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Chapitre 6

Ingnierie et concept cellulaire

Lingnierie radiolectrique dun rseau est sans doute lune des tches les plus importantes et les plus sensibles rencontres lors du dploiement dun systme cellulaire. Elle conditionne de faon importante la qualit de service offert aux utilisateurs. Loprateur doit dabord assurer une couverture en fonction de ses objectifs. Quels types de terminaux veut-il privilgier, portatifs ou tlphones de voiture de forte puissance ? Veut-il couvrir lintrieur des btiments ou seulement les rues ? En fonction des rponses, il fait un bilan de liaison pour en dterminer les paramtres fondamentaux (puissances, taille des cellules, types dantennes, seuils dingnierie.. .). Pour optimiser lutilisation des ressources radio alloues au service mobile et permettre une densit maximale dusagers par unit de surface, il doit rutiliser les mmes frquences sur des sites distants. Le concept cellulaire permet, thoriquement, datteindre des capacits illimites en densifiant le rseau des stations de base. Pour un dploiement fix, la rutilisation de frquences est limite par le rapport C/Z (Carrier/Znterference ou rapport porteuse/interfrences). Il faut donc trouver un compromis entre ce rapport (pour garder une qualit de service minimum pour tous les usagers) et la capacit du systme (pour que le systme implant soit conomiquement viable pour loprateur). Diffrentes mthodes sont disponibles dans GSM pour optimiser lusage de la ressource radio : le saut de frquence, le contrle de puissance et la transmission discontinue permettent de mieux rutiliser les ressources radio.

6.1. Schma gnral dune liaison radiomobile 6.1.1. PrsentationOn considre une liaison radio qui permet un terminal mobile de recevoir un signal mis par la station de base. Cette liaison comprend les principaux lments reprsents dans la figure 6.1.

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- Un des metteurs de la station de base gnre une onde lectromagntique module la frquence dsire. - Un > permet de superposer les ondes produites par les diffrents metteurs sur un mme conducteur lectrique. - Un cble transmet les ondes produites et se comporte comme un guide dondes. - Un S est le niveau de puissance minimale C pour lequel le rapport EJNo est suprieur au seuil de fonctionnement. Dans une chelle logarithmique on a donc :

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Dans le cas du systme GSM, le seuil Ec/No est de 8 dB en prsence dvanouissement slectif (fading). La largeur de la modulation est de 271 kHz, ce qui donne un bruit thermique de 1,l 10-l2 mW soit -120 dBm 290 K. Outre le bruit thermique, le premier tage damplification de puissance dans le dispositif de rception augmente le bruit dun facteur typique de 8 10 dB. En considrant une valeur de 10 dB, on obtient un bruit de fond de -110 dBm et une sensibilit minimale de -102 dBm pour un portatif. Des contraintes diffrentes sur les facteurs de bruit des stations de bases expliquent les diffrentes sensibilits minimales exiges par les recommandations (cf. chapitre 3). Les constructeurs peuvent videmment concevoir des matriels ayant une meilleure sensibilit mais loprateur doit toujours prvoir son rseau pour des mobiles respectant la norme au plus juste.

6.1.3. Attnuations apportes par les cbles et les coupleursUn cble introduit une attnuation proportionnelle sa longueur et fonction de ses caractristiques physiques (son diamtre). Dans les stations de base, les valeurs typiques se situent entre 2 et 3 dB par centaine de mtres. Diffrents types de couplage dmission existent. Les couplages hybrides apportent une perte de 3 dB chaque couplage de deux voies (pour 8 voies, on a donc 9 dB de perte). Les couplages par cavit limitent les pertes mais sont plus encombrants et imposent des contraintes supplmentaires : cart minimal entre les frquences utilises, accord fin sur les frquences. Aujourdhui, il est possible de raliser cet accord distance par de lantenne, - lvolution du rapport entre la puissance rayonne dans une direction et la puissance maximale, appele > ou c diagramme de directivit . Le gain de lantenne est exprim en dB mais, pour signifier que lantenne de rfrence utilise est isotrope, il est dusage de parler de dBi (pour dB isotrope). Plus lantenne est directive, plus le rayonnement est concentr dans une direction et, par consquent, plus le gain est fort. Un diagramme de rayonnement correspond une surface dans lespace. Pour simplifier les reprsentations, on indique la coupe du diagramme suivant un plan vertical et suivant un plan horizontal conformment aux coordonnes polaires classiques 8 et 4. Les angles 8 et 41 sont couramment appels azimut et lvation (cf. figure 6.2). Un exemple de diagramme de rayonnement est donn la figure 6.3.

/

azimut

Figure 6.2. Azimut et lvation

134

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Le diagramme de rayonnement permet de dterminer louverture 3 dB, cest-dire langle lintrieur duquel la puissance est attnue dau plus 3 dB par rapport la direction principale dans le plan considr. De faon trs synthtique, il est possible de caractriser une antenne par louverture 3 dB, louverture 10 dB et le rapport avant-arrire, cest--dire le rapport en dB entre la puissance rayonne dans la direction oppose la direction principale et la puissance rayonne dans la direction principale.

dB

dB

Diagramme horizontal Diagramme vertical ( variable,@=n/2+tilt) (=O,$ variable) Les cercles sont gradus en dB. Lantenne reprsente possde une ouverture horizontale de 65 3 dB, de 120 10 dB et un rapport avant-arrire suprieur 25 dB. Lantenne prsente un tilt lectrique de 6 (voir 6.2.1.4). Source : daprs catalogue Kathrein, antenne no 732691

Figure 6.3. Diagramme de rayonnement

6.2.1.2. Puissance Isotrope Rayonne EquivalenteLa puissance rayonne par une antenne est appele > (PIRE) ou Eflective Isotropic Radiated Power (EIRP). Elle correspond la puissance quil faudrait fournir une antenne isotrope pour obtenir le mme champ la mme distance [RGS921. Pour dterminer la puissance rayonne PE(,$) dans une direction dfinie par (O,@), on dcompose le calcul en deux tapes en utilisant les paramtres prcdents. - On considre une antenne isotrope fictive dont le gain G est celui de lantenne tudie. - On applique une perte supplmentaire Lr(,@) dans la direction considre en utilisant le diagramme de rayonnement donn par le constructeur.

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La PIRE est donc donne en dB par :PE(8, $1 = p + G - Lr(8, 0) o P est la puissance fournie lentre de lantenne.

Pour tudier la porte dune station de base, on considre la direction principale de lantenne o le rayonnement est maximal (Le. L,(8, 0) = O dB). En labsence de prcision explicite (ce qui est le plus souvent le cas), la PIRE est donc : PE=P+G. (6.3) Soit, par exemple, une antenne de gain 16 dBi et de diagramme de rayonnement conforme la figure 6.3, et un metteur de 2 W suppos branch sans perte sur lantenne. Il fournit ainsi une puissance de 33 dBm. La PIRE est donc de 33 + 16 = 49 dBm. Dans une direction de 32,5 par rapport lazimut, la puissance rayonne est de 46 dBm suivant le diagramme reprsent. 6.2.1.3. Cas du diple lmentaire Lantenne la plus simple raliser consiste en un conducteur de longueur dl, plac verticalement, appel (PAR) ou EfSective Radiated Power (ERP). Le gain est exprim en dBd (d pour diple). Le gain en dBd est li au gain en dBi par : GaindBd = GaindBi - 2,15 dB. La PAR se dduit donc simplement de la PIRE : PAR = PIRE - 215 dB. Il est plus facile de raisonner en PIRE quen PAR. Dans tout le chapitre, tous les gains sont exprims en dBi et tous les raisonnements se font en utilisant la PIRE. 6.2.1.4. Antennes des terminaux GSM/DCS Les antennes des mobiles et des portatifs sont gnralement des diples de longueur h/4 appels ). Par dfinition, on a donc :py

= s a(e40i

(6.4)

avec 3: = 2 A h le vecteur de Poynting des champs lectriques et magntiques et @,$) les angles dincidence de londe. Une antenne est donc caractrise par son gain en mission et son aire quivalente en rception. La mme antenne peut tre utilise soit lmission soit la rception. Gain g et aire quivalente a sont lis, daprs le principe de rciprocit de llectromagntisme, par la relation suivante que nous admettons [EYR731 : g(,$) / a(,$) = 4n; 1 h2 o h est la longueur de londe rayonne.

(6.5)

Lantenne isotrope de rfrence a un gain g=1 et donc une aire quivalente a=h214n;.

6.2.3. Propagation en espace libreEtudions dabord lantenne isotrope branche sur un metteur dune puissance p crant une onde sphrique dans le vide complet. Lensemble de lnergie mise serait rcupr par une sphre centre autour de lmetteur. La densit surfacique s de puissance une distance d est donne par :s = pl(4n;d2).

(6.6)

La puissance p y capte par lantenne isotrope de rfrence se dduit de (6.4) et (6.5) :P -s-=P(&) h2r -

2

4n;

Cette quation permet de calculer la puissance reue en fonction de la puissance mise et de la distance entre les antennes isotropes. Si on considre deux antennes de gain respectif g, et g r diriges de faon prsenter le gain maximal, la puissance reue par lantenne de rception peut tre calcule par le mme raisonnement (c tant la vitesse de la lumire) :

138

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Dans cette quation de propagation dans le vide, le dnominateur est indpendant des antennes et correspond un affaiblissement fonction de la distance seule pourf fix. Dans le cas dune propagation dans un milieu comportant des obstacles et des rflecteurs, on essaye de se ramener une formule similaire avec un facteur dattnuation 1, obtenue partir de formules empiriques : Pr = Pg,g$l* (6.9) Le facteur 1 dpend de paramtres plus ou moins nombreux suivant la sophistication du modle de propagation utilis. On fait de plus lhypothse que le rayonnement des antennes nest pas perturb par lenvironnement. Lquation (6.9) peut sexprimer en dB et devient : P r = P + G e + G r -L. Pour la propagation dans le vide, on peut calculer partir de (6.8) : L = 324 + 20Logo + 2OLog(d) avec d exprim en km etfen MHz.

(6.

Pour que cette quation de propagation dans le vide soit applicable, il est ncessaire non seulement quil ny ait aucun obstacle sur le segment de droite reliant lmetteur situ au point A au rcepteur situ au point B, mais il faut un environnement dgag. Plus prcisment, il faut que lellipsode dont les points focaux sont A et B et dont le > de btiment dpend de la nature des murs (brique, btons arms, etc.) et de leur paisseur. Des mesures ont t faites a 900 MHz et 1 800 MHz dans des conditions diffrentes par des quipes diffrentes. Les rsultats sont divers et varis (voir [AGU941, [GAH941, [TAN931 et [COST 2311). Il ny a pas dtude publique disponible permettant une relle comparaison. Il est cependant possible de souligner les phnomnes gnraux suivants :- la pntration dune onde nest pas possible lorsque lpaisseur de lobstacle est

bien suprieure la longueur donde, - une onde pntre via une ouverture dont la taille est au moins de lordre de la longueur donde, - les phnomnes dvanouissement sont beaucoup plus svres lintrieur des btiments. Plus la frquence est haute, moins la pntration (par rfraction) est importante et par consquent plus les rflexions sont grandes. Leffet guide donde est donc plus important 1800 MHz qu 900 MHz et peut avoir tendance favoriser la propagation lintrieur dun btiment. Cependant, si lmetteur est lextrieur du btiment, la bande des 900 MHz est favorise grce une pntration plus facile. Des tudes 900 MHz font apparatre une perte supplmentaire de 12 dB moins de 1 mtre dune fentre et une perte moyenne de 18 dB lintrieur des btiments avec des variations allant de - 8 dB 37 dB. Des tudes 1800 MHz font apparatre des pertes de 12 17 dB avec une valeur typique de 15 dB pour des btiments en bton. En conclusion, il est difficile de dire avec certitude quune gamme de frquence est plus adapte que lautre la couverture de lintrieur des btiments avec des stations de base extrieures.

6.3.5. Analyse des lois de propagationLes diffrentes lois de propagation font apparatre un affaiblissement de parcours en lldy o y varie de 2 (espace libre) prs de 4 dans un environnement urbain dense [MAL901. Elles induisent donc des trs grandes dynamiques. Par exemple, un mobile GSM 900 subira une attnuation denviron 96 dB 1 km de la station de base et de 137 dB 20 km.La diffrence denviron 40 dB signifie que, puissance dmission gale, un mobile 1 km de la station de base reoit une nergie 10 O00 fois suprieure celle reue 20 km. Un affaiblissement typique supportable dans G S M D C S est de 143 dB. Un tel affaiblissement correspond, daprs le tableau 6.4, une porte de 30 km en zone m a l e semi-dgage pour GSM 900 et 20 k m pour DCS 1800. Ladaptation de

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GSM 1 800 MHz provoque une rduction de porte, dfavorable aux couvertures des zones rurales. Cest pourquoi DCS 1800 est plus cibl pour les systmes urbains. Les hautes frquences sont dfavorises de la mme faon en milieu urbain micro-cellulaire. Daprs lquation 6.16, un mobile GSM 900, une distance de 500 mtres de lantenne dmission, subit une attnuation de 94 dB. En DCS 1800, la mme attnuation se produit une distance de 300 mtres. Ceci nest cependant pas rellement pnalisant lorsque lenjeu est la capacit (la charge couler) et non la couverture et quon utilise des petites cellules. De plus, pour un mme gain, les antennes sont plus petites 1800 MHz. Il est donc possible de compenser le supplment dattnuation 1 800 MHz par lutilisation dantenne fort gain. Cependant, plus le gain est fort, moins louverture verticale est importante. Il y a donc une limite laugmentation du gain si lon veut conserver une bonne couverture de la cellule. La limite de gain est du mme ordre pour 900 et 1 800 MHz.

6.4. Prvision de couverture et quilibrage de liaisonLoprateur doit dabord choisir les sites sur lesquels placer les stations de base. Le choix se fait en fonction des prvisions de propagation mais aussi en fonction de contraintes administratives ou autres (disponibilit de toits et cot de location des emplacements !).

6.4.. Rappel sur les relations entre champ lectrique et puissanceLes outils de prdiction de couverture permettent, partir dune localisation de la station de base, de la PIRE et du diagramme de rayonnement, de calculer le champ lectrique en un point. Ils utilisent pour cela des modles de propagation sophistiqus. En toute rigueur, il nest pas possible de calculer la puissance reue par un mobile car celle-ci dpend de lantenne utilise. Les niveaux de champs sont frquemment exprims en dBpV/m. Il est utile de rappeler les relations entre champs, niveau de tension et puissances et de donner quelques formules simples de transformation pour 1antenne isotrope. Rappelons dabord que le dB permet dexprimer laccroissement (ou la rduction) de niveau par rapport un niveau de rfrence implicite suivant une chelle logarithmique. En rfrence une unit u de puissance, une valeur de X dBu quivaut lduiO Pour une unit v de tension, une valeur de X dBv quivaut u. l d V 2 O v. De cette faon un accroissement de tension de N dB provoque un accroissement de puissance de N dB. Les niveaux de rfrences classiques en contexte radiomobile sont 1 mW ou 1 W pour les puissances, 1 pV pour les tensions et 1 pV / m pour les champs. On a donc, pour une puissance p exprime en W, des niveaux respectifs P exprim en dBm et P exprim en dBW :A

,

9

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145

P = 10 Log (p/l) P = 10 Log (pl0,OOl) = P

+ 30.

(6.21) (6.22)

Un niveau V exprim en dBpV est li une tension v exprime en Volts: v = 20 Log (v/10-6) = 20 Log(v) + 120. (6.23) On sait quune tension (efficace) v applique aux bornes dune impdance z produit une puissance p telle que : p=v*/z (6.24) Il est donc possible de relier les niveaux de puissance aux niveaux de tension si limpdance utilise est connue. Suivant le contexte, cette impdance varie : elle est de 600 SZ en tlphonie mais gnralement de 50 SZ en radio. On peut dduire de (6.24) et (6.23) la relation (pour une rfrence de 50 SZ) : V= P + 107 o Vest en dBpV et P en dBm (6.25) Le champ lectrique est li au champ magntique , dans le vide ou lair, par la relation suivante dduite des quations de Maxwell [VAS801 : e / h = 120n; (6.26) La valeur 12On; reprsente limpdance donde du vide (la valeur 71; na pas ici de signification gomtrique). Les deux vecteurs sont orthogonaux loin de lantenne dmission. Soit une antenne de gain g r captant une onde lectromagntique, la puissance p reue est donne par lgalit suivante dduite de (6.26) (6.4) et (6.5) :p = (eh)g, -= e 2 gr h2 ?L2 4n; 480n2~

(6.27)

En notant respectivement par P et E les puissances et champs exprims en dBm et dBpV / m et en exprimant la relation avec la frquencefen MHz, on peut tablir : (6.28) Pour une antenne isotrope, on a donc :E = P + 20Log(f)

+ 772 ofest

en MHz, E en dBpV/m et P en dBm

(6.29)

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Lensemble des rsultats peut se rsumer dans le tableau de la figure 6.5.Frquence Puissance Tension(v)

Champ

(PlMHz900 1800dB W dBm

(v>dBpV

( 0dBpV 1 m

P2,24 2,24

-1 30 -1 30

-1 O 0-1 O 0

77

3642

Il arrive frquemment quon crive des puissances en dB et non dBW en sous-entendant que le niveau de rfrence est de 1W. Calculs faits pour une impdance de 50 R et une antenne isotrope.

Figure 6.5. Conversion champ lectrique/puissance

6.4.2. Dtermination du seuil de couvertureLoprateur doit vrifier partir des modles de propagation que les zones sur lesquelles il veut offrir le service sont couvertes avec une qualit suffisante. Il faut sassurer que sur la zone de service, la puissance reue est au minimum suprieure la sensibilit du rcepteur. Le seuil choisi par loprateur doit intgrer plusieurs marges : en zone urbaine, une marge due la rutilisation des frquences (cf. 6.5.2.4) et de faon gnrale, une marge due leffet de masque. Les modles de propagation permettent de prvoir laffaiblissement mdian mais nintgrent pas leffet de masque. On ralise en gnral une couverture avec un certain niveau de qualit en intgrant une certaine marge. Par exemple, on veut que sur 90 % de la zone de service, le champ reu soit suprieur un seuil donn (-102 dBm pour le systme GSM). En supposant une attnuation conforme au modle 3 tages prsent plus haut et en ngligeant les vanouissements, il est possible de convertir la fonction de rpartition du signal reu sur un disque de rayon R en une fonction de rpartition sur un cercle de rayon R. Pour un effet de masque dcart type 7 dB et un affaiblissement en l/@, si 75 % des chantillons sont au-del dun seuil sur le primtre, alors 90 % des chantillons sur toute la surface lintrieur de ce primtre se trouvent au-dessus du seuil [JAKES 741. Or, pour une distribution normale, 75 % des chantillons sont suprieurs la valeur rn-0,70 o rn est la moyenne et O lcart-type de la distribution. Pour assurer le niveau requis, on intgre une marge de 0,70 soit 5 dB sur le champ moyen la priphrie. Le cumul de toutes les marges permet de dterminer le seuil de couverture. Avec la configuration de la figure 6.6, le seuil ncessaire est de -94 dBm pour une sensibilit de -102 dBm. Loprateur considrera que la couverture est assure

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partout o les modles de propagation donneront une puissance mdiane suprieure -94 dBm ou de faon quivalente un champ de 42 dBpV/m. Sil veut assurer une couverture a lintrieur des btiments, il doit considrer un seuil de -79 dBm lextrieur, soit un champ mdian de 57 dBpV/m. Pour couvrir certaines zones particulires (sous-sols de btiments, tunnel, autoroute), loprateur peut utiliser des techniques spcifiques : installation de rpteurs, utilisation de cbles rayonnants pour les tunnels, utilisation dantennes directives pour les couvertures dautoroute.

6.4.3. Equilibrage de la liaisonA partir du seuil intgrant les diffrentes marges, loprateur peut dterminer la couverture obtenue en fonction de la puissance des metteurs. La couverture se calcule partir des modles de propagation et intgre le gain des antennes et les pertes dues aux cbles et aux couplages. La puissance des metteurs peut ainsi tre ajuste pour assurer une bonne couverture.Lusager du rseau a une indication du champ reu sur son portatif (li au RXLEV dcrit en 7.9.3) et qui lui permet davoir lassurance que la liaison descendante est de bonne qualit. Sans quilibrage pralable, il nest pas vident que la liaison montante soit de qualit quivalente. Si une station de base transmet trs forte puissance, un portatif (metteur de faible puissance) peut recevoir un signal trs important et ne pas tre reu par la station de base lorsquil transmet. Lquilibrage de la liaison consiste choisir des gains dantenne et ventuellement placer des attnuateurs pour que la puissance du signal reu sur la voie montante soit voisine de celle reue sur la voie descendante lorsque le terminal est en limite de porte. La qualit perue par les deux intervenants dune communication est alors voisine. Pour disposer de terminaux qui soient conomiques et de dimensions rduites, on admet de faibles puissances et une sensibilit moyenne. Dans un rseau macrocellulaire, les cellules sont de grande taille et en nombre moyen, on optimise donc lmission et la rception des BTS en choisissant des antennes de fort gain et en utilisant la diversit spatiale (cf. 6.4.4). En contexte urbain trs dense, loprateur dploie un grand nombre de BTS couvrant des micro-cellules, les caractristiques des mobiles et des BTS sont alors voisines.

6.4.4. Bilan de liaisonLensemble des paramtres introduits dans lquation 6.1 est habituellement repris sous forme dun tableau synthtique permettant de vrifier lquilibrage de la liaison et dindiquer les seuils de couverture et de puissance fixer. Des exemples de bilan de liaison sont donns aux figures 6.6 et 6.7 pour des liaisons quilibres. Les diffrents seuils et marges pris en compte sont proposs par la norme. Les oprateurs adaptent ce schma de base en le raffinant suivant les

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environnements en fonction de leur exprience : une grande part du savoir-faire des oprateurs repose sur cette connaissance des paramtres prendre en compte pour que la couverture relle soit proche des prvisions thoriques. Les deux bilans de liaison supposent que les mobiles mettent la puissance nominale mais la norme admet une tolrance de k 2 dB sur les valeurs annonces : cette tolrance peut dsquilibrer la liaison et rduire de 2 dB laffaiblissement maximal supportable ; la porte est rduite denviron 230 mtres en extrieur et de 100 mtres en intrieur. On voit sur cet exemple lattention extrme porter dans le choix des paramtres.

l

1

~~

Sens de la liaison Partie rception Sensibilit Marge de protection (cf. 6.5.2.4) Perte totale cble et connecteur Gain dantenne Marge de masque (90 % de la surface) Puissance mdiane ncessaire Partie mission Puissance dmission (classes 2 et 7) Perte de couplage + isolateurs Perte totale cbles et connecteurs Gain dantenne PIRE Bilan de liaison Affaiblissement maximal Perte due au corps humain Affaiblissement de parcours Porte en extrieure Porte intrieure (marge de 15 dB)

Mon tan te BTS - 104 dBm 3 dB 4 dB 12 dBi 5 dB - 104 dBm

Descendan te MS - 102 dBm 3 dB O dB O dBi 5 dB - 94 dBm

C D E F G H=C+D+E-F+G

1

I

1

MS 33 dBm O dB O dB O dBi 33dBm

I

1

BTS 38 dBm 3 dB 4 dB 12 dBi 43dBm 137 dB 3 dB 134 dB

1 K L M N=I-K-L+M O=N-H P O-P

137 dB 3 dB 134 dB 2km 07 km

On considre un cble de perte 2 dB/100m dune longueur de 120 mtres dans la station de base, un mobile de puissance 2W. La porte est calcule sur la valeur O-P en considrant la loi dOkumura Hata pour une zone urbaine (figure 6.4). Daprs [GSM 03.30 Annexe A.11.

Figure 6.6. Exemple de bilan de liaison pour GSM 900

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1

Mon tante BTS ~ _ _ _ -104dBm Marge de protection (cf. 6.5.2.4) 3 dB Perte totale cble et connecteur 2 dB 18 dBi Gain dantenne Gain de diversit 5 dB 6 dB Marge de masque (90 % de la surface) Puissance mdiane ncessaire - 116 dBm MS 30 dBm O dB O dB O dBi 30 dBm 146 dB 3 dB 143 dB

Sens de la liaison partie rception

Descendan te MS _ _ _ _ -102dBm 3dB OdB OdBi OdB 6dB - 91 dBm BTS 42dBm 3dB 2dB 18 dBi 55 dBm

_

C D E F F G H=C+D+E-F-F+G

I

I

Partie mission Puissance dmission (classes 1 et 2) Perte de couplage + isolateurs Perte totale cbles et connecteurs Gain dantenne PIRE Bilan de liaison Affaiblissement maximal Perte due au corps humain Affaiblissement de parcours Porte en extrieure Porte intrieure (marge de 15 dB)

1 K L M N=I-K-L+M

111

1

1

146 dB O=N-H 3dB P 143 dB 1I O-P

2km 07 km

1

On considre un mobile de puissance 1W. La porte est calcule en considrant la loi dHata pour une zone urbaine. Noter lutilisation de la diversit dans la station de base et lutilisation dantennes fort gain pour supporter des affaiblissements plus importants que pour le bilan de liaison GSM 900 (ces techniques peuvent tre aussi employes pour GSM 900). Daprs [GSM 03.30 Annexe A.31.

Figure 6.7. Exemple de bilan de liaison pour DCS 1800

6.4.5. Utilisation de la diversit

La liaison montante est gnralement plus difficile assurer que la liaison descendante, car la puissance des terminaux est limite. Lvanouissement slectif en frquence peut provoquer des affaiblissements trs svres. Il a t exprimentalement dtermin [LEE 891 quen deux points distants de dix vingt longueurs donde sur un mme plan horizontal, les rceptions dun mme signal sont corrles avec un coefficient gal 0,7. 1 est intressant dutiliser, la station de base, plusieurs antennes de rception de 1 faon recevoir le mme signal avec des multitrajets diffrents. Cette technique est

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appele N diversit spatiale . Il y a plusieurs mthodes de combinaisons des signaux reus sur les diffrentes antennes [HESS931 [GIB961 : - slection du meilleur signal (switching combining), - combinaison des signaux avec le mme poids (equal gain combining), - combinaison des signaux affects de poids proportionnels leurs niveaux (maximal ratio combining). Lutilisation de la diversit spatiale permet damliorer le rapport E,J du signal reu denviron 5 dB. Elle est couramment utilise avec des distances typiques entre antennes de 3 6 mtres.

6.5. Rutilisation des ressourcesLoprateur dispose dune zone couvrir et dune bande de frquences. Dans les systmes tels que GSM, cette bande est partage en deux sous-bandes dont lune est utilise pour les liaisons mobiles vers infrastructure (liaison montante) et lautre pour le sens infrastructure vers mobiles (liaison descendante). Chaque sous-bande est ensuite partage en un certain nombre de porteuses. Un porteuse peut couler une ou plusieurs communications simultanment. Dautre part, la zone couvrir est dcoupe en