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7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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Ingénierie des réseaux 3G et 4G
Dr. Soumaya HAMOUDA
Maître-assistante en TélécommunicationsFaculté des Sciences de Bizerte
Formation CIFODECOMSousse du 29 Nov. au 2 Déc. 2011
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 2
Plan de la formation
• 1ère Journée : – Evolution des réseaux cellulaires
– Rappel sur des notions fondamentales en réseaux cellulaires
• 2ème Journée : – Spécifications du système UMTS de la 3G
• 3ème Journée : – Spécifications des systèmes HSPA
– Spécifications du système LTE et au-delà pour la 4G
• 4ème Journée :
– Dimensionnement et planification radio des réseaux cellulaires3G et 4G
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 3
Evolution des réseaux cellulaires
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 4
Plan
I. Evolution des standards et des technologies d’accèsdans les systèmes mobiles et sans fil
II. Evolution des performances des systèmes mobiles et
sans filsIII. Evolution des releases des systèmes 3GPPIV. Evolution des performances des systèmes 3GPPV. Evolution des marchés des réseaux radio mobiles
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I. Evolution des standards et des technologiesd’accès dans les systèmes mobiles et sans fil
• De la 2G à la 4G
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II. Evolution des performances dessystèmes mobiles et sans fil
• Débit théorique et mobilité
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III. Evolution des releases des systèmes 3GPP
• De la R3 (R99) à la R10
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IV. Evolution des performances dessystèmes 3GPP
• Releases vs. débits
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V. Evolution des marchés des réseaux radiomobiles
• Evolution du nombre des pays déployant la 3G
dans le monde
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V. Evolution des marchés des réseaux radiomobiles
• Evolution du nombre d’abonnés la 3G dans le
monde
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V. Evolution des marchés des réseaux radiomobiles
• Evolution du marché mondial des servicesmobiles
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V. Evolution des marchés des réseaux radiomobiles
• Estimation de l’évolution du taux de pénétrationet des abonnés 3G+ au USA
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Rappel sur des notionsfondamentales en réseaux cellulaires
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Plan
I. Architecture des systèmes 2G
II. Les techniques d’accès multiplesIII. Modes FDD et TDDIV. Propagation en environnement radio mobile
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 15
I. Architecture des systèmes 2G : GSM (1/4)
Réseau radio mobile
Réseaud’accès radio
Réseaucoeur
Réseau fixeou mobile
(RTC ou RNIS)
Réseau fixe
ou mobile
(RTC ou RNIS)
contrôle
MS : reçoit et transmetdes donnés du réseau
d’accès radio
BSS : gère les ressources radio et lamobilité des communications et lesachemine depuis le terminal mobile jusqu’auréseau cœur et vis versa.
NSS : assure l’établissementdes appels et l’acheminementdes communications vers leréseau fixe ou mobile
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 16
I. Architecture des systèmes 2G : GSM (2/4)
Um Abis A
Système basé sur la commutation de circuit
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I. Architecture des systèmes 2G : GSM (3/4)
• Quelques spécifications : – Spectre RF du GSM 900 et DCS 1800 (ou GSM
1800)
Bandwidth = 2 x 25 MHz124 porteusesBande Duplex = 45 MHz
Bandwidth = 2 x 75 MHz374 porteusesBande Duplex = 95 MHz
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 18
I. Architecture des systèmes 2G : GSM (4/4)
• Quelques spécifications : – La capacité maximale d'une BTS est de 16 TRX :
• Un TRX (Transmission/Reception Unit) est un émetteurrécepteur qui gère une paire de fréquences porteuses(UL/DL).
– La puissance maximale de transmission d’une BTSest de 5 W, 10 W ou de 20 W (classe 5, 6 ou 7).
– La puissance maximale d’émission d’un mobile GSM900 est de 2 W (classe 4).
– La puissance minimale d’émission d’un mobile GSM
900 est de 2 mW. – La sensibilité (sensitivity) d’un mobile GSM 900
(puissance minimale de réception) est de – 102 dBm)
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I. Architecture des systèmes 2G : GPRS
Introduction de la commutation de paquet
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 20
I. Architecture des systèmes 2G :Comparaison GPRS et EDGE
Évolutions des stations de base!Interface radio (changement de lamodulation) et des terminaux
Paquet274 kbpsEDGE
(2.75G)
Évolution logicielle, mise en place d’unréseau dorsal IP, évolution du réseaud’accès et des terminaux
Paquet170 kbpsGPRS
(2.5G)
Evolution par rapport au GSMType decommutation
DébitRéseau
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II. Les techniques d’accès multiples : FDMA
• Partage temps/ fréquences : – La bande de fréquences est découpée de manière à attribuer en
permanence une partie du spectre à chaque utilisateur .
• Avantages : – Transmission continue : pas de problème de synchronisation. – Faible complexité du terminal mobile.
• Inconvénients : – Faible largeur de bande : canaux étroits (30 kHz ou 10-15 kHz). – Coûts important au niveau infrastructure.
temps
fréquences
Utilisateur 4
Utilisateur 3
Utilisateur 2
Utilisateur 1
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II. Les techniques d’accès multiples :F/TDMA (1/4)
• Partage temps/ fréquences en TDMA – La bande de fréquences est partagée par plusieurs
utilisateurs tel que chaque utilisateur occupe unintervalle de temps particulier.
– Le slot est l’intervalle de temps occupé par unutilisateur.
temps
fréquences
U t i l i s a
t e u r 4
U t i l i s a
t e u r 3
U t i l i s a
t e u r 2
U t i l i s a
t e u r 1
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II. Les techniques d’accès multiples :F/TDMA (2/4)
• F/TDMA en GSM : – Nombre de slots par trame : 8 (8 utilisateurs par trame)
– Durée de la trame est de 4.615 ms
– Application du saut de fréquences
Trame TDMA
temps
fréquences
Canal physique sans
saut de fréquences
f 1
f 2
f 3
f 4
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II. Les techniques d’accès multiples :F/TDMA (3/4)
• Avantages : – Meilleure capacité que la technique FDMA : plusieurs
utilisateurs partagent un même canal fréquentiel.
– Interférences inter-utilisateurs réduite (faiblecontrainte de contrôle de puissance).
– Conservation de batterie pour un utilisateur (exempleen GSM transmission de 1/8 du temps).
– La transmission discontinue rend le Handover(mobilité entre cellules) plus simple.
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II. Les techniques d’accès multiples :F/TDMA (4/4)
• Inconvénients : – Complexité d’allocation des fréquences et slots :
• Planification cellulaire du réseau.
• Chaque utilisateur occupe un emplacement de slot biendéterminé dans une trame : contrainte lors d’un handover dans un système chargé.
– Mode de transmission par burst (ou "slot") =>nécessité de resynchronisation à chaque burst.
– Sensibilité au effet des trajets multiples => Temps de
garde nécessaire pour séparer les slots. – Faible largeur de bande : canaux étroits (200 kHz).
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II. Les techniques d’accès multiples :WCDMA (1/6)
• Partage des ressources radio : – Tous les utilisateurs transmettent sur la même bande en même
temps. On alloue aux utilisateurs différents codes orthogonaux(appelés codes d’étalement) afin de séparer leurs signaux à laréception.
temps
Puissance
fréquences
Utilisateur 4Utilisateur 3
Utilisateur 2
Utilisateur 1
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II. Les techniques d’accès multiples :WCDMA (2/6)
• Principe de l’étalement et du desétalement
(Domaine fréquentiel)
Données
f
P Utilisateur 1
f
P Utilisateur 2
f
P
Transmission
f
Pf
P
f
P
Données étalées
C1
C2
Étalement Désétalement au récepteurde l’Utilisateur 1
C1
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II. Les techniques d’accès multiples :WCDMA (3/6)
• Principe de l’étalement et du desétalement
(Domaine temporel) :
– Exemple d’étalementd (t )
c(t )
s(t )
T b
Tc = T b/10
s(t ) = d (t ) x c(t )
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II. Les techniques d’accès multiples :WCDMA (4/6)
• Facteur d’étalement : – On définit le facteur d’étalement SF (Spreading
Factor ) comme le rapport entre le débit chip et ledébit symbole suivant :
avec Bs = 1/Ts (resp. Ts) le débit symbole (resp. tempssymbole) et le débit chip – Exemple (UMTS) :
• Service voix à débit 30 kbps (après encodage etentrelacement)
• Débit chip à 3.84 Mcps
=> SF = 128
c
s
s
c
s
c
T
T
T
T
B
BSF ===
/1
/1
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II. Les techniques d’accès multiples :WCDMA (5/6)
• Avantages :
– A l’origine, la technique CDMA a été développé parles militaires pour sa résistance au brouillage et poursa faible probabilité de détection et d’interception.
– Le CDMA présente une meilleure efficacité spectrale(“capacité“) que le TDMA.
– La possibilité d’intégrer plusieurs services et débitsvariables selon les utilisateurs.
– L’étalement sur une large bande permet de mieux
lutter contre la sélectivité en fréquences du canalradio mobile.
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II. Les techniques d’accès multiples :WCDMA (6/6)
• Inconvénients : – Les récepteurs sont plus complexes.
– L’absence d’une orthogonalité parfaite entre lessignaux implique d’importantes interférences
• le contrôle de puissance est alors primordiale
• la capacité cellulaire devient difficile à estimer : elledépend du niveau général d’interférence, mais aussides débits utilisateurs (qui restent imprévisibles).
– La planification cellulaire est alors plus
complexe.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 32
II. Les techniques d’accès multiples :OFDMA (1/5)
• Principe de la modulation OFDM : – Diviser un signal large bande en plusieurs signaux à
bandes étroites et les transmettre simultanément sur
des fréquences porteuses orthogonales.
OFDM comp ared to FDMAOFDM comp ared to FDMAOFDM spectru mOFDM spectru m
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II. Les techniques d’accès multiples :OFDMA (2/5)
• Principe de la modulation OFDM : – Dans le domaine temporel
Émetteur
Récepteur
Canal
IFFT
FFT
Serialto
Parallel(S/P)
Parallelto Serial
(P/S)
Parallelto Serial
(P/S)
Serialto
Parallel(S/P)
AddCyclicPrefix
RemoveCyclicPrefix
Filtred’émission
Filtre deréception
Canal detransmission
xi = 1..N
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II. Les techniques d’accès multiples :OFDMA (3/5)
• Partage des fréquences orthogonales : – Chaque utilisateur peut avoir un groupe de sous-
porteuses orthogonale et y applique la modulationOFDM.
.
.
Toutes les sous-porteuses
Utilisateur 1
Utilisateur 2
Utilisateur M
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 35
II. Les techniques d’accès multiples :OFDMA (4/5)
• Avantages : – Meilleure protection contre la sélectivité du canal de
transmission : transmission multi-porteuses
– Meilleure efficacité spectrale (capacité radio) : lamodulation de phase (ou encore le nombre de bits x)appliquée sur chaque sous-porteuse dépend de laqualité de transmission sur cette sous-porteuse.
– Plusieurs techniques d’accès multiple peuvent êtrecombiné avec l’OFDM :
• OFDMA (OFDM + FDMA)
• OFDM-TDMA• OFDM-CDMA
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II. Les techniques d’accès multiples :OFDMA (5/5)
• Inconvénients : – Imperfection de l’orthogonalité : un problème
d’interférences inter-symboles peut surgir dans unetransmission radio mobile.
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III. Mode FDD et TDD
• Modes de duplexage de type full-duplex : – FDD (Frequency Division Duplex) : on utilise deux
bandes de fréquences indépendantes, l’une pourtransmettre et l’autre pour recevoir simultanément.
– TDD (Time Division Duplex) : on transmet et reçoitsur la même fréquence porteuse à des instantsdifférents.
Mode FDD
Voie descendante DL (Downlink)
Voie montante UL (Upnlink)
f 1f 2
Fréquence de garde
Fréquence
temps
Mode TDD
DL DL DL DLf 1
Fréquence
temps
UL UL UL
période de garde
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IV. Propagation radio-mobile (1/11)
• Une onde peut subir plusieurs altérations : atténuation,diffractions, réflections, diffusion, interférences (co-canal
ou canal adjacent), bruit ambiant
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IV. Propagation radio-mobile (2/11)
• Les caractéristiques de propagation dépendent de : – La morphologie du terrain,
– La végétation,
– l’hauteur, combinaison nature et densité des bâtiments,
– Conditions météo
• Impact de la bande de fréquence et de l’atmosphère – < 1 GHz : fréquences non affectées par la pluie ou l’humidité
– < 30 GHz : fréquences affectées par la pluie exemple : 0,05 dB/km à 5GHz pour une pluie de 25 mm/h.
– > 30 GHz : fréquences inutilisables pour des trajets longs et enextérieur.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 40
IV. Propagation radio-mobile (3/11)
• Impact de la végétation : – Impact significatif en zones rurales
– l’atténuation dépend de la densité du feuillage desarbres : la différence des affaiblissements pour desarbres avec et sans feuilles est de 3 à 5 dB.
• Impact des bâtiments : exemples d’atténuation – Béton (30 cm) : 9,5 dB
– Dalle : 23 dB
– Vitre : 2 dB
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IV. Propagation radio-mobile (4/11)
• Décalage Doppler (Doppler Spread) Δf :
– Δv : vitesse relative de l'émetteur par rapport aurécepteur,
– f 0 : fréquence porteuse,
– c : célérité de la lumière,
– ψ D : angle entre le signal reçu et la direction duvecteur vitesse du récepteur.
Dc
v f f ψ cos0Δ=Δ
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IV. Propagation radio-mobile (5/11)
• Effet des multi-trajets :
– Dispersion maximale des retards Tspread = 1/ Bcohérence_canal
– Si Tspred > durée symbole (ou slot), on assiste à des interférencesinter-symboles et un canal sélectif en fréquences
– Temps de cohérence Tcoherence = 1 / (2 x Δf )
– Si Tcoherence > durée symbole (ou slot), on assiste à un fadingrapide
Tspred
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 43
IV. Propagation radio-mobile (6/11)
• Le signal est d’autant plus faible que la distance entrel’émetteur et le récepteur est importante
affaiblissement de parcours / path loss
• Présence d’obstacles autour du récepteur
effet de masque ou évanouissement lent (ou àgrande échelle) / shadowing
• Les trajets de l’émetteur au récepteur peuvent être multiples(absence de trajet direct)
évanouissement rapide (à petite échelle) / fast fading
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 44
IV. Propagation radio-mobile (7/11)
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IV. Propagation radio-mobile (8/11)
• Modélisation du phénomène de propagation entrois étages :
– Pr : puissance reçue à une distance d
– Pe : puissance émise
– ge, gr : gains des antennes
– L : affaiblissement de parcours (path loss)
– As : effet de masque (shadowing)
– Af : évanouissement rapide (fading)
f sr eer A LAggPP =
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 46
IV. Propagation radio-mobile (9/11)
• Quelques modèles adoptés pour la modélisationdu path loss : – Okumura-Hata :
• Il s'applique entre 150 et 1000 MHz en milieux urbain et sub-urbain, en environnement rural ou dégagé et d > 1 km.
– COST 231 - Hata• Il s'applique entre 1500 et 2000 MHz en milieux urbain et
sub-urbain.
– Walfish - Ikegami
• Semblable à Okumura - Hata, mais pour d > 20 m, donc plusprécis. Il tient compte de la largeur des rues, de la hauteurdes immeubles, des angles, etc.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 47
IV. Propagation radio-mobile (10/11)
• Exemple du modèle de propagation pour le path loss :Okumura-Hata
L = 69.55 + 26.16 log10(f ) – 13.82 log10(hb) –
C+(44.9 – 6.55 log10(hb)) log10(d)où :
– f : fréquence en MHz comprise entre 150 MHz et 1500 MHz,
– hb : hauteur en mètres de la station de base, comprise entre 30m et 300 m,
– hm : hauteur en mètres de la station mobile, comprise entre 1 met 20 m,
– d : distance en km entre la station de base et le mobile, entre 1
km et 20 km – C : est une constante qui dépend du milieu de propagation
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 48
IV. Propagation radio-mobile (11/11)
• Modélisation de l’effet de masque : – As est une variable aléatoire qui suit une loi
log-normale.
• Modélisation de l’évanouissement rapide : – Af est une variable aléatoire qui suit une loi
exponentielle ou une loi de Rayleigh.
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 49
Spécifications du systèmeUMTS de la 3G
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 50
Plan
I. Normalisation, spectre et servicesII. Architecture générale
III. Architecture protocolaireIV. Procédures des couches physique et MAC
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 51
I. Normalisation, spectreet services (1/4)
• 3rd Generation Partenership Project (1998) : – ETSI (EU) – T1 (USA) – ARIB / TTC (Japon)
– TTA (Corée du Sud) – CWTS (Chine)
• Système UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) : – 1ère version publiée de la norme en 1999 appelée Release 99 ou R99
(mais en réalité elle correspond à la R3) – Plusieurs versions se sont succédées pour y apporter des améliorations :
• R4 en 2001• R5 (HSDPA) en 2002• R6 (HSUPA) en 2004• R7…
• 3GPP LTE (4G) – Les 3GPP spécifications sont toutes disponibles sur le www.3gpp.org
(exemple : la série TSG 25. donne toutes les spécifications relatives auréseau d’accès)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 52
I. Normalisation, spectre et services (2/4)
• Allocation du spectre pour l’UMTS – Voie montante (Uplink) : 1885 MHz – 2025 MHz
– Voie descendante (Downlink) : 2110 MHz – 2200 MHz
F1
F2
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 53
I. Normalisation, spectre et services (3/4)
• Plusieurs services annoncés : – Visiophonie, video on demande, navigation sur
internet, emails, services de localisation (musées,restaurants, etc…), …
• Classification par la norme :
32-128 kbps Audio haute qualité, images fixes<< 10sStreaming
Non garantiFax, emails>10sbackground
Non garantiCommerce électronique, navigation surinternet1sInteractif
32-384 kbpsvisiophonie, jeux interactifs<< 1sConversationnel
DébitExemplesDélaiClasse QoS
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 54
I. Normalisation, spectre et services (4/4)
• Les terminaux doivent évoluer pour promouvoir cesservices. Ils doivent en outre intègrer au moins les
caractéristiques suivantes : – Une caméra
– Un écran couleur
– Main-libre (pour parler
en regardant l’écran)
Remarque : Ces terminaux ne sontpas tous 3G, ils sontpour la plupart 3G+.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 55
II. Architecture générale (1/2)
• C’est une “évolution” du réseau GPRS…
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 56
II. Architecture générale (2/2)
• Les interfaces du RAN (Radio Access Network)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 57
III. Architecture protocolaire1. Architecture en couches de l’UTRAN (1/6)
• Le niveau 1 :
couche physique(PHY)
• Le niveau 2 :
MAC, RLC, BMC,PDCP
• Le niveau 3 :
la couche RRC
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 58
III. Architecture protocolaire1. Architecture en couches de l’UTRAN (2/6)
• La couche physique (PHY) assure les fonctionssuivantes : – Modulation et étalement
– Filtrage, amplification, …
– Détection d’erreurs (CRC)
– Mesures (BER, BLER, niveau de puissance, …)
– Contrôle de puissance
– Synchronisation
– Multiplexage des canaux de transport – Codage des canaux, interleaving, adaptation des
débits, …
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 59
III. Architecture protocolaire1. Architecture en couches de l’UTRAN (3/6)
• La sous-couche MAC (Medium Access Control)assure : – l’association des canaux logiques avec les canaux de
transport, appelée mapping, – sélection du TF (Transmit Format) approprié pour
chaque canal de transport selon le débit sourceinstantané (c.-à-d. à chaque TTI (Transmission TimeInterval),
– gestion de la priorité du flux de données d’unutilisateur,
– gestion de la priorité des flux de données entre les
utilisateurs avec un ordonnancement dynamique, – …
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 60
III. Architecture protocolaire1. Architecture en couches de l’UTRAN (4/6)
• La sous-couche RLC (Radio Link Control)assure la fiabilité du flux de transport (par desmécanismes de contrôle des paquets erronés)
• Le PDCP (Packet Data Convergence Protocol)permet de supporter : – différents protocoles réseau (IPv4, IPv6 ou autres)
– des algorithmes de compression d’en-têtes despaquets de données
• BMC (Broadcast Multicast Control) permet de
diffuser des messages à plusieurs mobiles surl’interface radio.
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 61
III. Architecture protocolaire1. Architecture en couches de l’UTRAN (5/6)
• La couche RRC (Radio Resource Control)contient – des mécanismes protocolaires entre le mobile et le
RNC (envoi de message d’allocation et de libérationdes ressources radio, échange de messages deHandover, transmission de mesures)
– des mécanismes internes liés au contrôle descouches inférieures.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 62
III. Architecture protocolaire1. Architecture en couches de l’UTRAN (6/6)
• La norme définit trois classesde canaux
– Canaux logiques – Canaux de transport
– Canaux physiques
• Ces canaux garantissentl’indépendance entre lesdifférents niveauxfonctionnels de l’interface
radio.• Ils s’adaptent à la multituded’applications (services) 3G.
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III. Architecture protocolaire2. Les canaux logiques (1/5)
• Les canaux logiques correspondent auxdifférents types d’informations véhiculées de lacouche RLC vers les couches suprieures.
• L’UMTS sépare en deux plans le flux de donnéesqui transitent par l’interface radio : le plan dedonnées usager et le plan de contrôle. Il existedonc deux types : – Canaux logiques de contrôle
– Canaux logiques de trafic
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III. Architecture protocolaire2. Les canaux logiques (2/5)
• Le plan usager: regroupe l’ensemblede données qui sont échangéesavec les couches supérieure.
• Le plan de contrôle: utilisé pourvéhiculer l’ensemble de lasignalisation entre le mobile et leréseau : – La signalisation au niveau de l’UTRAN :
fonctions de l’UTRAN d’établissement deconnexion RRC
– La signalisation de niveaux supérieurs :
qui correspond aux couches deprotocoles MM, CM, GMM, SM assurantles fonctions d’établissement et degestion d’appel
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III. Architecture protocolaire2. Les canaux logiques (3/5)
• La couche RRC fait partieintégrante du plan de contrôle
• les couche PDCP et BMCs’appliquent seulement auxdonnées du plan usager
• Les couches RLC et MACfournissent des services qui
s’appliquent à la fois au plan decontrôle et au plan usager PHY
MAC
RLC
RRC
PDCP BMC
Plan usager Plan de contrôle
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III. Architecture protocolaire2. Les canaux logiques (4/5)
• BCCH (Broadcast Control Channel): utilisé pour la diffusion d’informationsde contrôle (system information). Il fournit au mobile en veille desinformations lui permettant d’accéder au réseau. ↓
• PCCH (Paging Control Channel): employé pour l’envoi des messages depaging aux mobiles du réseaux. ↓
• CCCH (Common Control Channel): utilisé pour envoyer ou recevoir desinformations de contrôle de mobiles n’étant pas connectés au réseau. ↓ ↑
• DCCH (Dedicated Control Channel): sert à envoyer ou à recevoir desinformations de contrôle d’un mobile connecté au réseau. ↓ ↑
PCCH DTCHDCCH CCCH CTCHBCCH
Plan usager Plan de contrôle
Canaux logiques
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III. Architecture protocolaire2. Les canaux logiques (5/5)
• DTCH (Dedicated Traffic Channel): sert à échanger des donnéesusager avec un mobile connecté au réseau. ↓ ↑
• CTCH (Common Trafic Channel): est un canal unidirectionnel utilisépar le réseau pour envoyer des données usager à un ensemble demobiles (notamment service area broadcast). ↓
PCCH DTCHDCCH CCCH CTCHBCCH
Plan usager Plan de contrôle
Canaux logiques
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (1/7)
• Les canaux de Transport représentent leformat et la manière dont les informationssont transmises sur l’interface radio
• Le canal de Transport est représentatif dela qualité de service (radio bearer )
• Pour chaque canal detransport, l’UTRAN associeune liste d’attributs TFS (Transport FormatSet) destiné à représenter le format et lamanière dont les informations sont
transmises sur l’interface radio.
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (2/7)
• TFS ( Transport format set ): – C’est une liste de différents TF choisant à
chaque instant le format le mieux adaptéeà la QoS requise.
• TF( Transport Format ): – Partie dynamique: spécifique à chaque
transport format• Transport format size• Transport block size
– Partie statique : commune à tous les TF• TTI: Transmission Time Interval
• le type de codage de canal(convolutif ou turbo code)• la taille de CRC• Le rendement du codage canal(1/2 ou 1/3)
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (3/7)
• BCH (Broadcast Channel) : canal de transport à débit fixe, pour la diffusion d’information dusystème dans toute la cellule. ↓
• PCH (Paging Channel) : pour la diffusion d’information du système pour les mobiles en veille ↓
• RACH (Random Access Channel) : contention-based pour l’envoie de messages courts (accèsau réseau ou non-real-time dedicated control or traffic data) ↑
• FACH (Forward Access Channel) : canal commun pour l’envoie de signalisation ou dedonnées courtes, n’est pas contrôlé en puissance ↓
• DSCH (Downlink Shared Channel) : une variante du FACH, unidirectionnel ↓
• CPCH (Common Packet Channel) : contention-based pour l’envoie de messages, partagéentre les utilisateurs et est contrôlé en puissance en boucle rapide ↑
PCH DCHRACH FACH DSCHBCH
Canal dédiéCanaux communs
Canaux
de transport
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (4/7)
• DCH (Dedicated Channel) : canal de transport dédiébidirectionnel ↓ ↑
PCH DCHRACH FACH DSCHBCH
Canal dédiéCanaux communs
Canaux
de transport
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (5/7)
• Il est possible qu’un canal physique supporte différentscanaux de transport ou qu’un canal de transport soitsupporté par deux canaux physiques distincts
• CCTrCH (Coded Composite Transport Channel) : unenotion intermédiaire, est le résultat du multiplexage dedifférents canaux de transport, peut ensuite supporté par unou plusieurs canaux physiques sur l’interface.
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (6/7)
• Mapping des canaux dans le sens montant
CCCH DCCH/ DTCH
RACH CPCH DCH
PRACH PCPCH DPDCH DPCCH
Mapping assurépar la couche MAC
Mapping assurépar la couche PHY
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III. Architecture protocolaire3. Les canaux de transport (7/7)
• Mapping des canaux dans le sens descendant
BCCH DCCH/ DTCH
BCH PCH FACH
P-CCPCH S-CCPCH DPDCH DPCCH
PCCH CCCH CTCH
DSCH DCH
PDSCH
Mapping assurépar la coucheMAC
Mapping assurépar la couchePHY
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (1/10)
• Les canaux communs dans le sens montant : – PRACH (Physical Random Access Channel) supporte une
procédure d’accès aléatoire pour chaque désirant accéder auréseau.
– PCPCH (Physical Commun Packet Channel).
• Les canaux communs dans le sens descendant(supportant des canaux de transport) : – P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel) : un
seul canal est associé à chaque cellule. – S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) – PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : le partage de ce
canal se fait par multiplexage temporel et par allocation decodes.
76
III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (2/10)
• Les canaux communs dans le sens descendant (supportantdes informations de signalisation internes de la couche PHY) : – PICH (Paging Indicatior Channel) : canal associé à un canal S-CCPCH
et transportant des bits d’indication de paging.
– SCH (Synchronisation Channel) : permet aux mobiles de sesynchroniser dans le temps avec la BS afin de pouvoir décoder lesinformations des autres canaux physiques DL.
– CPICH (Common Pilot Channel) : équivalent à un canal balise,transportant un train de bits pilotes prédéfini (connus par le mobile et leréseau) et servant à l’estimation du canal de propagation et à la prisede mesures de la BS servante et BSs avoisinantes.
– AICH ( Acquisition Indicator Channel) : associé à un PRACH pourtransporter les indicateurs d’acquisition. Un indicateur d’acquisition estutilisé pour acquitter positivement ou négativement la réception d’unpréambule d’accès sur le canal PRACH.
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (3/10)
• Les canaux dédiés sont des canaux destinés à un mobile donné.• Structure de la trame UMTS (Remarque : pour chaque mobile)
• Il existe deux types de canaux dédiés entrelacés dans chaque slot – le canal dédié de données DPDCH (Dedicated Physical Data Channel)
– le canal dédié de contrôle DPCCH (Dedicated Physical Control Channel)
• Le DPDCH doit acheminer l’information du canal de transport DCH,alors que le DPCCH véhicule l’information de contrôle générée par lacouche physique.
… …
… …
Trame 1 Trame 2 Trame n Trame p
Slot 1 Slot 2 Slot i Slot 15
10 ms (38400 chips)
0.67 ms (2560 chips)
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (4/10)
• Canaux physiques dédiés sur le lien descendant
… …
… …
Trame 1 Trame 2 Trame n Trame p
Slot 1 Slot 2 Slot i Slot 15
10 ms (38400 chips)
0.67 ms (2560 chips)
DonnéesDonnées TPC (TFCI) Pilotes
DPDCH DPDCHDPCCH DPCCH
de 10 bits à 1280 bits (SF de 256 à 4)
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (5/10)
• Canaux physiques dédiés sur le lien descendant – Exemple de formats des slots du DPCH
– Etalement de spectre du canal DPCH
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (6/10)
• Canaux physiques dédiés sur le lien montant
… …
… …
Trame 1 Trame 2 Trame n Trame p
Slot 1 Slot 2 Slot i Slot 15
10 ms (38400 chips)
0.67 ms (2560 chips)
Pilotes (TFCI) (FBI) TPCDPCCH
DPDCHDonnées
de 10 à 640 bits (SF de 256 à 4)
de 10 bits (SF = 256)
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (7/10)
• Canaux physiques dédiés sur le lien montant – Etalement de spectre du canal DPCH
• Paramètres WCDMA10 msDurée d’une trame
15Nombre de slots par trame
QPSKModulation
0.22Roll-off factor
3.84 cpsDébit chip
5 MHzLargeur de bande
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (8/10)
• Les symboles pilotes dédiés sont connus par la station debase et le mobile, et sont utilisés pour estimer la réponseimpulsionnelle du canal de propagation et par conséquent
le rapport signal à interférence SIR de la liaison radio.
• TPC (Transmit Power Control) : bits des commandes decontrôle de puissance
• TFCI (Transport Format Combination Identificator ) : bitsbits d’identification de la combinaison des formats detransport traitée au niveau des canaux de transport
(opérations de multiplexage et de codage canal). L’envoides bits TFCI est optionnel.
• FBI (FeedBack Information) : bits de retour d’informations
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (9/10)
S é r i e / p a r a l l è l e
S é r i e / p a r a l l è l e
Canal de synchronisation primaire P-SCH
Canal de synchronisation secondaire S-SCH
Canal pilote CPICH
Données du canal P-CCPCH
Données +contrôle canal
PHY du mobile i DPCH,PDSCH, AICH…)
1+j
gain
gain
gain
gain
C256,1
j
C256, 0
gain
Code OVSF, i
j
ΣΣ
Coded’embrouillagecomplexe de laBS
cos (wt)
sin (wt)
réel
imag.
mise enforme
mise enforme
chipscomplexes
Etalement de tous les canaux physiques
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III. Architecture protocolaire4. Les canaux physiques (10/10)
• Fonctions effectuées par la couche PHY dans la chaînede transmission
Source binaire(données ousignalisation)
Multiplexage etcodage canal
Passage de bità symbole (devaleurs réellesou complexes)
Etalementde spectre
Modulationbits symboles chips
Signaltransmis
Bits estimés(données ousignalisation)
Démultiplexage etdécodage canal
Détection(récepteur RAKE)
Désétalementde spectre
Démodulationbits symboles chips
Signalreçu
Opérations appliquées surles canaux de transport
Opérations appliquées sur les canaux physiques
Opérations appliquées sur les canaux physiques
Fréquence porteuse
Fréquence porteuse
Codes d’étalement
Codes d’étalement
Couche physique
Couche physique
Couches supérieures
Couches supérieures
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IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Problématique
• Plusieurs utilisateurs transmettent en même temps sur une même bande de fréquence.
• L’orthogonalité entre les codes n’est pas parfaite àcause de l’effet multi-trajets.
Chaque utilisateur peut être une source d’interférencepour les autres.
Le contrôle de puissance (CP) est primordiale en UMTS
• La puissance transmise doit être : – Suffisamment élevée pour atteindre une qualité requise donnée – Pas trop élevée pour ne pas nuire les autres utilisateurs.
• D’où proviennent les interférences en UL et DL ?• Quelle autre dégradation subit le signal reçu ?
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• Les opérations d’étalement et de désétalement sont desopérations idéales. En pratique l’orthogonalité entre les
signaux n’est pas parfaite à cause du canal radio mobile. – Les codes utilisés doivent présenter de bonnes propriétés
d’autocorrélation et d’intercorrélation.
• En UMTS, on applique deux types de codes : – Codes "orthogonaux" de Walsh-Hadamard appelés codes de
canalisation (channelization codes).
– Codes "pseudo-aléatoires" appelé codes d’embrouillage(Scambling codes).
DonnéesDonnées
Code de canalisationCode de canalisation Code d’embrouillageCode d’embrouillage
bit Chip Chip
Modulation QPSK
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Déploiement des codes d’étalement
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• Propriétés des codes de Walsh-Hadamard et de Gold
- Les codes générés ne sontpas orthogonaux.
- Bonne propriétéd’autocorrélation etd’intercorrélation.
- un grand nombre de codespeut être généré.
Gold
(code
d’embrouillage)
- Mauvaise propriétéd’autocorrélation etd’intercorrélation.
- Faible nombre de codesgénérés.
- Les codes sontorthogonaux.
Walsh-Hadamard
(code de
canalisation)
Inconvénient AvantageType de code
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Déploiement des codes d’étalement
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 88
• Déploiement dans le sens montant : – L’orthogonalité est assurée par des codes
d’embrouillage différents :
• chaque mobile possède un code d’embrouillage (Cs)• chaque mobile peut utiliser librement les codes de
canalisation (Cc)
Cc1
Cs1
Cc1
Cs1Cc1
Cs3
Cc3
Cs4
Cc2
Cs2
Possibilité d’unmême Cc dansune celluleDifférents Cs dansune même cellule
Possibilité d’un mêmeCs entre deux cellules
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Déploiement des codes d’étalement
IV P éd d h h i t MAC
IV P éd d h h i t MAC
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• Déploiement dans le sens descendant : – Les codes de canalisation (Cc) garantissent
l’orthogonalité à l’intérieure de chaque cellule. – Les codes d’embrouillage (Cs) garantissent
l’orthogonalité entre les différentes cellules.
Cc1
Cs1
Cc4
Cs2Cc3
Cs2
Cc1
Cs3
Cc2Cs1
Chaque cellule disposede son propre Cs
Dans chaque cellule, les Ccdoivent être différents.Remarque : un même Ccpeut être attribué dansdeux cellules différentes.
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Déploiement des codes d’étalement
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 90
• En UL, les interférences peuvent venir de tous les mobilesavoisinants (de la même cellule ou des autres cellules)
• Le SINR s’exprime comme :
avec
• Sans CP, les mobiles
proches de la BS masquent
ceux qui sont loin.
N I S
S SINR
er
u j
j j
uu
++=
∑≠
intν
raer I F I intint ×=
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Interférences et expression du SINR
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 91
• Les interférences proviennent principalement des signauxdes cellules voisines.
• Le SINR s’exprime comme :
avec α le facteur
d’orthogonalité (0<α <1)
• Sans CP, les mobiles en
bordure de cellules subissentde fortes interférences.
N LP LP
L pSINR
bs
ussubb
ubub
u++−
=∑
≠,,
,,
//)1(
/
α
Ls,u
Lb,u
Pb
Ps
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Interférences et expression du SINR
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 92
• Le signal transmis est sensible – à l’affaiblissement de parcours,
– au shadowing causé par les différents obstables – au fast fading causé par les trajets-multiples
• Impact de la vitesse sur le fast fading
– Définitions• Fréquence Doppler
• Décalage Doppler
• Temps de cohérence
)cos( θ λ
v f d =
λ
v f f d m == )max(
m
coh f v
T 2
1
2==
λ
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Dégradation du signal
IV Procédures des couches physique et MAC IV Procédures des couches physique et MAC
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• Impact de la vitesse sur le fast fading – Si Tcoh < durée d’un symbole (ou slot ou trame), alors on
assiste à un fast fading• une possibilité de dégradation importante du signal chaque λ /2
D’où la nécessité d’un contrôle de puissance rapide0 50 100 150 200 250 300 350
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10EvolutionofFading process amplitudein time
timeinms
R e c e i v e d p o w e r i n d B
0 50 100 150 200 250 300 350-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15Evolutionof Fadingprocess amplitudeintime
timeinms
R e c e i v e d p o w e r i n d B
V = 10 km/h V = 70 km/h
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Dégradation du signal
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 94
• En UL, le contrôle de puissance indispensable pour – lutter contre l’évanouissement rapide
– éviter l’effet proche-lointain
• Deux CP sont possibles : la puissance émise par le
mobile est contrôlée de sorte à ce que – un même rapport SINR soit reçu à la station de base
– ou une même puissance soit reçue à la station de base
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : conclusion sur l’importance du CP
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 95
• Le contrôle de puissance est nécessaire pour – lutter contre l’évanouissement rapide
– limiter l’interférence entre cellules
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : conclusion sur l’importance du CP
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 96
• PC en boucle ouverte (open-loop) → UL – utilisée pour déterminer la puissance initiale du mobile
• PC en boucle fermée (closed-loop) → DL, UL
– utilisée durant tout l’appel
Boucle interne (Inner loop)• CP rapide à une fréquencede 1500 Hz• Contrôle la puissance encomparant le SINR reçu à unSINR cible (seuil)
Boucle externe (Outer loop)
• CP lent• Détermine le SINR cible
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Algorithme du CP
IV Procédures des couches physique et MAC IV Procédures des couches physique et MAC
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• Procédure de PC rapide de la boucle ferméeinterne :
– PC en DL : si SIRestimé reçu au niveau du récepteur del’UE est inférieur au SIRcible, alors UE transmet lacommande TPC = 1, et la BS augmente sa puissancesur la liaison descendante d’un pas ΔTPC fixe (0,5-2 dB).
– PC en UL : si SIRestimé reçu au niveau du récepteur de laBS est inférieur au SIRcible, alors la BS transmet lacommande TPC = 1, et l’UE augmente sa puissance sur
la liaison descendante d’un pas ΔTPC fixe (0,5-2 dB). – (TPC = 0 pour réduire la puissance au lieu d’augmenter)
IV. Procédures des couches physique et MAC1. Contrôle de puissance : Algorithme du CP
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 98
• Le contrôle d’admission permet l’accès (ou non)à un nouvel utilisateur (une nouvelle application)
aux ressources radio du réseau.
• Il est basé sur l’estimation de la nouvelle chargede la cellule pour éviter des interférencesexcessives.
• Ce mécanisme est exécuté au niveau du RNCoù sont disponibles les informations sur lacharge des cellules.
IV. Procédures des couches physique et MAC2. Contrôle d’admission et de charge (1/5)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 99
• Le contrôle de charge gère la charge dans lacellule et entre les cellules – phénomène de respiration de cellules.
• On distingue deux types de contrôled’admission : – Contrôle d’admission basé sur la puissance
– Contrôle d’admission basé sur le débit
IV. Procédures des couches physique et MAC2. Contrôle d’admission et de charge (2/5)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 100
• Contrôle d’admission basé sur la puissance – En UL, l’accès est permis si le niveau d’interférence
total résultant est inférieur à un certain seuil donné fixé
lors de la planification
– En DL, l’admission d’une nouvelle connexion a lieu si lanouvelle puissance totale transmise sur ce lien resteinférieure à une puissance totale seuil (fixée au momentde la planification).
seuil I I I <Δ+
seuiltotaltotal PPP _ <Δ+
IV. Procédures des couches physique et MAC2. Contrôle d’admission et de charge (3/5)
IV Procédures des couches physique et MAC
IV Procédures des couches physique et MAC
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• Contrôle d’admission basé sur le débit – L’accès des nouvelles connexions est permis si l’équation suivante
est vérifiée aussi bien sur le lien montant que descendant :
avec
η est le facteur de charge avant l’admission d’un nouvel utilisateur.Il est exprimé en fonction des débits requis des positions desmobiles dans la cellule. En général η varie entre 0.7 et 0.9
η seuil
est le facteur de charge seuil.
seuilη η η <Δ+
IV. Procédures des couches physique et MAC2. Contrôle d’admission et de charge (4/5)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 102
• Exemple : Procédure de contrôle d’admissiondans le sens descendant (en absence de SHO)
État initial du réseau
η
Ajout d’un nouvel utilisateur dans le système
Accès refusé aunouvel utilisateur
Nouvel utilisateur accepté
Nonet
Pb<Pmax
Calcul de et de Pb
Oui
seuilη η <
η
IV. Procédures des couches physique et MAC2. Contrôle d’admission et de charge (5/5)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 103
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : Mécanisme du SHO
• Principe – En bordure de cellule, le mobile est connecté à deux ou
plusieurs stations de base simultanément.
– On définit l’ Active Set (AS) comme étant l’ensemble des BSsauxquelles le mobile est connecté durant le SHO (généralement,pas plus que 3).
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 104
• Algorithme (AS de cardinal 2)
AS_Th – AS_Th_Hyst As_Th + As_Th_Hyst
Active Set contient BS1
Evenement A : SOFT HANDOVER
⇒ ajout de BS2 à l’Active Set
Evenement B : HANDOVER
⇒ Active Set contient B2
BS 1
BS 2
Temps
Eb/N0
ΔT ΔT
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : Mécanisme du SHO
IV P éd d h h i t MAC
IV P éd d h h i t MAC
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• Algorithme (AS de cardinal 3) – UE mesure la puissance des symboles pilotes (CPICH) des BSs voisines
– UE doit écouter les canaux SCH de ces BSs pour trouver la différence detiming entre elles.
– le RNC mesure les puissances des signaux pilotes. Si la puissance decertains pilotes dépassent un seuil donné, la BS correspondante estrajoutée à l’AS (A et C); et inversement (B).
AS_Th – AS_Th_HystAs_Rep_Hyst
As_Th + As_Th_Hyst
⇒C
BS 1
BS 2
BS 3
Temps
Eb/N0
ΔT ΔT ΔT
⇒B⇒A
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : Mécanisme du SHO
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 106
• Avantage – Éviter l’effet « ping-pong »
– Réduire la marge d’hystérésis
– Garder une bonne réception du signal
– Dans le sens descendant, on applique lamacrodiversité. On réalise alors un gain enpuissance au niveau du mobile.
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : Mécanisme du SHO
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 107
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
+−+
+−
=
∑∑≠≠ 2
,,2
1
,,1
,1
/)1(
1
/)1(
1
/
s
usu
b
ubu
cibletot u
L L L L
SINRP p
α α
• Gain en macrodiversité (sens descendant) – Rapport de la puissance requise par le mobile en SHO
sur la puissance totale (AS formé de deux BSs) dans le
cas d’un système uniforme :
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : Mécanisme du SHO
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 108
• Inconvénient de la macrodiversité en DL – La capacité radio du système est réduite à
cause de l’augmentation du budget depuissance des BSs de l’Active Set desmobiles en SHODans la R4 de l’UMTS, la macrodiversité est
remplacée par la sélectivité du site SSDT (Site
Selection Diversity Transmit)
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : Mécanisme du SHO
IV Procédures des couches physique et MAC IV Procédures des couches physique et MAC
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 109
• Algorithme dans le sens montant : – Le mobile contrôle sa puissance en lien montant par
rapport au SIR_cible suivant la BS ayant la meilleurepuissance des signaux pilotes.
– Au niveau du RNC, on effectue une combinaisonsélective (Selection Combining) : la BS offrant le plusgrand SIR reçoit les données du mobile.
• Avantages : – Une meilleure qualité de transmission – Aux bords d’une cellule le mobile n’a pas à
augmenter sa puissance puisqu’il a une meilleure
réception de la BS voisine moins d’interférences et meilleure capacité radio (et aussi
moins de consommation de batteries).
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : CP en SHO
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 110
• Algorithme dans le sens descendant : – En liaison descendante, le mobile effectue un MRC
(Maximum Ratio Combining) des signaux pilotesprovenant des BS en SHO (le corrélateur génère lescodes des BSs en SHO). Il effectue son contrôle depuissance en comparant avec le SIR_cible.
• Deux Stratégies – R’99 Balanced Power Control : les puissances de
transmission des données sont réparties équitablementsur les BSs de l’AS (BSs en SHO).
– R4 Site Sélection Diversity Transmit Power Control(SSDT) : on privilégie le meilleur lien pour le transfert desdonnées sur le canal physique DPDCH (mais on nebénéficie pas du gain de la macrodiversité).
IV. Procédures des couches physique et MAC3. Gestion de la mobilité et CP : CP en SHO
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 111
Spécifications des systèmes HSPA
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 112
Plan
I. HSDPA (Release 5)II. HSUPA (Release 6)III. Les améliorations du HSPA+ (Release 7)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 113
Introduction
• 1999 : UMTS R’99 (ou R3) – Première version de l’UMTS
– Introduction de l’UTRAN – Peu de modification du cœur du réseau
• 2001 : UMTS (R4) – Evolution du transport dans le cœur du réseau
(passage de l’ATM à l’IP) – Amélioration de certaines procédures de la couche
physique
• 2003 : HSDPA (R5) – High Speed Downlink Packet Access
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 114
Introduction
• 2005 : HSUPA (R6) – High Speed Uplink Packet Access
– Appelé aussi Enhanced Uplink
• 2007 : HSPA (R7) ou HSPA+
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 115
I. HSDPA (Release 5)1. Architecture protocolaire
• Une nouvelle couche MAC a été rajoutée à la NodeBavec de nouveaux canaux de transports et de nouvellesprocédures : – MAC-hs : MAC-high speed
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 116
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (1/8)
• Canal de Transport – HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel)
• Canaux physiques
– HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink SharedChannel) : canal partagé de données
– HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel) :canal de contrôle
– HS-DPCCH (High Speed Dedicated PhysicalChannel) : canal dédiée de contrôle dans le sensmontant
I HSDPA (Release 5) I HSDPA (Release 5)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 117
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (2/8)
Canauxlogiques
Canaux detransport
Canaux
physiques
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 118
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (3/8)
• Canal de transport HS-DSCH et canal physique HS-PDSCH
– Ils transportent les données haut débit des utilisateurs – Facteur d’étalement égal à 16
Les codes de canalisation de l’arbre OVSF(jusqu’à 15 codes)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 119
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (4/8)
• Canal de transport HS-DSCH et canal physique HS-PDSCH – Chaque utilisateur peut lui être alloué de 1 à 15 codes OVSF
– Les utilisateurs d'une même Node B se partagent les intervallesde temps et les codes (selon l’ordonnancement ou scheduling)
Codes decanalisation(jusqu’à 15 codes)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 120
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (5/8)
• Canal de transport HS-DSCH et canal physiqueHS-PDSCH – Comparaison avec le DCH (R’99)
R5R’99Spécification
Fixe 16Variable (4-512)Facteur d’étalement
QPSK – 16 QAMQPSKModulation
Turbo codeTurbo code etconventionnel
Schéma de codage canal
2 ms10 – 80 msEntrelacement (TTI)
Puissanceconstante
RapideContrôle de puissance
HS-DCHDCHCanal
I. HSDPA (Release 5) I. HSDPA (Release 5)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 121
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (6/8)
• Canal HS-SCCH – Facteur d’étalement égal à 128.
– Il est constitué de deux parties.
– La 1ère partie véhicule des informationsconcernant :
• Le schéma de modulation et de codage(modulation QPSK ou 16 QAM)
• Les codes OVSF alloués
– La 2ème partie véhicule :• Les paramètres HARQ
• La taille des blocs de transportCIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 122
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (7/8)
• Canal HS-DPCCH – Véhicule sur le lien montant l’information
concernant :• la qualité du lien radio, le CQI (Channel Quality
Indicator
• les acquittements positifs (ACK) ou négatifs(NACK) pour les retransmissions au niveau de lacouche physique
– Utilisé par l’ordonnanceur (à la Node B) pourdéterminer à quel terminal transmettre et avecquel débit
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 123
I. HSDPA (Release 5)2. Les canaux HSDPA (8/8)
1. Chaque UE rapporte à la NodeBla qualité du lien radio sur le HS-DPCCH (via le CQI).
2. La NodeB détermine quel etquand chaque UE va être servi(scheduling).
3. La NodeB informe le UE qu’il vaêtre servi sur le HS-SCCH.
4. La NodeB transmet les donnéesau UE sur le canal HS-DSCH(soit sur le HS-PDSCH).
5. Le UE renvoie un feedback
d’acquittement (ACK/NACK) viale canal HS-DPCCH.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 124
I. HSDPA (Release 5)3. Les nouvelles procédures en HSDPA
I. HSDPA (Release 5) I. HSDPA (Release 5)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 125
( )3. Les nouvelles procédures: Délai court
• Allocation de ressource rapide : – Les codes de canalisation sont realloués chaque
période HS-DSCH TTI (Transmission Time Interval) :HS-DSCH TTI = 2ms
RNCCore Network+ InternetHSDPA
Release 99
L o w l a t
e n c y
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 126
( )3. Les nouvelles procédures: AMC
• L'AMC ( Adaptive Modulation and Coding) désignel'adaptation dynamique du schéma de codage (et donc
du débit) en fonction des conditions radio.• Le mobile remonte le CQI au Node B qui réajuste leschéma de codage toutes les 2 ms
• Choix d'une modulation QPSK ou 16 QAM.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 127
I. HSDPA (Release 5)3. Les nouvelles procédures: AMC
• Release 99 : – Contrôle de puissance rapide
avec un débit fixe sur le DCH.
• HSDPA : – On adapte la modulation et le schéma de codage suivant laqualité du lien (i.e. le CQI).
– L’adaptation de débit est plus adéquate
pour une transmission de paquets
⇒ l’adaptation de débit est plus efficace
que le contrôle de puissance
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 128
I. HSDPA (Release 5)3. Les nouvelles procédures: AMC
• Le schéma de modulation et de codage est lacombinaison du type de modulation, le taux de codageet le nombre de codes supportés.
• La Node B a la responsabilité de sélectionner le MCSapproprié (selon le CQI).
I. HSDPA (Release 5) I. HSDPA (Release 5)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 129
( )3. Les nouvelles procédures: AMC
• Comment obtient-on les 14.4 Mbps dudébit théorique? – 4 bits par symbole (16 QAM)
– 15 codes de canalisation (pour un mêmeutilisateur)
– Facteur d’étalement égal à 16
– Débit chips égal à 3.84 Mcps
Mbps Debit theorique 4.141684.3154 =××=
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 130
( )3. Les nouvelles procédures: Fast Scheduling
• L’ordonnancement ou scheduling permet de déterminerà chaque TTI à quel utilisateur il faut transmettre et avec
quel débit.• Il se base sur la qualité du canal (CQI).
• Différents algorithmes peuvent être appliqués pour faireun compromis entre le débit total et la fairness (équité).
Utilisateur desservi à chaque TTIExemple : le maximum C/I
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 131
I. HSDPA (Release 5)3. Les nouvelles procédures: HARQ
• L’émetteur réagit à la signalisation d'une perte de paquet(NACK) en retransmettant ce paquet.
• Deux types possible de HARQ (Hybrid Automatic Repeat
reQuest) :
– Le soft combiningI
– Le Incremental Redundancy
• Soft combining : L'émetteur retransmet le même paquetde données codées. Le décodeur au niveau du récepteurcombine ces copies multiples du paquet envoyé.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 132
I. HSDPA (Release 5)3. Les nouvelles procédures: HARQ
• Incremental Redundancy : On envoie une informationredondante additionnelle d'une manière incrémentale sile décodage échoue à la première tentative.
Erroneouspacket
Erroneouspacket
Soft Combining Incremental Redundancy
I. HSDPA (Release 5) I. HSDPA (Release 5)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 133
3. Les nouvelles procédures: HARQ
• Catégories des terminaux HSDPA
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 134
3. Les nouvelles procédures: FCSS
• En HSDPA, il n'y a pas de Soft Handover (SHO)de la Release 99.
• Le FCSS (Fast Cell Site Selection) permet àl’utilisateur de choisir le Node B ayant lesmeilleures caractéristiques pour unetransmission de données.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 135
II. HSUPA (Release 6)1. Architecture protocolaire
• HSUPA met en œuvre deux couches protocolaires MACsupplémentaires : – MAC-e (MAC enhanced) : situé dans le NodeB, est en charge de
l'allocation des ressources E-DPDCH, et de la gestion des
répétitions HARQ – MAC-es (MAC enhanced SRNC) : situé dans le SRNC (servingRNC), est chargé de la recombinaison des trames MAC-eprovenant des liens de macro-diversité du canal E-DCH
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 136
II. HSUPA (Release 6)2. Les canaux HSUPA (1/9)
• Canal de Transport – E-DCH Enhanced Dedicated Channel
• Canaux physiques UL
– E-DPDCH Enhanced Dedicated Physical Data Channel – E-DPCCH Enhanced Dedicated Physical Control Channel
• Canaux physiques DL – E-HICH E-DCH HARQ Indicator
Channel
– E-AGCH E-DCH Absolute
Grant Channel
– E-RGCH E-DCH Relative
Grant Channel
II. HSUPA (Release 6) II. HSUPA (Release 6)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 137
2. Les canaux HSUPA (2/9)
• E-DCH : – Il transporte un bloc de données pour chaque
TTI (TTI = 2 ms).• E-DPDCH :
– Il support le canal de transport E-DCH ettransporte les PDU (Packet Data Unit) detypes MAC-e en provenance des couchessupérieures.
– Il est transmis avec un facteur d'étalementvariable de SF=2 à SF=256. – Il peut supporter une transmission multi-
codes.CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 138
2. Les canaux HSUPA (3/9)
• E-DPCCH : – Il est transmis avec un facteur d'étalement
fixé à SF=256 – Il transporte la signalisation de la couche
physique associée au canal E-DPDCH et quicontient :
• des informations Enhanced Transport FormatCombination Indicator (E-TFCI) identifiant la tailledu bloc de transport sur le canal E-DPDCH
• le numéro de séquence de retransmission (RSN)utilisé par le processus HARQ• un indicateur de satisfaction appelé le "happy bit"
utilisé pour l'ordonnancement rapide
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 139
II. HSUPA (Release 6)2. Les canaux HSUPA (4/9)
• Nouvelle trame physique (UL) :
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 140
II. HSUPA (Release 6)2. Les canaux HSUPA (5/9)
• E-HICH : – Ce canal physique descendant est utilisé par le
mécanisme HARQ situé dans le Node B afin
d'envoyer aux UEs des acquittements positifs (ACK)ou négatifs (NACK) des blocs reçus à chaque TTI
– Le canal E-HICH est transmis à un débit fixecorrespondant à un facteur d'étalement SF 128
II. HSUPA (Release 6) II. HSUPA (Release 6)
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 141
2. Les canaux HSUPA (6/9)
• E-AGCH : – un canal commun utilisé par le Node B pour allouer
aux terminaux des ressources pour la transmissionsur le canal E-DCH
– Il est décodé par tous les mobiles présents dans lacellule
– Il permet d'indiquer à chacun la puissance detransmission maximale autorisée sur le canal E-DPDCH, en réponse aux requêtes émises sur le
canal E-DPCCH.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 142
2. Les canaux HSUPA (7/9)
• E-RGCH : – canal dédié utilisé par les Nodes B impliqués dans
l'active set du E-DCH – Il permet à chaque Node B recevant un canal E-
DPDCH de réduire la puissance de transmission duterminal sur ce canal haut débit, afin de limiter lesinterférences produites.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 143
II. HSUPA (Release 6)2. Les canaux HSUPA (8/9)
Canauxlogiques
Canaux detransport
Canauxphysiques
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 144
II. HSUPA (Release 6)2. Les canaux HSUPA (9/9)
1. Chaque UE envoie à la NodeB uneTransmission Request pour demanderdes ressources radio (en transmettantdes SI Scheduling Information).
2. La NodeB détermine quel et quandchaque UE va être servi (scheduling)et répond par un Grant à l’utilisateurservi (E-AGCH).
3. Le mobile utilise le Grant poursélectionner le format de transportadéquat et procède à la transmissiondes données et de contrôle (E-DPDCHet le E-DPCCH).
4. La NodeB renvoie un feedbackd’acquittement (ACK/NACK) via lecanal E-HICH.
II. HSUPA (Release 6)3 Les nouvelles procédures en HSUPA (1/5)
II. HSUPA (Release 6)3 Les nouvelles procédures en HSUPA (2/5)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 145
3. Les nouvelles procédures en HSUPA (1/5)• Comparaison avec le HSDPA
DédiéPartagéCanal de données
OuiOuiHARQ
OuiNonSoft Handover
OuiNonContrôle de puissance
QPSK Adaptative (AMC)Modulation
Variable de 2 à 256Fixe SF=16Facteur d’étalement (SF)
OuiOuiFast scheduling
2 ms2 msTTI
HSUPAHSDPACaractéristiques et procédures
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 146
3. Les nouvelles procédures en HSUPA (2/5)
• Le Scheduling (ordonnancement) : – Le scheduler , situé à la NodeB, contrôle l’allocation
des ressources radio montantes de chaque mobiledemandeur, limite ou bloque certains trafics selon lerapport «Rise-over-Termal» (ou « Noise Rise ») seuil.
Plusieurs utilisateurs transmettentsimultanément en utilisantplusieurs codes
Compromis entre demandes des mobiles en haut-débitet
niveau d’interférence et surcharge du réseau
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 147
II. HSUPA (Release 6)3. Les nouvelles procédures en HSUPA (3/5)
• Comment obtient-on les 5.6 Mbps du débitthéorique? – 2 bits par symbole (QPSK ou dual-BPSK)
– Maximum 2 codes SF=2 et 2 codes SF=4(pour un même utilisateur)
– Débit chips égal à 3.84 Mcps
Mbps Debit theorique 76.52
84.321
4
84.321 =××+××=
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 148
II. HSUPA (Release 6)3. Les nouvelles procédures en HSUPA (4/5)• Catégorie des terminaux HSUPA
Remarque : quand on applique 4 codes, deux doivent être avec SF=2 et lesdeux autres avec SF=4.
5.76 Mbps115202000010 ms and 2 ms TTISF24Category 6
2.00 Mbps-2000010 ms TTI onlySF22Category 5
2.92 Mbps58372000010 ms and 2 ms TTISF22Category 4
1.46 Mbps-1459210 ms TTI onlySF42Category 3
1.46 Mbps29191459210 ms and 2 ms TTISF42Category 2
0.73 Mbps-729610 ms TTI onlySF41Category 1
Maximum Bit rateMaximum
number of bits
transmitted within
a 2 ms HSUPA TTI
Maximum
number of bits
transmitted
within a 10 ms
HSUPA TTI
Support for
10 and 2 ms
HSUPA TTI
Minimum
Spreading
factor
Maximum
number of
HSUPA code
transmitted
HSUPA
category
II. HSUPA (Release 6)3 Les nouvelles procédures en HSUPA (5/5) III. Les améliorations du HSPA+ (1/4)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 149
3. Les nouvelles procédures en HSUPA (5/5)
• Contrôle de puissance – Les canaux étant dédiés, les interférences en UL sont
restées importantes ⇒ le contrôle de puissance rapideest indispensable
• Soft Handover (SHO) – On applique la macrodiversité qui améliore la qualité du
signal en UL – le Serving RNC reçoit plusieurs PDU de type MAC-es
associées aux mêmes données transmises. Il secharge de les combiner et de les réordonner afin de
transmettre la PDU de type MAC-d aux couchessupérieures.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 150
III. Les améliorations du HSPA (1/4)
• Introduction de la technique MIMO (Multiple
Input Multiple Output)
– Un canal MIMO consiste en M Tx et N Rx antennes.
– Chaque antenne Tx transmet un signal différent qui
sera reçu par toutes les antennes Rx – La capacité sera augmentée linéairement :
C(MIMO) ≤ min{M,N} x C(SISO)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 151
III. Les améliorations du HSPA+ (2/4)
• Une modulation de 64QAM en Downlink et16QAM en Uplink
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 152
III. Les améliorations du HSPA+ (3/4)
• Continuous Packet Connectivity (CPC) – Nouveau format pour le canal montant DPCCH. La
signalisation n’est transmise à l’utilisateur que
lorsqu’il a des donnés à transmettre. – Le niveau des interférences est par conséquent réduitdans la cellule.
Avant la Release 7
Release 7 avec CPC
III. Les améliorations du HSPA+ (4/4)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 153
( )
11.528.0Release 7 (version 2) HSPA+ 2x2MIMO DL 16 QAM et UL 16 QAM
2384Release 7 (version 4) HSPA+ 2x2MIMO Dual Carrier
11.542.2Release 7 (version 3) HSPA+ 2x2MIMO DL 64 QAM et UL 16 QAM
11.521.1Release 7 (version 1) HSPA+ DL 64QAM et UL 16 QAM
5.7614.4Release 6
Uplink PeakData Rate
(Mbps)
DownlinkPeak Data
Rate (Mbps)
Technologie
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 154
Spécifications du systèmeLTE et au-delà pour la 4G
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 155
Plan
• Introduction
• Architecture du LTE
• Architecture protocolaire du LTE
• Les canaux LTE
• Couche physique du LTE
• Nouveautés dans le LTE-advanced
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 156
Introduction
• 3GPP LTE : Long Term Evolution – Release 8 et 9 de l’UMTS en 2009
• 3GPP LTE-advanced
– Release 10 de l’UMTS en 2011 ou 2012• Une architecture simplifiée• Une Interface radio basée sur l’OFDM• Les procédures héritées du HSPA+ sont
maintenues
I. Architecture du LTE : SAE System
Architecture Evolution (1/4)I. Architecture du LTE : SAE System
Architecture Evolution (2/4)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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Architecture Evolution (1/4)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 158
Architecture Evolution (2/4)
• Le eNodeB : – Il remplace le NodeB et le RNC
– Il réalise toutes les procédures de la couchephysique et MAC
– Il peut gérer plusieurs eNodeB
– Il coordonne le Handover entre plusieurscellules sans remonter la décision au EPS
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 159
I. Architecture du LTE : SAE System
Architecture Evolution (3/4)
• Le MME Mobility Management Entity: – Il gère le plan contrôle de l’usager
– Il ne fait que de la signalisation
– Il gère l’attachement ou le détachement dumobile au SAE et le tracking du mobile
– Il communique les données de localisation auHSS (Home Subscriber Server )
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 160
I. Architecture du LTE : SAE System
Architecture Evolution (4/4)
• Le serving SAE gateway : – Il gère le plan données de l’usager
– Il transmet les paquets de données dueNodeB au PDN
• Le PDN Packet Data Network : – C’est l’interface du réseau LTE avec les
autres réseaux de données.
– Il est équivalent au GGSN de la 2G/3G.
II. Architecture protocolaire du LTE
III. Les canaux en LTE
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/ingenierie-des-reseaux-mobiles-3g-4gpdf 41/54
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 161 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 162
1. Comme les informations de contrôle sont limitées sur le RACH, ce canal estmaintenant directement créé à la couche MAC
2. Comme dans le HSPA, ces canaux de contrôle sont fabriqués à la couchephysique servant au scheduling et à la procédure HARQ.3. Le SCH est vu comme une évolution du HS-DSCH du HSDPA et du E-DCH du
HSUPARemarque : les mêmes canaux logiques de l’UTRAN sont gardés au E-UTRAN.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 163
IV. Couche physique du LTE (1/6)
• Transmission multi-porteuse : OFDMA – OFDMA en DL – SC-OFDMA en UL – Le LTE permet une flexibilité d’allocation du spectre et plus de
largeur de bandes
• Multi-antenna en Tx et en Rx: MIMO – L’efficacité spectrale augmente linéairement avec le nombre
d’antennes
• Coordination entre les eNodeB – Transmission multi-cellule pou les services MBMS (Multimedia
Broadcast Multicast Service) – Coordination des interférences
• Autres aspects – Modulation : QPSK, 16QAM, 64QAM)
– AMC (Adaptation de la Modulation et du taux de codage) – HARQ, fast scheduling et autres procédures de la R5 et la R6
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 164
IV. Couche physique du LTE (2/6)• Trame OFDMA :
– Une courte subframe de 1 ms pour un délai round trip court – Structure commune si on applique le FDD ou le TDD – Insertion d’un préfixe cyclique (CP) à chaque bloc FFTpour
éviter les interférences inter-blocs en DL et en UL
IV. Couche physique du LTE (3/6) IV. Couche physique du LTE (4/6)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 165
• PRB (Physical Resource Bloc) :
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 166
• PRB (Physical Resource Bloc) :
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 167
IV. Couche physique du LTE (5/6)
• Catégorie des terminaux et débits théoriques :
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 168
IV. Couche physique du LTE (6/6)• Le spectre alloué au LTE requière une
planification sur le long terme
V. Nouveautés dans le LTE-advanced (R10)(1/3)
V. Nouveautés dans le LTE-advanced (R10)(2/3)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 169
(1/3)
• Timing :
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 170
(2/3)
• Extension de la largeur de bande
• Extension de l’usage de MIMO
• CoMP Coordination Multi Point transmission andreception
– Augmenter le débit en bordure de cellule, améliorer lacouverture, déploiement flexible
• Relaying
• SON Self Organizing Network
– Coordination pour une meilleure gestion desinterférences et de la mobilité
• Usage intense de Home NB
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 171
V. Nouveautés dans le LTE-advanced (R10)(3/3)
• Débit espéré :
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 172
Dimensionnement et planificationradio des réseaux cellulaires 3G+
Plan Introduction
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 173
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL
II. Dimensionnement en couverture de la 3G :
ULIII. Exemple pratique de dimensionnement et
planification d’un réseau HSDPA
IV. Techniques d’amélioration de la couvertureet de la capacité en UMTS et en 3G+
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 174
• Rappel : Le but du dimensionnement estd’estimer la quantité d’infrastructure radio et
réseau pour réaliser les objectifs de : – Couverture – Capacité – Qualité de service
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 175
Introduction
• Principe de dimensionnement radio en UMTS
Hypothèse deniveau de charge
Estimation de lacapacité DownlinkBilan de liaison
Comparaison des rayons : choix du rayon minimal
Estimation de lacapacité Uplink
Résultats du dimensionnement radio
(nombre de sites, de secteurs et fréquence par site)
Rayon decouverture
Rayon decellule DL
Rayon decellule UL
Objectif du chapitre
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 176
Introduction
• Définition de la capacité radio : Le nombre decommunications (pour un service voix) ou le débit total(pour un service data) qu’un système cellulaire peut offrir
(à saturation i.e. dans un système chargé) par celluleavec une qualité de service donnée (exprimée en BERou en SINRcible)
• Remarque : Les estimations "théoriques" de la capacitéradio (dans le sens descendant) sont pour la plupartréalisées à partir de simulations de Monte-Carlo qui sontbasées sur une moyenne sur plusieurs snapshots.
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL1. Calcul de la puissance requise par un mobile (1/3)
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL1. Calcul de la puissance requise par un mobile (2/3)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 177
• Relation SINR et Eb/N0 : – Eb énergie binaire
– N0 densité spectrale de puissance du bruit thermique
avec Gp appelé par définition le gain de traitement ou
processing gain
00
1
N
E
G N W
E RSINR b
p
b ×=×
×=
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 178
• Expression du Eb/N0 en DL
0
2
,,1
,1,1
0 )1( N
B
b
ubu
uu
uu
b
PgPgP
g p
R
W
N
E
++−
×=⎟⎟ ⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛
∑=
α
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 179
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL1. Calcul de la puissance requise par un mobile (3/3)
• Hypothèse : Contrôle de puissance parfait :(Eb/N0)u = (Eb/N0)cible
• Expression de la puissance requise par un
mobile au niveau de la BS :
avec
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ ++−⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
u N u DLu
cible
bu gP f PP
W
R
N
E p ,1,
0
,1 /)1(0
α
∑≠
=1
,1,, /b
uubu DL gg f
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 180
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL2. Calcul de P totale et estimation de la capacité
• Hypothèse : Système uniforme
• Puissance totale requise à la station de base :
• On définit le facteur de charge DL :
[ ]u DL
u
ucible
b
U
u
u
u
u
ucible
b
U
u
u N
f W
R
N
E
gW
R
N
E
P
P
,
,01
,1
,01
)1(1
/0
+−⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
=
∑∑
=
=
α ν
ν
[ ]u DL
u
ucible
bU
u
u DL f W
R
N
E ,
,01
)1( +−⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡= ∑
=
α ν η
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL2. Calcul de P totale et estimation de la capacité
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL3. Impact de la répartition des mobiles dans la cellule
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 181
• Estimation de la capacité pour un service voix à 12.2kbps. – Impact du facteur de shadowing
4223
72
Pmax=20 W
Rayon
Tenir compte de la marge de shadowing dans le bilan de liaison (dimensionnement)CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 182
• On considère un service voix à 12.2 kbps et un écart-type de shadowing égal à σ Sd=4 dB.
• Trois types de répartition dans la cellule :
Scénario 1 :
Chargé au centrede la cellule
Scénario 2 :
Répartition uniformedans la cellule
Scénario 3 :
Chargé en bordurede la cellule
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 183
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL3. Impact de la répartition des mobiles dans la cellule
• Impact sur la capacité radio : – Puissance totale requise à la station de base
– 25% – 40%
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 184
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL3. Impact de la répartition des mobiles dans la cellule
• Impact sur la stabilité du système : – Facteur de charge η DL pour
15%25%
70%
U = 30U = 60
Importance de la procedure de controle de charge
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL4. Impact des débits utilisateurs sur la capacité (kbps)
I. Estimation de la capacité radio en UMTS : DL4. Impact des débits utilisateurs sur la capacité (kbps)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 185
• Exemple : Débits 12.2 kbps et 64 kbps – Capacité totale (kbps) = ν v Uv Rv+ ν D UD RD
► C(kbps) = 1.1 Mbps (pour PMax = 20 W et un rayon de cellule de 0.7 km)
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 186
• Exemple : Débits 12.2 kbps et 128 kbps – Capacité totale (kbps) = ν v Uv Rv+ ν D UD RD
► C(kbps) = 1.2 Mbps (pour PMax = 20 W et un rayon de cellule de 0.7 km)
Nombre d’utilisateurs N changeavec la capacite (kbps)
Si le R diminue, N augmente etsi R augmente, N diminue
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 187
II. Dimensionnement en couverture de la 3G : UL1. Relation capacité / couverture
• Des statistiques basées sur des mesures ont données la courbe suivante :
⇒ On conclut que la couverture est limitée par le ULet la capacité est limitée par le DL.
Réf : Nokia 2002100 200 300 400 500 600 700 800 900
154
156
158
160
162
164
166
168
Load (kbps)
M a x i m u m p
a t h l o s s ( d B
)
Downlink path loss
Uplink path loss
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 188
II. Dimensionnement en couverture de la 3G : UL2. Bilan de liaison en UL (1/2)
• Le dimensionnement en couverture est basé surle bilan de liaison dans le sens montant car lacouverture est limitée dans le sens montant.
• Les paramètres du bilan de liaison sont : – Pour le mobile (émetteur)
• Puissance maximale d’émission• Gain d’antenne à l’émission• Pertes d’atténuation « corps » (body loss)
– Pour la station de base• Gain d’antenne à la réception, hauteur de l’antenne, pertes
dans les câbles, connecteurs, …
– Autres marges (pas considérées en GSM)• Marge d’interférence ou Noise Rise
• Marge de shadowing et de fast fading• Marge de Soft Handover
II. Dimensionnement en couverture de la 3G : UL2. Bilan de liaison en UL (2/2)
II. Dimensionnement en couverture de la 3G : UL3. Le rapport Noise Rise (1/3)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 189
• Exemples de bilan de liaison dans le sensmontant :
– Pour un service voix à 12.2 kbps – Pour un service voix
• Le bilan de liaison donne une premièreestimation de la couverture. Cependant, enUMTS, on atteint la limite de la couverture
quand le Noise Rise atteint une valeur seuildéterminée par l’opérateur.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 190
• On définit le facteur charge pour l’utilisateur u :
– Pu puissance reçue à la BS par le mobile u
– Itotal interférence totale à la BS
• La charge de la cellule de référence ou Facteurde charge (Load factor ) est alors :
totaluu I LP =
∑= u
uUL Lη
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 191
II. Dimensionnement en couverture de la 3G : UL3. Le rapport Noise Rise (2/3)
• L’interférence totale reçue à la BS excluant le bruitthermique donne :
• On définit le facteur Noise Rise comme le rapport :
• On obtient :
∑ ∑==−
u u
totaluu N total I LPP I
N
total
P
I =Rise Noise
UL
u
u N
total
LP
I
η −
=
−
==
∑ 1
1
1
1Rise Noise
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 192
II. Dimensionnement en couverture de la 3G : UL3. Le rapport Noise Rise (3/3)
• Exemple de rapport Noise Rise en UL en fonction du débittotal dans la cellule (Réf. Nokia 2002) :
• On remarque que pour un débit de 840kbps dans la cellule,le Noise Rise est égal à 3 dB, ce qui correspond à unfacteur de charge de 0.5. Lorsque le Noise Rise est égal à
6 dB, soit pour 1.3 Mbps, on a un facteur de charge de 0.75.
200 400 600 800 1000 1200 1400 16000
2
4
6
8
10
12
Throughput (kbps)
N o i s e R i s e ( d B )
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
1. Procédure générale : organigramme
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
1. Procédure générale : Bilan de liaison
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 193
193
Bilan de liaison
Dimensionnement Node B
Dimensionnement Iub
Dimensionnement RNC
servicesEnvironnementZone à couvrir
Rayon, Nb sites
Nb CE, Nb connexion HSDPA
Nb lien E1
Nb RNC
Planification Radio
Prédiction et optimisation de la couverture CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 194
194
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 195
• Modèle de propagation: SPM
MAPL=[(K1+K3*log(Heff)+K4*Diffraction+K6*(Hmeff)+Kclutter*f(clutter))+((K2+
K5log(Heff)*log(d)))]
• Calcul du rayon pour les différents types d’environnements,
services et liens.
• Résultat : rayon de cellule est le minimum des distances
obtenues en UL et DL
195
Rayon par
Env (Km)
Dense
Urbaine
Urbaine Suburbaine Rural
12,2 Kbit/s 1,47 1,94 2,37 5,65
64 Kbit/s 1,05 1,38 1,68 3,99
144 Kbit/s 0,90 1,17 1,42 3,38
384 Kbit/s 0,68 0,88 1,07 2,53
cvc
v
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
1. Procédure générale : Estimation du rayon de la cellule
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 196
• Dimensionnement du Node B
– Nombre de BB nécessaires pour la signalisation et les canaux communs.
nb_cell_Node B
max_nb_cell_per_BB
– Nombre de BB nécessaires pour le trafic.
Mpole_site = nb_cell_per_site x Mpole_cell
• Résultats :
196
Nb de
secteur
Nb de BB
UMTS
Nb de BB
HSDPA
Nb max de
CE en UL
Nb max de
CE en DL
Node B 3 3 1 416 416
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
1. Procédure générale : Dimensionnement radio
NBB_signaling =
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
1. Procédure générale : Dimensionnement radio
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
2. Planification d’un réseau UMTS
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 197
• Dimensionnement de l’interface Iub
– Nombre de liaisons E1 connectées au Node B
nb_E1_per_Node_B= [EB_Factor*[BW(ALCAP) +BW (NBAP-c) + nb_BB_NodeB*BW
(NBAP- d) + BW (O&M)] +Max(PCR service)] / E1_VP_Bandwidth
– Résultat :
nb_E1_per_Node_B = 2.
197
g
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 198
• Outil de planification : Atoll
• Les Inputs :
– Système de coordonné : UTM zone 32.
– Zone et clutters
– Carte de trafic
– Type d’antenne: 65 deg 18 dBi 0 tilt
– Terminaux : Mobile et PDA
– Mobilité, Profil utilisateur, Services, Radio bearers…
– Rayons de cellule estimés – Introduction des paramètres des sites
198
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 199199
Niveau de
signal faible
Pas de
couverture
La placement automatique
ne permet pas d’assurer le
niveau de champ demandé
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
2. Planification d’un réseau UMTS
Carte du niveau du signal générée par Atoll
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 200200
Carte du niveau du signal : Optimisée
Seuil
Signal
excellent
67,5%
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
2. Planification d’un réseau UMTS
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
2. Planification d’un réseau UMTSCarte de couverture par émetteur
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
2. Planification d’un réseau UMTS
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 201
Carte d’analyse de réception du canal pilote (Ec/I0)
Couverture 99,5 %
Seuil
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 202
Carte de couverture par émetteur
Absence d’interférences sur presque toute la zone
Pollution pilot
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 203
Prédiction sur le canal HS-PDSCH
99,5 % d’utilisateurs servis
Qualité excellente97,2%
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
3. Planification d’un réseau HSDPA
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 204
Prédiction de la couverture CQI Dégradation de la qualité de
CQI en bordure du cellule
Nom Pourcentage %
CQI coverage 99,5
CQI >=20 42,8
CQI >=15 77,8
CQI >=10 99,4
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
3. Planification d’un réseau HSDPA
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
3. Planification d’un réseau HSDPA
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
4. Autres performances
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 205
Prédiction du débit HSDPA: Peak Rate3,36 Mbps: Position
favorable,16 QAM,
taux de codage:3/4
160 kbit/s: Positiondéfavorable, QPSK,
taux de codage
moins élevé
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 206
Impact du choix de la porteuse
• Scénario 1: Un réseau qui supporte l’UMTS et le
HSDPA sur une même porteuse.
• Scénario 2 : Un réseau qui supporte l’UMTS et
le HSDPA sur deux porteuses différentes .
206
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 207
Service Nombre
d'utilisateur
Pourcen-
tage servis
Débit UL
(Mbps)
Débit DL
(Mbps)
Utilisateurs en
attente ou rejeté
Mobile
internet
access
7,58 100% 135,68kbps
Assuré parHSDPA
Ptch > PtchMax:1,06
Admission/
Reject:0,04
HSDPADelayed:1,1
Multimédia
Messaging
service
20,32 95%458,24
kbps
Assuré par
HSDPA
Vidéo
Conferenci
ng
52,5 100% 3,36 Mbps 3,36 Mbps
Voix 108,66 100% 803,25kbps
801,05kbps
207
Scénario1: taux de Blocage est 1,2%.Puissance
insuffisante
pour un canal
de trafic en
DL
Impact du choix de la porteuse
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
4. Autres performances
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 208
Scénario 1: Exemple
Impact du choix de la porteuse
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
4. Autres performances
Impact du choix de la porteuse
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
4. Autres performances
III. Exemple pratique de dimensionnement et planificationd’un réseau HSDPA
4. Autres performances
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 209
ServiceNombre
d'utilisateur
Pourcen-
tage
Débit UL
(Mbps)
Débit DL
(Mbps)
Utilisateurs
rapporté ou
rejeté
Mobile
internet
acces
8,26 100% 138,24 kbpsAssuré par
HSDPA
Ptch >
PtchMax:
0,12
Admission/
Rejet
0,12
HSDPA
Delayed:
1,48
Multimédia
Messaging
service
21,44 99,4% 483,84 kbpsAssuré par
HSDPA
Vidéo
conferencing52,58 99,9% 3,37 Mbps 3,37 Mbps
Voix 104,5 99,9% 756,89 kbps 753,47 kbps
Impact du choix de la porteuseScénario 2: le taux de blocage est 0,9%.
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 210
210
Adaptation au réseau 2G existant
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 211
IV. Techniques d’amélioration de la couvertureet de la capacité en UMTS et en 3G+ (1/5)
• Les techniques utilisées pour améliorer lacouverture et la capacité en UMTS et en 3G+consistent en :
– L’introduction de la diversité d’antenne – La sectorisation
– La détection multi-utilisateurs
– Le Beamforming
– Adoption de la stratégie de Network sharing
– L’introduction des femtocells ou des flybox
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 212
IV. Techniques d’amélioration de la couvertureet de la capacité en UMTS et en 3G+ (2/5)
• Les Femtocells : – Ce sont des "petites" stations de bases, appelées
aussi “Home BS” ou “access point base station”,
ou encore “3G access point”. – Elles adoptent les mêmes normes des
réseaux radio-mobiles. – Elles permettent d’améliorer principalement la
couverture en indoor .
– Femto Forum créé le 2 juillet 2007 en associationavec l’organisme 3GPP
IV. Techniques d’amélioration de la couvertureet de la capacité en UMTS et en 3G+ (3/5)
• Les Femtocells :
• Les Femtocells :
IV. Techniques d’amélioration de la couvertureet de la capacité en UMTS et en 3G+ (4/5)
7/23/2019 Ingénierie des Réseaux Mobiles 3G-4G.pdf
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CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 213
– Elles permettent de connecter des mobiles aux réseaux cellulaires desopérateurs via une "passerelle résidentielle" (ADSL ou fibre optique) .
– Elles offrent la possibilité de faire des Handovers Macrocell / FemtoCell
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 214
– Problèmed’interférences
Femto/MacrocellsetFemto/Femtocells
– Risque dedégradation de laQoS dans lesystème
⇒ Il faut une bonneoptimisation del’allocation desressources radio
CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 215
IV. Techniques d’amélioration de la couvertureet de la capacité en UMTS et en 3G+ (5/5)
• Les Flybox : – Ces box intègrent une
carte SIM – Ils transforment le signal
3G reçu de la BS en unsignal WiFi
– Il y a a priori moins deproblème d’interférences
– Ils doivent cependant êtreplacés à côté de la fenêtrepour garantir uneamélioration de la
couverture.