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INTRODUCTION

L’originalité principale de GSM réside dans la façon ces systèmes gèrent les ressources radio qui leur ont été allouées. Mais comme

souvent, l’optimisation a débouché sur une plus grande complexité. Par conséquent, l’immense succès de ces réseaux nécessite de plus en

plus de personnes qualifiées.

Un logiciel permettant l’observation en direct des protocoles de communication utilisés sur la voie radio faciliterait la formation de ces

personnes. Il permettrait un enseignement très vivant et concret et pourrait aussi servir à la mise en évidence des principes à la base de

tout protocole de communication.

Ce TP a pour but de se familiariser avec le logiciel de planification des réseaux radio-mobiles : ATOLL concepté par la société FORSK, à fin d’aborder les principales problématiques liés à la planification et au

déploiement des réseaux radio-mobiles…

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QUESTION PREALABLES 1. La bande de fréquence utilisée en GSM 900 :

GSM 900 UL : 890-915MHz DL : 935-960MHz soit 124 porteuses espacée de 200kHz sur 2 x

35MHz.

2. La bande de fréquence utilisée en DCS 1800 :

DCS 1800 UL : 1710-1785MHz DL : 1805-1880MHz soit 374 porteuses espacées de 200kHz sur 2

x 75MHz.

Pour chaque porteuse on a 8 intervalles de temps qui correspondent à 8 communications

possibles.

3. Les termes dBm, dBw, dBi et PIRE

dBm : Puissance en milliwatts au lieu de Watt. Le rapport entre dBw et dBm peut être écrit de la façon

suivante : dBw = dBm – 30dB et dBm = dBw + 30dB

dBw : Puissance en Watt mais exprimée en dB pour simplifier la lecture et permettre l’utilisation de

l’addition et de la soustraction de dB afin de calculer les variations de cette puissance. L’ajout de deux

valeurs en dBw ne se fait pas par l’addition directe comme nous l’avons vu précédemment (voir exemple

des décibels dBSPL)

dBi : utilisé pour la comparaison du gain d’une antenne par rapport à une antenne isotrope. Les

constructeurs d’antenne spécifient souvent seulement dB au lieu de dBi pour créer une ambiguïté par

rapport à dBd qui représente le gain par rapport à une antenne dipôle.

Cet effet purement marketing permet de donner l’illusion d’un plus grand gain de l’antenne car un dBd

vaut 2,15 dBi. En l’absence de référence explicite, il faut toujours considérer les gains exprimés en dB

comme étant des dBd et non des dBi (c'est-à-dire moins puissante que ce que l’on pourrait croire…)

PIRE : La puissance rayonnée par une antenne est appelée « Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente »

ou « Eflective Isotropic Radiated Power » (EIRP). Elle correspond à la puissance qu’il faudrait fournir à une

antenne isotrope pour obtenir le même champ à la même distance.

4. Méthodes de prédictions :

Quand un opérateur télécom veut effectuer un déploiement, il utilise des outils de planification donnant une

prédiction de la couverture des zones à desservir suivant le placement des stations de base.

Les paramètres qui les influencent sont :

L’influence de la zone troposphérique en fonction des conditions météo

Les diffractions : Bullington, Deygout, ITU 526, visibilité

Les réflexions lambertiennes et les réflexions sur le sursol

Le paramétrage du climat, des hydrométéores

5. 1er ellipsoïde de Fresnel :

Soient E un émetteur et R un récepteur,

et considérons deux différents trajets

possibles pour une onde, soit en direct de

E à R, soit avec réflexion en un point de

l’ellipsoïde. Avec un signal ayant une

longueur d’onde λ, on peut déterminer

une dimension {A, B} telle que la

différence de trajet soit égale à λ/2. Cette dimension correspond à un ellipsoïde de Fresnel d’ordre 1. On

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peut déterminer une autre dimension de {A, B} pour avoir une différence de trajet de 2λ/2, et un

ellipsoïde d’ordre 2. Et ainsi de suite pour un ellipsoïde d’ordre n. Voir sur la figure 2 les deux premiers

ellipsoïdes de Fresnel.

Pour tous les trajets situés à l’intérieur ou entre deux ellipsoïdes, les signaux arrivent plus ou moins

déphasés avec le trajet principal. Pour tous ceux situés sur les ellipsoïdes, les signaux arrivent en

opposition de phase pour ceux d’ordre impair et en phase pour ceux d’ordre pair. Noter que les

dimensions de l’ellipsoïde dépendent uniquement du rapport entre la longueur d’onde de la fréquence

de travail et la distance entre émetteur et récepteur, selon la formule :

Avec : r = rayon de l’ellipsoïde d’ordre 1, d = distance entre E et R. Pour fixer les ordres de grandeur, avec

une distance de 20 km, pour F = 10 GHz, r = 12 m et pour F = 144 MHz, r = 102 m.

En HF, l'antenne étant proche du sol, il y a toujours réflexion. Pour qu'elle soit complète, il est nécessaire

de dégager la majeure partie de l'ellipsoïde de Fresnel. Celui-ci a pour foyers l'antenne d'émission et son

image dans le sol à une distance double du point de réflexion qui est d'autant plus éloigné que l'angle de

départ est faible.

En pratique, on considère qu'un dégagement sur une distance égale à 2400λ / α2 est suffisant. Pour un

angle de départ de 10°, cela représente quand même un rayon de 720 m pour la bande 30m et 240 m

pour la bande 10m. Donc, si le terrain n'est pas plat, ou s'il est couvert de végétation humide ou de

constructions métallisées, surtout au point de réflexion, celle-ci se fera avec une diminution du coefficient

de réflexion. A la limite, pour un coefficient proche de zéro, on retrouve les diagrammes et les gains du

système antennaire en espace libre. Mais attention, il faut que l'antenne soit dégagée d'au moins une

demi-longueur d'onde au-dessus du "fouillis urbain" ou du "fouillis végétal" pour que l'onde directe

subisse peu d'absorption.

EXERCICE 1 : DEMARRAGE ET PRISE EN MAIN DU LOGICIEL

Pour débuter l’utilisation du logiciel, il nous faut une carte sur laquelle on va travailler en prenant en compte les

différents altitudes du terrain et tout autre obstacle…

Pour ceci, on a fabriqué deux cartes :

1- Image satellitaire pour faciliter et améliorer la vue pour bien localiser les endroits (.ECW)

2- Modèle DTM pour la pris en compte des altitudes et des obstacles (.BIL)

La réalisation des deux cartes a nécessité 96h de recherche et de la mise en œuvre purement logicielle, à la fin

on a pu lier les coordonnées des deux cartes (pour Casablanca et Errachidia)

Ci-dessous on distingue clairement notre faculté poly disciplinaire en image satellitaire :

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Depuis le menu EXPLORER > Modules > Propagation Models

On peut tirer les différents modèles de propagation que ATOLL prenne en charge :

Cost-Hata, Erceg-Greenstein (SUI), ITU370, ITU526, ITU529, Longley-Rice, Microwave Propagation Model,

Okumura-Hata, Standard Propagation Model et WLL qui est destiné aux applications de boucle locale radio

prenant en compte le profil de terrain et la hauteur du sursol.

Les modèles Okumura Hata et Cost Hata, modèles statistiques particulièrement adaptés aux mobiles, ils

permettent d'avoir plusieurs formules de propagation applicables selon l'environnement géographique (petite ou

moyenne vile, centre ville,…). Ces modèles sont liés aux fichiers d'occupation de sursol qui contiennent pour

chaque classe la hauteur associée.

Depuis Data > GSM/GPRS/EGPRS Parameters > Environments

On peut trouver les différents environnements : Urbain, Urbain dense, Suburbain ou Rural, dont la distinction se

fait en fonction de la population :

800 abonnés/km² pour l’environnement urbain

1600 abonnés/km² pour l’urbain dense

40 abonnés/km² pour le milieu rural

400 abonnés/km² pour le milieu suburbain

Depuis Data > GSM/GPRS/EGPRS Parameters > User Profiles

La distinction entre le profil d’un Business User et un utilisateur normal se

révèle dans la fréquence d’utilisation des services fournis par l’opérateur.

Un utilisateur normal par exemple n’utilise que la voix avec une moyenne de

0.2Erlang

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Or un homme d’affaire ou un client Premium peut utiliser des services avancés (Accès INTERNET, Messagerie…).

Depuis Data > Antennas

Une diversité d’antennes proposées par ATOLL dont les caractéristiques sont :

Nom

Constructeur

Gain en dBi

Tilt

Diagramme de rayonnement vertical et horizontal.

La bande de fréquence

On prend comme exemple une antenne 30deg 18dBi 0Tilt 900MHz

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Depuis Geo > Digital Terrain Model > ERRACHIDIA_HEIGHTS > Properties > Display (values intervals)

Depuis Tools > Options > Units

On relève toutes les unités que ATOLL prenne en charge :

Radiated Power Antenna Gain Transmission Reception

Distance Height and Offset

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EXERCICE 2 : DEPLOIEMENT DU SERVICES GSM/GPRS Dans cet étape, on va déployer le service GSM/EDGE dans un secteur quelconque à Errachidia mais pour que nos

prédictions soient significatives on attaque une zone montagneuse, on a pris l’exemple de la montagne AFERDOU

Sur ATOLL ça donne ceci :

Maintenant on va simuler ou bien prédire une couverture d’une station de base près de la montagne en visualisant

le rayonnement de l’antenne en fonction du niveau du signal (Coverage by Signal Level)

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Et comme légende le tableau ci-dessous

Très clairement on remarque le signal qui ne passe pas à travers la montagne vue son hauteur par rapport à la

station de base

(L’axe des z présente la hauteur)

On a plusieurs paramètres de prédictions comme la capture le montre :

On se déplace vers une autre zone plus ou moins plate afin d’utiliser les autres prédictions

Par exemple, on désire déployer la GSM/GPRS sur ce quartier

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En prédiction par niveau de signal, on trouve sur une antenne couvrant la GSM 900 Suburbain :

En prédiction by Transmitter :

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En prédiction by Overlapping Zones :

EXERCICE 3 : DEPLOIEMENT DU SERVICES GSM/GPRS A CASABLANCA

On va refaire l’étude mais cette fois en plein centre à Casa, là où il y a les immeubles et la densité de population

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Juste comme l’exemple de la montagne d’AFERDOU, les Twins ne laissent pas passer le signal en entier comme

l’indique la capture ci-dessous :

On sélectionne une zone qu’on veut déployer notre couverture réseau et on prédit la couverture en niveau de

signal :

On remarque un espace vert (Jardin) là où il n’y a pas une densité de population importante

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Donc on va limiter l’émission en créant l’angle du Downtilt pour les antennes en face du jardin

On le règle depuis les paramètres de l’antenne :

En prédiction by Transmetter :

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En prédiction by Overlapping Zones :