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Algotel
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ENST Algotel 2000Xavier Lagrange
Performances des rseauxcellulaires
Sommaire
Prsentation de l'quipe
1. Rseau cellulaire et interfrences
2. Gestion des interfrences
3. Analyse de performance (tltrafic)
4. Autres tudes
5. Conclusion
Prsentation de l'quipe
Accs et mobilit dans les rseaux
Philippe Godlewski : responsable du groupe
Maurice Gagnaire (travail sur l'accs dans les rseaux optiques)
Xavier Lagrange
Lutfi Nuaymi (ESIB, Beyrouth, Liban)
Thsards dans le domaine mobile
Wessam Ajib : allocation de ressources et squencement dans les rseaux GPRS
Muhammad Kazmi : allocation de ressources et adaptation de liens dans les rseaux UMTS
Claudiu Mihailescu (avant mars 2000) : allocation de ressources dans les rseaux UMTS
Constantin Dimou : protocoles de liaisons pour les rseaux UMTS
1ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
1. Rseau cellulaire et interfrences
1.1. Rappel sur le concept cellulaire
Le territoire est divis en cellules, desservies chacune par une station de base, l'ensemblede ces cellules formant un seul rseau (sans que cette division soit perceptible ni unusager du rseau fixe, ni un usager mobile)
Les mmes canaux de frquence sont rutiliss dans plusieurs cellules selon la capacit dusystme rsister aux interfrences.
2 objectifs
Assurer une couverture BS
mobile
Rutilisation de ressourceD
RR
f 1f 1
2ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
La propagation en milieu urbain ou rural peut tre approxime (avec des antennesomnidirectionnelles) par :
Puissance utile reue : C = pe krg ashadow
Affaiblissement de parcours h (path loss) fonction de la distance rg : coefficient d'attnuation entre 2 et 4 (typ. 3,5)
h = krg
Loi alatoire modlisant l'effet de masqueLoi log-normale centre sur 0dB d'cart type 5 7 dB
ashadow
Les phnomnes d'vanouissement sont supposs corrigs par des traitementsspcifiques sur la couche physique (saut de frquence et entrelacement, talement despectre,)
3ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
1.3. Bruit et interfrences
Signal utile pour mobile 1
Signal utile pour mobile 2
Interfrences pour mobile 1
DBS A BS BMS 1 MS 2
f1 f1
On utilise la mme frquence sur deux sites loigns.Diffusion des ondes => interfrences co-canal
Grandeurs principalesC : Puissance du signal utileI : Ensemble des interfrences (rduites souvent linterfrence co-canal)N : Bruit
Le rapport Signal sur Bruit sexprime ici comme un rapport C/(I+N)
Du fait de la rutilisation des frquences : N
Chaque systme a un certain C/I de fonctionnementSystmes analogiques : 18 dBGSM : 9 dB
Plus le seuil est bas, plus deux sites utilisant la mme frquences peuvent tre proches.
Planification cellulaire pour C/I 18 dB Planification cellulaire pour C/I 9 dB
D D
5ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
2. Gestion des interfrences
2.1. Modle gnral des tudes : le modle hexagonalModle rgulier
topographie:pas d'obstacle particulier
pas de sectorisationantennes non directives
(omnidirectionnelles)
interface radio :mme puissances mises
trafic :mme activit dans chaque cellule
seule interfrence considre :interfrence co-canal
6ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
2.2. Principe gnral du calcul d'interfrence
Cas de la voie descendante
BSk+2BSk BSk+1
BS0 BS1
hi,k
MSi
Iext
hi0Iint
hi,k+1hi,k+2
Pour le mobile i=0 (et en ngligeant le bruit de fond)C0 = Pe,0,0 a0,0 h0,0Iint,0 = a h0,0
j BS0,j 0
d j Pe,j,0 a0,0
(a est le facteur d'orthogonalit)
Iext,0 = k K , k 0
Ptot,k a0,k h0,k.
C0/Itot,0 =
a j BS0,j 0
d j
Pe,j,0Pe,0,0
+ k K , k 0
Ptot,k Pe,0,0
a0,k a0,0
h0,k h0,0
1
7ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Cas de la voie montante sans contrle de puissance
BSk+2
BS0 BS1
BSk
MSi
BSk+1
Iext
hi0Iint
hj+1,0
hj,0 hj+2,0
Pour le mobile i=0 (et en ngligeant le bruit de fond)
C0 = PM,0 a0,0 h0,0. Itot,0 = k K
j BSk,j 0
d j PM,j aj,0 hj,0.
C0/Itot,0 =
k K
j BSk,j 0
d j PM,j PM,0
aj,0a0,0
hj,0 h0,0
1.
8ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Cas de la voie montante avec contrle de puissance
BSk+2
BS0 BS1
BSk
MSi
BSk+1
Iext
hi0Iint
hj+1,0
hj,0 hj+2,0
Mme puissance reue la station de base venant de tous les mobiles connects
Pour tous les mobiles j connects la stations de base k PM,j aj,k hj,k = Ccible
C0/Itot,0 =
b j BS0,j 0
d j + k K , k 0
j BSk
d j aj,0aj,k
hj,0hj,k
1.
avec b =0 pour le TDMA, b =1 pour un systme TDMA (orthogonalit)d j facteur d'activit moyenne (e.g. 0,45 environ pour une communication vocale)
9ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
2.3. Cas d'un systme TDMA
pas d'interfrence interne :orthogonalit parfaite entre utilisateurs d'une mme cellule sur voies montantes etdescendantes=> a=0 sur voie descendante
C0/Itot,0 =
k K , k 0
Ptot,k Pe,0,0
a0,k a0,0
h0,k h0,0
1
rutilisation des frquences en respectant une distance minimale
impact sur la rpartition du C/I
du saut de frquence
du contrle de puissance
de la transmission discontinue
de l'utilisation d'antennes adaptatives
en gnral, approche par simulation
10ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Rpartition du C/I sur la voie montante
28262422201816141210
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Seuil (dB)
P(C
/Is
euil)
sans contrlede puissance
avec contrle de puissance parfait
Cas dun rseau tri-sectoris avec un motif 12. Attnuation en 1/r3,5. Effet de masquedcart-type 6 dB avec corrlation des masques.
11ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Rpartition du C/I sur la voie montante
28262422201816141210
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Seuil (dB)
P(C
/Is
euil)
sans contrlede puissance
compensation totalede l'affaiblissement
compensation partiellede l'affaiblissement
Lorsquil est activ, le contrle de puissance est suppos parfait.
Rpartition du C/I avec et sans contrle de puissance sur la voie descendante
12ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
2.3. Cas d'un systme CDMA
Interfrence interne sur la voie montante : codes non orthogonaux entre mobiles
Interfrence interne sur la voie descendante
nulle dans un systme sans multitrajets
non nulle dans un systme avec multitrajets (cas rel)
rutilisation de la mme frquence sur toute la cellule
utilisation de l'talement
Seuil Eb/N0 constant pour un taux d'erreur donn (Eb=Energie d'un bit)
Facteur d'talement W/ri = bande du signal / dbit
Plus le dbit lev, plus le C/I doit tre fort
Eb/N0 = Wri
CI
13ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Quelques problmatiques en CDMA
Question principale : comment allouer la puissance ?
calcul de la capacit thorique dans un systme symtrique (e.g. services vocaux)
systme limit par la voix montante du fait de l'interfrence interne importante
importance du contrle de puissance
calcul de l'interfrence externe
rpartition optimale de la puissance entre mobiles qui demandent des dbits diffrents
puissance de la station de base limite
rpartition de la puissance sur voie descendante entre utilisateurs qui demandent desdbits diffrents
gestion du soft-handover
14ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
2.4. Optimisation des dbits sur voie descendante
Maximiser le dbit total d'une station de base (le revenu de l'oprateur)
(O) i ri
Contraintes
(C1) i Pe,j,0 Pmax (limite de puissance totale sur station de base)
(C2) ri Ri (dbit minimal assurer)
(C3) g i G i ( t aux d ' e r reu r )
Plusieurs statgies
quit : offrir tous les utilisateurs un dbit gal et suprieur au dbit minimal(" i, rj=r avec r>R)
Privilge : donner le dbit minimal tous les utilisateurs sauf un privilgi,donner tout le reste au privilgi(si 0 est lutilisateur privilgi : rj=Ri pour i 0 et
i Pe,j,0 = Pmax)
Simplification de l'tude : mme dbit Ri pour tous les utilisateurs
15ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Stratgie d'quit (avec mme dbit pour tous utilisateurs)
(C3) g i = Wr
pi hi
a l =1 ,l 0
N
pl hi + Iext,i + N0
= G
r-criture de la contrainte C3
Wr hi pi aG hi l =1 ,l 0
N
pl = G ( Iext,i + N0 )
mise sous forme matricielle ; trouver un vecteur p valeurs positives tel que( I r T ) p = c
T =
0 r 1 r 1
r 1 0 r 1 r 1 r 1 0
et c = r
r
(Iext,1 +N0)/h1 (Iext,2 +N0)/h2
(Iext,N +N0)/hN
e t r = W/Ga
on peut montrer que le dbit maximal est rmax = r /(N1)
il faut vrifier la contrainte de puissance
16ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Stratgie de privilge
toute la puissance de la station de base est utilise
(C3) g i = Wr
pi hi a (PtotMax pi )hi + Iext,i + N0
= G pour i 0
r-criture de C3 pour le calcul de la puissance en fonction des autres paramtres
utilisation de contrainte C1
on peut montrer que le dbit total est maximis si l'utilisateur le plus proche estprivilgi (rsultat trivial)
Question : que se passe-t-il si on privilgie un autre utilisateur que le plus proche ?
17ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Comparaison des stratgies
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9103
104
105
Stratgie de privilge
Stratgie d'quitSyst
em
Tota
l R
ate
(kb
/s)
d0/0.5D1 (distance BS-MS normalise par la demi-distance entre BS)
la stratgie de privilge reste meilleure lorsque l'utilisateur est moins de 75% de lalimite de la cellule
concept d'info-stations
18ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
2.5. Analyse de la macro-diversit
Rappel sur la macro-diversit
Soft-handover : passage d'une cellule l'autre sans aucune rupture de lien
Macrodiversit lien montant: pas de canaux supplmentaires allous selection combining : amlioration de la qualit et de la couverture
Macrodiversit lien descendant canaux supplmentaires allous: augmentation de linterfrence maximum ratio combining
Intrt : permet de minimiser la puissance du mobile mme en cas d'vanouissement
dcalage T1( squence PN
courte 1)
dcalage T2( squence PN
courte 2)
squence longue du mobile
19ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Analyse de la macro-diversit
Principe de macro-diversit (maximum ratio combining) : C/I = C1/I1 + C2/I2
Puissance totale constante par station de base
Paramtre du soft handover: Nombre maximal des BS dans lactive set NAS = 2 Marge du soft handover : MSH
C1/I1 C2/I2
C/I=C1/I1+C2/I2
soft h/o si | C1 C2 | marge
Remarque : le niveau de puissance reu est fonction de la distance et du masque alatoire
20ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Conditions de soft-handover
Approximation : les mobiles en soft-handover sur BS0 et BS1 se trouvent dans unlosange entre BS0 et BS1
BS1BS0
d0d1
losange de rfrence
Probabilit pour un mobile donn d'tre en soft-handover
p0,1 = Pr Pr1 - MSH < Pr0 < Pr1 + MSH( )
p0,1 = Q10g logr0,0 r0,1( ) - MSH
s
- Q
10g logr0,0 r0,1( ) + MSHs
o Q est dfinie par : Q x( ) =12p
e-u2 2du
x
21ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Calcul du nombre d'utilisateurs
Calcul en fonction de la marge choisie
Nsuppl =
r Q
10g log(r0,0/r0,1) MSH
s dA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
soft handover margin MSH (dB)
Addit
ional N
um
ber
of
use
rs d
ue t
o S
oft
Handover
(%)
Plus la marge augmente plus l'interfrence intracellulaire est importante 22ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Analyse de l'interfrence
Leffet de linterfrence intra-cellulaire est le mme pour chaque utilisateur a cause dufacteur dorthogonalit
Leffet de linterfrence inter-cellulaire dpends de manire significative de la position delutilisateur dans la cellule
Sans macrodiversit: p0 = Prob(Pr0 > Pr1+MSH) Eb/N0 : g 0
Avec macrodiversit: p0,1 = Prob(Pr1 MSH < Pr0< Pr1 +MSH) Eb/N0 : g 0,1= g 0 + g 1
Eb/N0 moyen : g = p0 g 0 + p0,1 g 0,1 + p1 g 1
23ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Impact de la marge sur l'interfrence moyenne
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.94
6
8
10
12
14
16
18
20
d0
SIR
(dB
)
a =0.06r =100
MSH=0 dBhard-handover
MSH=4 dB
MSH=10 dB
d0
Distance = 1
24ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Impact de la marge sur l'interfrence la plus faible
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-10
-5
0
5
10
15
wors
t SIR
(dB
)
marge de handover MSH (dB)
r = 100
r = 200
r = 300
r = 50
r = 400
S'il y a trop de mobiles en macro-diversitn, la capacit du systme est rduite
25ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Conclusion et perspectives
L'allocation de ressources en CDMA consiste principalement rpartir astucieusementla puissance entre utilisateurs
en fonction de la distance avec la (ou les) station de base en fonction du service demand
Il semble qu'il vaut mieux partager en temps la puissance plutt qu'en code
On retrouve des problmes d'optimisation (linaire ou non)
Etudier les politiques avec des dbits diffrents
Introduction de l'accs paquet et du contrle d'admission
26ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
3. Analyse de performance (tltrafic)
Concept cellulaire
Maillage de la zone couvrir par des stations de base
Utilisation du concept cellulaire :
allocation des frquences suivant un motif rgulier dans un systme homogne
Densification progressive par sectorisationsubdivision des cellules.
omni sectorisation subdivision(splitting)
27ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Limitation de la densification macro-cellulaire
Zone trs dense : cellules de trs petite taille
Macrocellule de service
Macrocellule interfrente
absence devue directe
vue directe
f1f1
Si la taille des cellules diminue,la possibilit de trajet en vue directe augmente => le C/I diminue
28ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Dploiement micro-cellulaire
microcellule
LOSLOS LOS
microcellule microcellule
LOS = vue directe
absence de vue directe
Antennes largement en dessous du niveaudes toits
Puissance rayonne faible : metteur 2 Wantennes gain moyen
Effet coin de rue BTS
puissance recue Macro-cellule
Micro-cellule
temps
29ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Rseau hirarchique
Installer, sur les zones fort trafic, des micro-cellules pour couler la charge[Lag97]
Garder une couverture par des macro-cellules
pour assurer facilement la continut de la couverture
pour accueillir les mobiles se dplaant une vitesse leve.
couche microcellulaire
couche macrocellulaire
Macro-cellule
Cellule parapluie
Umbrella cell
30ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Problmes lis aux rseaux hirarchiques
Planification cellulaire
f1 f2
C
f4 f1 f4
Rutilisation des frquences de la couche macro dans la couche micro
Interfrences canal adjacent
Seuils de handover
Algorithmes d'affectation des terminaux une couche en fonction de la vitesse 31ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Dimensionnement
Ressource
Couche macro
Couche micro
Couche macro
Couche micro
Ressource
Comment rpartir les ressources pour couler unecharge donne?
32ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Dimensionnement
Quelle stratgie de handover utiliser ?
Utilisation des macro-cellules comme vase de dbordement ?
Possibilit de faire des handover macro-cellule vers micro-cellule (rversibilit) ?
hand-overhand-over
dbordement dbordement retour
hand-over
Comment calculer la qualit de service ?
Modle analytique de calcul de performance sur des configurations rgulires
33ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Gestion des terminaux dans le cas de GSM
Objectifs : affecter les terminaux rapides la couche macro-cellulaire
Deux possibilits (parmi d'autres)
Favoriser le positionnement en veille des terminaux lent sur les petites cellules
Forcer tous les mobiles sur la macro-cellule et transfrer en dbut de communicationles mobiles lents vers la micro-cellule
Hypothse de l'tude thorique : affectation parfaite des terminaux la couchecorrespondante
34ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Modlisation des appels
Arrive des appels, des handover => Processus de Poisson (inter-arrive exponentielle)dans une cellule
Communications => Loi exponentielle (paramtre m )
Dure de prsence dans une cellule =>Loi exponentielle (paramtre a )
q =a /m
probability
handover towards other cells
lH
handover from other cells
l releasenew call
failure 1q = m /m
m = a + m~
~
~
Session : pour un mobile fix, partie d'une communication dans une cellule donne
Dure de session => Loi exponentielle (paramtre m +a )
Probabilit de handover q = a /(m +a )
35ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Principes des tudes de performances pour les rseaux cellulaires
Rseau cellulaire = ensemble de systmes perte
Indpendance statistique entre serveurs
handover l 12Hl 12H
cell 1 cell 2 cell 1 cell 2l 21H
l 21H
Equation d'quilibre des flux : taux de handover "sortie" de la cellule i la cellule j= taux de handover "entre" de la cellule i la cellule j
36ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Modle pour les rseaux hirarchiques (1/2)
Deux types de terminaux : pitons vitesse lente
vitesse = 3 km/hvhicules vitesse
rapidevitesse = 30 km/h
Affectation parfaite possible par le rseau si ncessaire
pitons sur la micro-cellule
vhicules sur la macro-cellule
Deux catgories de rseaux
dbordement
Non-Rversible
dbordement retour
Rversible
37ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Modle pour les rseaux hirarchiques (2/2)
Hypothse d'indpendance statistique des handovers entre les micro-cellules
21
l HP
l HP
l P
l HUV
l UV
l HUV
N
l HP
l HP
l P l HP
l HP
l P
Umbrella cell
microcells
Probabilit de handover pour les pitons dans la couche micro = q P
pour les vhicules dans la couche macro = q UV(U=Umbrella)
Equilibre des flux
38ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Rseaux non rversibles : analyse de la couche micro
Analyse de la couche micro-cellulaire [Lag95] [Lag98a]
Dtermination de la probabilit de perte dans les micro-cellules
Dtermination du taux de dbordement vers la couche macro-cellulaire
lHP
vers couche macro (umbrella)
autresmicrocellules
lP
appel
vers autres micro-cellules
fin decommuni-cations
(1-pB)q P( l P+l HP)
microcellule
q P
1-q P
pB( l P+l HP)
39ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Rseaux non rversibles : processus de dbordement
Equilibre des flux crit sur les taux moyens (approximation un processus de Poisson)
Probabilit de blocage : dbordements modliss suivant un processus de Poissonmodul par une chane de Markov (MMPP, Modulated Markov Poisson Process)
fin de communications
vers autres cellules
MMPP
macro-cellule
handover des vhicules venant de macrocellules
nouveaux appels vhicules
approximation un flux poissonien
dbordement d'une micro-cellule
handover de pitons venant de macrocellules
MMPP IPP
40ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Rseaux rversibles : modlisation
Une session en dbordement est reprise par la couche micro-cellulaire ds qu'uneressource (qui peut accueillir la communication) se libre [Lag98b] [Lag99]
dbordement micro 1
sessions vehicules
1 2 3
cU
Compactage maximum dans la couche micro-cellulaire :
Il y a dbordement si et seulement si le nombre de pitons en communication dans lacouverture d'une micro-cellule est suprieur au nombre de canaux de cette micro-cellule
41ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Exemple de processus de Markov
0,1,0 0,2,0
0,0,1 0,1,1 0,2,1
0,7,0 0,8,0
0,7,1 0,8,1
0,0,7 0,1,7 0,2,7 0,7,7 0,8,7
0,9,0
0,9,1
0,9,7
0,0,8 0,1,8 0,2,8 0,7,8 0,8,8
0,0,0 0,1,9 0,2,9 0,7,9
1,0,0
0,0,0
2,0,0
3,0,0
5,0,0
6,0,02 possible overflows
1 possible overflow
no possible overflow
micro 1s1
micr
o 2
s2s0
s0
s1s2
42ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Equilibre du processus de Markov
Etats non nuls : Sf O s1, sN,sN+ 1( ) = maxsi - ci,0( )
i = 1
N cO dbordement limit cO
f s0,s1, sN,sN + 1( ) = s0 + maxsi - ci,0( ) + sN + 1 cUi = 1
N pas plus de cU terminaux dans une macro
Equations d'quilibre
p (s) = P (0)r 0
UV( ) s0s0!
r i
P( ) sisi!
i = 1
N
.r i
P( ) sN + 1sN + 1!
pour s S
avec
P (0)-1 =r 0
UV( ) s0s0!
r i
P( ) sisi!
i = 1
N
.r
N + 1P( ) sN + 1sN + 1!s S
Probabilit de pertes sur la cellule ipFi
P = p (s0, ,si, sN) si ci
f O s( ) = cO
43ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Problme li aux formes produits
Nombre dtats explosif
pour une configuration exemple
le nombre dtats peut tre valu
ordre de grandeur 10 (10+10)7 =12,8 109
1 7
23
4
5 6
macro-cellule 0
10 canaux
10 canaux
pas de limitation du dbordement
Approches possibles
Systmes irrguliers :mthode de Monte-Carlo : calcul approch par tirage alatoire des tats
et calcul du nombre dtats bloquants
Systmes rguliers :utilisation des symtries : calcul exact en rduisant les tats identiques
programmation rcursive12,8 109 tats => 412 tats
44ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Indicateurs de performance
Grade of service : GoS
Probabilit d'chec d'un appel (appel frais) : PB
Probabilit d'interruption de communication (call interruption probability) : PD
GoS = g PB + (1g ) PD avec g = 0.1
Nombre moyen de handover pendant un appel
pitons : micro -> micro ou micro -> macromacro -> micro (retour ou taking back)
vehicule : macro -> macro
45ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Configuration de rfrence
80 % 20 %
3 km/h 30 km/h
Planification complte et spare couche micro et couche macro (plus petif motif dans lacouche micro-cellulaire)
cU channels
c c
cc
400m
Ressource + Ressource = Ress. micro macro totale
homogen t homothtie
c K/KU+ cU = 30
Capacit = charge maximale (vhicules + pitons) par surface de micro-cellule telle que
GOS pitons et GOS vhicule 1%
46ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Probabilit de perte et d'interruption de communication
pedestrian blocking
pedestrian dropping
vehicle blocking
vehicle dropping
7,57,06,56,05,55,04,54,03,53,0
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
pro
babili
ty
total load per microcell area (Erlang)
Analyse et simulation donnent des rsultats trs proches 47ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Optimisation du partage de ressource
Configuration : 4 micro-cellules = 1 macro-cellulec canaux micro et cU = 30c/2 canaux macro
Capacit Handover
3028262422201816141210864
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
number of channels per microcell
capaci
ty (
Erl
ang) reversible
network
non reversiblenetwork
30282624222018161412108640,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
number of channels per microcell
mean
nu
mb
er
of
han
dove
r
vehicle (non rev. and reversible systems)
taking back(reversible systems)
pedestrians(reversible systems)
pedestrians(non reversible systems)
48ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Optimisation du partage de ressource
Configuration : 4 micro-cellules = 1 macro-cellulec canaux micro et cU = 30c canaux macro
(mme motif pour micro et macro)
Capacit Handover
20181614121086425
6
7
8
9
10
11
non reversible system
reversible system
number of channels per microcell
capaci
ty (
Erl
ang)
20181614121086420,0
0,5
1,0
1,5
2,0
mean n
um
ber
of
handover
vehicle (non rev. and reversible systems)
taking back(reversible systems)
pedestrians(reversible systems)
pedestrians (non rev. sys)
number of channels per microcell
49ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Conclusions de l'tude sur les rseaux hirarchiques
Modlisation des rseaux cellulaires hirarchiquesapplicable dans les rseaux non rguliersutilisable pour diffrents types de stratgie de handover
Modle approch pour les rseaux rversiblesutilisable pour diffrentes configurations (y compris avec de nombreux canaux)incluant le calcul de GoS et du nombre moyen de handover
Comprhension de linterfonctionnement des couches dun point de vue tltrafic pur
un petit nombre de micro-cellules par macro-cellule semble un bonne solution
les rseaux hirarchiques noptimisent pas ncessairement la capacit dans unsystme homogne mais rduisent le nombre de handover pour les vhicules
il est ncessaire de mettre en place un contrle dadmission pour optimiser lacapacit et quilibrer les qualits de services vhicules/pitons
50ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
4. Autres tudes
4.1. Le concept de bunch (bouquet de cellules)
bunch
zone
CU
RAU
bunch
inter-bunch linkintra-bunch link
CU
CU : Central Unit RAU : Remote Antenna Unit
=> mcanismes d'allocation de ressources dans les systmes TDMA/CDMA
51ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
4.2. Etude de la couche RLC/MAC en GPRS
Travail de W. Ajib, encadr par P. Godlewski
SNDCP
LLC
RLC
MAC
PLL
Phy RF
Network
SNDCP
LLC
RLC
MAC
PLL
Phy RF
GGSNPDP (= IP,X25, )
MS
core network+
BSS
Protocole RLC (Radio Link Control) = liaison de donnes adapte aux caractristiquesde l'interface radio
Protocole MAC (Medium Access Control) = partage de la ressource radio
52ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
Recherche sur RLC
Amlioration du protocole d'acquittement et proposition d'un protocole hybrideARQ/FEC additionnel au protocole propos actuellement
Recherche sur MAC
Gestion du partage des canaux physiques entre circuits et paquets
Rpartition des mobiles entre les diffrents canaux physiques utiliss en mode paquets
Partage de la ressource sur un groupe de canaux physiques entre mobiles diffrents(Squencement )
Mobiles multislot Contraintes physiques sur le mobile
53ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
5. Conclusion
Grande diversit de services avec l'UMTS,
Augmentation de la densit de trafic couler
Le dploiement, la configuration et l'optimisation des rseaux CDMA pour la 2megnration sont dj complexes !
Optimisation des dbits avec des caractristiques de services diffrentes
Mode paquet et rseaux CDMA (gestion des interfrences, contrle d'admission,)
L'allocation de ressources radios est encoreun large domaine d'tudes
54ENST - X. Lagrange Performances des rseaux cellulaires - Algotel 2000
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