4G_OFDMA

RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES

Filière

Ingénieurs en Télécommunications

Option

Ingénierie des réseaux

Planification d’un réseau radio 4G basé sur

la technologie Flash-OFDM de Flarion

Elaboré par :

Oumar SERE

Encadré par :

Pr. Sami TABBANE

Année universitaire : 2004/2005

Oumar SERE Planification d’un réseau radio 4G basé sur Flash-OFDM PFE Année 2004/2005

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Je dédie ce travail …

à

tous ces hommes et femmes intègres du Burkina qui se battent durement tous les jours pour gagner dignement leurs vies.

Puisse cette modeste contribution aider à améliorer vos conditions de vie !

Oumar SERE


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Remerciements

J’adresse mes remerciements à mon employeur, l’Office National des

Télécommunications (ONATEL) du Burkina Faso, qui m’a offert l’opportunité et créé les

conditions favorables à ma formation. Je lui réaffirme mon engagement légitime de travailler

au retour de cet investissement effectué sur moi.

J’exprime ma reconnaissance à l’administration de Sup’Com et au corps enseignant

pour leurs disponibilités et leurs engagements.

Il ne saurait être question de ne pas parler ici de mon encadrant, le Professeur Sami

TABBANE, sans qui ce travail n’aurait jamais vu le jour. Sa grande culture scientifique, sa

disponibilité et sa simplicité sont autant d’éléments qui ont favorisé la réalisation de ce travail.

La qualité de cet encadrement fut enrichie par Monsieur Mohamed SIALA qui reçoit

également toute ma gratitude pour les suggestions et conseils qu’il a pu me prodiguer.

Monsieur Sadok MABBROUK, c’est au mérite de votre dynamisme que j’ai

pu aisément m’insérer dans le milieu estudiantin ; aussi je vous exprime ma profonde gratitude

pour les démarches, l’accueil et l’amitié reçus.

Enfin pour paraphraser une expression de reconnaissance de chez moi, à vous que j’ai

nommé et à vous tous qui avez participé dans l’anonymat à ma formation, je dis « lorsque le

soleil rayonne, sachez que c’est moi qui vous exprime ma gratitude ».

Oumar SERE


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Résumé

L’évolution progressive du monde des télécommunications mobiles vers des réseaux et

services de données basés sur le protocole IP est aujourd’hui une tendance très forte. Ces

réseaux, plus connus sous l’acronyme de réseaux « Tout IP » ou réseaux mobiles « 4G », vont

permettre un accès radio large bande unique à tous les services quel que soit le terminal

utilisé.

La technologie Flash-OFDM proposée par Flarion et qui fait l’objet de ce rapport est

un réseau d’accès radio large bande. C’est une solution « Tout IP » qui est aujourd’hui

présentée comme une alternative aux services de troisième génération.

Dans ce projet nous nous sommes intéressés à l’étude de cette technologie et aux

contraintes d’ingénierie liées au déploiement d’un réseau basé sur Flash-OFDM

(dimensionnement, propagation, architecture du réseau).

Le développement d’un outil de planification d’un réseau radio basé sur Flash-OFDM

et une étude de cas de dimensionnement/planification utilisant ledit outil occupent une partie

importante de ce rapport.

Mots clés : OFDM, Flash-OFDM, Flarion, système 4G, Modèle de trafic, Bilan de liaison, Dimensionnement, Planification.


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Table des matières

Introduction générale.................................................................................................................9 Chapitre I : Technologie Flash-OFDM : Présentation et Principes ....................................11 I. Introduction............................................................................................................................. 11 II. Présentation d’un réseau basé sur le Flash-OFDM............................................................... 11 II.1. A propos de Flarion et de sa technologies..................................................................... 11 II.2. Architecture matérielle d’un réseau Flash-OFDM ........................................................ 13 III. Architecture de l’interface radio .......................................................................................... 15 III.1. La couche physique..................................................................................................... 15 III.2. La couche MAC .......................................................................................................... 25 IV. Gestion de la mobilité ......................................................................................................... 32 V. Conclusion............................................................................................................................. 35 Chapitre II : Planification d’un réseau radio Flash-OFDM................................................ 36 I. Introduction............................................................................................................................. 36 II. Modèle de trafic..................................................................................................................... 37 II.1. Scénarios d’utilisateur ................................................................................................... 37 II.2. Environnement de trafic multiservices .......................................................................... 38 II.3. Profil d’abonnés............................................................................................................. 39 II.4. Modélisation dynamique du trafic dans les réseaux multiservices................................ 40 III. Dimensionnement................................................................................................................. 43 III.1. Organigramme de dimensionnement du réseau radio Flash-OFDM ........................... 44 III.2. Dimensionnement du RAR (Station de base Flash-OFDM)........................................ 46 III.3. Dimensionnement du Routeur...................................................................................... 53 IV. Planification d’un réseau flash-OFDM................................................................................ 54 IV.1. Réutilisation des fréquences......................................................................................... 54 IV.2. Planification de la capacité et de la couverture............................................................ 54 V. Conclusion............................................................................................................................. 56 Chapitre III: Outil de planification radio et valid ation sur des scénarios.......................... 57 I. Introduction............................................................................................................................. 57 II. Cahier des charges de l’outil ................................................................................................. 57 II.1. Objectif de l'outil de planification ................................................................................. 57 II.2. Paramètres d'entrée........................................................................................................ 58 II.3. Sorties envisageables..................................................................................................... 58 II.4. Interface Utilisateur ....................................................................................................... 59 II.5 Contraintes...................................................................................................................... 59 III. Environnement de développement ....................................................................................... 59 IV. Fonctionnalités de l’outil ..................................................................................................... 60 IV.1. Les entrées/sorties du programme................................................................................ 60 IV.2. Organigramme fonctionnel .......................................................................................... 61 IV.3. Modules développés..................................................................................................... 62 V. Interface utilisateur développée............................................................................................. 66 V.1. Fenêtre principale de l’outil .......................................................................................... 66 V.2. Menu Fichier ................................................................................................................. 67 V.3. Menu Configuration ...................................................................................................... 68 V.4. Menu Simulation ........................................................................................................... 69 V.5. Menu Dimensionnement ............................................................................................... 70


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V.6. Menu Aide..................................................................................................................... 70 VI. Validation sur scénarios ....................................................................................................... 71 VI.1. Acquisition des paramètres et données d’entrée .......................................................... 71 VI.2. Résultats obtenus.......................................................................................................... 74 VI.3. Interprétation et évaluation des performances ............................................................. 76 VII. Comparaison entre le système Flash-OFDM et le système 3G .......................................... 77 VIII. Conclusion......................................................................................................................... 80 Conclusion générale................................................................................................................. 81 Annexes..................................................................................................................................... 83 Bibliographie............................................................................................................................. 92 Terminologie............................................................................................................................. 93


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Liste des figures Figure I.1 : Réseau Flash-OFDM de Flarion ............................................................................. 12 Figure I.2 : Vue simplifiée du réseau Flash-OFDM .................................................................. 14 Figure I.3 : Modulation OFDM ................................................................................................. 16 Figure I.4 : Plan temps-fréquence .............................................................................................. 17 Figure I.5 : Saut de fréquence et séquence de saut par symbole ............................................... 17 Figure I.6 : Deux RAR avec des séquences de saut différentes................................................. 18 Figure I.7 : Structure des trames ................................................................................................ 19 Figure I.8 : Saut symbole par symbole sur la liaison descendante............................................. 20 Figure I.9 : Saut dwell par dwell sur la liaison montante........................................................... 21 Figure I.10 : Un dwell ................................................................................................................ 21 Figure I.11 : Intervalles d’accès ................................................................................................. 22 Figure I.12 : Illustration des segments de canal de trafic et canal de contrôle........................... 22 Figure I.13 : Structure maître-esclave du contrôle de trafic....................................................... 26 Figure I.14: Rapports qualité du canal et données du mobile à la BS........................................ 27 Figure I.15 : Etats de transition du MAC................................................................................... 28 Figure I.16 : Procédure d’accès à la liaison montante................................................................ 29 Figure I.17 : structure générale des canaux MAC...................................................................... 32 Figure I.18 : Procédure du handover Make-before-break .......................................................... 35 Figure II.1 : Processus de dimensionnement.............................................................................. 44 Figure II.2 : Organigramme de dimensionnement du RAN Flash-OFDM ................................ 45 Figure II.3 : Processus de dimensionnement du RAR ............................................................... 46 Figure II.4 : Fonctionnalités de la simulateur ............................................................................ 55 Figure III.1 : Fenêtre principale de l’outil.................................................................................. 67 Figure III.2 : Fenêtre de saisie des taux de distribution des abonnés......................................... 68 Figure III.3: Fenêtre de saisie des paramètres d’ingénierie ....................................................... 69 Figure III.4 : Fenêtre de présentation du bilan de liaison........................................................... 70 Figure III.5 : Fenêtre A propos................................................................................................... 71 Figure III.6 : Carte de grand Tunis (zone à dimensionner)........................................................ 72 Figure III.7 : Détermination du nombre d’utilisateurs vérifiant le QoS et du rayon estimé de la cellule ......................................................................................................................................... 75 Figure III.8 : Variation du rayon de la cellule en fonction de la charge .................................... 76 Figure III.9 : Architecture de systèmes : (a) système Flash-OFDM et (b) système 3G............. 78 Figure III.10 : (a) Piles de protocole pour un système Flash-OFDM et (b) un système 3G ...... 79


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Liste des tableaux

Tableau I.1 : Caractéristiques du réseau .................................................................................... 14 Tableau I.2 : Modulation et codage des canaux de trafic........................................................... 23 Tableau I.3 : Canaux utilisés sur la liaison descendante dans les états du MAC....................... 30 Tableau I.4 : Canaux utilisés sur la liaison montante dans les états du MAC ...........................30 Tableau II.1 : Caractéristiques des types de trafic Flash-OFDM .............................................. 39 Tableau II.2 : Caractéristiques des applications en termes de débit et probabilité de blocage .. 41 Tableau II.3 : Caractéristiques de chaque type d’application selon les profils des abonnés...... 47 Tableau II.4 : canevas à suivre pour le bilan de liaison ............................................................. 50 Tableau III.1 : Caractéristiques des zones étudiées.................................................................... 73 Tableau III.2 : Débit utile par type d’utilisateur .......................................................................... 73 Tableau III.3 : Pathloss maximum et rayon de cellule par service ............................................ 74 Tableau III.4 : Nombres d’utilisateurs actifs respectant le QoS par service .............................. 75 Tableau III.5 : Résultat du dimensionnement ............................................................................ 76 Tableau III.6 : Variation du rayon de la cellule en fonction du nombre d’utilisateurs .............. 77

Liste des organigrammes

Organigramme III.1 : Schéma synoptique de l’application ....................................................... 60 Organigramme III.2 : Principe de fonctionnement de l’outil..................................................... 61 Organigramme III.3 : Dimensionnement des TRXs .................................................................. 63 Organigramme III.4 : Détermination du nombre de cellules RAR, Routeurs............................ 64 Organigramme III.5 : Fonctionnement du simulateur................................................................ 65 Organigramme III.6 : Calcul du nombre J ................................................................................. 66


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Introduction générale

Les télécommunications font partie des technologies qui ont révolutionné notre mode de

vie au vingtième siècle. Du télégraphe à l’Internet, de la téléphonie sans fil au téléphone

cellulaire, les progrès établis en la matière sont spectaculaires. Les informations transmises

étaient tout d’abord codées 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

numériques a considérablement augmenté le débit et la qualité des informations à transmettre

d’un point à un autre.

Parallèlement, le développement rapide de la microélectronique et des capacités de

miniaturisation permettent aujourd’hui la mise en oeuvre de techniques complexes dans des

appareils de taille réduite. Cependant l’augmentation des besoins en débit se heurte à la nature

des canaux eux-mêmes. En effet, dans des applications telles que la télédiffusion à grande

échelle ou un réseau informatique radio à l’intérieur d’un bâtiment, le canal est de type multi

trajet. Le signal est réfléchi en plusieurs endroits, et des échos apparaissent et créent des

perturbations dont l’influence augmente avec le débit de transmission. La technique de

modulation multi porteuse (OFDM) est présentée comme une solution pour parer ce problème.

Ainsi, avec la résolution de ce problème, la manière de distribuer et d’accéder à l’information a

fondamentalement changé : il est donc maintenant possible d’envisager un réseau d’accès radio

large bande.

Toutefois, un des obstacles majeurs dans la conception de ces réseaux réside dans la

prise en compte des diverses applications et protocoles d’Internet. En effet, le standard TCP/IP

constitue le réseau le plus étendu au monde, par conséquent son fonctionnement devrait non

seulement être facilité sur ces nouveaux réseaux mais surtout donner le sentiment aux

utilisateurs d’avoir une qualité de service équivalente à celle qu’ils ont sur les réseaux câblés

large bande. En particulier ce réseau devrait avoir les caractéristiques suivantes [1] :

� bande passante élevée : un tel réseau devrait fournir un lien fiable avec une bande

passante élevée qui pourra être partagée par de multiples utilisateurs. De ce fait, une

politique de contrôle qui permettra aux ressources d'être commutées efficacement entre

les mobiles sera nécessaire.

� faible latence : en plus de la bande passante élevée, les latences du lien devraient être

faibles. Quand les utilisateurs obtiennent l'accès aux ressources, celles-ci devraient

pouvoir supporter des taux de burst élevés et traiter les paquets avec un délai minimal.


10

Ainsi, des mécanismes pour réaliser la fiabilité de lien, tels que les demandes

automatiques de retransmission (ARQ : automatic repeat requests), devraient être

établis pour que ces délais soient réduits au minimum.

� qualité de service (QoS) : Les communications sans fil sont toujours synonymes de

contraintes de ressource : peu de ressources pour beaucoup d’utilisateurs. Aussi, la

gestion de la qualité de service permettra de fournir les moyens nécessaires pour

partager efficacement ces ressources limitées.

� économie d'énergie : Les noeuds mobiles devraient être capables de réaliser des

économies d'énergie et cela du fait de leur mobilité. Des mécanismes devraient exister

pour commuter sans coupure des modes de transmission de données en mode

d'économie d'énergie tout en maintenant les latences.

Le réseau d’accès radio large bande, Flash-OFDM, proposé par Flarion est aujourd’hui

présenté comme la solution qui respecte tous ces critères. Aussi, le présent projet de fin

d’études se propose d’étudier la planification d’un réseau radio basé sur cette technologie.

Ce mémoire est organisé en 3 chapitres.

Dans le premier chapitre, nous présentons la technologie Flash-OFDM et les notions

liées à celle-ci. La technique d’accès Flash-OFDMA, les couche physique et couche MAC ainsi

que les canaux logiques sont expliqués dans ce chapitre.

Puis après avoir dégagé dans un deuxième chapitre une méthodologie de planification et

de dimensionnement d’un réseau Flash-OFDM, nous nous sommes fixés comme objectif, dans

un troisième et dernier chapitre, de développer un outil de planification dont le fonctionnement

est basé sur la méthodologie présentée dans le chapitre 2.

Enfin, nous avons retenu dans une conclusion générale les grandes lignes de ce qui, à

notre sens, mérite une attention toute particulière de la part des opérateurs de réseaux mobiles

cellulaires. Et pour finir nous avons rassemblé à la fin du rapport et sous le titre " Annexes " un

certain nombre de documents intéressants mais non indispensables à première lecture et qui

trouveraient difficilement leur place dans le corps de l'exposé.

Flash-OFDM: Présentation et Principes


11

Chapitre I

Technologie Flash-OFDM : Présentation et Principes

I. Introduction L’objectif de ce chapitre est d’introduire les concepts liés à la technologie Flash-

OFDM et les généralités qui serviront à la bonne compréhension de l’ensemble du rapport.

Pour ce faire, nous allons dans un premier temps présenter Flarion et sa technologie, puis

suivra une description de l’architecture matérielle d’un réseau basé sur ce système.

L’architecture de l’interface radio fera l’objet du troisième paragraphe de ce chapitre. Ainsi,

nous verrons donc comment les couches physique et MAC ont été conçues, les techniques

d’accès radio, le contrôle de puissance, les canaux logiques, …

La gestion de la mobilité est importante dans un système de communication radio

mobile. Aussi, nous y avons consacré le dernier paragraphe dans lequel nous nous

appesantissons sur la procédure de handover.

II. Présentation d’un réseau basé sur le Flash-OFDM

II.1. A propos de Flarion et de sa technologies

La technologie Flash-OFDM de Flarion est née dans les laboratoires de Bell sous la

conduite des travaux du Dr. Rajiv Laroia (fondateur de Flarion) et de son équipe radio au

début de l'année 1998. Flarion a donc été créé pour commercialiser cette technologie.

Flarion, de son nom commercial Flarion Technologies, est une compagnie privée de

communication mobile large bande. Il a été créé en février 2000 en tant que société anonyme ;

son siège se situe à Bedminster dans le New Jersey aux Etats-Unis. En dépit de sa jeunesse,

la Société s'est classée au premier rang au palmarès des "25 Premières Sociétés" d'Unstrung et

aussi au palmarès des "Dix à surveiller" du Red Herring Magazine. Parmi les gros

investisseurs qui ont misé sur Flarion, notons Bessemer Venture Partners, Charles River

Ventures, Cisco Systems, Equitek Capital, New Venture Partners II LP, Nassau Capital et

Pequot Capital [13] .

Flarion a résolu la question de la mobilité totale avec l'OFDM, en utilisant un lien

radio qui convient mieux au protocole IP.

En effet, le système de communication mobile large bande Flash-OFDM de Flarion est

un réseau d'accès radio large bande à commutation de paquets, qui transporte d'une façon



12

transparente des services utilisant le protocole IP entre un réseau IP et n'importe quel

ordinateur portatif ou autre dispositif IP.

Ce système qui se présente comme un vrai réseau « Tout IP » s'appuie naturellement

sur les éléments d'un réseau IP standard et utilise une nouvelle technologie d'interface radio

basée sur la modulation multi porteuse OFDM (Orthogonal Frequency Division

Multiplexing). Les couches issues de la compilation des forces et faiblesses des couches des

autres techniques d’accès (TDMA/FDMA, CDMA) ont été la pierre angulaire de la

conception du système. En somme la philosophie de conception du système a été d'optimiser

conjointement la couche physique, la couche MAC (Media Access Control) et la couche de

liaison de données, tout en s'appuyant sur l'architecture d’un réseau IP.

Le RadioRouter base station de Flarion, une station de base (en fait c’est une

combinaison d'une station de base radio et d'un routeur IP) qui se branche facilement sur le

réseau existant d'un exploitant et son spectre radio, fournit une interface de routage

transparent (c'est-à-dire sans coupure) avec le réseau IP existant de l'exploitant. La qualité de

service IP, quant à elle, permet aux fournisseurs de services d'offrir la tarification adaptée à

l’utilisateur et à l’application (une tarification fixe ou progressive). En somme, nous pouvons

dire qu’avec cette technologie, Flarion permet aux opérateurs mobiles d'offrir, et cela de façon

rentable, des services de communication mobiles IP large bande.

Le système de Flarion se compose de deux parties principales (voir figure I.1. ci-

dessous) : un réseau d’accès radio (RAN : Radio Access Network) et un réseau IP (réseau de

commutation de paquet).

Figure I.1 : Réseau Flash-OFDM de Flarion (source : Flarion)



13

Conscient de la fragilité de sa position (due essentiellement à sa jeunesse), de

l’originalité de sa technologie et de la nécessité de la normaliser, Flarion a entrepris des

démarches avec les organismes de normalisation. C’est ainsi qu’en début décembre 2002

l’IEEE approuve officiellement (à l’initiative de Flarion) la création d’un nouveau groupe de

travail dénommé Mobile Broadband Wireless Access (MBWA). Les travaux de ce groupe sont

actuellement en cours et remarquons que tout le staff et l’équipe de recherche de Flarion en

fait partie. Enfin signalons que selon les publications de ce groupe, la nouvelle norme pourrait

s’appeler l’IEEE-802.20.

II.2. Architecture matérielle d’un réseau Flash-OFDM

Le Flash-OFDM est un réseau qui permet le support de services multimédia à haut

débit et en mobilité (en mode paquet) avec une efficacité spectrale supérieure à celle offerte

actuellement par le réseau UMTS.

Son architecture a été définie et optimisée pour opérer le mieux possible avec les

réseaux existants.

D'un point de vue spectral, le Flash-OFDM utilise les fréquences situées dans la bande

des 450 MHz ou 3,5GHz. Ce nouveau système opère sur une bande cœur de 1,25 MHz avec

le FDD (duplexage en fréquence) comme méthode de duplexage. Cette bande est divisée en

113 porteuses avec un espacement entre porteuse de 11,25 KHz.

Le Flash-OFDMA a été choisi comme technologie d’accès de l’interface radio du

système.

Le schéma ci-dessous décrit l’architecture générique d’un réseau basé sur le système

Flash-OFDM.



14

Figure I.2 : Vue simplifiée du réseau Flash-OFDM [10]

Les caractéristiques principales du réseau peuvent être résumées dans le tableau ci-après :

Paramètres Valeur Fréquence de la porteuse 3,5 GHz Bande passante du canal 1,25 MHz FDD Taille FFT 128 (~88,8 µs) Préfixe cyclique 16 (~11,1 µs) Espacement entre porteuses 11,25 KHz Débit symbole 10KHz Nombre de sous porteuses 113 Mobilité 250 Km/h Efficacité spectrale 1 b/s/Hz/cell

Tableau I.1 : Caractéristiques du réseau [4]

Le réseau est constitué essentiellement de trois types de routeurs: ceux qui routent les

paquets à l’intérieur d’une même cellule et qui font office station de base, ceux qui permettent

aux paquets de circuler à l'intérieur d'un même réseau Flash-OFDM, et enfin ceux qui

permettent aux paquets de migrer vers d'autres réseaux de données. Ce sont [10]:

� RadioRouter Base Station : encore appelée Radio Access Router (RAR) c’est en fait

la station de base et pour ce faire il gère les terminaux pour une zone donnée (en

général une cellule). Il route essentiellement les paquets reçus du réseau vers

l'équipement terminal approprié et ce par l'intermédiaire de l'interface radio Flash-



15

OFDM. Le RAR permet de gérer les services offerts à l'utilisateur. Il constitue

l'interface logique entre l'abonné Flash-OFDM et un réseau de données externe. Ses

missions principales sont la gestion des abonnés mobiles, les contrôles d'accès réseau

aux services IP, la gestion de la QoS IP sur les interfaces radio et le backbone. La

signalisation est basée sur le protocole IP Mobile.

� Routeurs : ce sont des routeurs standard (comme ceux des LANs) ; ils jouent un rôle

de routage des paquets dans le réseau. Ils permettent d’interconnecter deux

RadioRouters Base Station.

� Border Gateway : c’est un routeur utilisé pour l'interconnexion du réseau Flash-

OFDM avec les réseaux externes. Quand un paquet de données arrive d'un réseau

PDN (Packet Data Network) externe au réseau Flash-OFDM, le Border Gateway

reçoit ce paquet et le transfert au routeur désigné selon les coordonnées dudit paquet

qui à son tour le transmet à la station de base correspondante (RAR). Le paquet

parvient à l’utilisateur suite à une transmission de la station de base vers son terminal.

� L’équipement terminal (WT : Wireless Terminal) : comme son nom l’indique il

s’agit de l'équipement terminal radio noté WT. Il peut prendre plusieurs formes. Par

exemple, le WT peut être une carte de l'ordinateur portable (PC) qui permet à

n'importe quel hôte générique IP de se connecter au réseau. Tous les paquets (voix ou

données) passant par le WT sont traités avec la QoS appropriée et routés à travers le

réseau.

III. Architecture de l’interface radio

III.1. La couche physique

III.1.1. Idée principale de l'OFDM La modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), est une

technologie bien élaborée et adoptée dans les systèmes de radiodiffusion audio et visuels

numériques en Europe. Elle a été choisie par le groupe de normes IEEE 802.11 pour les LANs

sans fil. L'idée fondamentale de l'OFDM est que toute la bande passante du spectre est divisée

en un certain nombre de porteuses orthogonales, sur lesquelles de multiples symboles de

données sont transmis en parallèle. Considérons la construction d'un signal OFDM en utilisant

N porteuses. Chacune des N porteuses a un signal modulé à une certaine fréquence. Les

fréquences de ces porteuses sont équidistantes.



16

La conséquence immédiate de cette équidistance est que toutes les porteuses sont

orthogonales entre elles dans une période de durée T, qui est l'inverse de l'espacement

fréquentiel des porteuses (1/T).

Un symbole OFDM est la somme des signaux des porteuses pour une période temps T,

précédé par un préfixe cyclique, qui est une prolongation cyclique des signaux de la porteuse

(voir figure 2 ci-dessous). La raison de la présence de ce préfixe cyclique s’explique par le fait

que dans les conditions de réception réelle, les signaux issus de trajets multiples s’ajoutant au

signal direct font que les conditions d’orthogonalité entre porteuses ne sont plus respectées, ce

qui a pour conséquence la présence d’interférence inter-symbole. L'introduction du préfixe

cyclique (qui est en fait un intervalle de garde) permet donc de s’affranchir de ce problème.

Figure I. 3 : Modulation OFDM [2]

III.1.2. Le Flash-OFDMA Pour tout système radio mobile, il est nécessaire de définir et d’optimiser la façon dont

les ressources radio disponibles sont allouées aux utilisateurs. En d’autres termes, il faut

définir une technique d’accès qui puisse permettre une gestion plus efficace de l’interface

radio.

L’OFDM peut également être utilisé comme une technique d'accès multiple, désigné

sous le nom d'OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), où différentes

voies peuvent être assignées à de multiple WTs. C’est cette idée de l’OFDMA que Flarion

Technologies a combiné avec un saut de fréquence rapide (nous utiliserons le terme saut de

porteuse à la place de saut de fréquence pour préciser que le saut concerne les porteuses

orthogonales de l’OFDM) pour donner une nouvelle forme de technologie d'étalement de

spectre, à savoir le Flash-OFDMA (Flash pour dire Fast, Low-latency Access with Seamless



17

Handoff). Le saut de porteuse permet ainsi donc d’améliorer la diversité de fréquence et,

d'une manière primordiale, de moyenner l'interférence inter cellule dans un environnement

cellulaire. La ressource radio dans le Flash-OFDMA peut être représentée dans un plan

temps-fréquence, comme illustré sur la figure I.4, dans laquelle une petite case représente une

porteuse particulière dans un symbole OFDM donné. Ainsi, chaque colonne représente toutes

les porteuses dans un symbole OFDM donné, et chaque rangée représente une porteuse

donnée couverte de symboles OFDM successifs. En somme un utilisateur Flash OFDM se

voit affecter, symbole par symbole, différentes porteuses ; par conséquent, chaque utilisateur

n'emploie pas de fréquences fixes dans le temps ; voir la figure I4.

Figure I.4 : Plan temps-fréquence [2]

Le saut de porteuse est précisé dans des séquences de saut, dont chacune indique la

fréquence de la porteuse correspondante dans la séquence pour un symbole OFDM donné. La

figure I.5 illustre une séquence de saut de porteuse.

Figure I.5 : Saut de fréquence et séquence de saut par symbole [7]



18

Afin de faciliter l’accès au réseau, deux types de saut de porteuse ont été définis : les

séquences de saut de porteuse de données et les séquences de saut de pilote.

III.1.2.1. Les séquences de saut de porteuse de données Dans le système Flash-OFDM, toute la bande passante est divisée en un certain

nombre de porteuses orthogonales et réutilisées dans chaque cellule (ou chaque secteur dans

une cellule sectorisée). Les cellules adjacentes utilisent des modèles distincts de saut de

porteuse de données pour construire les divers canaux de contrôle et de trafic. Les séquences

de saut de porteuse de données sont conçues de façon à ce que deux quelconques séquences

de saut dans la même cellule ne coïncident jamais (donc le problème d’interférence

intracellulaire est ainsi résolu), et le maximum de collision entre deux quelconques séquences

de saut dans différentes cellules est minimisé (interférence intercellulaire ramenée à une

moyenne) [7].

Figure I. 6 : Deux RAR avec des séquences de saut différentes [7]

III.1.2.2. Les séquences de saut de porteuse de pilot

Sur la liaison descendante, un signal pilote est toujours transmis pour faciliter

certaines opérations au niveau des WTs, telles que l’identification de la BS, la synchronisation

et l’estimation du canal. Dans le système Flash-OFDM, le pilote consiste en un certain

nombre de symboles connus qui sont transmis avec quelques séquences de saut de pilote. En

plus de répondre à l'exigence des séquences de saut de porteuse de données, les séquences du

pilote sont conçues pour couvrir uniformément le plan temps-fréquence.

Enfin pour ce qui est de la structure des trames, il y a une distinction qui est faite selon

que la trame concerne le lien montant ou le lien descendant. Nous constatons que la liaison

descendante a plus de symboles utiles que ceux de la liaison montante. Ceci peut se justifier



19

par l’emploi de services comme Internet qui ont besoin d’une capacité plus importante vers

l'utilisateur que vers la BS. Les structures des trames peuvent être représentées comme suit :

Unité de temps Durée Equivalent en

Ultraslot 1,44 s 128 Superslots

Superslot 11,3 ms ~8 Slots

Slot 1,4 ms 2 Dwells

Dwell 0,7 ms 7 Symboles

Symbole 0,1 ms

Figure I.7 : Structure des trames [7]

III.1.2.3. Caractéristiques de la liaison descendante

Sur la liaison descendante, une séquence de saut de pilote ou de données occupe des

porteuses différentes d'un symbole OFDM à un autre, comme illustré sur la figure I.8. Les

différents sauts de données ont une périodicité d’un super slot.



20

Le saut de pilote est linéaire dans le plan temps-fréquence avec une périodicité d'un

super slot. Chaque BS a un seul pilote par super slot et les pilotes de BS voisins coïncident

tout au plus une fois par super slot.

Figure I.8 : Saut symbole par symbole sur la liaison descendante [10]

III.1.2.4. Caractéristiques de la liaison montante

La conception de la liaison montante possède une contrainte différente. Le partage des

pilotes entre les multiples mobiles n'est pas faisable, et donc une modulation cohérente serait

difficile avec le même saut de porteuse symbole par symbole comme dans le cas de la liaison

descendante. Pour ce faire, le saut de porteuse de la liaison montante se produit une fois

chaque quelque symbole dans le système (7 symboles OFDM). L'intervalle pendant lequel le

saut de porteuse ne se produit pas s'appelle un dwell (Voir figure I.9 et I.10). Pendant un

dwell, un symbole est utilisé pour transmettre un symbole connu, lequel peut être employé

comme symbole d'apprentissage pour l'estimation de canal ou comme symbole de référence

pour la modulation différentielle. Enfin soulignons que les séquences de saut dans les cellules

adjacentes sont différentes.



21

Figure I.9 : Saut dwell par dwell sur la liaison montante [10]

Figure I.10 : Un dwell [10]

L’accès au canal se fait sur la base des intervalles d’accès. Ces intervalles, comme

représentés sur la figure I.11, sont séparés des intervalles de données et ils sont utilisés par les

mobiles d'accès qui ne sont pas encore synchronisés avec la liaison montante et par les

mobiles déjà existants et fonctionnels dans le réseau pour l’envoi périodique des données de

synchronisation.



22

Figure I.11 : Intervalles d’accès

III.1.3. Segments des canaux Dans le système Flash-OFDM, l'unité de transmission d'un canal de trafic ou de

contrôle s'appelle un segment. Il se compose d'une ou de quelques séquences de saut de

porteuse avec un ou quelques symboles OFDM. La figure I.12 illustre des segments de canal

de trafic et des segments de canal de contrôle. Dans cette figure, pour simplifier l'illustration,

l'effet du saut de porteuse est omis et chaque segment est ainsi représenté comme un rectangle

dans le plan temps-fréquence. Les segments peuvent être de différentes tailles pour satisfaire

aux exigences spécifiques des canaux de trafic ou de contrôle. Le codage canal et la

modulation sont effectués sur une base de segment par segment. Cette spécificité du système

fait que les schémas de codage et de modulation peuvent changer d’un segment à l’autre et

même qu’ils peuvent être individuellement optimisés pour chacun des canaux. Par exemple,

les codes LDPC peuvent être utilisés dans un segment de canal de trafic, car ce segment est

relativement grand, par contre ils ne peuvent pas être utilisés dans un petit segment de canal

de contrôle.

Figure I.12 : Illustration des segments de canal de trafic et canal de contrôle [7]

III.1.4. Codage et modulation Deux types de modulation sont utilisés :

� La QPSK qui est une modulation à 4 états et permet ainsi de coder un

symbole par deux bits. Elle a pour particularités de présenter une efficacité

spectrale supérieure à la GSMK (modulation du GSM), cependant elle est



23

plus sensible aux brouillages et requiert l’implémentation d’amplificateurs

linéaires.

� La 16-QAM : c’est une modulation à 16 états donc 4 bits sont utilisés pour

coder un symbole. Elle plus sensible aux brouillage que la QPSK d’où son

utilisation sur le lien descendant.

Le code correcteur d’erreur choisi est le code LDPC pour dire Low-Density Parity-

Check. Le tableau ci-dessous fait le point des schémas de codage et de modulation

Canal de trafic Type de code Taux de code Longueur Modulation Canal DL LDPC 1/6 à 5/6 1344, 2688 QPSK, 16QAM Canal UL LDPC 1/ 6à 5/6 1344 QPSK

Tableau I.2 : Modulation et codage des canaux de trafic

Rappelons que les schémas de codage et de modulation peuvent être indépendamment

assignés suivant le segment. Une particularité de la liaison descendante est que les taux de

burst peuvent être ajustés de manière à les adapter aux conditions de ses canaux ; il en est de

même de l'assignation de la puissance. Enfin, les mobiles rapportent fréquemment les états de

leur canal pour faciliter le codage et la modulation adaptatifs.

III.1.5. Contrôle de puissance et synchronisation Le contrôle et l’affectation de puissance sont utilisés pour réduire l'interférence,

améliorer la fiabilité du lien, et économiser l'énergie.

Un WT rapporte périodiquement la mesure de la qualité du canal downlink afin que le

RAR puisse déterminer la puissance de transmission requise à n'importe quel taux de codage

et de modulation lorsque le WT en question est programmé. Le RAR contrôle également la

puissance de transmission uplink en mesurant la qualité du canal uplink dans lequel les

rapports de mesure de canal sont envoyés et renvoie périodiquement des instructions de

contrôle de puissance pour ajuster la puissance de transmission.

Pour maintenir l'orthogonalité sur la liaison montante, les frontières de symbole

OFDM des signaux de tous les WTs doivent être alignées avec la fenêtre de réception du

RAR, qui est fixe dans le temps. Le contrôle de temps en boucle fermée est utilisé pour la

synchronisation temps. Plus précisément, chaque WT envoie périodiquement un signal de

mesure de temps. Le RAR mesure la période d'arrivée du signal et renvoie une commande

pour ajuster la période symbole de l'émetteur du WT. Comme le contrôle de temps en boucle

fermée est destiné à compenser la variation du délai de propagation en raison de la mobilité



24

humaine qui est à un taux beaucoup plus lent que la vitesse de propagation du signal, le taux

de contrôle de temps en boucle fermée exigé est très lent.

III.1.6. Quelques caractéristiques marquantes de la couche physique III.1.6.1. Efficacité Spectrale Améliorée

Le Flash-OFDMA a des avantages importants par rapport au CDMA. Spécifiquement,

dans un système CDMA, les différents WTs sont séparés avec différentes séquences directes.

Par exemple, les codes de Walsh sont souvent utilisés comme un ensemble de fonctions

orthogonales de base pour s'assurer que le signal d'une MS n'interfère pas avec celui d'une

autre MS. Cependant, les trajets multiples du canal radio détruisent l'orthogonalité au moment

de la réception. Le Flash-OFDMA utilise plutôt des sinusoïdes à la place des codes. Et comme

les sinusoïdes sont des fonctions invariant dans le temps, alors temps que le préfixe cyclique

couvre le delay spread total alors le signal reçu sera toujours une somme de sinusoïdes aux

mêmes fréquences que celles du signal transmis, préservant de ce fait l'orthogonalité au

niveau du récepteur. Aussi, un système basé sur le Flash-OFDMA peut réaliser une efficacité

spectrale beaucoup plus élevée qu'un système basé sur le CDMA. [1]

III.1.6.2. Fine granularité de ressource La couche MAC tire profit de la fine granularité de ressource qui peut être réalisée

avec la couche physique. Comme nous l’avions souligné plus haut, un segment est une unité

de ressource radio. La taille d'un segment peut être rendue arbitrairement petite ou grande

selon le nombre de bits d'information à transporter avec le segment. Par exemple, la couche

MAC peut utiliser des segments de taille très petite pour transporter un petit nombre de bit

d'information de contrôle. En fait, même un seul bit d'information peut être transporté avec un

petit en-tête. Le segment n'a besoin de contenir aucune extension des séquences

d'apprentissage en raison de la nature des formes de l'onde OFDM et du choix spécifique des

périodes symbole et de l'espacement entre les porteuses. Sur la liaison descendante,

l'information de démodulation est obtenue à partir du pilote. Sur la liaison montante, les

segments ont des symboles de référence nécessaire pour fournir la référence de phase.

Cette capacité d'envoyer des segments de taille arbitraire est très utile pour améliorer

l'efficacité de la couche MAC. Ainsi, l'utilisation des ressources peut être accordée pour

satisfaire les besoins spécifiques d’une tâche ponctuelle (accusé de réception). Dans la couche

MAC, un segment donné peut être dédié à l'usage d'un WT spécifique. Ceci permet au WT de

donner des informations de contrôle au RAR, garantissant de ce fait la livraison à temps de

ces informations. Du reste, un segment donné peut être dédié pour usage avec une

fonctionnalité prédéfinie de sorte qu'il n'y ait aucun besoin d'envoyer des en-têtes dans le



25

segment, tels que les en-têtes de message, améliorant ainsi l'efficacité et réduisant en même

temps la latence.[1]

III.2. La couche MAC

Avec une structure granulaire de canal basée sur la couche physique Flash-OFDM, la

couche MAC a été optimisée pour supporter un grand nombre d’utilisateurs de données avec

des états multiples.

III.2.1. Fiabilité du lien Le système Flash-OFDM est un réseau à commutation de paquets. Quand les stations

mobiles entrent dans le système, elles n'établissent pas de circuit, c'est-à-dire qu'il n'y a

aucune notion de certains canaux de trafic sur la liaison descendante ou la liaison montante

appartenant à un WT spécifique.

Le canal de trafic (traffic Channel) est une série de segments de trafic et la station de

base (BS) contrôle leur utilisation par le canal d'assignation (assignment Channel). Tous les

WTs qui sont éligibles pour recevoir des segments de trafic décodent ce canal d'assignation.

Les canaux d'assignation indiquent une identité d'utilisateur et le type de détection/correction

d'erreur et de modulation pour le segment de trafic utilisé. Les WTs sont pré assignés à une

identité d'utilisateur. Les segments d’assignation et ceux du trafic évoluent dans une structure

maître-esclave.

La figure I.13 montre le flux du trafic de la liaison descendante. Le WT décode le

segment d'assignation et en voyant une identité qui se marie avec celle qui lui été assignée,

procède au décodage du segment de trafic correspondant en utilisant la correction d'erreur et

la modulation indiquées dans l'envoi. Le segment de trafic est ensuite vérifié pour savoir s'il a

été correctement décodé par utilisation d’un CRC (cyclic redundancy check). Le WT indique

alors avec un seul bit, le succès ou l'échec du décodage du segment par un accusé de réception

positif ou négatif sur la liaison montante. La BS, en raison de la structure d’asservissement,

sait quel segment de trafic a été bien décodé. Une structure maître-esclave semblable existe

entre les segments d'assignation sur la liaison montante, les segments de trafic sur la liaison

descendante et les accusés de réception sur la liaison descendante pour contrôler le flux du

trafic de la liaison montante. Les accusés de réception sont attachés aux segments du trafic et,

par conséquent, sont partagés par tous les WTs.



26

Figure I.13 : Structure maître-esclave du contrôle de trafic [10]

La structure asservissement telle que décrite ci-dessus facilite également l'envoi d'un

segment de trafic à de multiple WTs (trafic multicast). Le segment d'assignation indique une

identité de groupe de multicast. Quand les WTs voient l'identité de leur groupe dans

l'assignation, alors ils reçoivent le segment de trafic.

III.2.2. Qualité du canal et rapport de données Dans ce paragraphe il sera essentiellement question pour nous de montrer comment la

BS fait les assignations pour le trafic de la liaison montante et comment elle fait une

détermination du taux codage et de la modulation pour les liaisons montante et descendante.

Sur la liaison descendante, la BS a les paquets pour tous les WTs et, par conséquent,

peut planifier les tâches à exécuter. Par contre sur la liaison montante, le scénario est tout

autre. Les WTs ont besoin d'informer la BS des exigences de leurs données. Ceci permet à la

BS de savoir le statut des files d'attente de données de chacun des WTs et partant facilite une

planification des tâches. Afin de permettre cet échange d'information, chaque WT est équipé

de canal de contrôle dédié (ULDCCH) sur lequel il envoie périodiquement ses données de

requêtes. Ceci est illustré sur la figure I.14. La BS prend en charge toutes les données de

requêtes et les segments d'assignation précédemment introduits à l'arrivée dans un planning

décision. En raison de la fine granularité des ressources, le WT peut envoyer des données de

requêtes sur le canal de contrôle dédié sans interrompre les autres signalisations comme les

rapports de qualité de canal. Ces mises à jour fréquentes et rapides ont lieu une fois toutes les

quelques millisecondes et minimisent les latences en envoyant les paquets du WT au

réseau.[1]



27

Figure I.14: Rapports qualité du canal et données du mobile à la BS

Sont également facilités sur ce canal dédié les rapports de qualité de canal de diverses

sortes. Ces rapports permettent au WT d'indiquer le rapport signal/bruit de la liaison

descendante et les niveaux d'interférence venant des autres BS. Ces rapports sont pris en

compte quand il s'agit de déterminer lequel des utilisateurs programmer et quelles modulation

et détection/correction d'erreurs employer. D’autre part, une mise à jour périodique de cette

information, utilisant de petits segments de canal de contrôle dédié qui couvrent quelques

millisecondes, permet à la BS de recevoir les mises à jour et de prendre les décisions qui

s’imposent.

III.2.3. Les différent états et transitions du MAC Dans le système Flash-OFDM, un WT peut résider dans divers états, comme

représenté sur la figure I.15. Les états reflètent diverses actions entreprises dans les couches

physique, MAC et réseau. Plusieurs objectifs sont visés à travers ces états. Un des objectifs

par exemple est de faciliter les divers modes d'économie d'énergie pour le WT et prolonger

ainsi la durée de vie de la batterie. Un autre est de supporter une grande population de WTs.

A la mise sous tension, un WT passe par l'état Accès. Après avoir fini l'accès, il va

dans l'état On, qui est l'état principal de transaction des données. L'état Hold prolonge l'état

On et fournit une certaine économie d'énergie. L'état Sleep fournit la plus grande économie

d'énergie. Le système peut recevoir plus de WTs dans l'état Hold que dans l'état On et dans

l'état Sleep que dans l'état Hold. Les transitions de Hold à On prennent des dizaines de

millisecondes, tandis que celles de Sleep à On prenne des centaines de millisecondes.



28

Figure I.15 : Etats de transition du MAC [1]

Les couches physique et MAC sont conçues pour permettre l'accès rapide au système.

Un WT, mis dans l'état On, identifie la BS la plus puissante et se synchronise à elle. Le WT

réalise alors la synchronisation temporelle sur la liaison montante en transmettant un signal

spécial d'accès sur un canal d'accès (ULACH). Le canal d'accès est, par conception,

orthogonale au reste des canaux uplink, et ainsi, le signal d'accès du WT ne cause pas

d'interférence aux autres WTs connectés aux BS. Ceci permet donc au WT de choisir une

puissance suffisamment élevée pour les signaux d'accès et de faire un accès rapide même dans

un canal affaibli. La BS, en détectant le signal d'accès, mesure le temps de correction à fournir

et le renvoie au WT. Le WT et la BS se mettent alors à faire plus de signalisation, à la fin de

laquelle le WT passe à l'état On.



29

Figure I.16 : Procédure d’accès à la liaison montante

L'état On est l'état principal de transaction des données. Le WT dans l'état On est

identifié par une identité unique, reçoit et transmet diverses informations de contrôle. Le WT

est contrôlé en puissance et en temps. Il envoie des données et des rapports de qualité de canal

sur la liaison montante. Tous les WTs dans l'état On décodent le canal d'assignation.

L’ordonnanceur situé à la BS décide, sur la base de plusieurs critères, de l'utilisation des

canaux de trafic des liaisons montante et descendante. La décision prise par l’ordonnanceur

est signalée sur le canal d'assignation.

Le WT dans l'état Hold est contrôlé en temps. Pour supporter les opérations de

contrôle de synchronisation, le WT transmet un signal d'une faible périodicité sur la liaison

montante. Le WT écoute également sur un canal de transition d'état les diffusions faites par la

BS. La BS peut ramener le WT à l'état On en l’appelant (paging), ou le WT peut demander

une transition à l'état On en envoyant une requête de transition d'état sur un canal dédié. Les

WTs qui veulent traiter des données doivent passer à l'état On. Etant donné que les

transmissions faites dans l'état Hold sont très minimes, alors le WT économise de l'énergie

dans cet état.

L'état Sleep est le mode principal d'économie d'énergie. Le WT périodiquement se

réveille et écoute les appels. Ce processus n'est ni un contrôle de puissance ni de la

synchronisation. Pour traiter des données, le WT passe par l'accès puis à l'état On. Quand un

WT croise une frontière de cellules, c’est-à-dire, détecte un nouvelle BS, elle passe par l'accès



30

et pendant l'accès le processus indique sa présence à la nouvelle BS et puis revient à l'état

Sleep. Ainsi, le réseau est informé de la localisation du WT et peut le pager.

Récapitulatif des canaux utilisés sur la liaison descendante dans les différents état du MAC

Etat Trafic de données Trafic de contrôle Etat de transition

Accès Access Grant (AGCH)

Access Exchange (AXCH)

On Traffic (TCH) Traffic Control (TCCH)

Power Control (PCCH) Braodcast (BCH)

State Transition (STCH)

Hold TCH limité Traffic Control (TCCH)

Braodcast (BCH)

State Transition (STCH)

Sleep Paging (PCH) Tableau I.3 : Canaux utilisés sur la liaison descendante dans les états du MAC

Récapitulatif des canaux utilisés sur la liaison montante dans les différents état du MAC

Etat Trafic de données Trafic de contrôle Etat de transition

Accès Access (ACH)

Access Exchange (AXCH)

On Traffic (TCH)

Traffic ACK (TACH)

Dedicated Control (DCCH) Timing Control (ACH)

State Transition ACK (SACH)

Hold Traffic

ACK (TACH)

Timing Control (ACH) State Transition ACK (SACH)

State Transition Req. (SRCH)

Sleep Paging ACK (PACH) Tableau I.4 : Canaux utilisés sur la liaison montante dans les états du MAC

Les différentes transitions du MAC permettent de profiter des modèles de trafic dans

un réseau de données. Par exemple, un scénario de Web-browsing (voir chapitre II) consiste à

cliquer sur un lien, télécharger une page, lire la page, et puis cliquer sur un autre lien. Pendant

les périodes d'inactivité, les WTs peuvent passer à l'état Hold. En revanche, les longues

périodes d'inactivité auraient comme conséquence les WTs passent à l'état Sleep.[1]

III.2.4. Les canaux logiques Les canaux sont différents selon qu’il s’agisse de la liaison descendante ou de la

liaison montante. Ainsi, le système utilise les canaux logiques suivants :

� Downlink (DL*CH): Canal du lien descendant



31

� DLBCH : Downlink Broadcast Channel: canal de diffusion utilisé par la BS.

Diffusion d’informations spécifiques à une cellule, destinées à tous les usagers

présents dans la cellule.

� DLTCH : Downlink Traffic Channel: canal de trafic sens descendant.

� DLTCCH : Downlink Traffic Control Channel: canal de contrôle de trafic sens

descendant.

� DLPCCH : Downlink Power Control Channel: canal de contrôle de puissance

sens descendant.

� DLSTCH : Downlink State Transition Channel:

� DLPCH : Downlink Paging Channel: Diffusion d’informations de contrôle à

un WT dont le réseau ne connaît pas la localisation.

� DLAGCH : Downlink Access Grant Channel: canal d’allocation de resources.

� DLAXCH : Downlink Access Exchange Channel: canal d’échange de

signalisation.

� DLNCH : Downlink Null Channel: canal null.

� Uplink (UL*CH): Canal du lien montant

� ULACH : Uplink Access Channel: canal utilisé par le mobile pour accéder aux

ressources du réseau.

� ULTCH : Uplink Traffic Channel: canal de trafic sens montant.

� ULTACH : Uplink Traffic Ack Channel: canal utilisé par le mobile pour

accuser réception du trafic.

� ULDCCH : Uplink Dedicated Control Channel: canal de contrôle dédié.

� ULAXCH : Uplink Access Exchange Channel: canal d’échange de

signalisation.

� ULSACH: Uplink State Transition Ack Channel: canal accusé de réception

pour les états de transition du MAC.

� ULSRCH: Uplink State Transition Rqst Channel: canal par lequel le mobile

demande effectue les différentes transitions d’état.

La figure ci-dessous montre la structuration des canaux MAC dans le temps.



32

Figure I.17 : structure générale des canaux MAC [10]

IV. Gestion de la mobilité La gestion de la mobilité dans le réseau se fait à partir du protocole IP Mobile ce qui

permet de donner aux WTs en cours de déplacement des adresses temporaires. Tout WT

possède une adresse de base ; on lui attache un agent dont le rôle est de suivre la

correspondance entre l’adresse de base et l’adresse temporaire.

Lors d’un appel vers un WT, la demande est acheminée vers la base de données

détenant l’adresse de base. Grâce à l’agent qui lui est attaché, il est alors possible d’effectuer

la correspondance entre le l’adresse de base et l’adresse provisoire et d’acheminer la demande

de connexion vers le WT.

L’environnement IP Mobile est formé de trois fonctions relativement disjointes :

� La découverte de l’agent (Agent discovery) : le mobile, lorsqu’il arrive dans un

sous-réseau, recherche un agent qui puisse le prendre en charge.

� L’enregistrement : lorsqu’un mobile est hors de son domaine de base, il

enregistre sa nouvelle adresse (CoA : care of address) auprès de son home

agent.



33

� Le tunneling : lorsqu’un mobile se trouve en dehors de son sous-réseau, il faut

que les paquets lui soient délivrés par une technique de tunneling, qui permet

de relier le home agent à l’adresse CoA.

Nous rappelons que dans la terminologie IP Mobile, un home agent est un routeur du

sous-réseau sur lequel est enregistré le mobile et un foreign agent est un routeur du sous-

réseau visité par le mobile.

Le type de handover utilisé sur un réseau Flash-OFDM est le « Make-before-Break

(MBB) » c'est-à-dire un handover où le service avec la BS cible commence avant la

déconnection du service avec l’ancienne BS.

La procédure du handover comprend les étapes suivantes [5] :

1. L’ancienne BS diffusera des informations sur la topologie du réseau en utilisant des

messages de braodcast, c’est-à-dire quelles sont ses BSs voisines. Le WT peut ainsi

décoder ce message pour découvrir les informations sur les paramètres des BSs

voisines. Chaque WT pourra, plus tard, se synchroniser rapidement avec ces BSs

voisines.

2. Un WT dans la cellule locale peut échanger avec l’ancienne BS pour exiger des times

slots afin de chercher et surveiller les BSs voisines de sa convenance et les positionner

comme BSs cibles pour le handover.

3. Pendant ces intervalles de temps, le WT peut écouter et détecter la transmission radio

de n'importe quelle BS dans cette plage et évaluer la puissance du signal de

transmission. La puissance relative des signaux radio d’un WT de la BS courante et de

la prochaine source radio la plus forte donne au WT une indication de la période à

partir de laquelle il peut couper pour une nouvelle cellule.

4. Quand le WT trouve que la puissance du signal d'une certaine BS voisine, BS cible,

est plus forte que celle de la BS d’origine, le WT notifiera à la BS d’origine qu'il est

dans le recouvrement de la zone de couverture de cellule de deux BSs adjacentes et

qu'il veut exécuter la procédure de handover ; en outre le WT indiquera la BS cible

recommandée à la BS d’origine.

5. Après qu'elle reçoive le message du WT, la BS d’origine notifiera à la BS cible

l'information relative à la demande de handover du WT.

6. Recevant les messages de la BS d’origine, la BS cible choisira une des ressources

d’accès disponibles allouées aux utilisateurs de handover. Simultanément la BS cible



34

informe la BS d’origine de la ressource d'accès et de certaines autres informations

telles que la synchronisation et la puissance de transmission.

7. La BS d’origine notifiera au WT qui veut exécuter le handover l'information de la

ressource d'accès, de la synchronisation et de la puissance, etc.

8. Le WT se connectera à la BS cible en utilisant la ressource d'accès allouée par la BS

cible afin de se synchroniser et de régler le niveau de la puissance.

9. Après acquisition de l'information d'accès du WT, la BS cible notifiera au WT

l'information sur le contrôle de la synchronisation et du niveau de puissance. Au même

moment le WT peut maintenant connaître sa nouvelle adresse (le care-of address :

CoA) à travers l'information de braodcast ou le message d'autorisation d'accès de la

BS cible. (notons que jusque là le WT maintient sa connectivité avec sa BS d’origine).

10. A la BS cible, le WT peut maintenant enregistrer son nouveau CoA à son home agent

(HA) et de cette façon réorienter le trafic à la BS cible. Pendant l'enregistrement de la

couche liaison, le transfert de contexte et l'enregistrement d'IP Mobile ont lieu dans la

BS cible, mais le WT a toujours la connectivité IP à travers la BS d’origine. De cette

façon, le WT ne souffre d’aucun délai ni de perte de paquet.

11. Quand le message de demande d'enregistrement du WT atteint son home agent, le HA

commencera par l’expédition des paquets vers le nouveau CoA de la BS cible.

12. Le WT clôt par la suite le lien avec la BS d’origine après qu’un temps suffisant se soit

écoulé pour s'assurer, avec une probabilité élevée, qu’aucun paquet ne reste en chemin

entre le HA et la BS d’origine. La BS d’origine, quant à elle, pourra terminer toutes les

connections avec le WT.

Le schéma ci-dessous résume les différentes étapes que nous venons de décrire :



35

Ser vi ng BSSer vi ng BSSer vi ng BSSer vi ng BS Tar get BSTar get BSTar get BSTar get BS

Mobi l e UserMobi l e UserMobi l e UserMobi l e User

6666

5555

4444

77771111

2222 33339999

Home AgentHome AgentHome AgentHome Agent

8888

1111111110101010

Figure I.18 : Procédure du handover Make-before-break [5]

V. Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté la technologie Flash-OFDM, une nouvelle

technologie de l’interface radio (basée sur la modulation OFDM) pour un système radio

mobile large bande. L’optimisation conjointe des différentes couches a joué un rôle important

dans la conception du système. Un avantage important de la couche physique de cette

interface radio vient de la propriété d'orthogonalité qui, en fait, résulte de l'élimination de

l'interférence intracellulaire. Le saut de fréquence quant à lui, permet de moyenner

l’interférence intercellulaire. La granularité dans la conception des différentes couches a

permis d’élaborer différents canaux logiques. Ces canaux sont utilisés entre le RadioRouter

Base Station et les MSs pour transporter une variété de signalisation telle que les assignations

de canal de trafic, les accusés de réception, les rapports de qualité de canal et de contrôle du

trafic.

Dans le prochain chapitre, nous nous attèlerons à définir une méthodologie de

planification d’un réseau radio basé sur cette technologie.

Planification d’un réseau Flash-OFDM


36

Chapitre II

Planification d’un réseau radio Flash-OFDM

I. Introduction La technologie Flash-OFDM, telle que nous venons de la présenter, est capable de

fournir aux clients une multitude de services sur la même interface radio, à des débits

variables et ayant des niveaux de qualité de service (QoS pour dire Quality of Service)

spécifiques à chacune des applications demandées. Cette diversité d’offre en débit et en QoS

fait que la planification de ce réseau devient un exercice à la fois complexe et dynamique.

Dans ce chapitre nous nous intéresserons justement à la planification d’un réseau radio

basé sur cette technologie. Nous rappelons que la planification d’un réseau cellulaire est la

partie la plus importante avant l’implantation du système, sans laquelle le réseau risque une

qualité de communication médiocre, un taux de coupure de communication important et un

taux de blocage élevé entraînant des coûts supplémentaires et voir des manques à gagner pour

l’opérateur. Elle comprend généralement plusieurs étapes dont le dimensionnement et la

planification radio qui font l’objet de chapitre.

Ce chapitre est architecturé autour de 4 parties principales. Dans une première partie

nous nous intéresserons à l’étude des modèles de trafic pour les applications que nous avons

choisies à savoir la VoIP, le Web browsing, le FTP (transfert de fichier) et la vidéo streaming.

Les résultats de cette étude nous permettrons de déterminer la capacité de trafic offert sur

chaque lien avec bien entendu le niveau de QoS requis. il s’agit d’une évaluation quantitative

du trafic à véhiculer représentant la première étape du dimensionnement du réseau.

Dans la phase de dimensionnement qui constitue la deuxième partie de ce rapport, un

nombre approximatif de sites de station de base, des stations de base et leurs configurations et

d'autres éléments du réseau sont estimés. Toutes ces estimations sont basées sur les exigences

de l'opérateur et les conditions de propagation radio de la zone étudiée (bilan de liaison).

La capacité et la couverture sont étroitement liées dans les réseaux d’accès radio large

bande et donc toutes les deux doivent être considérées simultanément dans le processus de

dimensionnement de tels réseaux. Flash-OFDM étant un réseau large bande, alors il

n’échappera donc pas à cette règle de dimensionnement. Aussi, avons-nous réservé la

troisième et dernière partie de ce chapitre à la planification de la capacité et de la couverture.



37

Nous avons plutôt présenté notre approche de la planification, le chapitre suivant étant réservé

à la conception d’un outil chargé de nous donner les éléments d’analyse.

II. Modèle de trafic La spécification de la charge d’un réseau suppose une connaissance préalable des

caractéristiques des services du point de vue trafic. Un modèle de trafic est un objet

mathématique ou algorithmique qui présente des caractéristiques souvent statistiques, similaires

au trafic réel. Il sert à mieux connaître et décrire le trafic véhiculé et permet de dimensionner les

files d’attentes dans les réseaux. La modélisation classique des services par des processus de

Poisson n’est plus valide dès qu’il s’agit d’une transmission de données. La connaissance des

statistiques décrivant l’activité de chaque type d’application s’avère alors indispensable pour

analyser le comportement du réseau en question.

Les systèmes d’accès radio mobiles Flash-OFDM sont conçus pour fournir une

connection large bande et orientée-IP à un utilisateur mobile et qui soit comparable aux

connections large bande des réseaux fixes câblés qui sont en service de nos jours. De ce fait, on

s'attend à ce qu'il y ait un mélange des applications d'utilisateur, assez semblable à celui des

systèmes fixes. De plus, les caractéristiques du trafic et les exigences de système des diverses

applications peuvent changer considérablement. Ainsi, la performance des systèmes tels le

système Flash-OFDM dépend beaucoup des caractéristiques de ses applications et de leurs

modèles de trafic [14].

II.1. Scénarios d’utilisateur

Il existe différents scénarios d'utilisateur pour les systèmes Flash-OFDM dont les plus

importants sont les utilisateurs d’ordinateur portable, les utilisateurs de PDA, les utilisateurs de

Smartphone et enfin l’utilisation machine à machine [14].

� Utilisateur d'ordinateur portable : Les grandes et riches capacités d'affichage des

ordinateurs portables permettent à leur utilisateur de produire de riches applications

graphiques et multimédia. En général, les utilisateurs d'ordinateur portable fourniront

les demandes de volume de données les plus élevées à cause des capacités de stockage

et de l’autonomie des batteries des ordinateurs portables.

� Utilisateur de PDA : Les capacités d'affichage, de batterie et de mémoire sont

inférieures à celles des ordinateurs portables. Donc on s'attend à ce qu'ils aient

légèrement moins de volume de trafic. Ils sont cependant très portables et sont



38

typiquement utilisés pour le Web browsing, le E-mail, la vidéo et les applications de

voix.

� Utilisateur de Smartphone : Ces appareils sont très portables et mais ils ont des

capacités d'affichage et de mémoire très limitées. Ils sont plutôt orientés vers la voix et

la vidéo légère.

� Machine à machine (télématique, appareils-photo à distance, etc…) : Ces scénarios

d'utilisation peuvent avoir plusieurs caractéristiques. Dans certaines applications de

télésurveillance/contrôle conduites par des événements spécifiques, le trafic est

sporadique. Par contre pour la télésurveillance en utilisant les alimentations continues

de vidéo, le trafic est plutôt du type streaming (flux continu).

Puisque les divers appareils peuvent avoir des caractéristiques très distinctes de trafic, il a

donc été créé de multiples modèles de trafic pour les différents scénarios d'utilisation d'une

application.

II.2. Environnement de trafic multiservices :

Le système Flash-OFDM permet aux abonnés d’accéder à une grande variété de services

et d’applications. Ainsi, il existe différents types de scénarios d'utilisation (multiservice, un seul

type.), différents types de terminal (ordinateurs portables, PDAs), différents niveaux d'utilisation

(intensif, léger), et différentes exigences en temps de réponse (temps réel, best-effort). Dans un

tel environnement, la nature adaptative des applications est souvent incorporée au modèle du

trafic.

En effet, chaque service demande un débit minimal pour assurer la qualité de service

attendue par l’usager. En plus de cette exigence, certaines applications telles que l'audio

streaming ont la possibilité de pressentir la disponibilité du débit binaire du canal et ajustent alors

le volume de trafic qui est transmis. Certaines sessions multimédia peuvent également utiliser le

processus content-adaptation (adaptation de contenu) des images ou de la vidéo basée sur les

états du réseau ce qui affecte directement la quantité de données qui sont transmises.

Une classification des applications faite par nous selon le critère de la sensibilité au délai

de transmission donne le résultat suivant :



39

Application Catégorie de trafic

Délai de

transmission

Variation du

délai de

transmission

Débit

binaire

garanti

VoIP Conversationnel

Strict (service temps réel)

Stricte Oui

Web Browsing Interactif

Limité Non Non

FTP (Transfert de fichier)

Best-effort

Video-conference Temps réel

Strict (service temps réel)

Stricte Oui

E-mail Interactif / Best-effort Non (pas de

contrainte de temps)

Non Non

Vidéo/Audio streaming

Streaming Temps réel Limitée Oui

Jeu Interactif

Tableau II.1. : Caractéristiques des types de trafic Flash-OFDM [15]

II.3. Profil d’abonnés

Etant donné que la prévision de trafic se base entre autre sur des groupes d’abonnés, il

est généralement conseillé d’estimer le trafic par catégorie d’abonnés avant que le trafic total

ne soit estimé. Aussi, avons-nous jugé utile de créer trois groupes d’abonnés que sont :

� Les abonnés résidentiels : ce sont tous les abonnés qui ont souscrit à des

abonnements grand public ; et dans le cadre de notre étude, l’abonnement grand public

sera composé des services suivants :

o VoIP ;

o Web browsing ;

o E-mail ;

o Vidéo streaming ;

o Jeu.



40

� Les abonnés VIP : ce sont essentiellement les abonnés de marque. L’abonnement

minimal auquel souscrira cette catégorie de client est composé des applications

suivantes :

o VoIP ;

o Web browsing ;

o FTP ;

o E-mail ;

� Les abonnés professionnels : ce sont des abonnés qui ont un portefeuille de service

assez chargé. Pour un parc d’abonnés donné, ils représentent les 20% des abonnés qui

rapportent les 80% des recettes (loi de Pareto). Le portefeuille de service d’un abonné

professionnel sera composé de :

o VoIP ;

o Web browsing ;

o FTP ;

o E-mail ;

o Vidéo conférence ;

o Vidéo streaming.

II.4. Modélisation dynamique du trafic dans les réseaux multiservices

Nous considérons dans cette partie les problèmes liés à l’évaluation des performances

et plus généralement de la QoS dans les réseaux haut débit. Rappelons en effet que dans les

réseaux utilisant le contrôle d’accès, la procédure d’établissement d’une connection exploite

les informations sur le trafic (délai maximum, taux de perte accepté, etc.) pour lui associer

une bande passante équivalente comprise entre le débit moyen et le débit crête requis.

Ainsi, partant du modèle de trafic où l’on peut multiplexer plusieurs applications de

débits différents et partageant les mêmes ressources radio, nous supposerons que le taux

d’arrivée des flots de chaque classe de service i suit un processus de Poisson désigné par λi et

que la durée moyenne des flots de la classe i suit une loi exponentielle de paramètre 1/µi.

Dans le tableau ci-dessous nous définissons pour chaque type d’application, les

paramètres pdi et pui comme étant le débit constant de classe i respectivement sur le lien

descendant et sur le lien montant. cdi et cui désignent respectivement la capacité sur le lien

descendant et sur le lien montant accordée à l’application i et c’est justement ces valeurs que

nous nous proposons de déterminer pour chaque type d’application.



41

Débit en kb/s Probabilité de blocage Application

DL UL DL UL i

i

µλ

Résidentiel pd11 pu11 bd11 bu11

VIP pd12 pu12 bd12 bu12

VoIP

Professionnel pd13 pu13 bd13 bu13

1

1

µλ



Web browsing


2

2

µλ

VIP pd31 pu31 bd31 bu31 FTP

Professionnel pd32 pu32 bd32 bu32 3

3

µλ



E-mail


4

4

µλ

Vidéo conférence Professionnel pd51 pu51 bd51 bu51

5

5

µλ

Résidentiel pd61 pu61 bd61 bu61 Vidéo streaming

Professionnel pd62 pu62 bd62 bu62 6

6

µλ

Jeu Résidentiel pd71 pu71 bd71 bu71

7

7

µλ

Tableau II.2. : Caractéristiques des applications en termes de débit et probabilité de blocage

D’après [9], la probabilité de rejet d’un flot de l’application i sur le lien descendant bdi,

respectivement sur le lien montant bui est donnée par l’approximation suivante (2.1)

(respectivement (2.2)) :

Ε≈

d

di

d

dB

d

didi

capb

δδδ, (2.1)

Ε≈

u

ui

u

uB

u

uiui

capb

δδδ, (2.2)

où EB est la loi d’Erlang B, ad et δd (de même au et δu) sont respectivement la moyenne et la

variance pondérée du débit équivalent à celui de toutes les applications sur le lien descendant

(sur le lien montant) et sont tous exprimés en kb/s.



42

Sur le lien descendant nous déterminons la moyenne et la variance pondérée afin de

déterminer le débit alloué à chaque application tel que cela a été décrit dans les équations 2.3

et 2.4

[ ] [ ] [ ]

[ ] [ ] ( )kb/s 7

771

6

66261

5

551

4

4434241

3

33231

2

2232221

1

1131211

µλ

µλ

µλ

µλ

µλ

µλ

µλ

×+×++×+×+++

×++×+++×++=

ddddddd

ddddddddd

ppppppp

ppppppppa

(2.3)

[ ] [ ]

( )kb/s 7µ

7λ

6µ

6λ

d622pd61

2p5µ

5λ

4µ

4λ

d432

d422

d412p

3µ

3λ

d322pd31

2p

2µ

2λ

p1µ

1λ

a

1dδ

712

512

232

222

212

132

122

112

×+×

++×+

×

+++×

++

×+++×++×=

dd

dddddd

pp

pp

ppppp

(2.4)

De même pour le lien montant nous allons déterminer la moyenne au et la variance

pondérée δu de tout le trafic sur ce lien.

Si on applique au lieu de la formule d’Erlang B celle de Claude Rigault qui définit la

probabilité de blocage comme suit : AkAN += (2.5) (où N est le nombre de canaux mis à

la disposition des usagers, 10-k est la probabilité de blocage sur ces canaux et A est la charge

du système), on peut alors exprimer le taux de blocage sur le lien descendant dédié à

l’application i grâce à l’équation (2.1) :

Ε≈

×

d

di

d

dB

di

did ca

p

b

δδδ

, .

En appliquant 2.5 on peut déduire que :

d

d

d

d

d

di ak

ac

δδδ+= (2.6)

avec di

did

d

di

d

dB

k

p

bca ×≈

Ε=− δ

δδ,10 d’après (2.1), défini comme étant le taux de blocage de

l’application i sur le lien descendant. D’après (2.6) nous pouvons alors déduire que :

ddddi akac δ+= . (2.7)



43

Nous pouvons alors déduire k en fonction de δd, bdi et pdi :

×−=⇒=

× −

di

didk

di

did

p

bk

p

b δδ10log1010 (2.8).

En combinant (2.7) et (2.8) le débit relatif à l’application i sur le canal descendant sera

exprimé alors selon l’équation (2.9) :

dddi

didddi a

p

bac δδ

×

×−= 10log10 (Kb/s) (2.9)

Connaissant bdi et pdi pour chaque application i, nous pourrons déterminer le débit cdi à

véhiculer pour chaque application sur le lien descendant.

De même, nous pourrons déterminer le débit cui à véhiculer pour chaque application

sur le lien montant comme indiqué dans l’équation (2.10) :

uuui

uiuuui a

p

bac δδ

×

×−= 10log10 (Kb/s) (2.10)

Les paramètres au et δu sont exprimés de la même manière que ad et δd ; il suffit de

calculer la moyenne et la variance pondérées des débits pui de toutes les applications à

transmettre sur le lien montant. Enfin, en fixant le taux de blocage bui pour chaque application

i, nous pourrons déterminer le débit cui qui lui sera alloué sur le lien montant.

III. Dimensionnement

Le dimensionnement d'un réseau radio peut être défini comme un processus par lequel

des configurations possibles et des quantités d'équipement de réseau sont estimées (voir figure

II.1). Ces estimations sont faites sur la base des exigences de l'opérateur du réseau et elles

portent essentiellement sur :

� La couverture : o zone à couvrir : elle doit être assez précise (population et si possible aire de

couverture)

o types d'information concernant la zone : il s’agit ici de l’activité économique qui s’y mène

o conditions de propagation : elle est une conséquence du type d’information de la zone

� La capacité : o spectre disponible

o prévision de croissance des abonnés

o profil des abonnés



44

� La qualité de service : o probabilité de couverture

o probabilité de blocage

o débit utile par utilisateur

Figure II. 19 : Processus de dimensionnement

III.1. Organigramme de dimensionnement du réseau radio Flash-OFDM

Les activités de dimensionnement d’un réseau radio Flash-OFDM peuvent être

regroupées en bilan de lien radio et analyse de la couverture, estimation de la capacité et

finalement en estimations du nombre de sites et de Radio Router Base Station. Le nombre de

routeurs, les équipements aux différentes interfaces et les éléments du coeur du réseau sont

également déterminés pendant cette phase. La figure ci-dessous présente l’organigramme de

dimensionnement de l’interface radio.

Quantité estimée en RARs

Besoins en couverture

Besoin en capacité

Besoin en QoS

Dimensionnement

Quantité estimée en Routeurs

Configuration des RARs

Terrain couvert &

données de propagation radio



45

Début

Fin

Figure II.20 : Organigramme de dimensionnement du RAN Flash-OFDM

L’organigramme suivant décrit les différentes étapes à suivre à fin de déterminer les

besoins matériels pour l’écoulement du trafic multiservice.

La répartition de trafic est fonction de la distribution et de la densité des abonnés.

Aussi, a-t-on souvent recours à des cartes géographiques ou à des bases de données pour

identifier les principaux axes routiers, les densités des habitants et les zones d’affaires.

Une fois les cellules et la répartition des abonnés sont définies, nous déterminons le

nombre de canaux de trafic et de signalisation pour chaque cellule (Interface Flash-OFDM)

en tenant compte des spécificités et des avantages apportés par la technique d’accès Flash-

OFDMA. De ces résultats, nous déduisons les besoins des RARs en TRx (émetteur/récepteur),

c’est-à-dire en porteuse. Il faut signaler que les besoins d’un réseau Flash-OFDM en

fréquence sont réduits. L’établissement d’un plan de fréquence entre les cellules n’est plus

nécessaire car les RadioRouters Base Station de Flarion n’en exige pas.

Le dimensionnement de l’interface RAR-Routeur dépend de la configuration du

RadioRouter Base Station.

L’emplacement du Routeur va dépendre des différents RadioRouters Base Station et

de leurs capacités.

La capacité de contrôle des Routeurs en RadioRouters est fixée par le fournisseur des

équipements.

Planification Cellulaire

Interface Flash-OFDM

RAR Interface RAR-Routeur

Topologie du RAN

Routeurs



46

Après avoir placé les Routeurs nous obtenons ainsi une topologie globale du réseau

basée sur le trafic total apporté par les différents services.

III.2. Dimensionnement du RAR (Station de base Flash-OFDM)

Le dimensionnement du RAR a pour but de déterminer :

� la portée de la cellule ;

� le nombre de porteuses par secteurs ;

� la capacité de bande de base commune nécessaire ;

Nous faisions la remarque en début de chapitre que la couverture et la capacité d’une

cellule dans un réseau Flash-OFDM sont étroitement liées. Par conséquent, le processus de

dimensionnement du RAR doit tenir compte de la couverture et de la capacité et donc

nécessairement du mélange de trafic multiservices. La figure suivante décrit le principe de

dimensionnement du RAR.

Figure II.21 : Processus de dimensionnement du RAR

Cette démarche s’applique aussi bien à la liaison montante (du WT au RAR) qu’à la

liaison descendante (du RAR au WT).

III.2.1. Estimation de la charge de trafic

Pour chaque service relevant d’une des trois classes d’abonnés citées ci-dessus, nous

avons déjà déterminé le débit réel à véhiculer sur les liens montant (UL) et descendant (DL).

Connaissant le nombre d’utilisateurs pour chacune de ces classes, on peut alors déterminer le

débit total à transmettre sur l’interface radio pour chaque classe d’abonnés.

Portée des cellules

Analyse du trafic

Analyse de bilan de Liaison

Nombre de

cellules

simultanés requis Nombre de

porteuses par secteur

Nombre de canaux

Mélange de trafic multiservice

Processus itératif jusqu’à la convergence



47

Débit utile en kb/s Taux d’occupation du canal Profil d’abonné Services offerts DL UL DL UL

VoIP cd11 cu11 11dτ 11uτ

Web browsing

cd21 cu21 21dτ 21uτ

E-mail cd41 cu41 41dτ 41uτ

Vidéo streaming


Résidentiel

Jeu cd71 cu71 71dτ 71uτ


Web browsing


FTP cd32 cu32 32dτ 32uτ

VIP



Web browsing


FTP cd33 cu33 33dτ 33uτ


Vidéo conf. cd53 cu53 53dτ 53uτ

Professionnel

Vidéo streaming


Tableau II.3. : Caractéristiques de chaque type d’application selon les profils des abonnés [16]

Le temps d’occupation du canal est le temps pendant lequel l’application est active et

donc occupe un canal physique sur l’interface radio. Nous déduisons aisément le taux

d’occupation du canal de transmission en divisant cette durée par une heure. Cette heure est

l’heure de pointe, considérée comme la durée d’observation au cours de laquelle la charge (en

trafic) du réseau a été estimée.

Les débits cui et cdi qui figurent dans le tableau II.3 ont été calculés précédemment par

la loi d’Erlang pour un trafic multi débit comme nous l’avions expliqué dans le paragraphe

précédent. Ces débits seront multipliés par les taux d’occupation iτ du canal pour chaque

application i, pour aboutir à des débits réels à véhiculer sur l’interface radio.



48

A ces débits nous ajouterons la marge de burstiness pour les applications dont le débit

est variable pour déduire le trafic total à transmettre sur les deux liens de communication.

La marge de burstiness est une marge que l’on ajoute pour prendre en compte les

fluctuations du trafic. Elle concerne les classes de services dont le trafic est variable ( type

Assured Forwarding selon la terminologie DiffServ) ; cette marge reflète le gain statistique

qui est égal à Dmoyen

DcrêteG = (2.11) où Dcrête est le débit maximum à l’heure de pointe et

Dmoyen est le débit moyen à la même heure.

Le débit correspondant à chaque classe d’abonné sera alors égal à :

( ) burstdlcccccresidD dddddddddddl ××+×+×+×+×= 71716161414121211111_ τττττ (kb/s)

pour la classe résidentielle. (2.12)

( ) burstdlccccvipD dddddddddl ××+×+×+×= 4242323222221212_ ττττ (kb/s) pour la classe

VIP. (2.13)

( ) burstdlccccccprofD dddddddddddddl ××+×+×+×+×+×= 636353534343333323231313_ ττττττ(kb/s) pour la classe professionnelle. (2.14)

Soit pτ le taux de pénétration du réseau Flash-OFDM dans la zone étudiée. Il

représente le nombre total des abonnés Flash-OFDM de cette zone. En supposantresidτ , vipτ et

profτ le pourcentage des abonnés de chaque classe dans l’ensemble N des abonnés de la zone,

nous pouvons alors déterminer le trafic total sur les liens descendant (DL) et montant (UL)

estimé à l’heure de pointe respectivement exprimés par les équations (2.15) et (2.16) :

( ) ( ) ( )[ ]profDvipDresidDND dlprofdlvipdlresidpdl ___ ×+×+×××= ττττ (kb/s) (2.15)

( ) ( ) ( )[ ]profDvipDresidDND ulprofulvipulresidpul ___ ×+×+×××= ττττ (kb/s) (2.16)

Fort de ces deux équations, nous pouvons désormais déterminer la bande passante

nécessaire pour écouler le trafic (Dul et Ddl). Pour ce faire nous noterons par ηul et ηdl

l’efficacité spectrale soutenue respectivement sur les liens montant et descendant ; BW la

bande passante réservée pour le trafic (nous avons la même valeur tant pour le UL que le

DL :BW=1250000 Hz). Le calcul du nombre d’émetteurs et de récepteurs TRX nécessaires

pour desservir la zone étudiée devient ainsi aisé puisqu’il suffit de procéder de la façon

suivante :

BW

Dtxnbre

dl

dl

×=

η_ (2.17)



49

BW

Drxnbre

ul

ul

×=

η_ (2.18)

III.2.2. Bilan de liaison et analyse de la couverture

Le processus de calcul de couverture va permettre de déterminer la position théorique

idéale des stations de base. Le bilan de liaison a pour but d’équilibrer les puissances

d’émission sur les liens montant et descendant dans chaque cellule en ajustant les paramètres

correspondants. Il permet non seulement de déterminer la taille d’une cellule mais aussi

d’assurer, par le biais d’un équilibrage des liaisons, un fonctionnement normal du système en

tout point de la cellule couverte. Pour atteindre ce double objectif, nous procéderons par une

analyse séparée des liaisons montante et descendante.

L’analyse de la liaison montante consistera surtout à mettre en évidence

l’augmentation du brouillage due à l’augmentation du trafic dans la cellule (calcul de la valeur

du noise rise). Quant à la liaison descendante, il sera surtout question d’analyser la puissance

émise par le RAR.

Après avoir calculé les portées des cellules pour les liaisons montante et descendante,

nous choisissons la liaison la plus limitative. Puis nous répétons l’analyse pour la liaison non

limitative en tenant compte cette fois-ci de la portée de cellule limitative choisie (c’est -à- dire

en diminuant la puissance d’émission du RAR).

Nous avons repris dans le tableau II.4 les paramètres à prendre en compte dans le

calcul d’un bilan de liaison pour les liens montant et descendant. Certaines valeurs de ces

paramètres sont fixées (ces valeurs sont celles communiquées par l'UIT et donc ne peuvent en

aucun cas être changées par l’utilisateur) pour éviter la divergence qui n'est pas directement

liée aux différences de technologie radio.



50

Bilan de liaison Désignation Downlink Uplink

Type d’environnement Urbain/rural Urbain/rural

Emission

a1 Puissance maximale allouée au canal de trafic dBm dBm

a2 Puissance maximale de transmission dBm dBm

b1 Pertes dans les connecteurs et les câbles d’alimentation

3 dB 0 dB

b2 Pertes dues au corps de l’utilisateur 0 dB 3 dB

c Gain de l’antenne de l’émetteur 17 dBi 0 dBi

d1 PIRE par canal de trafic d1= (a1-b1-b2+c) dBm dBm

d2 PIRE totale d2= (a2-b1-b2+c) dBm dBm

Réception

e Gain de l’antenne du récepteur 0 dBi 18 dBi

f1 Pertes dans les connecteurs et les câbles d’alimentation

0 dB 3 dB

f2 Pertes dues au corps de l’utilisateur 3 dB 0 dB

g Facteur de bruit du récepteur 9 dB 5 dB

h Puissance du bruit thermique –174 dBm/Hz –174 dBm/Hz

i Interférence réçue au récepteur dBm/Hz dBm/Hz

j Puissance totale du brouillage j= 10 log (10

((g+� h)/10) +�10i/10)

dBm/Hz dBm/Hz

k Taux d’information k=(10 log (Rb)) dB(Hz) dB(Hz)

l Eb/(N0+I0) requis pour le service dB dB

m Sensibilité du récepteur m=(j+�k+l)

n Gain du handover dB dB

o Gain de diversité dB dB

o’ Autre gain dB dB

p Marge de fading dB dB

q Perte de propagation maximum q={d1–m+(e – f)+o+n+o’–p}

dB dB

r Rayon maximum km km

Tableau II.4 : canevas à suivre pour le bilan de liaison [6]

Commentaire sur les paramètres du bilan de liaison � a1) Puissance maximum allouée au canal de trafic (dBm)

La puissance maximum allouée au canal de trafic est définie comme toute la puissance

produite par l'émetteur pour un seul canal de trafic. Dans notre cas nous définissons un

canal de trafic comme étant un canal de communication entre une station mobile et

une station de base utilisé pour le trafic de l'utilisateur et de la signalisation.



51

� a2) Puissance maximum de l'émetteur (dBm) Elle représente la somme des puissances maximum allouées aux canaux de trafic.

� (b) Pertes dans les connecteurs et les câbles d’alimentation (émetteur) (dB) Ce sont les pertes combinées de tous les composants du système de transmission entre

la sortie de l'émetteur et l'entrée de l'antenne (toutes les pertes sont en valeurs positives

de dB). La valeur est généralement fixée.

� (c) Gain d'antenne de l'émetteur (dBi) Le gain d'antenne de l'émetteur est le gain maximum de l'antenne de l'émetteur dans le

plan horizontal (indiqué en dB relativement à une antenne isotrope). La valeur est

généralement fixée.

� (d1) PIRE par canal de trafic (dBm) : d1=(a1-b+c) C'est la somme de la puissance allouée par canal de trafic (dBm), des pertes du

système de transmission (- dB) et du gain d'antenne de l'émetteur (dBi), dans la

direction du rayonnement maximum.

� d2) PIRE totale (dBm) :d2=(a2-b+c) C'est la somme de la puissance maximum de l'émetteur (dBm), des pertes du système

de transmission (- dB), et du gain d'antenne de l'émetteur (dBi).

� (e) Gain de l’antenne du récepteur (dBi) Le gain d'antenne du récepteur est le gain maximum de l'antenne du récepteur dans le

plan horizontal (indiqué en dB relativement à une antenne isotrope).

� (f) Pertes dans les connecteurs et les câbles d’alimentation (récepteur) (dB) Ce sont les pertes combinées de tous les composants du système de transmission entre

la sortie de l'antenne de réception et l'entrée de récepteur (toutes les pertes sont en

valeurs positives de dB). La valeur est généralement fixée.

� (g) Facteur de bruit de récepteur (dB) C’est le facteur de bruit du système de réception référencé à l'entrée de récepteur. La

valeur est généralement fixée.

� (h), (H) Puissance du bruit thermique, N0 ((dBm/Hz)) La puissance du bruit thermique, N0, est définie comme la puissance de bruit par Hertz

à l'entrée de récepteur. La valeur est généralement fixée.

� (i), (I) Interférence au niveau du récepteur I0 (dBm/Hz) � (j) Puissance totale du brouillage (dBm/Hz)

La puissance totale du brouillage (dBm/Hz) est la somme logarithmique du facteur de

bruit du récepteur et la puissance du bruit thermique et la somme arithmétique avec

l’interférence au niveau du récepteur :



52

+=

+

101010 1010log10

ihg

j (2.19)

� (k) Taux de l'information : (10 log10(Rb) (dB(Hz)) Le taux de l'information est le débit binaire du canal en (dB(Hz)).

� (l) Eb/(N0 + I0) (dB) � (m) Sensibilité de récepteur (j + k + l) (dBm)

C'est le niveau de signal requis à l’entrée du récepteur qui satisfait juste le Eb/(N0+I0)

exigé.

� (n) Gain du handover (dB) C'est le facteur de gain apporté par le handover pour maintenir la fiabilité indiquée à la

frontière des cellules.

� (o) Gain de diversité (dB) C'est le gain effectif réalisé en utilisant les techniques de diversité.

� (p) Marge de fading (dB) Les marges de fading sont définies à la frontière de cellules pour les cellules isolées.

C'est la marge exigée pour fournir une disponibilité indiquée de couverture sur les

différentes cellules.

� (q) La perte maximum de propagation (dB) C'est la perte maximum qui permet une performance minimum de RTT à la frontière

de cellule :

( ) pnofemdMPL −++−+−= 1 (2.20)

� (r) Rayon maximum (kilomètre) Le rayon maximum, Rmax, représente le rayon de la cellule. Il est calculé pour chaque

scénario de déploiement et à l’aide des modèles de propagation.

L'ensemble de ces paramètres permet de caractériser le service à offrir,

l'environnement et la charge de trafic envisagée.

Le bilan de liaison doit être fait pour chaque type d’environnement et chaque type

service. Sur la base des bilans de liaison, le rayon R des cellules peut être aisément calculé

pour un modèle de propagation connu, par exemple le modèle d'Okumura-Hata ou le modèle

de Walfish-Ikegami. Rappelons que le modèle de propagation dans un environnement décrit

la propagation moyenne du signal dans cet environnement. Il permet de convertir le maximum

de perte de propagation permise en dB en rayon maximum de cellules en kilomètres.



53

Nous donnons ci-dessous le modèle de propagation du Cost 231-Hata pour une macro

cellule urbaine avec une hauteur d'antenne de station de base de 30 m, hauteur de l'antenne du

mobile 1.5 m et la fréquence de la porteuse de 1950 mégahertz. C’est le modèle que nous

avons retenu pour notre étude.

( )RL 10log2,354,137 += (2.21)

où L est la perte maximum de propagation (maximum path Loss) en dB et R est le rayon de la

cellule en kilomètre. Pour des zones suburbaines, nous aurons un path loss qui est donné par :

( )RL 10log2,354,129 += (2.22)

Une fois le rayon R de la cellule déterminé, la surface des sites, qui est également

fonction de la configuration de sectorisation de station de base, peut être alors déduite. Par

exemple dans le cas de déploiement de cellule de forme hexagonale sectorisée, le domaine

couvert par un secteur est défini par 2,6R2 où R est le rayon obtenu au bilan de liaison.

III.3. Dimensionnement du Routeur

Le dimensionnement du Routeur est, comme la plupart des routeurs réseau,

conditionné par ses propres caractéristiques. Celles qui influent sur le processus sont les

suivantes :

� Les limitations de trafic, c’est à dire le débit le débit maximal par Routeur :

� Les limitations de gestion, c’est-à-dire le nombre maximal de RAR géré par un

Routeur.

� Les limitations de connectivité, c’est-à-dire le nombre maximal d’interfaces

disponibles vers les autres réseaux (interfaces T1, E1, Ethernet, etc.).

La méthode de dimensionnement que nous avons retenu pour les Routeurs comportera

les étapes suivantes :

� Etape 1 : Le dimensionnement du RAR nous a permis de déterminer le nombre total

de RAR pour la zone cible. En fonction de la contrainte de limitation de gestion, il est

possible de calculer le nombre minimal de Routeurs nécessaires pour gérer les RAR.

Ce nombre que nous désignons par NR1 est obtenu grâce à la formule suivante :

routeurparRARdeimalNombre

RARdeNombreNR

____max_

__1 = (2.23)



54

� Etape 2 : à partir des hypothèses de trafic moyen faites au départ et de la contrainte de

limitation de trafic, nous pouvons déterminer le nombre minimal de Routeur

nécessaires à l’écoulement du trafic moyen (NR2).

� Etape 3 : le nombre de Routeur requis sera : NR=max( NR1,NR2). (2.24)

IV. Planification d’un réseau flash-OFDM

Dans la phase de planification, des données réelles et précises de propagation de la

zone étudiée sont nécessaires, ainsi que l'estimation de la densité des utilisateurs et du trafic

utilisateur. En outre, les informations sur les sites existants de station de base sont nécessaires

afin de réutiliser ces investissements existants (pylônes, énergie, etc.). Les outputs de la

planification de la capacité et de la couverture sont les sites des BS, leurs configurations et

leurs paramètres.

IV.1. Réutilisation des fréquences.

La théorie de la technologie Flash-OFDM que nous avons présentée nous apprend

qu'il est possible d'utiliser dans toutes les cellules la même fréquence. Cela signifie que pour

un opérateur, il est inutile de planifier les fréquences ; par conséquent dans la technologie

Flash-OFDM, le facteur de réutilisation des fréquences est égal à 1.

IV.2. Planification de la capacité et de la couverture

Nous disions dans le chapitre premier que tous les utilisateurs d’un réseau Flash-

OFDM se partageaient les mêmes ressources d'interférence dans l'interface radio, donc ils ne

peuvent pas être analysés indépendamment. Chaque utilisateur influence les autres utilisateurs

et cause en même temps le changement de leurs puissances de transmission. Ces changements

eux-mêmes causent encore d’autres changements et ainsi de suite. Par conséquent, le

processus entier de prédiction doit être fait itérativement jusqu'à ce que les puissances de

transmission se stabilisent. Dans ce processus, les vitesses de mobile, les débits binaires et le

type de services utilisés jouent un rôle important. Tout comme dans le réseau WCDMA, en

Flash-OFDMA la sensibilité de la station de base dépend du nombre d'utilisateurs et des

débits binaires utilisés dans toutes les cellules ; en somme elle est spécifique aux cellules et au

service. [15]

IV.2.1. Outil de planification

Dans les systèmes Flash-OFDM, plus que la simple optimisation de couverture, une

planification d'interférence et une analyse de capacité sont nécessaires. Pour ce faire, le



55

planificateur devrait disposer d’outil de planification. Cet outil devrait l’aider à optimiser les

configurations des stations de base, à faire les choix d'antenne et les directions d'antenne et

même les sites d'emplacement afin de minimiser le coût de la qualité de service, de la capacité

et des exigences de service. La probabilité de couverture des liens montant et descendant est

déterminée pour un service spécifique en testant la disponibilité du service à chaque point du

plan.

Pour notre part, l’outil de planification tel que décrit ci-dessus sera un simulateur. Il

aura les mêmes fonctionnalités que celles décrites plus haut et il est basé sur l’organigramme

ci-après :

Figure II.22 : Fonctionnalités de la simulateur

Une description détaillée de l'outil de planification sera faite dans le prochain chapitre.

IV.2.2. Itérations du lien montant et du lien descendant

L'objectif recherché dans l'itération du lien montant est d'allouer simultanément les

puissances de transmission des stations mobiles de sorte que les niveaux d'interférence et les

valeurs de sensibilité de la station de base convergent. Le niveau de sensibilité de la station de

base est corrigé par le niveau estimé de l'interférence du lien montant (noise rise). L'impact de

Environnement de la simulation

Modèle de propagation

Calcul de la taille maximale de la cellule par le bilan de liaison

Simulation : � Itérations en lien

montant � Contrôle de puissance

QoS : Eb/N0 cible

Evaluation de la taille de la cellule en fonction de la charge



56

la charge du lien montant sur la sensibilité est pris en considération avec le terme -10log10(1-

ηul), où ηul est le facteur de charge. Dans l'itération du lien montant, les puissances de

transmission des stations mobiles sont estimées sur la base du niveau de sensibilité de la

meilleure cellule de service (best server), du service (débit binaire), de la vitesse du mobile et

des pertes sur le lien. Les puissances de transmission sont ensuite comparées à la puissance

maximum de transmission permise des stations mobiles, et les stations mobiles dépassant

cette limite sont mises hors couverture. L'interférence peut alors être estimée à nouveau et de

nouvelles valeurs de charge et de sensibilités pour chaque station de base sont allouées. Si le

facteur de charge du lien montant est plus élevé que la limite supportée dans la cellule, les

stations mobiles sont aléatoirement déplacées de la cellule fortement chargée à une autre

cellule moins chargée ou mise hors couverture. [15]

Le but de l'itération du lien descendant est d'allouer de justes puissances de

transmission de la station de base à chaque station mobile jusqu'à ce que le signal reçu à la

station mobile coïncide avec l'objectif Eb/N0 exigé.

Une étude de cas faite dans le chapitre suivant permettra de mieux comprendre ce

processus de planification.

V. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté une approche de la planification d’un réseau

basé sur Flash-OFDM. Nous avons d’abord commencé, dans un premier temps, par présenter

les modèles de trafic pour les services voix, web, FTP et vidéo pour finalement aboutir à une

estimation de la charge de trafic dans une zone étudiée. Ensuite, dans un deuxième temps,

nous avons pu dimensionner le réseau en termes de bande passante nécessaire sur l’interface

radio, nombre de cellules, nombre de RAR et nombre routeur à implanter dans le backbone IP

reliant les stations de base aux réseaux extérieurs. Enfin, dans une troisième et dernière partie,

nous avons étudié la planification de la couverture et de la capacité d’une cellule en

définissant le processus d’itération sur les liens montant et descendant et en présentant les

fonctionnalités du simulateur qui nous aidera dans à faire l’analyse au cours du prochain

chapitre.

Dans le prochain chapitre nous nous intéressons au développement de notre outil de

planification. Il s’agit de l’outil que nous proposons pour la planification des réseaux radio

basés sur Flash-OFDM.

Outil de planification


57

Chapitre III

Outil de planification radio et validation sur des

scénarios

I. Introduction Au cours du chapitre précédent, nous avons étudié le processus de planification d’un

réseau Flash-OFDM dans ses deux phases à savoir le dimensionnement du réseau pour

déterminer la charge du trafic qu’il doit véhiculer et la planification de l’interface radio afin

d’estimer la couverture du réseau et dresser sa topologie.

Dans ce chapitre, il sera essentiellement question de l’outil de planification que nous

devons développer et de son évaluation. Pour ce faire, nous commencerons par spécifier le

cahier des charges et à présenter l’environnement de développement qui nous permettra

d’atteindre les objectifs de ce cahier des charges. Ensuite nous présenterons l’organigramme

fonctionnel de l’outil en décrivant les fonctionnalités de ses modules et les étapes de son

fonctionnement. Cette présentation sera suivie d’une évaluation de l’outil basée sur une étude

de cas. Enfin la dernière partie de ce rapport sera consacrée à une comparaison entre le

système Flash-OFDM et le système 3G du 3GPP.

II. Cahier des charges de l’outil

II.1. Objectif de l'outil de planification

Le but de cette étude est de développer un outil de planification d’un réseau 4G basé sur la

technologie Flash-OFDM. Cet outil devra prendre en compte les contraintes d’ingénierie de cette

technologie à savoir le dimensionnement, la propagation radio et l’architecture du réseau. Son

objectif nous apparaît utile même si, eu égard au caractère évolutif des problèmes des

télécommunications, des modifications à plus ou moins brève échéance (nous rappelons que la

technologie Flash-OFDM est une solution « propriétaire » de Flarion) sont susceptibles d'affecter

les règles ou les procédures.

La démarche que nous avons adoptée dans la conception de notre outil de planification

est tout à fait différente de celle utilisée dans les réseaux cellulaires ordinaires. En effet, les

opérations de couverture et de capacité des cellules étant liées dans les réseaux d’accès radio



58

large bande, nous avons donc trouvé logique de combiner les opérations de dimensionnement et

d'optimisation. Notre outil devrait donc être capable d'effectuer ces deux tâches au cours d'une

même étape. Ainsi, nous aurons comme résultat des cellules, des RARs et des Routeurs dont le

nombre et les positions seront optimisés.

II.2. Paramètres d'entrée

Notre outil devra accepter les paramètres suivants comme variables d'entrée:

� Le type de l'environnement (urbain, urbain dense, suburbain, rural) : le choix du type

d’environnement permettra au système de choisir le modèle de propagation qui

convient et la population de la zone en question ;

� La configuration des stations de base : l’utilisateur rentrera le nombre de secteur géré

par une station de base (tri secteur, 6 secteurs) ;

� Les caractéristiques des équipements : il s’agira surtout des gains, pertes et puissances

des WT et RAR ;

� Les paramètres du trafic : il s’agira surtout des débits binaires, des taux d’occupation

des canaux, des QoS requises et des exigences du multiservice tant sur le UPLINK et

que sur le DOWNLINK ;

� La distribution des abonnés : le taux de pénétration de la technologie, le taux de

chaque classe d’abonné ;

� Une probabilité de couverture (en %) qui sera utilisée comme élément de validation de

la zone de couverture d'une antenne.

II.3. Sorties envisageables

Nous pensons qu’il est possible d’avoir les données suivantes comme sortie de notre

outil de planification :

� Nous pourrons visualiser le bilan de liaison pour chaque service et l’analyse du lien

descendant ;

� Nous pourrons visualiser le rayon maximum de couverture pour chaque service et

partant le taux de couverture des cellules par service ;

� Nous pourrons visualiser le résultat du processus de dimensionnement/planification,

c'est à dire le nombre des équipements nécessaires à installer ;

� Nous pourrons éventuellement visualiser l’effet de la charge de la cellule sur sa

couverture.



59

II.4. Interface Utilisateur

Notre outil de planification devrait présenter une interface graphique agréable et facile à

manipuler. L'utilisateur devra introduire les paramètres d'entrée d'une façon aisée, ainsi que la

visualisation des résultats. Il devra aussi manipuler le menu du logiciel sans problème. Il pourra

entre autre visualiser des résultats de planifications déjà effectuées ou encore faire tourner le

simulateur en introduisant de nouveaux paramètres à l'entrée.

Nous jugeons utile d’offrir plus de liberté à l'utilisateur de l’outil en lui donnant la

possibilité d'introduire le type d'environnement de son choix. Et vu que l'outil sera développé

avec le langage Java, nous nous attendons alors à ce qu'il soit exécutable sur n'importe quelle

autre plate-forme.

II.5 Contraintes

Nous aimerions bien que l’outil ait un temps de calcul raisonnable c’est à dire optimisé.

Pour ce faire, nous essayerons autant que faire se peut, d’avoir un compromis entre le temps de

calcul et la précision des résultats.

III. Environnement de développement Le langage que nous avons choisi pour développer notre simulateur est le JAVA. C'est un

langage orienté objet créé par Sun Microsystems en 1995.

Ce langage nous permettra d'avoir un simulateur qui devrait travailler correctement sur

n'importe quelle plate-forme ou système d'exploitation.

Le choix de Java comme langage de programmation a été fondé sur sa portabilité,

assurant ainsi au simulateur une indépendance totale de toute plate-forme. Nous avons également

trouvé dans Java des caractéristiques qui permettent d'accomplir les objectifs déjà décrits ci

dessus. Ces caractéristiques seront expliquées comme suit:

� La robustesse : elle se traduit par la gestion de la mémoire, le puissant mécanisme

d’exception face aux conversions dangereuses ou débordements de taille des structures

de données.

� La sécurité : Java proportionne trois couches de protection des codes dangereux ou

virus. En plus, le code est toujours certifié par une clé.

� Le multi-tâches (multi-threading): Ce concept consiste à un lancement de tout un

ensemble de processus en parallèle de manière à ce que chaque thread réalise une tâche

spécifique: lecture des sources, lancement d'un moteur de calcul, écriture dans un fichier

de sortie, etc.



60

� L'échelonnage : D’un point de vue fondamental, les programmes Java sont constitués

par des classes. Ces classes sont des petits composants modulaires et elles peuvent être

séparées physiquement en systèmes différents.

Ainsi, l'utilisation de Java nous permet de décomposer facilement le moteur de

simulation en packages indépendants. Et comme chaque package peut être développé sans

aucune relation avec les autres, la gestion du projet mise en place devrait être très efficace.

En somme, c’est toutes ces caractéristiques réunies qui nous ont motivé à choisir Java

comme langage de développement.

IV. Fonctionnalités de l’outil L’outil dont il est question est un outil de planification d’un réseau Flash-OFDM. Son but

est d’aider les opérateurs à trouver la meilleure configuration de leur réseau en terme

d’équipements nécessaires, de charges et de taux de couverture des cellules tout en garantissant

une qualité de service donnée.

IV.1. Les entrées/sorties du programme

Afin de mieux comprendre le processus d’exécution de notre application, nous avons

essayé représenter le schéma explicatif suivant :

Organigramme III.1 : Schéma synoptique de l’application

L’exécution de notre application développée s’effectue en trois phases. En effet, le

programme principal permet, dans une première phase, de traiter les données relatives au choix

de la zone à analyser. L’utilisateur a le choix entre les types de zone suivants : une zone urbaine,

une zone suburbaine ou une zone rurale. Les résultats obtenus dans cette première étape sont le

modèle de propagation, la distribution des abonnés dans la zone, la charge de trafic estimée. Ces

derniers seront utilisés comme données d’entrée dans la seconde phase.

La deuxième phase consiste à faire le bilan de liaison et à analyser la couverture. Cette

phase, tout aussi importante que la première, nous permettra d’obtenir le rayon de cellule par

Choix du type d’environnement à

couvrir

Bilan de liaison

Dimensionne

ment du réseau

Rayon max des cellules

Nombre de BS, de

routeurs,etc.



61

service et la couverture maximale autorisée selon les caractéristiques des services (Eb/N0 requis,

taux de couverture).

La troisième et dernière phase porte sur le dimensionnement du réseau. Ce

dimensionnement se fera sur la base des résultats de la seconde phase.

IV.2. Organigramme fonctionnel

Les fonctionnalités de l’outil sont représentées par l’organigramme suivant :

Organigramme III.2 : Principe de fonctionnement de l’outil

Utilisateur

Caractéristiques des abonnés - Modèles de trafic (types de services, taux d’occupation du canal, débits, QoS), - Taux d’abonnés de chaque classe ; - Taux de pénétration

Paramètres d’ingénierie - QoS par service, - Caractéristiques des équipements (WT, RAR, Routeurs), - Caractéristiques de l’environnement

- Calcul de la charge de trafic - Bilan de liaison et calcul de la portée maximale des cellules

Détermination du nombre de cellules, de RAR et routeurs

Evaluation des performances - Analyse de la capacité par service, - Analyse de la couverture par service, - Analyse de la QoS.

Interface utilisateur

Topologie du réseau Configuration optimisée

Fin

Non Oui



62

IV.3. Modules développés

Pour gérer les entrées et les sorties de cet outil de planification, nous avons développé cinq modules principaux. IV.3.1. Module d’acquisition des paramètres d’une zone

C’est le module d’acquisition des données relatives à la zone. Il gère la configuration des

paramètres de cette zone. Ces paramètres sont :

� Le type de zone à couvrir (urbaine, suburbaine, rurale) ;

� La surface de la zone à couvrir ;

� Le nombre d’habitant de la zone;

� Le taux de pénétration;

� Le taux de chaque classe d’abonnés parmi le nombre total des abonnés;

Les résultats de ce module seront les nombres d’abonnés de chaque classe d’abonnés et la

distribution des abonnés par classe de services.

IV.3.2. Module d’estimation de la charge de trafic Ce module a pour objectif de déterminer la charge de trafic de la zone étudiée. Pour ce

faire il regroupe l’ensemble des applications offertes aux différentes classes d’abonnés. Il calcule

ensuite les débits utiles pour chacune des applications sur les liens montant et descendant, débits

estimés à l’heure de pointe. Ses paramètres d’entrée sont les suivants :

� Le débit utile de transfert de chaque application sur le lien montant ;

� Le débit utile de transfert de chaque application sur le lien descendant ;

� Le taux d’occupation des ressources ;

� La marge de burstiness.

A la sortie nous aurons les éléments suivants :

� Le débit à transmettre sur le UL et le DL pour chaque classe d’abonnés ;

� Le débit total à transmettre sur le lien montant pour toutes les classes d’abonnés ;

� Le débit total à transmettre sur le lien descendant pour toutes les classes d’abonnés ;

IV.3.3. Module de calcul des bilans de liaison Ce module, comme son nom l’indique s’occupe du calcul des bilans de liaison pour

chaque application. Il aura donc en entrée les variables du bilan de liaison et en sortie le Path

Loss Maximum permis par application.

IV.3.4. Module de dimensionnement Ce module ferra en fait une synthèse des résultats des modules précédents. De cette

synthèse il pourra calculer les rayons maximums des cellules par application du modèle de

prédiction de propagation choisi pour déduire la limitation de rayon, déterminer le nombre de



63

cellules nécessaires pour couvrir la zone étudiée, le nombre de TRX nécessaires, le nombre

RARs et de routeurs.

Examinons maintenant de plus près les différentes fonctions inscrites dans ce module :

� La détermination du nombre de TRX

La détermination du nombre de TRX nécessaires pour une cellule est effectuée comme

indiqué dans l’organigramme III.3.

Organigramme III.3 : Dimensionnement des TRXs

Avec η= efficacité spectrale, Bw=largeur de la bande réservée au réseau (1,25 MHz) et Σ =somme des débits des différentes classes d’abonnés

� La détermination du nombre de cellules, RARs et Routeurs

La détermination des nombres de cellules, de RARs et de Routeurs suppose la

connaissance de la surface de la zone à couvrir (Sz), la surface d’une cellule (Sc), la configuration

des sites (Cs) et les capacités des routeurs (Cr).

Ces nombres sont calculés suivant l'organigramme III.4.

Débit total classe abonné résidentiel

Σ

/η

Débit total classe abonné VIP

Débit total classe abonné professionnel

/Bw

Nombre des TRXs



64

Organigramme III.4 : Détermination du nombre de cellules RAR, Routeurs

IV.3.5. Module de simulation Ce module a pour objectif d’évaluer la taille des cellules en fonction de la charge

supportée. Il s’agit en fait du simulateur dont les fonctionnalités ont été décrites dans le

chapitre précédent (voir figure II.4.).

Il aura en entrée les variables suivantes :

� Le type d’environnement ;

� Le rayon maximal de la cellule ;

� Le type de service ;

� Le débit ;

� La qualité de service ;

� Le nombre d’utilisateurs actifs dans la cellule ;

En sortie nous aurons :

� Le nombre d’utilisateurs actifs respectant la qualité de service requis ;

Surface de la zone à couvrir (Sz)

Surface d’une cellule (Sc)

E(Sz/Sc) +1

Nombre de cellules

Nombre de cellules/(Cs)

Configuration des sites (Cs)

Nombre de RARs

Nombre de RARs/(Cr)

Capacité des routeurs (Cr)

Nombre de Routeurs

: Sorties : Entrées



65

� Le rayon de la cellule.

Le principe de la simulation est expliqué par les organigrammes III.5. et III.6. ci-

dessous (nous avons mis en annexe 2 l’explication de l’organigramme).

Organigramme III.5 : Fonctionnement du simulateur

Le principe de calcul du nombre J des mobiles vérifiant le QoS est représenté par

l’organigramme III.6.

Oui

Début

Rayon de cellule R Rmax

Entrée du nombre N des mobiles actifs (supposés uniformément répartis)

Calcul de l’affaiblissement de propagation L(i) pour chaque mobile

Calcul de la puissance émise Pe(i) par chaque mobile

Calcul du nombre J des mobiles vérifiant le QOS

(N-J)/N<0.05 Diminuer le rayon r

Non

Afficher le rayon de la cellule

Fin



66

Organigramme III.6 : Calcul du nombre J

V. Interface utilisateur développée

V.1. Fenêtre principale de l’outil

Lors du démarrage de l’application, on aperçoit la fenêtre principale (Figure III.1) qui

affiche une barre de menus composée de cinq menus :

� �Fichier ;

J est le nombre des mobiles vérifiant le

QoS

Fin

Début

i 0 J 0

Pe(i) appartient à l’intervalle

[Pmin, Pmax]

i=<N

Oui

i+1

J+1

Oui

Non



67

� �Configuration ;

� �Simulation ;

� Dimensionnement ;

� Aide.

Figure III.23 : Fenêtre principale de l’outil

V.2. Menu Fichier

Pour commencer, l’utilisateur de l’outil doit nécessairement sélectionner le menu Fichier

(les autres menus étant désactivés).

Ce menu est composé des sous menus suivants :

� Nouveau : il permet à l’utilisateur de créer un nouveau projet de planification. En

choisissant ce sous menu, l’utilisateur active de facto les autres menus (Configuration,

Simulation et Dimensionnement) et pourra ainsi commencer son projet.

� Ouvrir : ce sous menu permet de charger en mémoire un projet existant.

� Sauvegarder : il permet de sauvegarder les nouveaux projets.



68

� Quitter : Le choix de ce sous menu permet de fermer la fenêtre en cours et de quitter

définitivement l’application.

V.3. Menu Configuration

Après avoir effectuer son choix dans le menu Fichier (Nouveau ou Ouvrir), l’utilisateur

doit saisir les données d’entrée (paramètres d’ingénierie, caractéristiques des abonnés) du

système à planifier. Le menu Configuration permet d’effectuer ces opérations. Nous l’avons

divisé en deux sous menus (paramètre d’ingénierie et profil d’utilisateur) pour répondre à

l’objectif de convivialité que nous nous sommes fixés au départ.

Figure III.24 : Fenêtre de saisie des taux de distribution des abonnés

En sélectionnant le sous menu paramètre d’ingénierie puis l’option Environnement,

l’interface représentée par la Figure III.3 ci-dessous apparaît. L’utilisateur peut ainsi entrer les

données et les paramètres des sites.



69

Figure III.25: Fenêtre de saisie des paramètres d’ingénierie

V.4. Menu Simulation

C’est le noyau même de l’outil, il donne le bilan de liaison par type d’application et le

rayon de cellule y relatif, le rayon maximum de la cellule qui permettra de prendre en charge

toutes les applications (voir Figure III.4). Une autre fonction prise en compte par ce menu est

l’analyse de la couverture du réseau. Par l’introduction d’un rayon maximum de cellule à

couvrir, d’une qualité de service fixée et d’un nombre d’utilisateurs actifs supposés repartis

uniformément dans la cellule, l’application nous donne le nombre d’utilisateurs actifs qui

respectent la qualité de service précédemment fixée et le rayon de cellule y relatif (l’opérateur

pourra même visualiser la courbe d’évolution). Les sous menus qui permettent de réaliser ces

opérations sont : Bilan de liaison, Analyse de couverture



70

Figure III.26 : Fenêtre de présentation du bilan de liaison

V.5. Menu Dimensionnement

C’est le menu qui va nous permettre de visualiser les résultats obtenus dans le processus

de dimensionnement en terme de nombre de cellules, de sites à couvrir, de nombre RadioRouter

station de base, de routeur, de trafic généré et de nombre de canaux nécessaires.

V.6. Menu Aide

Le menu "Aide’’ comme son nom l’indique permet d’afficher une aide contextuelle. Il

comprend un volet "Aide’’ et un volet ‘’A propos’’ qui permet l’affichage de la fenêtre

d’identification de l’application (voir Figure III.5).



71

Figure III.27 : Fenêtre A propos

VI. Validation sur scénarios Dans ce paragraphe il sera essentiellement question de la présentation des résultats de la

planification/dimensionnement d’un réseau radio Flash-OFDM à partir de notre outil

informatique. Pour ce faire, nous avons supposé la desserte de la région de grand Tunis en tout

type de service avec un réseau cellulaire basé sur la technologie Flash-OFDM.

VI.1. Acquisition des paramètres et données d’entrée

VI.1.1. Description et caractérisation de la zone à couvrir Nous assimilerons la région de grand Tunis à un carré de 20 km de long sur 20 km de

large. C’est une région qui se trouve au nord-est de la Tunisie (voir figure III.6). Bien que la

surface étudiée soit relativement réduite, on y observe une extrême diversité de paysages dominé

notamment par des espaces de bâti continu (au centre ville), ou discontinu (les banlieues). On y

trouve également des lacs (lac de Tunis, Sabkhat Sijoumi), des zones côtières sur toute la

frontière, des reliefs montagneux et des espaces verts (forêt de Radès, El Omrane).



72

Figure III.28 : Carte de grand Tunis (zone à dimensionner)

En tenant compte de cette diversité, nous avons pu diviser la zone à couvrir en trois sous

zones :

� Une zone urbaine : elle regroupe tout le centre ville où on notera une densité de trafic

importante étant donnée la grande densité de population qui y règne. Dans notre étude

nous avons supposé que les 2/3 de la population totale de la région sont dans cette

zone.

� Une zone suburbaine : elle est constituée de banlieues où le nombre de population est

supposé égal au 1/3 de la population totale de la région.

� Des zones rurales : elles représentent généralement les zones désertes et les axes

routiers. Dans notre cas ce seront essentiellement les routes.

VI.1.2. Données générales Nous avons vu dans le chapitre précédent qu’en général, les paramètres liés à la

couverture et à l’allocation des ressources tiennent compte du trafic et de la distribution

géographique des usagers.



73

Aussi, dans un souci de respect de cette règle, nous avons recensé dans le tableau III.1.

ci-dessous les informations relatives à la région à planifier.

Localités Surface (km²) Habitants Taux de

pénétration

Nombre

d’abonnés

Grand Tunis 400 2000000 8% 160000

Zone urbaine 160 1000000 8% 80000

Zone suburbaine 200 666667 8% 53333

Zone rurale 40 333333 8% 26667

Tableau III.1 : Caractéristiques des zones étudiées

VI.1.3. Données de trafic et profil d’utilisateur Le tableau III.2. résume l’estimation des demandes en débit utile, à l’heure de pointe, sur

les liens montant et descendant par les utilisateurs pour les services offerts par le réseau.

Profil d’abonné Services offerts DL (kb/s) UL (kb/s) Taux de

pénétration

VoIP 64 64

Web browsing 240 80

E-mail 14 4

Vidéo streaming 1800 ---

Résidentiel

Jeu 64 64

20%

VoIP 64 64

Web browsing 256 100

FTP 1000 ---

VIP

E-mail 32 16

45%

VoIP 64 64

Web browsing 512 128

FTP 1000 ---

E-mail 32 16

Vidéo conférence 384 384

Professionnel

Vidéo streaming 1800 ---

35%

Tableau III.5. : Débit utile par type d’utilisateur



74

VI.1.4. configuration des stations de base La configuration que nous avons choisie est de type S111 (3 Secteurs avec 1 TRX par

secteur) pour les zones urbaines et suburbaines.

Pour les axes routiers nous mettons surtout l’accent sur la couverture incar car sur la

route on ne trouve généralement pas d’agglomérations de populations importantes. Aussi, la

configuration adoptée sera donc de type S11.

Dans la partie simulation nous avons considéré une cellule unique où les

utilisateurs sont uniformément répartis sur un rayon donné (le rayon maximal déduit du bilan

de liaison).

La puissance reçue par le RadioRouter Base Station sera égale à la puissance émise

par le mobile affectée par l’affaiblissement de parcours.

Enfin, le modèle de propagation utilisé pour l’affaiblissement de parcours est donné

par le modèle du Cost231-Hata comme nous l’avions indiqué dans le chapitre II.

VI.2. Résultats obtenus

Après avoir introduit toutes ces données dans notre outil, nous obtenons les résultats

suivants :

� Bilan de liaison sur le lien montant

Service 10 kb/s Service 64 kb/s Service 144 kb/s Service 384 kb/s Type de

zone Pathloss Rayon Pathloss Rayon Pathloss Rayon Pathloss Rayon

Urbaine 173,83 5,6 165,77 3,33 162,25 2,65 157,99 2,01

Suburbaine 173,83 13,98 165,77 8,31 162,25 6,63 157,99 5,04

Rurale 163,83 21,68 155,77 12,90 152,25 10,28 147,99 7,81

Tableau III.6. : Pathloss maximum et rayon de cellule par service

� Simulation

L’interface ci-dessous présente un exemple de calcul du rayon estimé de la cellule

pour un nombre d’utilisateurs actifs égal à 100. Ainsi, pour un rayon initial de 5,6 km (tiré du

bilan de liaison pour le service à 10 kb/s) et un nombre de 100 utilisateurs actifs, nous constatons

que seuls 96 utilisateurs respectent la qualité de service et le rayon de la cellule est estimé à 3,4

km. Dans cette simulation, nous avons supposé la charge du réseau à 50% ce qui nous conduit à

un seuil de réception de la station de base à -144,82 dB.



75

Figure III.29 : Détermination du nombre d’utilisateu rs vérifiant le QoS et du rayon estimé de la cellule

Le tableau III.4. nous fait le point sur le nombre d’utilisateurs actifs qui respectent le

QoS cible avec le rayon estimé correspondant. Les données initiales du simulateur sont le

nombre d’utilisateurs actifs (N=100 utilisateurs pour tout type de service) et le rayon maximal

de départ (nous avons choisi les rayons du tableau III.2.). La charge du réseau a été fixée 50%

et la couverture à 95%.

Service 10 kb/s Service 64 kb/s Service 114 kb/s Service 384 kb/s Type de

zone Users

actifs

Rayon

en km

Users

actifs

Rayon

en km

Users

actifs

Rayon

en km

Users

actifs

Rayon

en km

Urbaine 96 3,40 96 2,03 98 1,6 99 1,21

Sensibilité

BS

-144,82 -136,75 -133,24 -128,98

Utilisateurs

actifs

100

Tableau III.7 : Nombres d’utilisateurs actifs respectant le QoS par service



76

Enfin, la courbe de la figure ci-dessous présente l’évolution de la taille de la cellule en

fonction de sa charge.

Variation du rayon de la cellule en fonction de la charge

11,21,41,61,8

22,22,42,62,8

33,23,43,63,8

44,24,44,64,8

55,25,45,65,8

6

30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Nombre d'utilisateurs actifs

Ray

on d

e la

cel

lule

en

km

Service à 10 kb/sService à 64 kb/sService à 144 kb/sService à 384 kb/s

Figure III.30 : Variation du rayon de la cellule en fonction de la charge

� Dimensionnement

Désignation Zone urbaine Zone suburbaine Zone rurale Nombre de clients 80000 53333 26667 Débit total sur UL 2624,56 1749,70 874,85 Débit total sur DL 16857,39 11238,26 5619,12 Nombre de porteuses UL 1750 1167 584 Nombre de porteuses DL 5620 3747 1874 Nombre de cellules 43 54 11 Nombre de station de base

15 18 6

Tableau III.8 : Résultat du dimensionnement

VI.3. Interprétation et évaluation des performances

On remarque d’après ces résultats que l’affaiblissement maximum (et donc le rayon de la

cellule) varie en fonction du type de service. Ceci vient du faite que la portée d’une cellule est

d’autant plus faible que la charge supportée est grande.

Le tableau III.5. nous présente le résultat de l’estimation du rayon de la cellule en

fonction du nombre d’utilisateurs vérifiant la qualité de service et cela pour différents nombres

d’utilisateurs actifs N avec le même rayon initial de cellule égal à 5,6 km (pour le service de 10

kb/s).



77

Nombre d’utilisateurs actifs (N)

Nombre d’utilisateurs vérifiant le QoS (J)

Seuil de réception de la station de base (dB)

Rayon estimé de la cellule (Km)

Charge du réseau

50 49 -145,60 3,55 40%

60 57 -145,23 3,50 45%

70 67 -144,82 3,40 50%

80 77 -144,36 3,30 55%

90 86 -143,85 3,20 60%

100 96 -142,60 2,95 70%

Tableau III.9 : Variation du rayon de la cellule en fonction du nombre d’utilisateurs

Ce tableau nous permet de mettre en relief l’interdépendance entre la taille et la

capacité dans une cellule. Ainsi, nous remarquons que lorsque le nombre d’utilisateurs actifs

pour un service donné (service 10 kbit/s par exemple) augmente, le rayon de la cellule décroît.

Nous expliquons cela par le fait que lorsque le nombre d’utilisateurs actifs augmente, le

niveau de charge augmente aussi dans le système. Cette augmentation de charge a pour effet

une augmentation du niveau de bruit dans la cellule donc une limitation de la couverture.

Nous constatons que pour un seuil du nombre d’utilisateurs donné, donc un niveau de charge

constant, le rayon de la cellule reste constant avec un niveau de qualité de service qui respecte

le QoS cible ; mais au delà de ce seuil la qualité de service se dégrade.

VII. Comparaison entre le système Flash-OFDM et le système 3G Comme ses prédécesseurs que sont le GSM et le CDMA, le Flash-OFDM est une

technologie d’interface radio conçue pour les réseaux métropolitain (le déploiement du réseau

nécessite l’octroi d’une une licence radio par l’autorité de régulation). Sa différence avec les

autres techniques d’accès réside au fait que c’est un système à commutation de paquets et le

protocole IP est y natif. Cette différence lui permet ainsi de fournir de la voix et des données en

large bande, d’améliorer le rayon de couverture (environ 5 km en urbain, 10 km en suburbain et

25 km en rural) et la vitesse de la mobilité (jusqu’à 250 km/h). [10]

Le système Flash-OFDM de Flarion tel que nous l’avons décrit dans le chapitre premier

se présente comme une solution Tout-IP. Le RadioRouter Base Station est relié à un réseau IP

par l'intermédiaire d'un backbone standard (voir figure III.9.(a)). Il route essentiellement les

paquets reçus du terminal mobile au réseau approprié par l'intermédiaire de l'interface radio

Flash-OFDM. L'équipement terminal mobile, plus intelligent que les équipements ordinaires,

permet à n'importe quel hôte IP de se connecter au réseau. [1]



78

Comme base de comparaison, nous avons reproduit dans la figure III.9. une architecture

des deux systèmes. L’architecture de la figure III.9.(b) est celle d’un système 3G du 3GPP (third-

generation partnership project). Ce réseau se compose de beaucoup d'éléments qui compliquent

son architecture. En d’autres termes, le protocole IP n’y est pas natif c'est-à-dire que les éléments

du réseau, pour utiliser le protocole IP, sont tenus d’employer la technique du tunneling ou subir

des modifications supplémentaires. En particulier, un Node B est responsable de la

communication avec le terminal de l'utilisateur (UE) sur l'interface air. Un RNC (Radio Network

Controller) commande plusieurs Nodes B. Ainsi, le RNC dirige le trafic de voix vers le MSC

(Mobile Switching Center) du GSM et le trafic de données vers le SGSN (Serving GPRS

Support Node) du GPRS (General Packet Radio Services). Le MSC est relié au réseau public

téléphonique commuté (PSTN) par le gateway du mobile (GMSC). Quant au SGSN, il est relié à

l'Internet par le gateway du GPRS (GGSN). Dans le système Flash-OFDM par contre, le

protocole IP est natif; donc plus besoin de tunneling ni de modifications supplémentaires. La

voix est traitée comme un type spécial de données et c’est un seul et même réseau qui s'occupe

de façon intégrée de la voix et des données.

Réseau

téléphoniqueRéseau

téléphonique

Internet

Internet

Réseau IPGMSC

RNC

SGSN

GGSN

RNC

MSC

Terminal

mobile

Terminal

mobile

Station de base

(RAR)

Node B

b

a

Figure III.31 : Architecture de systèmes : (a) système Flash-OFDM et (b) système 3G



79

Au niveau architecture protocolaire, la figure III.10. nous permet de comparer les éléments et les protocoles associés au système Flash-OFDM et ceux d'un système 3G [1].

Figure III.32 : (a) Piles de protocole pour un système Flash-OFDM et (b) un système 3G

Dans le système Flash-OFDM de Flarion, le trafic IP est naturellement transporté sur

l'interface radio entre un terminal mobile et la station de base. Cette situation permet donc à la

station de base d’avoir une connaissance centralisée de tous les paquets IP et de l'environnement

du canal radio ce qui lui facilite la gestion de la qualité de service IP sur le lien radio. Dans les

systèmes 3G par contre, entre l’équipement de l’utilisateur et le cœur du réseau IP, les différents

protocoles de couche se terminent aux différents points de transition du réseau (voir figure

III.10.(b)). La technique d’encapsulation se présente alors comme une solution incontournable

pour ce système. Les paquets du réseau sont encapsulés par le protocole point-to-point (PPP) par

le serveur d'accès réseau (NAS) et envoyés au terminal mobile. De même, le terminal envoie les

paquets PPP que le NAS désencapsule et les envoie au réseau [1]. La prise en compte de la



80

qualité de service IP se trouve ainsi limitée par l’utilisation cette technique

d’encapsulation/désencapsulation.

Un autre avantage que le système Flash-OFDM a sur le système 3G est la possibilité de

réutiliser plusieurs protocoles développés pour l'Internet : la gestion de la mobilité est effectuée

en utilisant le protocole IP mobile, les handovers sont faits via une signalisation de la couche 3,

ce qui facilite également le roaming inter technologie, tels que les réseaux locaux IEEE 802.11.

En termes d’efficacité spectrale nous remarquons que le lien radio OFDM permet 3 fois

plus d’efficacité spectrale que le lien radio CDMA.

Enfin, la faible signalisation en entête conduit à un meilleur rendement et à des débits

utiles plus élevés.

VIII. Conclusion Dans ce chapitre, nous avons présenté notre outil de planification/dimensionnement d’un

réseau radio basé sur la technologie Flash-OFDM de Flarion. Une description détaillée des

modules de l’outil a été faite, suivie d’une présentation des interfaces développée. L’approche

adoptée dans sa conception nous a paru tout à fait originale dans la mesure où la

planification/dimensionnement se fait en une seule étape. Cet outil a ensuite été testé sur la

région de grand Tunis.

Une comparaison de la technologie Flash-OFDM et du système CDMA a été faite dans la

dernière partie du chapitre. Il ressort de cette comparaison que la technologie de Flarion présente

plus d’avantages que le CDMA : elle est moins coûteuse tant pour les opérateurs (car nécessite

moins d’investissement) que pour les utilisateurs. Elle présente une meilleure efficacité spectrale,

elle ne connaît pas d’interférence (car les porteuses attribuées aux utilisateurs sont vraiment

orthogonales), bref elle présente une meilleure performance (un haut débit et une faible latence)

que le CDMA.



81

Conclusion générale

Aujourd’hui, la mobilité s’est imposée aux utilisateurs des systèmes de

communication comme une nécessité impérieuse.

Le standard TCP/IP constitue le réseau le plus étendu au monde ; et partant du

principe Anywhere, Any Time, Network Access (un accès au réseau de n’importe où et

n’importe quand), le réseau IP est devenu l’une des principales sources d’informations. Un

abonné ne devrait plus avoir à transporter des données dans ses valises, étant susceptible

d’établir une connexion à tout moment pour récupérer ce dont il a besoin.

À l’échelle planétaire, la quasi-totalité des pays fournissent une entrée au réseau

Internet. Et comme l’on est parvenu à assigner à ce dernier des mécanismes de mobilité grâce

au protocole IP Mobile, alors on garantit de fait à ses utilisateurs un accès universel, simple

d’emplois et pratique. Du même coup on s’imagine la part de marché que pourrait avoir un

opérateur qui fournirait un vrai réseau tout IP.

Flash-OFDM, la solution proposée par Flarion et qui a fait l’objet de ce projet de fin

d’études, se présente justement comme une alternative pour les opérateurs. C’est une solution

Tout IP car les choix de conception faits dans les couches physiques, MAC et liaison de

données ont été conduits par l’objectif d’étendre l’Internet dans l’espace radio.

Ce projet a commencé par une présentation complète de la technologie Flash-OFDM.

Nous avons donc présenté ses origines, son évolution et son principe de fonctionnement. La

philosophie de conception de ses différentes couches, l’architecture de l’interface radio et la

gestion de la mobilité ont également été étudiées.

Dans le second chapitre, nous nous sommes intéressés à l’étude de la planification

d’un réseau radio basé sur la technologie Flash-OFDM. Nous avons donc commencé par

présenter les modèles de trafic et définir le profil des utilisateurs afin de pouvoir évaluer la

charge de trafic sur les différents liens. Ensuite, nous avons poursuivi le processus par des

tâches de dimensionnement du réseau. Au cours de cette étape, il a surtout été question de

bilan de liaison, de la détermination du nombre de station de base, bref du nombre de cellule à

déployer pour desservir une zone étudiée. Enfin, nous avons abordé dans la troisième et

dernière partie du chapitre le processus de planification d’un réseau Flash-OFDM en

présentant surtout les fonctionnalités du simulateur que nous avons développé et qui fait partie

de l’outil de planification que nous avons conçu.

L’un des objectifs du projet était la conception d’un outil de planification. Aussi,

avons-nous réservé le troisième chapitre du rapport pour faire face à cet objectif. Dans un



82

premier temps nous avons d'abord de posé la problématique qui consiste à définir les

paramètres d’entrée/sortie et les objectifs de l’outil de planification dans un cahier des

charges. Ensuite, nous avons présenté les fonctionnalités de l’outil à travers les

organigrammes, les modules et les interfaces développés. Dans une deuxième phase nous

avons effectué un test d'évaluation de l'outil en traitant un exemple de déploiement d’un

réseau Flash-OFDM dans la région de grand Tunis. Les résultats ont été plutôt satisfaisants

puisque les objectifs définis dans le cahier des charges ont été atteints. Enfin nous avons

terminé le chapitre par une étude comparative entre un système 4G basé sur Flash-OFDM et

le système 3G du 3GPP. Il ressort de cette comparaison que le système de Flarion présente

bien plus d’avantages que celui du 3GPP (vrai réseau tout IP, efficacité spectrale élevée,

facilité de déploiement, débit élevé par rapport à la mobilité, etc.).

Compte tenu de la jeunesse de la technologie Flash-OFDM et du fait que c’est une

technologie propriétaire, nous avons préféré donner à notre outil un aspect assez évolutif pour

qu’il puisse intégrer les changements ultérieurs.

En effet, vu sa conception orientée objet, notre application pourrait bien accepter des

enrichissements qui touchent le modèle de propagation ou la méthode de planification en

spécifiant par exemple d'autres critères de qualité de service.



83

Annexes



84

Annexe 1 : Modèles de trafic

1. Le modèle VoIP

Puisque le système Flash-OFDM est un système d’accès radio orienté IP, alors toutes les

applications de voix ne peuvent être que basées sur la voix sur IP (VoIP pour dire Voice over IP).

Le modèle du trafic de voix dépendra du codec de voix utilisé. La voix en général suit un

modèle de Markov avec différents taux (plein taux, demi taux, etc..) et un ensemble

correspondant de probabilités de transition entre les différents taux.

Ainsi en choisissant le codeur de source de taux fixe avec détection d’activité de la voix

(ITU-T G.729B), le trafic de voix sera généré avec un facteur d’activité vocale de 0,4 et le

pourcentage de mélange du taux de données vocales sera le suivant :

� 40% à 8 kbps (actif : codage/décodage des données de la parole)

� 60% à 0 kbps (inactif : aucune transmission).

La figure II.1 ci-dessous présente le modèle de Markov pour un vocoder à 2 états avec

détection d’activité de voix.

Supposons que le temps moyen d’un dwell dans les états actif et inactif est

respectivement 1 seconde et 1,5 secondes c'est-à-dire :

4.05.11

1)('

0.1

5.1

=+

=⇒

=

=

VAFvocaleactivitédFacteur

sT

sT

actif

inactif

(1)

avec VAF pour dire Voice Activity Factor.

Avec la durée de trame de 10 ms, le nombre de trame générées en 1 seconde est de 100.

Ainsi, les probabilités de transition correspondantes sont les suivantes :

100

1)|(

150

1)|(

=

=

AIP

IAP (2)



85

Figure 1. : Modèle de Markov pour un vocoder à 2 états 2. Le modèle Web Browsing

Dans ce modèle, une session correspond à la période pendant laquelle l’usager est

connecté au réseau. Elle contient plusieurs téléchargements de page Web. La session est divisée

en deux périodes : la première période représente les téléchargements de page Web et la seconde

les temps intermédiaires de lecture. Sur la figure 2, les téléchargements de page Web sont

mentionnés comme des appels de paquet. Nous interprétons ces deux périodes comme le résultat

d'une interaction humaine au cours de laquelle l'appel de paquet représente une demande

d’information de l'utilisateur et le temps de lecture identifie le temps requis pour étudier la page

Web.

Figure II.2. : Flux de données pour une session de Web browsing

En général, les trafics Web browsing se ressemblent énormément; c'est-à-dire que ce

trafic présente des statistiques semblables sur différentes périodes (d’une page à une autre le

comportement reste le même). Ainsi, un appel de paquet, exactement comme une session de



86

paquet, est divisé en deux périodes comme le montre la figure 3. Mais, contrairement à la session

de paquet, les deux périodes dans un appel de paquet sont attribuées à l'interaction entre machine

plutôt que l'interaction humaine comme dans le cas d’une session.

Figure II.3. : Contenu dans un appel de paquet

Pour mieux comprendre ce schéma, nous dirons tout simplement qu’un objet principal

représente l’objet pour lequel la session Web a été entreprise (il peut être matérialisé par

l’information ou la page maîtresse d’un site). Les objets inclus, quant à eux, peuvent être

représentés par les pages secondaires qui accompagnent les pages web. Il s’agit surtout des

encarts publicitaires inclus dans les pages web ou les différents liens animés qui s’y trouvent.

Les paramètres pour le trafic web browsing peuvent être représentés comme suit :

� SM : taille de l'objet principal dans une page ;

� Se : taille d'un objet inclus dans une page ;

� Nd : nombre d'objets inclus dans une page ;

� Dpc : temps de lecture ;

� Tp : temps d'analyse pour la page principale.

Le tableau 2 ci-dessous décrit les distributions de ces paramètres :



87

Composant Distribution Paramètres PDF

Taille de l’objet principal (SM)

Lognormale Moyenne = 10710 octets

Minimum = 100 octets

Maximum = 2 Mo

Taille de l’objet inclus (SE)

Lognormale Moyenne = 7758 octets

Minimum = 50 octets

Maximum = 2 Mo

Nombre d’objets inclus par page (Nd)

Pareto Moyenne = 5.64

Max. = 53

Temps de lecture (Dpc)

Exponentielle Moyenne = 30 sec

Temps d’analyse (Tp)

Exponentielle Moyenne = 0.13 sec

Tableau 2. : Paramètres du trafic Web browsing [14]

3. Le modèle FTP

Dans les applications FTP, une session se compose d'une séquence de transferts de

fichier, séparée par des périodes de lecture. Les deux principaux paramètres d'une session FTP

sont :

� S: la taille du fichier à transférer ;

� Dpc: temps de lecture, c’est-à-dire, l'intervalle de temps entre la fin du téléchargement

du fichier précédent et la demande d'utilisateur du prochain fichier.

La figure 4 montre la trace de paquet d'une session FTP et tableau 3 décrit les paramètres

d’une session d'application FTP.

( )

35.8,37.1

0,22

ln 2exp

2

1

=µ=σ

≥

σ

µ−−

σπ= x

x

xxf

( )

17.6,36.2

0,22

ln 2exp

2

1

=µ=σ

≥

σ

µ−−

σπ= x

x

xxf

55,2,1.1

,

,1

===α

=

α

=

<≤+α

αα

=

mk

mx

m

kf x

mxk

x

kf x

033.0

0,

=λ

≥λ−

λ= xex

f x

69.7

0,

=λ

≥λ−

λ= xex

f x



88

Figure 4. : Trace de paquet dans une session FTP

Composant Distribution

Paramètres

PDF

Taille du fichier (S)

Lognormale Moyenne= 2Mo

Maximum = 5 Mo

Temps de lecture (Dpc) Exponentielle

Moyenne = 180 sec.

Tableau 3. : Paramètres du modèle de trafic FTP [14]

4. Le modèle de flux multimédia

Il est important de noter que le volume des séquences vidéo constitue la partie

prépondérante dans le trafic multimédia. De ce fait, nous pensons qu’il est suffisant

d’approximer le trafic multimédia par un modèle de trafic de la composante vidéo.

Une session de vidéo streaming est définie comme schématisée sur la figure 5 ; elle est

généralement égale au temps de simulation pour ce modèle.

( )

45.14,35.0

0,22

ln 2exp

2

1

=µ=σ

≥

σ

µ−−

σπ= x

x

xxf

006.0

0,

=λ

≥λ−

λ= xex

f x



89

Figure II.5. : Modèle du trafic vidéo streaming [14]

Chaque trame de données vidéo arrive à un intervalle régulier T déterminé par le

nombre de trames par seconde (fps pour dire frames per second). Chaque trame est

décomposée en un nombre fixe de tranches, chacune transmise comme un seul paquet. La

taille de ces paquets/tranches est distribuée suivant une loi de Pareto. Le délai de codage, Dc,

au niveau du codeur vidéo introduit des écarts d’intervalles entre les paquets d'une trame. Ces

intervalles sont modelés par une distribution de Pareto. Le paramètre TB est la longueur (en

secondes) de la fenêtre bufférisée de gigue dans la station mobile. Il est utilisé pour garantir

un affichage continu des données de vidéo streaming. Ce paramètre est utile pour

l'identification des périodes où la contrainte temps réel de ce service n'est pas rencontrée.

Comme critère de performance, la station mobile peut enregistrer la durée pendant

laquelle le tampon gigue tourne à vide. La fenêtre du tampon gigue pour le service vidéo

streaming est de 5 secondes.

En utilisant une source vidéo avec un taux de 32 kbps, les paramètres du modèle de

trafic vidéo peuvent être définis comme suit (voir tableau 4).

Types information

Temps d’inter-arrivée entre le début de chaque trame

Nombre de paquets (tranches) dans une trame

Taille d’un paquet

Temps d’inter-arrivée entre les paquets dans une trame

Distribution Déterministe (Basé sur 10 fps)

Déterministe Pareto (Moyenne= 50 octets, Max= 125 octets)

Pareto (Moyenne= 6ms, Max= 12.5ms)

Paramètres de la Distribution

100ms 8 K = 20 octets α = 1.2

K = 2.5ms α = 1.2

Tableau 4. : Paramètres du modèle de trafic vidéo streaming [14]



90

Annexe 2

Les organigrammes III.4. et III.5. servent à calculer le rayon de couverture d’une

cellule pour un nombre d’utilisateurs (N) bien déterminé. Les étapes de cet organigramme

sont les suivantes :

On suppose que le rayon de la cellule pour ce nombre d’utilisateurs est égal au rayon

maximal fixé d’après l’interface de calcul des paramètres du bilan de la liaison.

Soit à décomposer la cellule supposée parfaitement circulaire en plusieurs pistes

circulaires élémentaires. On suppose le rayon d’une piste égal à la distance entre la cellule et

un point de cette piste. Le rayon initial de la piste est donné par la formule suivante :

N

RL

2

max0 =

avec

N : nombre d’utilisateurs.

Rmax : rayon maximal de la cellule.

Les rayons des autres pistes sont donnés par l’expression suivante :

( ) NRLL ii

max221 += −

avec

i : numéro de la piste.

Par la suite, nous déterminons la distribution des distances pour les différents mobiles

uniformément répartis dans la cellule. Pour chaque abonné numéro i la distance est donnée

par la formule suivante :

2

1−+= iii

LLd

avec

N

Rd

4

max0 =

Ainsi, nous pouvons calculer l’affaiblissement de parcours pour chaque utilisateur i

comme suit :

L i = 132.65 + 37.19 log(di)



91

Par la suite on peut déduire la puissance d’émission de chaque mobile i à travers la

formule suivante :

Pe(i) = Li + Ps

avec

Ps : puissance seuil de réception de la station de base.

Dans une deuxième partie, on cherche à identifier le nombre d’utilisateurs vérifiant la

qualité de service fixée par l’opérateur par une simple vérification de l’appartenance de la

puissance Pe(i) à l’intervalle [Pmin(i), Pmax(i)].

Nous soulignons que les puissances Pmin(i) et Pmax(i) sont normalisées.

Après l’identification du nombre (J) de mobile répondant à la qualité de service (QoS)

fixé, on calcule alors le paramètre α donné comme par :

N

JN −=α

Ce calcul nous conduit à deux éventualités :

� α <0,05 : dans ce cas le rayon de la cellule sera Rmax.

� α >0,05: on doit diminuer Rmax de ∆r (dans notre cas nous avons choisi ∆r = 50

m) et nous recommençons les différents étapes de l’organigramme.



92

Bibliographie

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Access Network’’, September 2004

[2] Flarion Technologies Inc., " OFDM for Mobile Data Communications ", March 2003

[3] G.Tsirtsis, S. Corson, A. O’Neill, V. Park. “IP Unwired: A True IP-based Cellular

Network”, Flarion Technologies Inc., April 2001.

[4] G.Tsirtsis, S. Corson, A. O’Neill, V. Park. “IP Unwired: A True IP-based Cellular

Network”, Flarion Technologies Inc., April 2001.

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Interface“

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Technologies Inc., April 2003.

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wireless networks”, White paper, March2004.

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Broadband Communications”, Flarion Technologies, Arpil 2003.

[11] Alan O’Neill , “IP Networking Untethered”, Flarion Technologies, April 2003.

[12] http://grouper.ieee.org/groups/802/20/: “A Vision of an IP-based Cellular Network”,

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[14] http://grouper.ieee.org/groups/802/20/, "Traffic models for IEEE 802.20 MBWA system

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[15] Sami Tabbane, "Ingénierie des réseaux cellulaires", HERMES Science Publications,

Paris, 2002.

[16] Walid BEJI, " Planification d’un réseau LMDS pour la fourniture de services haut

débit en Tunisie", Rapport de PFE, Ing. Sup’Com, 2003.



93

Terminologie

ARQ Automatic Repeat Requests

BS Base Station

CDMA Code Division Multiple Access

CRC cyclic redundancy check

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

Flash-OFDM Fast, Low-latency Access with Seamless Handoff – OFDM

GPRS General Packet Radio Services

IEEE Institute of Electrical and Electronical Engineers

IP Internet Protocol

LAN Local Area Network

LDPC Low-Density Parity-Check

MAC Media Access Control

MBWA Mobile Broadband Wireless Access.

MSC Mobile Switching Center

Node B Station de base en UMTS

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PLMN Public Land Mobile Network

QoS Quality of Service

RAN Radio Access Network

RAR Radio Access Router

RNC Radio Network Controller

RTT Round Time Trip

SGSN Serving GPRS Support Node

TDMA Time Division Multiple Access

UE User Equipement

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

VAF Voice Activity Factor

VoIP Voice over IP

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WT Wireless Terminal

Documents

4G_OFDMA