur ......................................................................... 75

Figure 3-5: tude de la zone Tunis ................................................................ 81

Liste des tables,

Tableau 1: Bilan de liaison montant .............................................................. 53

Tableau 2: Bilan de liaison descendant .......................................................... 53

Tableau 3: valeurs des paramtres en fonction du type de terrain .................... 65

Tableau 4: Modle okumura hata .................................................................. 84

Tableau 5: Modle Cost231 Hata .................................................................. 85


Projet Fin dtude Page 1

Introduction gnrale

Les tlcommunications font partie des technologies qui ont rvolutionn notre

mode de vie au vingtime sicle. Du tlgraphe lInternet, de la tlphonie

sans fil au tlphone cellulaire, les progrs tablis en la matire sont

spectaculaires. Les informations transmises taient tout dabord codes en

morse, puis des techniques de modulation et de codages analogiques ont permis

de transmettre du son, puis des images. Ensuite la venue des techniques

numriques a considrablement augment le dbit et la qualit des informations

transmettre dun point un autre.

Avec l'arrive des technologies 3G, les rseaux de tlcommunications ont

connu une grande expansion. Ces rseaux ont permis l' intgration de nouveaux

services et un dbit adquat, permettant ainsi aux oprateurs de rpondre la

demande croissante des utilisateurs.

Cette rapide volution a port les oprateurs adapter leurs mthodes de

planification aux nouvelles technologies qui, augmentent la complexit au

niveau du rseau. Cette complexit devient plus importante quand ces rseaux

regroupent plusieurs technologies d'accs diffrents en un rseau htrogne,

comme dans le cas des rseaux mobiles de prochaine gnration ou rseaux 4G.



La 4G, qui succde la 3G, est la premire technologie avoir t

spcifiquement dveloppe pour la data , l'Internet mobile. Selon les

prvisions, l'utilisation des donnes mobiles devrait crotre au rythme d'environ

80% au cours des 5 prochaines annes. Jusque-l, les rseaux taient construits

pour transporter de la voix. Avec la 4G, la data est vritablement p lace au cur

du dispositif. Elle permet une vitesse de chargement sept fois plus rapide que la

3G, et un dlai de latence divis par cinq. Jusque-l, le saut tait quantitatif

(avec l'augmentation du nombre de mgaoctets); dsormais, le bouleversement

sera qualitatif et ouvrira le champ de nouvelles d'applications comme la vido

ou la visioconfrence.

La planification fait alors intervenir de nouveaux dfis tels que : l'augmentation

considrable des demandes de services, la compatibilit avec les rseaux actuels,

la gestion de la mobilit intercellulaire des utilisateurs et l'offre d'une qualit de

services les plus flexibles. Ainsi, pour crer un rseau flexible aux ajouts et aux

retraits d'quipements, une bonne mthode de planification s'impose. C'est dans

ce contexte que se situe ce projet de fin dtude, qui vise faire la planification

d'un rseau radio de 4G /LTE.

Lobjectif de notre projet est de dployer une solution de planification dun

rseau radio 4G bas sur la technologie OFDMA. Tunisie Telecom nous a

chargs de dvelopper cette solution de planification sur un rseau radio 4G en

utilisant le processus de dimensionnement de rseau 3GPP / LTE. Ce rseau

devrait avoir en particulier les caractristiques suivantes :



Une bande passante leve

Une faible latence

Une qualit de service (QoS)

Une conomie d'nergie

Ce travail comporte quatre chapitres. Nous prsentons dans un premier chapitre

lentreprise daccueil ainsi que ltude de lexistant. Dans le deuxime chapitre

nous exposons une tude sur la norme 4G / LTE, la planification dun rseau

radio 4G et lOFDMA. Le troisime chapitre sera consacr ltude de

dimensionnement du rseau LTE. Ensuite nous dcrivons le droulement de

lapplication de planification de rseau radio 4G/LTE.



Chapitre 1 : Contexte et cadre du projet

Introduction

En tlcommunications, la 4me

gnration 4G est le standard pour la tlphonie

mobile. Elle est le successeur de la 2G et de la 3G. Elle permet le trs haut

dbit mobile , soit des transmissions de donnes des dbits thoriques

suprieurs 100 Mb/s, voire suprieurs 1 Gb/s (dbit minimum dfini par

l'UIT pour les normes IMT-Advanced). Les dbits sont en pratique de l'ordre de

quelques dizaines de Mb/s, suivant le nombre d'utilisateurs puisque la bande

passante est partage entre les terminaux actifs des utilisateurs prsents dans une

mme cellule radio.

Notre projet de fin dtude entre dans ce cadre. On se propose de dfinir une

solution rpondant ce besoin. Dans ce premier chapitre nous commenons par

prsenter lentreprise Tunisie tlcom dans laquelle jai effectu mon stage puis

ltude de lexistant.

I. Prsentation de lentreprise daccueil

1. Historique de cration de Tunisie Telecom

Tunisie Telecom, oprateur historique des tlcommunications en Tunisie, est

issu de loffice tunisien des postes et des tlgraphes, administr directement

par le ministre charg des tlcommunications jusquen 1995.



Les activits des postes et des tlcommunications ont t dissocies par une loi

numro 95-36 en date 17 avril 1995, laquelle a cre loffice national des

tlcommunications sous la formes dtablissement public caractre

industrielle et commercial dot de la personnalit civile et de lautonomie

financire. partir de 1995 et jusquen 2004, date de la transformation de

loffice national des Tlcommunications en socit anonyme par la loi 2004-30

du 5 avril 2004, loffice national des tlcom avait une mission de service public

et bnficiait de certaines prorogatives rservs ltat.

La loi 2004-30 du 5 avril 2004 ayant conduit la transformation de loffice

national des tlcommunications en socit anonyme de droit tunisien dnomm

socit National des tlcommunications identifie sous le nom commercial

Tunisie Tlcom prcise que Tunisie tlcom est soumise ,en tant

quentreprise publique, la lgislation et rglementation applicables aux

entreprises public ,(notamment la loi numro 89-9 du 1er fvrier 1989 relative

aux participations ,entreprises et tablissements public ) et la lgislation

commerciale(le code des socits commerciales ).

Tunisie Tlcom a t fix par la loi numro 2004-30 en date du 5 avril 2004

1.400.000.000 Dinars constitu par un apport en nature gale la valeur de

lensemble du patrimoine apport par ltat loffice national des

tlcommunications en application de la loi numro 95-36 en date du 17 avril

1995 et un apport en numraire .

En 2006, dans le cadre de la libration du secteur, Tunisie Telecom a fait lobjet

dune privatisation partielle avec lentre dans son capital a hauteur de 35% du

consortium form par DIG (Duba investment Group) et tlcom, consortium

aujourdhui nomm EIT (Emirates International Tlcommunications (Tunisia)

FZ-LLC).



2. Activit de Tunisie Tlcom

Depuis sa cration, Tunisie tlcom uvr consolider linfrastructure des

tlcommunications en Tunisie, maintenir et amliorer le taux de couverture,

de son rseau fixe et de son rseau mobile.

Jusquen mai 2002, en sa qualit doperateur de rfrence, Tunisie tlcom a t

lunique oprateur de services des tlcommunications prsent en Tunisie.

Malgr la libration du secteur, Tunisie tlcom a russi maintenir une base

clientle solide, tant sur le march du grand public que sur le segment entreprise.

Aujourdhui, Tunisie tlcom, oprateur historique, est leader sur le march des

tlcommunications en Tunisie du faite de sa prsence sur les segments du fixe,

du mobile et de linternet. Il sadresse aussi bien au grand public quaux

entreprises et operateurs tiers.

Tunisie Tlcom est aujourdhui organis autour de deux ples dactivit :

Le ple dtail regroupe les services de tlphones mobiles fixes et

internet (destin aux au grand public et aux entreprises) et les services

data ou de transmission de donns (destins exclusivement aux

entreprises). Tunisie tlcom est aujourdhui un acteur majeur sur le

march de la tlphonie mobile (avec une part de march des abonns

actifs 42,6% au 30% septembre 2010) et bnfice dune situation de

leadership incontest sur les marchs de la tlphonie fixe, de linternet et

de la transmission de donns. Le nombre de client du ple dtail est en

constante augmentation depuis 31 dcembre 2007.

Le ple oprateurs et international regroupe les services

dinterconnexion national, de terminaison et de transit et les services de

roaming in.



Tunisie Telecom est ainsi loprateur incontournable en Tunisie, proposant aux

oprateurs nationaux et internationaux des services de capacit et

dacheminement de trafic entrant et sortant grande chelle. Le chiffre daffaire

de ce ple est en constante augmentation.

Tunisie Tlcom est actuellement le seul oprateur en Tunisie proposer

lensemble de ces services.

Par ailleurs, Tunisie Tlcom a acquis en septembre 2010 en licence 3G et

compte proposer partir de 2011 des offres 3G mobile .Eu gard la diversit

de ses offres ,fixes ,mobiles et prochainement de tlphonie mobile de 3G, la

richesse de ses comptences et ses ressources humaines ,Tunisie Tlcom jouit

dun positionnement important sur le march tunisien et figure dans le

classement des dix premires entreprises tunisiennes.

3. Stratgie de Tunisie Tlcom

La stratgie de Tunisie tlcom sarticule ainsi autour des principales

orientations suivantes :

Favoriser la croissance du march mobile par une stratgie dapproche

commerciale segmente visant stimuler les usages nouveaux et existant

des services de tlcommunications mobiles ;

Dynamiser lusage de la tlphonie fixe et participer au dveloppement

croissant des secteurs des services de donns aux entreprises ;

Rester le principal fer de lance du dveloppement de linternet en

Tunisie ;

Capitaliser sur ses marques et faire Tunisie Tlcom une rfrence en

matire dengagement qualit de service clients en Tunisie.



Continuer dinvestir dans son cur de rseau afin de renforcer laccs au

trs haut dbit fixe et mobile.

Renforcer sa position de partenaire de rfrence pour les oprateurs

nationaux et internationaux et devenir un point de passage incontournable

pour les services internationaux.

II. tude de lexistant

1. Description et critique de lexistant

Le dveloppement rapide de la microlectronique et des capacits de

miniaturisation permettent aujourdhui la mise en uvre de techniques

complexes dans des appareils de taille rduite. Cependant laugmentation des

besoins en dbit se heurte la nature des canaux eux-mmes. En effet, dans des

applications telles que la tldiffusion grande chelle ou un rseau

informatique radio lintrieur dun btiment, le canal est de type multi trajet.

Le signal est rflchi en plusieurs endroits, et des chos apparaissent et crent

des perturbations dont linfluence augmente avec le dbit de transmission. La

technique de modulation multi porteuse (OFDMA) est prsente comme une

solution pour parer ce problme.

Ainsi, avec la rsolution de ce problme, la manire de distribuer et daccder

linformation a fondamentalement chang : il est donc maintenant possible

denvisager un rseau daccs radio large bande.



2. Solution propos

Toutefois, un des obstacles majeurs dans la conception de ces rseaux rside

dans la prise en compte des diverses applications et protocoles dInternet. En

effet, le standard TCP/IP constitue le rseau le plus tendu au monde, par

consquent son fonctionnement devrait non seulement tre facilit sur ces

nouveaux rseaux mais surtout donner le sentiment aux utilisateurs davoir une

qualit de service quivalente celle quils ont sur les rseaux cbls large

bande. En particulier ce rseau devrait avoir les caractristiques suivantes :

bande passante leve : un tel rseau devrait fournir un lien fiable avec

une bande passante leve qui pourra tre partage par de multiples

utilisateurs. De ce fait, une politique de contrle qui permettra aux

ressources d'tre commutes efficacement entre les mobiles sera

ncessaire.

faible latence : en plus de la bande passante leve, les latences du lien

devraient tre faibles. Quand les utilisateurs obtiennent l'accs aux

ressources, celles-ci devraient pouvoir supporter des taux de burst levs

et traiter les paquets avec un dlai minimal. Ainsi, des mcanismes pour

raliser la fiabilit de lien, tels que les demandes automatiques de

retransmission (ARQ : automatic repeat requests), devraient tre tablis

pour que ces dlais soient rduits au minimum.

qualit de service (QoS) : Les communications sans fil sont toujours

synonymes de contraintes de ressource : peu de ressources pour beaucoup

dutilisateurs. Aussi, la gestion de la qualit de service permettra de

fournir les moyens ncessaires pour partager efficacement ces ressources

limites.



conomie d'nergie : Les nuds mobiles devraient tre capables de

raliser des conomies d'nergie et cela du fait de leur mobilit. Des

mcanismes devraient exister pour commuter sans coupure des modes de

transmission de donnes en mode d'conomie d'nergie tout en

maintenant les latences.

Le rseau daccs radio large bande, OFDMA, est aujourdhui prsent comme

la solution qui respecte tous ces critres. Aussi, le prsent projet de fin dtudes

se propose dtudier la planification dun rseau radio bas sur cette technologie

en utilisant le processus de dimensionnement de rseau 3GPP / LTE.

Conclusion

Nous venons de mettre notre travail dans son cadre. Nous passons dans ce qui

suit une tude gnrale sur la planification dun rseau radio bas sur OFDMA

en utilisant le processus de dimensionnement de rseau 3GPP / LTE.



Chapitre 2 : tat de lart

Introduction

La planification d'un rseau mobile consiste dterminer l'ensemble des

composantes matrielles et logicielles de ces systmes, les positionner, les

interconnecter et les utiliser de faon optimale, en respectant, entre autres, une

srie de contraintes de qualit de service. Ce processus qui peut tre la fois

long et couteux a lieu avant la mise en opration du rseau.

Ce chapitre d'introduction dfinit d'abord les concepts de base des rseaux

mobiles. Ensuite, les lments de la problmatique y seront prsents, suivi des

objectifs de la recherche. Ce chapitre se termine par l'organisation de la suite du

projet fin dtude.

I. Gnralit sur les gnrations des rseaux mobiles

Un rseau mobile est un rseau de communication compose de cellules,

gnralement considres de forme hexagonale. Ces cellules sont toutes

juxtaposes l'une l'autre afin d'assurer une meilleure couverture de la zone

gographique considre. Ces cellules peuvent tre de tailles variables allant des

pico cellules aux cellules parapluie. En se basant sur cette rpartition cellulaire,

les rseaux mobiles oprent en mode infrastructure, o tous les changes

transitent par un point d'accs, la station de base, desservant chacune une cellule

sur une couverture sans fil donne. Plusieurs gnrations de rseaux mobiles se

sont dfiles travers le temps. Ce sont la 1G avec un mode de transmission



analogique, la 2G qui marqua le passage l're numrique, la 3G qui permet

d'intgrer des services de voix et de donnes, et de nos jours, les rseaux de

prochaine gnration.

Un Rseau Mobile de Prochaine Gnration (RMPG) est un rseau permettant

l' intgration flexible et efficace des diffrentes technologies d'accs mobiles

existantes, et facilitant leur volution ainsi que leur intgration avec de nouvelles

et futures technologies d'accs. Dans ces rseaux, les stations de base sont de

type multi-mode parce qu'elles intgrent de multiples interfaces radio leur

permettant de communiquer avec les diffrents rseaux mobiles htrognes

intgrant le RMPG. Les RMPG concident de prs avec la 4me gnration de

rseaux mobiles. Cette gnration comporte des quipements pouvant permettre

aux oprateurs de rationaliser leurs cots. Dans la suite de ce document, le terme

4G sera utilise pour designer les RMPG.

Lorsqu'un utilisateur se dplace l'intrieur du rseau, l'UE (User Equipment) se

raccorde une station de base en fonction de la puissance de son signal. Quand

cette puissance atteint un seuil minimal, des oprations sont effectues pour

relayer la communication par une nouvelle cellule. Un tel mcanisme est connu

sous le nom de relve. La relve permet ainsi un utilisateur en cours d'appel de

maintenir sa connexion active et une qualit de communication suffisante durant

ses dplacements travers les diffrentes cellules du rseau. Les rseaux 4G

comportent deux types de relves : une relve horizontale ou intra-rseau, et une

relve verticale ou inter-rseaux.

La relve horizontale s'effectue entre cellules de mme type de technologie

d'accs d'un rseau mobile homogne. Suivant que ces cellules sont desservies

ou non par un mme commutateur, la relve horizontale est dite simple ou



complexe. Sur la figure 1.1, l'UE dans son parcours passe de la cellule C9 la

cellule C10, toutes deux relies au commutateur Com3. Dans ce cas, la relve

est dite simple et n'entrane que la mise jour des paramtres de localisation du

UE aux stations de base B9 a B10. Quand l'UE communique avec les stations de

base B5 de la cellule C5 et B8 de la cellule C8 desservies respectivement par les

commutateurs Com2 et Com4, la relve s'effectue avec changements de

commutateurs et est dite complexe. Suite cette relve, Com2 transmet le profil

de l'utilisateur ainsi que les informations concernant son nouvel emplacement au

commutateur Com4. Ces informations seront ensuite enregistres dans les bases

de donnes prvues cet effet.

Figure 1-2-1: Types de relves

Une relve verticale fait intervenir des cellules appartenant des rseaux d'accs

de technologies diffrentes tels que l'UMTS (Universal Mobile

Telecommunications System), le WiMAX (Worldwide Interoperability for

Microwave Access), la LTE (Long Term Evolution), le GSM (Global System

for Mobile Communication) et le Wi-Fi (Wireless Fidelity). Ainsi, quand l'UE,



dans son parcours, arrive la frontire de sa cellule, le mcanisme de relve est

dclench par la BS (Base Station) qui contrle cette cellule. Si la cellule cible

partage le mme commutateur d'interconnexion que la cellule courante, la relve

verticale est dite simple et entrane une mise jour de la position du UE, un

quilibrage du trafic, et l'allocation ou non de nouveaux canaux. Dans le cas

contraire, la relve verticale est considre comme complexe et les oprations

prcites s'excutent par l' intermdiaire de plusieurs commutateurs, ce qui rend

cette relve encore plus couteuse.

II. Prsentation et architecture de la 4G / LTE

Aprs la prsentation des diffrentes gnrations des rseaux mobiles et les

innovations quelles ont apports, on remarque que lUMTS a connu plusieurs

promotions en passant de release 99 au release 6, dont lobjectif majeur est

doptimiser les deux liens (UL et DL) et la mise en faveur dun dbit de plus en

plus important. Cest ainsi quon parle maintenant dune prochaine volution de

lUMTS (Figure 1.2), dnomme LTE, qui est souvent considre comme 3.9G

ou super 3G et qui prconise damliorer la comptitivit long terme de

lUMTS.

Figure 1-2: Les diffrents releases de lUMTS

WCDMA HSDPA HSUPA HSPA Evolution

R99 R4 R5 R6 R7 R8

LTE



1. Prsentation du LTE

3GPP a commenc travailler sur l'volution des systmes mobiles 3G en

Novembre 2004, Loccasion a t le Works Shop RAN Evolution Toronto,

cest un atelier Canada, il tait ouvert tous les organisations intresses,

cela a conduit la participation De plus de 40 contributions de tous les domaines

de l'activit Mobile. Les oprateurs concerns, les fabricants et les instituts de

recherche donnent leurs points de vue sur l'volution dUniversal Terrestrial

Rseau dAccs Network (UTRAN) .Un ensemble d'exigences de haut niveau a

t identifi dans le travail pour amliorer encore le service

dapprovisionnement et de rduire les cots pour l'utilisateur et l'oprateur. Ces

principaux objectifs de dveloppement LTE peuvent tre noncs comme suit :

Atteindre des dbits pic de 100 Mb/s en DL et de 50 Mb/s en UL ;

Amliorer lefficacit spectrale (3 4 fois la Release 6 en DL, 2 3 fois en

UL) ;

Fournir une bande passante modulable (1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz) ;

Rendre flexible lusage des bandes de frquences ;

Tolrer la mobilit entre les diffrents rseaux daccs (2G, 3G,

Wimax,) ;

Simplifier larchitecture du rseau existant ;

Garantir la compatibilit avec les Releases 3GPP prcdents ;

Offrir une gamme tendue de services avec des cots raisonnables ;

Augmenter le dbit appropri aux applications de type MBMS

(Multimedia Broadcast Multicast Services) comme le mobile TV ;

Tenir compte du pouvoir et de la consommation du terminal de lusager.



2. Les caractristiques du LTE

Dbit sur linterface radio :

Linterface radio E-UTRAN doit pouvoir supporter un dbit maximum

descendant instantan (du rseau au terminal) de 100 Mbit/s toute en considrant

une allocation de bande de frquence de 20 MHz pour le sens descendant, et un

dbit maximum montant instantan (du terminal au rseau)de 50 Mbit/s en

considrant aussi une allocation de bande de frquence de 20 MHz. Les

Technologies utilises sont OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple

Access) pour le Sens descendant et SC-FDMA (Single Carrier - Frequency

Division Multiple Access) pour le Sens montant. Cela correspond une

efficacit du spectre de 5 bit/s/Hz pour le sens Descendant, et 2,5 bit/s/Hz pour

le sens montant. Avec la LTE, il est Possible doprer avec une bande de taille

diffrente avec les possibilits suivantes : 1.25, 2.5, 5, 10, 15 et 20MHz, pour les

sens descendant et montant. Lintention est de permettre Un dploiement

flexible en fonction des besoins des oprateurs et des services quils souhaitent

proposer.

Connexion permanente:

Mme si la connexion est permanente au niveau du rseau, il est ncessaire

pour le terminal de passer de ltat IDLE ltat ACTIF lorsquil sagira

denvoyer ou recevoir du trafic. Ce changement dtat sopre en moins de 100

ms. Le rseau pourra recevoir le trafic de tout terminal rattach puisque ce

dernier dispose dune adresse IP, mettre en mmoire ce trafic, raliser

lopration de paging afin de localiser le terminal et lui demander de rserver

des ressources afin de pouvoir lui relayer son trafic.



Dlai pour la transmission de donnes :

Le dlai de transmission est Moins de 5 ms entre lUE et lAccess Gateway, ceci

dans une situation de non-charge o un seul terminal est ACTIF sur linterface

radio. La Valeur moyenne du dlai devrait avoisiner les 25 ms en situation de

charge moyenne de linterface radio. Ceci permet de supporter les services

temps rel IP nativement, comme la voix sur IP et le streaming sur IP.

Mobilit :

La mobilit est assure des vitesses comprises entre 120 et 350 km/h. Le

handover pourra seffectuer dans des conditions o lusager se dplace grande

vitesse.

Coexistence et Interfonctionnement avec la 3G :

Le handover entre E-UTRAN (LTE) et UTRAN (3G) doit tre ralis en moins

de 300 ms pour les services temps-rel et 500 ms pour les services non temps-

rel. Il est clair quau dbut du dploiement de la LTE peu de zones seront

couvertes. Il sagira pour loprateur de sassurer que le handover entre LTE et

la 2G/3G est toujours possible.

Flexibilit dans lusage de la bande :

Comme indiqu prcdemment E-UTRAN doit pouvoir oprer dans des

allocations de bande de frquence de diffrentes tailles incluant 1.25, 2.5, 5, 10,

15 et 20MHz.

Support du multicast :

Notamment pour les applications multimdia telles que la tlvision en

broadcast.



Couverture de cellule importante dans les zones urbaines et rurales :

Comme la LTE pourra oprer sur des bandes de frquences diverses et

notamment basses comme celle des 700 MHz il sera possible de considrer des

cellules qui pourront couvrir un large diamtre.

3. Architecture du rseau LTE

A. Principe de fonctionnement des entits dun systme LTE

En passant dun release un autre de lUMTS, les services se multiplient et

deviennent gourmandes en capacit et en ressources, Ceci ncessite alors

loptimisation de linterface radio pour simplifier linterconnexion des sous

systmes, augmenter lefficacit du rseau ainsi que diminuer le cot de son

installation.

Par ailleurs, le systme LTE a essay de promouvoir larchitecture du rseau

existant de lUMTS en proposant beaucoup damliorations.

LEPS (Evolved Packet System) reprsente lensemble du rseau savoir LTE

et SAE (voir figure1.3).



Figure 1-3: Architecture EPS

Le rseau EPS est constitu par les entits suivantes :

ENodeB

Mobility Management Entity (MME)

Serving Gateway

Packet Data Network Gateway (PDN GW)

Home Subscriber Server (HSS)

Policy and Charging Rules Function (PCRF)



Figure 1-4: Architecture E-UTRAN

Entit eNodeB

LeNodeB est responsable de lmission et de rception radio avec lUE. A la

diffrence de lUTRAN 3G o sont prsents les entits Node B et RNC,

larchitecture E-UTRAN ne prsente que des ENodeB. Les fonctions supportes

par le RNC ont t rparties entre leNodeB et les entits du rseau cur

MME/Serving GW. LeNodeB dispose dune interface S1 avec le rseau cur.

Linterface S1 consiste en S1-C (S1-Contrle) entre leNodeB et le MME et S1-

U (S1-Usager) entre leNodeB et le Serving GW. Une nouvelle interface X2 a

t dfinie entre eNodeBs adjacents. Son rle est de minimiser la perte de

paquets lors de la mobilit de lusager en mode ACTIF (handover). Lorsque

lusager se dplace en mode ACTIF dun eNodeB un autre eNodeB, de

nouvelles ressources sont alloues sur le nouvel eNodeB pour lUE ; or le rseau

continu transfrer les paquets entrants vers lancien eNodeB tant que le nouvel

eNodeB na pas inform le rseau quil sagit de lui relayer les paquets entrants

pour cet UE. Pendant ce temps lancien eNodeB relaie les paquets entrants sur

linterface X2 au nouvel eNodeB qui les remet lUE.



La figure 1.4 dcrit larchitecture E-UTRAN avec ses eNodeB et les interfaces

X2 (entre les eNodeB) et S1 (entre eNodeB et entits du rseau cur

MME/Serving GW).

Entit MME (Mobility Management Entity)

Les fonctions de lentit MME incluent:

Signalisation EMM et ESM avec lUE. Les terminaux LTE disposent

des protocoles EMM (EPS Mobility Management) et ESM (EPS

Session Management) qui leur permettent de grer leur mobilit

(attachement, dtachement, mise jour de localisation) et leur session

(tablissement/libration de session de donnes) respectivement. Ces

Protocoles sont changs entre lUE et le MME.

Authentification. Le MME est responsable de lauthentification des

UEs partir des informations recueillies du HSS.

Gestion de la liste de Tracking Area. LUE est informe des zones de

localisation prises en charge par le MME, appeles Tracking Area.

LUE met jour sa localisation lorsquil se retrouve dans une Tracking

Area qui nest pas prise en charge par son MME.

Slection du Serving GW et du PDN GW. Cest au MME de

slectionner le Serving GW et le PDN GW qui serviront mettre en

uvre le Default Bearer au moment du rattachement de lUE au

rseau.

Slection de MME lors du handover avec changement de MME.

Lorsque lusager est dans ltat ACTIF et quil se dplace dune zone

prise en charge par un MME une autre zone qui est sous le contrle

dun autre MME, alors il est ncessaire que le handover implique

lancien et le nouveau MME.



Slection du SGSN lors du handover avec les rseaux daccs 2G et

3G. Si lusager se dplace dune zone LTE une zone 2G/3G, cest le

MME qui slectionnera le SGSN qui sera impliqu dans la mise en

place du default bearer.

Roaming avec interaction avec le HSS nominal. Lorsque lusager se

rattache au rseau, le MME sinterface au HSS nominal afin de mettre

jour la localisation du mobile et obtenir le profil de lusager.

Fonctions de gestion du bearer incluant ltablissement de dedicated

bearer. Cest au MME dtablir pour le compte de lusager les defaults

bearer et dedicated bearer ncessaires pour la prise en charge de ses

communications.

Interception lgale du trafic de signalisation. Lentit MME reoit

toute la signalisation mise par lUE et peut larchiver des fins de

traabilit.

Entit Serving GW (Serving Gateway)

Les fonctions de lentit Serving GW incluent :

Point dancrage pour le handover inter-eNodeB. Lors dun handover

inter-eNode, le trafic de lusager qui schangeait entre lancien

eNodeB et le Serving GW doit dsormais tre relay du nouvel

eNodeB au Serving GW.

Point dancrage pour le handover LTE et les rseaux 2G/3G. Il relaie

les paquets entre les systmes 2G/3G et le PDN-GW. Lors dune

mobilit entre LTE et Les rseaux 2G/3G paquet, le SGSN du rseau

2G/3G sinterface avec le Serving GW pour le routage des paquets et



relai des paquets. Le Serving GW route les paquets sortant au PDN

GW approprier et relaie les paquets entrants leNodeB servant lUE.

Comptabilit par usager pour la taxation inter-oprateurs. Le Serving

GW comptabilise le nombre doctets envoys et reus permettant

lchange de tickets de taxation inter-oprateurs pour les

reversements.

Entit PDN GW (Packet Data Network Gateway)

Les fonctions de lentit PDN GW incluent :

Interface vers les rseaux externes (Internet et intranet). Le PDN GW est

lentit qui termine le rseau mobile EPS et assure linterface aux rseaux

externes IPv4 ou IPv6.

Allocation de ladresse IP de lUE. Le PDN GW assigne lUE son

adresse IP ds lattachement de lUE lorsque le rseau tablit un dfaut

bearer permanent lUE. Le PDN GW peut allouer une adresse IPv4 ou

IPv6.

Interception lgale. Le PDN GW est sur le chemin de signalisation pour

ltablissement. La libration de bearer et sur le chemin du mdia (paquets

de donnes changs par LUE). Il est donc un point stratgique pour

linterception lgale des flux mdia et contrle.

Taxation des flux de service montants et descendants.



Entit HSS (Home Subscriber Server)

Avec la technologie LTE, le HLR est rutilis et renomm Home Subscriber

Server (HSS). Le HSS est un HLR volu et contient linformation de

souscription pour les rseaux GSM, GPRS, 3G, LTE et IMS.A la diffrence de

la 2G et de la 3G o linterface vers le HLR est supporte par le protocole MAP

(protocole du monde SS7), linterface S6 sappuie sur le protocole DIAMETER

(Protocole du monde IP). Le HSS est une base de donnes qui est utilise

simultanment par les rseaux 2G, 3G, LTE/SAE. Il supporte donc les

protocoles MAP (2G, 3G) et DIAMETER (LTE/SAE).

Entit PCRF (Policy & Charging Rules Function)

Lentit PCRF ralise deux fonctions :

Elle fournit au PDN-GW les rgles de taxation lorsquun default bearer ou

un dedicated bearer est activ ou modifi pour lusager. Ces rgles de

taxation permettent au PDN-GW de diffrencier les flux de donnes de

service et de les taxer de faon approprie. Par exemple, si lusager fait

transiter sur son default bearer des flux WAP et des flux de Streaming, il

sera possible au PDN GW de distinguer ces deux flux et de taxer le flux

WAP sur la base du volume alors que le flux de streaming sera tax sur la

base de la Dure.

La figure 1.4 dcrit les entits du rseau EPS et leurs interfaces.



B. Caractristiques du rseau cur SAE

SAE (System Architecture Evolution) est le nom du projet, EPC (Evolved

Packet Core) est le nom du rseau cur volu. EPC est un rseau cur paquet

tout IP. A la diffrence des rseaux 2G et 3G o lon distinguait les domaines de

commutation de circuit (CS, Circuit Switched) et de commutation de paquet

(PS, Packet Switched) dans le rseau cur, le nouveau rseau ne possde quun

domaine paquet appel EPC. Tous les services devront tre offerts sur IP y

compris ceux qui taient auparavant offerts par le domaine circuit tels que la

voix, la visiophonie, le SMS, tous les services de tlphonie, etc.

EPC fonctionne en situation de roaming en mode home routed ou en mode

localbreakout . Lorsquun client est dans un rseau visit, son trafic de donnes

est :

Soit rout son rseau nominal qui le relaye ensuite la destination

(home routed) soit directement rout au rseau de destinataire sans le faire

acheminer son rseau nominal (local breakout). Le mode local breakout

est particulirement intressant pour les applications temps rel telles que

la voix qui ont des contraintes de dlai fortes.

EPC interagit avec les rseaux paquets 2G/3G et en cas de mobilit. Il est

possible de faire acheminer le trafic de lEPC vers laccs LTE, 2G (Paquet) et

3G (paquet) et ainsi garantir le handover entre ces technologies daccs.

EPC supporte les Default bearers et Dedicated bearers. Lorsque lusager se

rattache au rseau EPC, ce dernier lui cre un dfaut bearer qui reprsente une



connectivit permanente (maintenue tant que lusager est rattach au rseau)

mais sans dbit garanti.

Lorsque lusager souhaitera tablir un appel qui requiert une certaine qualit de

service telle que lappel voix ou visiophonie, le rseau pourra tablir pour la

dure de lappel un dedicated bearer qui supporte la qualit de service exige par

le flux de service et surtout qui dispose dun dbit garanti afin dmuler le mode

circuit. EPC supporte le filtrage de paquet (deep packet inspection par exemple

pour la dtection de virus) et une taxation volue (taxation base sur les flux de

service). En effet la LTE fournit des mcanismes de taxation trs sophistiqus

permettant de taxer le service accd par le client sur la base du volume, de la

session, de la dure, de lvnement, du contenu, etc.

Les grandes fonctions assures par lEPS sont les:

Fonctions de contrle daccs rseau: Elles permettent dauthentifier

lusager lorsque ce dernier sattache au rseau, met jour sa tracking area,

et demande des ressources pour ses communications. Elles permettent

aussi de raliser la taxation de lusager en fonction de lusage des

ressources et en fonction des flux de service mis et reus. Elles

permettent enfin de scuriser les flux de signalisation et les flux mdia des

usagers en les encryptant entre lUE et leNodeB.

Fonctions de gestion de la mobilit: Elle permet lUE de sattacher, de

se dtacher et de mettre jour sa tracking area.

Fonctions de gestion de session: Elles permettent dtablir des defaults

bearers et des dedicated bearers afin que lUE dispose de connectivits IP

pour ses communications.



Fonctions de routage de paquet et de transfert: Elles permettent

dacheminer les paquets de lUE au PDN GW ainsi que du PDN GW

lUE.

Fonctions de gestion de ressource radio: Elles permettent ltablissement

et la libration de RAB (Radio Access Bearer) entre lUE et le Serving

GW chaque fois que lUE souhaite devenir actif pour communiquer.

4. tude de linterface radio

En communications, le canal de transmission reprsente toutes les

transformations subies par le s ignal entre lmetteur et le rcepteur, de par sa

propagation dans le milieu de transmission, ainsi que dans les quipements

dmission et de rception.

Le canal de transmission dtermine la manire dont les donnes doivent tre

mises en forme lmetteur afin de se propager dans de bonnes conditions dans

le milieu, ainsi que les traitements mettre en uvre au rcepteur afin de les

dtecter correctement. Le canal de transmission est donc dune importance cl,

car il dtermine une grande partie de la conception dun systme de

communication.



Figure 1-5: interfaces radio

A. Mcanismes de propagation

Dans le cas des communications radio mobiles, le signal est port par une onde

lectromagntique qui se propage dans lair. La puissance reue au rcep teur

dpend de plusieurs effets :

Les pertes de propagation (path loss, en anglais) traduisent lattnuation

du signal en fonction de la distance entre lmetteur et le rcepteur, et de

lenvironnement de propagation. Dans lespace libre (cest--dire lorsque

londe ne rencontre aucun objet), les pertes de propagation varient comme

le carr de la distance entre metteur et rcepteur. Des attnuations

supplmentaires viennent sajouter du fait des obstacles dans le milieu,

qui engendrent des rflexions, diffractions, diffusions et absorptions de

londe. En particulier, la traverse de murs donne lieu des pertes

additionnelles dites de pntration. Pour un environnement donn, les

pertes de propagation ne dpendent que de la distance d entre metteur et

rcepteur, typiquement selon une loi du type suivant, o A et B sont des

constantes dpendant de lenvironnement :



P(d) = A + B.log10(d) (en dB) ;

Leffet de masque (ou shadowing) est une attnuation supplmentaire qui

se produit lorsquun objet de grande taille (par exemple une tour)

sinterpose entre lmetteur et le rcepteur. Leffet de masque varie donc

en fonction des dplacements de lUE, mais cette variation est lente si on

la rapporte la dure dun intervalle de temps de transmission (qui dure

une milliseconde en LTE).

Les vanouissements rapides (fast fading) dsignent des variations rapides

de la puissance instantane reue, autour de la puissance moyenne. Ces

variations proviennent du dplacement relatif de lUE et des objets dans

son environnement, comme nous le verrons plus loin. Les

vanouissements profonds peuvent entraner des pertes de puissance reue

de 35 dB en milieu Urbain. Nanmoins, ces variations peuvent aussi

augmenter la puissance reue de quelques dcibels. Pour un trajet de

propagation dit distinguable (voir plus loin), deux vanouissements sont

typiquement spars dune demi-longueur donde (soit 7,5 cm pour une

frquence porteuse de 2 GHz), do leur qualificatif de rapides.

Ainsi, la puissance reue peut varier de plusieurs dcibels sur quelques

millisecondes si la vitesse de lUE est suffisante. Contrairement aux

vanouissements rapides, les pertes de propagation et leffet de masque

affectent la puissance moyenne du signal et sont relativement invariants

sur une distance ou dure faible.

La figure 1.6 rsume leffet de ces diffrents mcanismes sur la puissance de

signal reue.



Figure 1-6: effet de lenvironnement sur laffaiblissement de puissance de

signal reue



B. Interfrence, qualit de canal et dbit

Nous avons vu jusquici les mcanismes de propagation affectant la puissance

de signal utile reu ainsi que son ventuelle distorsion. Au sens le plus gnral,

le canal intgre galement les perturbations externes affectant la transmission :

Linterfrence et le bruit thermique : Le bruit thermique est provoqu par les

quipements lectroniques du rcepteur, tandis que linterfrence est cre par

dautres transmissions radio que celle attendue par le rcepteur.

La qualit du signal reu : aussi appele la qualit du canal, est caractrise

par le rapport signal sur interfrence et bruit (Signal to Interfrence and Noise

Ratio, SINR), dfini comme suit :

SINR=PUISSANCE DU SIGNAL UTILE / PUISSANCE DE

LINTERFERANCE +PUISSANCE DE BRUIT

C. Les modes de duplexage

Le duplexage dfinit la manire dont sont spares les transmissions sur la voie

descendant et sur la voie montante. La voie descendante, aussi appele

DownLink(DL), correspond la transmission de la station de base vers lUE. La

voie montante, aussi appele UpLink (UL), correspond la transmission de

lUE vers la station de base. Il existe deux principaux modes de duplexage, tous

deux grs par linterface radio du LTE :



Le duplexage en frquence ou Frequency Division Duplex(FDD) ;

Le duplexage en temps ou Time Division Duplex(TDD).

En mode FDD, les voies montante et descendante oprent sur deux frquences

porteuses spares par une bande de garde. En mode TDD, les voies montante et

descendante utilisent la mme frquence porteuse, le partage seffectuant dans le

domaine temporel, comme illustr sur la figure suivante.

Certains intervalles de temps de transmission sont rservs la voie montante,

tandis que les autres sont rservs la voie descendante. Un temps de garde est

ncessaire aux changements de direction de transmission, notamment pour

laisser aux quipements le temps de basculer dmission rception. En LTE,

lintervalle de temps lmentaire pouvant tre ddi lun des sens de

transmission est appel la sous-trame.



Figure 1-7: Rpartition des voies montante et descendante en temps et

frquence pour les Modes de duplexage TDD et FDD

D. Larchitecture de linterface radio (Plan usager et plan de

contrle)

Ces deux plans sont matrialiss par des piles protocolaires qui partagent un

tronc commun (la Partie infrieure) et qui se distinguent notamment dans les

interactions avec les couches suprieures : alors que la signalisation NAS est

vhicule par le plan de contrle de linterface radio, son plan usager permet de

transporter sur celle-ci les paquets dlivrs ou destination de la couche IP. Ces

deux piles protocolaires sont reprsentes sur la figure suivante.



Figure 1-8: Piles protocolaires des plans usager et de contrle sur linterface radio

En LTE comme en GSM et UMTS, les protocoles du plan usager de linterface

radio correspondent aux deux premires couches du modle OSI. La structure de

linterface radio du systme LTE Possde de nombreuses similitudes avec celle

dfinie pour lUMTS, La principale diffrence rside dans le rle de la couche

PDCP (Packet Data Convergence Protocol). En UMTS, son unique rle est de

raliser une compression den-tte des paquets IP.

Ce Protocole nest pratiquement pas utilis sur les rseaux UMTS actuels. En

LTE en revanche, le protocole PDCP est utilis systmatiquement, car il est

impliqu dans la scurit de lAccess Stratum (chiffrement et intgrit). On

notera cependant que toutes ces couches, si elles portent le mme nom en UMTS

et en LTE, sont nanmoins trs diffrentes dans ces deux systmes.

Les donnes traites par PDCP, RLC, MAC et PHY appartiennent :

Au plan de contrle lorsquil sagit de donnes de signalisation

communiques par la couche RRC.



Au plan usager lorsquil sagit dautres donnes (transmises par la couche

IP).

E. Traitements dmission et rception

Les figures suivantes reprsentent schmatiquement la relation entre les grandes

fonctions de la couche physique ainsi que leur relation avec la couche MAC.

Figure 1-9: Les grandes fonctions de la couche physique

5. Techniques d'accs multiples OFDMA

Le systme de transmission en liaison descendante pour le mode E-UTRA FDD

et TDD est base sur lOFDM classique.



Figure 1-10: Systme numrique de transmission multi-porteuse OFDM

application

Dans un systme OFDM, le spectre disponible est divis en multiples porteuses,

dites sous-porteuses. Chacun de ces sous-porteuses est module de manire

indpendante par un faible dbit de donnes. OFDM est utilise aussi bien en

WiFi, WiMAX et les technologies de diffusion comme DVB. OFDM prsente

plusieurs avantages, notamment sa robustesse contre les trajets multiples et son

architecture de rcepteur efficace.

Cette figure reprsente un signal de bande de 5MHz les symboles de donnes

sont moduls indpendamment et transmis sur un nombre levs de sous

porteuses orthogonales espaces. Les types de modulations utilises dans

lETURA sont : QPSK, 16QAM, et 64QAM.



Figure 1-11: Reprsentation dun signal OFDM

La Transmission OFDM peut signifier que plusieurs sous-porteuses sont

transmises sur la mme liaison radio un rcepteur unique. L'OFDM divise une

bande de frquence en plusieurs sous-canaux espacs par des zones libres de

tailles fixes. Par la suite, un algorithme, la Transforme de Fourier Rapide

Inverse (Inverse Fast Fourier Transform, IFFT (voir figure 1.12)) , vhicule le

signal par le biais des diffrents sous-canaux. C'est galement cet algorithme qui

soccupe de la recomposition du message chez le rcepteur. Le but est alors

d'exploiter au maximum la plage de frquence alloue tout en minimisant

l' impact du bruit grce aux espaces libres sparant chaque canal. Cette

modulation apparat alors comme une solution pour les canaux qui prsentent

des chos importants (canaux multi trajets). Un canal Multi trajet prsente, en

effet, une rponse frquentielle qui n'est pas plate (cas idal), mais comportant

des creux et des bosses, dus aux chos et rflexions entre l'metteur et le

rcepteur. Un grand dbit impose une grande bande passante et si cette bande

passante couvre une partie du spectre comportant des creux (dus aux trajets

multiples), il y a perte totale de l' information pour la frquence correspondante.

Le canal est alors dit slectif en frquence.



Pour remdier ce dsagrment, l' ide est de rpartir linformation sur un grand

nombre de porteuses, crant ainsi des sous-canaux trs troits pour lesquels la

rponse frquentielle du canal peut-tre considre comme constante. Ainsi,

pour ces sous canaux, le canal est non slectif en frquence, et s'il y a un creux,

il n'affectera que certaines frquences. L'ide est dutiliser la diversit apporte

pour lutter contre la slectivit frquentielle et temporelle du canal. En diffusant

l' information sur un nombre important de porteuses, on s'affranchit alors de la

slectivit du canal.

Figure 1-12: Transforme de Fourier Rapide Inverse

6. Techniques d'antennes multiples

Pour accrotre la couverture et la capacit de la couche physique la technologie

LTE a recourue au concept de techniques multi-antennes. En effet lajout de

plus d'antennes dans un systme radio donne la possibilit d'amliorer les

performances car le rayonnement des signaux aura diffrents chemins d'accs

physiques.



Les technologies MIMO utilisent des rseaux d'antennes l'mission et/ou la

rception afin d'amliorer la qualit du SNR et / ou le dbit de transmission.

Cela permet ensuite de pouvoir diminuer le niveau d'mission des signaux radio

afin de rduire la pollution lectromagntique environnante, mais aussi de

prolonger la dure des batteries dans le cas d'un tlphone.

La diversit spatiale consiste mettre ou recevoir linformation par plusieurs

antennes, spares dans lespace dau moins la distance de cohrence. Cette

distance correspond la sparation minimale des antennes, garantissant un

vanouissement indpendant, et dpend donc de langle de dpart et/ou darrive

des multi-trajets. Elle peut varier trs largement selon le type et lemplacement

de lantenne considre.

Des mesures empiriques ont montr une forte corrlation entre la hauteur de

lantenne dune station de base et la distance de cohrence.

Des grandes antennes imposent ainsi une grande distance de cohrence. Du ct

mobile, la distance de cohrence reste raisonnable.

Conclusion

Ce chapitre a t ddi pour ltude thorique du rseau LTE lhistoire du LTE,

la description de son architecture, et le principe de fonctionnement de ses

diffrents quipements.



Chapitre3 : Dimensionnement du rseau

LTE

Introduction

Le dimensionnement est la phase initiale de la planification du rseau. Il fournit

la premire estimation du nombre d'lments du rseau ainsi que la capacit de

ces lments. Le but de dimensionnement est destimer le nombre requis de

stations de base radio ncessaires pour soutenir un trafic spcifi dans une zone

bien dfinie.

I. Dimensionnement

1. Dimensionnement dun rseau radio

Le dimensionnement d'un rseau radio peut tre dfini comme un processus par

lequel des configurations possibles et des quantits d'quipement de rseau sont

estimes. Ces estimations sont faites sur la base des exigences de l'oprateur du

rseau et elles portent essentiellement sur :

La couverture :

o zone couvrir : elle doit tre assez prcise (population et si possible

aire de couverture),

o types d'information concernant la zone : il sagit ici de lactivit

conomique qui sy mne,



o conditions de propagation : elle est une consquence du type

dinformation de la zone.

La capacit :

o spectre disponible

o prvision de croissance des abonns

o profil des abonns

La qualit de service :

o probabilit de couverture

o probabilit de blocage

o dbit utile par utilisateur

Figure 2-1-1: Processus de dimensionnement



2. Dimensionnement du rseau sans fil cellulaire

Le dimensionnement fournit la premire valuation rapide de configuration du

rseau sans fil probables.

Le dimensionnement est une partie du processus de planification de l'ensemble,

qui comprend galement, la planification dtaille et l'optimisation du rseau

cellulaire. Dans l'ensemble, la planification est un processus itratif couvrant la

conception, la synthse et la ralisation. Le but de cet exercice est de fournir une

mthode pour concevoir le rseau cellulaire sans fil de sorte qu'il satisfait aux

exigences nonces et formules par les clients. Ce processus peut tre modifi

pour s'adapter aux besoins de n'importe quel rseau cellulaire sans fil. Il s'agit

d'un processus trs important dans le dploiement du rseau.

Figure2.2: Processus de planification gnrale du rseau cellulaire sans fil

Dimensionnement

Exigence et

stratgie de

renforcement de

la couverture et de

la qualit.

Planning dtaill :

La planification de paramtre

La planification de la couverture

Exigence de capacit

La planification de paramtres

Le choix du site

Et l'acquisition

Analyse de la

performance en

termes

d'efficacit de la

qualit



La figure 2.2 montre la position de dimensionnement dans l'ensemble du

processus.

Le dimensionnement donne une estimation qui est ensuite utilis pour la

planification dtaille du rseau. Une fois que le rseau est entirement planifi,

les paramtres du rseau sont optimiss pour maximiser l'efficacit du

systme.

Le dimensionnement est bas sur un ensemble de paramtres d'entre et les

rsultats fournis sont pertinents pour cet ensemble de paramtres seulement. Ils

incluent laire ltudier, le trafic et QoS requise.

Le dimensionnement fournit l'valuation des besoins pour l'infrastructure du

rseau. Cela se fait l'aide de l'outil de dimensionnement pour l'accs et le

rseau. Le dimensionnement utilise des modles relativement simples pour la

modlisation des conditions relles par rapport la planification dtaille, des

modles plus simples et des mthodes de rduire le temps ncessaire pour

dimensionnement. D'autre part, l'outil de dimensionnement doit tre

suffisamment prcis pour fournir des rsultats avec un niveau de prcision

acceptable, lorsqu'il est charg avec le profil de trafic prvu et la base

d'abonns.

Le dimensionnement du rseau cellulaire est directement li la qualit et

l'efficacit du rseau, et peut affecter profondment son dveloppement.

Le dimensionnement du rseau cellulaire sans fil suit ces tapes de bases

suivantes:



Donnes / Analyse du trafic

Estimation de la couverture

Capacit d'valuation

dimensionnement des transports

Un ensemble appropri d'entres est essentiel pour le dimensionnement des

rseaux cellulaires. Le dimensionnement ncessite certains lments de donnes

fondamentales. Ces paramtres incluent la population des abonns, la

rpartition du trafic, lair gographique couvrir, la bande de frquence

attribue, la couverture et la capacit. Les modles de propagation doivent tre

slectionns et modifis en fonction de la zone et bande de frquence. Cela est

ncessaire pour lestimation de la couverture.

Les Paramtres de systme spcifiques comme, la puissance d'mission des

antennes, leurs gains, estimation de pertes de systme, le type de systme

d'antenne utilis, etc, doivent tre connus avant le dbut de dimensionnement du

rseau cellulaire sans fil.

Chaque rseau sans fil possde son propre jeu de paramtres. L'analyse du trafic

donne une estimation du trafic transporter par le systme. Les diffrents types

de trafic qui sera transmis par le rseau sont modliss. Le trafic peut inclure

les appels vocaux, VOIP. LEstimation de la couverture est utilise pour

dterminer la zone de couverture de chaque station de base.

Lestimation de couverture calcule la zone o la station de base peut tre

entendue par les utilisateurs (les rcepteurs). Il donne la superficie maximale qui

peut tre couverte par une station de base. La couverture comprend la

planification de bilan de liaison radio et analyse de la couverture.



RLB calcule la puissance reu par l'utilisateur (rcepteur) en cas de transmission

de puissance spcifique ( partir de l'metteur ou de station de base). RLB se

compose de tous les gains et les pertes lies la voie de signal entre l'metteur et

le rcepteur.

Lantenne dmission rayonne dans la direction d'alimentation de l'antenne de

rception. La quantit d'nergie reue par lantenne de rception dpend de la

directivit de l'antenne d'mission et l'affaiblissement sur le trajet rencontr en

raison de l'environnement de propagation.

a. Dimensionnement d'accs au rseau LTE

L'objectif du dimensionnement du rseau d'accs LTE est d'estimer la densit de

sites requis et les configurations du site pour la zone d'intrt. Les premires

activits d'accs au rseau LTE de planification comprennent le bilan de liaison

radio, l'analyse de couverture, la capacit de la cellule d'estimation, lestimation

de la quantit deNode B, les passerelles d'accs (MME / EPU), et enfin la

configuration matrielle de lquipement. Cette section se concentre sur

dimensionnement LTE.

b. Entres de dimensionnement LTE

L'un des objectifs fondamentaux de ce travail est de distinguer clairement les

entres et les sorties du dimensionnement LTE. Cette section traite de toutes les

entres de dimensionnement LTE utiliss dans le dveloppement de mthodes

et de modles de dimensionnement LTE.



Les entres de dimension LTE peut tre divis en trois catgories: les entres de

la qualit, de la couverture et les capacits. La qualit des entrs comprennent le

dbit cellulaire moyen et la probabilit de blocage. Ces paramtres donnent des

exigences de niveau qualit offert aux utilisateurs. Ces entres se traduisent

directement par des paramtres QoS. Les critres de performance de cellule

sont utiliss dans loutil de dimensionnement pour dterminer son rayon, et

donc le nombre de sites. Puis il faut dterminer le bord de la cellule, avec un

dbit Maximal au bord du cellule, et maximum de couverture.

Avec un rayon de cellule prdfini, les paramtres peuvent tre modifis pour

fixer le dbit de donnes atteint pour cette taille de cellule.

Cette option donne la possibilit d'optimiser la puissance mise et la

dtermination d'un dbit de donnes appropri correspondant cette puissance.

Les entres de dimensionnement LTE pour la planification de couverture sont

similaires aux entres correspondantes pour les rseaux UMTS 3G. La liaison

radio budget (RLB) a une importance centrale la couverture et la planification

du LTE. Les entres du RLB comprennent la puissance dmission, les antennes

dmissions et de rceptions, les nombres dantennes utilises, les systmes

conventionnels de perte et de gain, les modles de propagations et le chargement

des cellules. LTE peut fonctionner dans les bandes de frquences

conventionnelles de 900 et 1800 MHz ainsi que la bande tendue de 2600 MHz.

Les modles pour toute la frquence trois bandes possibles sont incorpores

dans le prsent travail. En outre, les types de canaux (pitons, vhicules) et

d'information gographique sont ncessaire pour dmarrer l'exercice de

dimensionnement de couverture. Les informations gographiques dentrs

comprennent les informations de type urbain, rurale, etc.



En outre, la probabilit de couverture requis joue un rle essentiel dans

dtermination de rayon de cellule, Mme un changement mineur dans une

probabilit de couverture entrane une grande variation de rayon de cellule. Le

spectre disponible et largeur de bande utilise par le systme LTE sont

galement trs importants pour la planification des capacits LTE.

c. Sorties de dimensionnement LTE

Les sorties de la phase de dimensionnement sont utilises pour estimer la

faisabilit et le cot du rseau. Ces sorties sont en outre utiliss dans la

planification dtaille du rseau et peuvent tre utilis pour les futures travaux

sur la planification LTE du rseau central. La taille des cellules est le principal

rsultat de l'exercice de dimensionnement LTE. Deux valeurs de rayons de

cellules sont obtenues, celui de l'valuation de la couverture et la deuxime

valuation de la capacit. Le plus petit des deux nombre est considr comme le

rsultat final pour dterminer le nombre de sites. En supposant une forme de la

cellule hexagonale, nombre de sites peut tre calcule en utilisant la gomtrie

simple.

3. Processus de dimensionnement LTE

Le Processus de dimensionnement LTE commence avec les calculs RLB,

utilis pour dterminer la perte maximum de voie. Le rsultat de cette tape

dpend des modles de propagation utiliss. La taille des cellules estime,

obtenue dans cette tape, conduit la taille maximale autorise aux cellules.



Ce paramtre est utilis pour calculer le nombre de cellules dans la zone

d'intrt. Ainsi, une estimation approximative du nombre requis des eNBs est

obtenue.

Le calcul de capacits suivre pour lestimation de couverture. Lvaluation

de la capacit des eNB vient ensuite, qui complte le processus de

dimensionnement. Dans ce projet laccent est sur le RLB, lestimation de

nombres denode B.

Le Processus de dimensionnement LTE comprend les tapes suivantes :

tape 1: donnes et d'analyse du trafic

Il s'agit de la premire tape de dimensionnement LTE, cest la collecte des

informations des entres pour tre utiliss dans le processus de

dimensionnement, les donns sur les exploitants et leurs exigences sont

analyss afin de dterminer la meilleure configuration du systme.

tape 2: Analyse du trafic

La demande de trafic est analyse pour obtenir la configuration rseau optimale

avec un minimum de provisions. La surcharge due aux couches suprieures est

prise en compte lors du calcul de dbit, le pic de trafic est considr comme

des valeurs moyennes et la demande des diffrents services est prise en

considration.

tape 3: Planification de couverture

L'analyse de couverture reste ltape fondamentalement la plus critique dans la

conception de rseau LTE comme avec les systmes 3G. RLB est au cur de la

planification de la couverture, ce qui permet de tester le modle perte de trajet

et les taux exigs de donnes de pointe par rapport aux niveaux de couverture



cible. Le rsultat est la plage de cellules efficace pour travailler sur le nombre

de place limite dans la couverture. Cela ncessite la slection des modles de

propagation approprie pour calculer la perte de trajet. Avec la connaissance de

la taille des cellules et les estimations de la zone couvrir, on peut trouver une

estimation totale du nombre de sites. Cette estimation est base sur les

exigences de couverture et doit tre vrifie pour les besoins de capacit.

tape 4: Planification de la capacit

Dans le rseau LTE, le principal indicateur de la capacit est SINR de

distribution dans la cellule. La distribution SINR peut tre directement mappe

dans la capacit du systme (dbit de donnes).La capacit de la cellule LTE

est influence par plusieurs facteurs, par exemple, le planificateur de paquets

mise en uvre, la configuration des antennes et les niveaux dinterfrence.

Cette tape nest pas lobjectif de ce projet.

tape 5: Dimensionnement des transports

Le dimensionnement de transport traite le dimensionnement des interfaces

entre les diffrents lments du rseau. En LTE, S1 entre (eNB et AGW) et X2

entre (deux eNBs) sont les deux interfaces pour tre dimensionn. Ces

interfaces sont encore en cours de normalisation, cette valuation initiale

constitue la base de la phase de planification dtaille.



II. Planification de Couverture et bilan de liaison (RLB)

La Planification de couverture est la premire tape dans le processus de

dimensionnement. Elle donne une estimation des ressources ncessaires pour

fournir des services dans la zone de dploiement avec les paramtres du systme

donn, par consquent, elle donne une valuation des ressources ncessaires

pour couvrir la zone considre, de telle sorte que les metteurs et les rcepteurs

peuvent s'couter. La planification de couverture se compose d'valuation de

DL et UL budgets liaison radio. La perte de trajet maximal est calcule sur la

base du niveau de SINR requise au niveau du rcepteur, en tenant compte de la

mesure de l' interfrence provoque par le trafic.

Le minimum des pertes de trajet dans UL et DL est converti en rayon de la

cellule, l'aide d'un modle de propagation appropri dans la zone de

dploiement. Le Bilan de liaison radio est la composante la plus importante de

la planification de la couverture.

1. Bilan de liaison (Radio Link Budget)

Un quilibrage de puissance est ncessaire pour les liaisons montantes et

descendantes, pour cela un ajustement des paramtres des liaisons est ncessaire

pour les quilibrer. Une liaison quilibre signifie un fonctionnement symtrique

du systme en tout point de la couverture.

Le Bilan de liaison radio (RLB) est calcul afin d'estimer la perte de trajet

autoris. La puissance de transmissions, les gains dantennes, les systmes de

pertes, gain de diversit, marges d'vanouissement, sont prises en compte dans



un RLB. RLB donne la perte de trajet maximum autoris, partir de laquelle la

taille des cellules est calcule en utilisant une modle de propagation appropri.

Pour le LTE, l'quation RLB de base peut tre crite comme suit (en dB):

Pathloss(db)=Tx(power)+Tx(gains)-Tx(Loss)-RequiredSINIR+Rx(Gains)-

Rx(loss)-Rx(Noise)

Avec:

Pathloss = perte de trajet totale rencontr par le signal provenant de l'metteur

au rcepteur(w).

TxPower = la puissance transmise par l'antenne de l'metteur.

TxGain = gain d'antenne de l'metteur.

Txloss = la perte de l'metteur.

requiredSINIR = mininum de SINIR requis.

Rxgain = gain d'antenne de rception.

Rxloss = la perte du rcepteur.

RxNoisy = bruit du rcepteur.



Formule gnrale

Souvent, lorsquon veut planifier une liaison radio, pour toute application sans

fil, la premire question qui peut se poser est: Quelle est la distance maximale

que peut sparer lmetteur et le rcepteur ?

Le premier pas faire pour rpondre cette question est de dterminer

laffaib lissement de parcours maximal (ou Maximum Allowable PathLoss

MAPL), en passant par tablir un bilan de liaison radio (RLB).

La seule sortie de RLB est laffaiblissement de parcours maximal, ce dernier est

utilis conjointement avec un modle de propagation pour enfin dduire

la distance maximale pouvant sparer lmetteur et le rcepteur. Pour un rseau

cellulaire, la liaison sur linterface radio est bidirectionnelle, car on a un sens

montant et un sens descendant, do il semble ncessaire dtablir un double

bilan de liaison pour UL et DL.

Bilan de liaison montant :

Valeur Formule

Transmetteur-UE

Max Tx power (dBm) 23 A

Tx antenna gain (dBi) 0 B

Body loss (dB) 0 C

EIRP (dBm) 23 D=A+B-C

Receiver E nodeB

Node B noise figure (dB)

2 E

Thermal noise (dB) -118.4 F

Receiver noise (dBm) -116.4 G=F+E

SINR (dB) -7 H



Receiver Sensitivity -123.4 I=G+H

Interferance Margin(dB) 1 J

Cable Loss(dB) 0 K

Rx antenna gain(dBi) 18 L

Fast Fade Margin(dB) 0 M

Soft Handover Gain(dB) 0 N

Maximum Path Loss(dB) 163.4 O=D-J+L-K+N-I

Tableau 1: Bilan de liaison montant

Bilan de liaison descendant

Valeur Formule

Transmetteur-UE

Tx power (dBm) 46 A

Tx antenna gain (dBi) 18 B

Cable loss (dB) 2 C

EIRP (dBm) 62 D=A+B-C

Receiver EnodeB

UE noise figure (dB)

7 E

Thermal noise (dB) -104.5 F

Receiver noise fl oor(dBm) -97.5 G=F+E

SINR (dB) -9 H

Receiver Sensitivity -106.5 I=G+H

Interferance Margin(dB) 4 J

Control channel overhead(dB) 20 K

Rx antenna gain(dBi) 0 L

Body loss(dB) 0 M

Maximum Path Loss(dB) 163.4 O=D-J+L-K+M-I

Tableau 2: Bilan de liaison descendant



1.1 Puissance transmise

La puissance du signal mise est appel puissance isotrope rayonne

quivalente PIRE elle dpend de la chaine appareil-cble-antenne : lappareil

metteur met le signal avec une certaines puissance not PE, le cble reliant

lappareil lantenne en perdant une partie not L et lantenne fournit aussi une

puissance supplmentaire not Ge.

On exprime ces puissances en dB, la PIRE sobtient par simple addition :

PIRE(EIRP) : PE-L+Ge

Dans les systmes radiocommunications, le PIRE est la qualit de puissance qui

devrait tre mise par une antenne isotrope pour produire la densit de puissance

maximale observe dans la direction du gain maximum dantenne.

Pour le dcibel cest une unit exprimant un rapport, autrement dit un gain pour

la puissance est calcul comme suivant :

dB =20log10 (P1/P2)

Pour lappareil metteur, il sagit de dcibel par milliwatt (dbm) : dans la

formule prcdente, P2=1Mw et P est la puissance dmission doit tre aussi

transform en MW de lappareil.

Pour lantenne il sagit de dcibel par rapport un isotrope (dbi). Le dbi est donc

le gain de lantenne par rapport a un isotrope qui met la mme quantit

dnergie.



Les pertes de cbles sont exprimes en dcibel par mtre (db/m), donc les pertes

totales dues aux cbles sont calcul comme ainsi :

Pertes cbles =longueur cble*perte par mtre

1.2 Sensibilit de rception

Pour que le signal reu soit intelligible par le rcepteur, il faut que celui ci ait

une sensibilit suffisante. L encore cest lensemble appareil-cble-antenne

quil faut prendre en compte.

La sensibilit effective Rx est une addition de la sensibilit de lappareil Sx (une

autre caractristique avec la puissance) et du g

rapport memoire moussa meriem final.pdf

Documents