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Université Abdelmalek Essaadi Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan
Mémoire de Fin d’Etudes
Pour l’obtention du diplôme
D’Ingénieur d’Etat
Génie des Systèmes des Télécommunications et Réseaux(GSTR)
Promotion 2008 – 2011
Optimisation du réseau 3G en corrélation avec les statistiques
et les KPI’S
Mlle. Khaoula EL HABIB Soutenance le 28 Juin 2011
Membres de jury : Pr. Otman CHAKKOR Encadrant ENSA Tétouan Pr. Abdellah FELLAHI ENSA Tétouan Pr. Souhaib AAMOU ENS Martile
Année Scolaire : 2010-2011
2
3
Les opérateurs télécoms cherchent toujours à satisfaire d’une part leurs clients d’autre
part ils tentent d’acquérir une utilisation optimale des équipements déployés ainsi l’optimisation des réseaux est devenue indispensable.
Ce projet de fin d’étude consiste à optimiser le réseau 3G de Méditel, dont la zone
d’étude est une zone située au centre de la ville de Fès. Pour mener à bien ce travail, il a d’abord été question de passer une période
d'apprentissage sur les différents systèmes de communication (3G), ses principaux composants, et ses fondamentales caractéristiques radios. Puis l’adaptation à l’environnement de suivi des indicateurs de qualité et de l’analyse des drives tests ont été nécessaires. Au terme de Ce travail, une procédure d’optimisation a été appliquée à la région étudiée (Centre de Fès).
The telecom operators are still trying to satisfy their customers, and at the same time make optimum use of equipment deployed, that’s why the optimization of networks is essential, and it involves several processes of radio resources optimization.
This project graduation is to optimize the network 3G of Méditel, the study area is an area of the center of Fès city.
To carry out this work, we start by a period of learning about the different
communication systems (3G), its main components, and its fundamental radio characteristics. Then the adaptation to environmental monitoring of quality indicators and analysis of drives test were needed. Upon completion of this work, an optimization procedure was applied to the area studied.
األثو ؼذاحا، ىزا اىسبب االسخفادةحسؼى إلسضاء صبائا، في اىقج فس االحصاالثال حضاه ششماث
.حؼخبش ػقيت ححس اىشبناث أشا أساسيا، يخ اسخخذا جػت اىسيشساث ىخحسي اسخغاله اىاسد
اىجيو اىثاىث ىششمت يذيخيو، رىل في طقت شبنتع اىخخشج ححج ػا ححسي ز اىذساست اىائيت ىشش
.سط ذيت فاط
ىخفيز زا اىبحث، ح اىبذء بفخشة اىطاىؼت ػيى أظت االحصاالث ىيجيو اىثاىث، ناحا اىشئيسيت،
ىخحييو اىسخؼيت خاله ػييت ححسي ماج اك حاجت إىى اىخأقي غ أظت أداث اث. خصائصا األساسيت
ػذ االخاء ز اىشحيت، إجشاء اىخحسي ح حطيش حطبيق ػيى ػذة . االخخباسؤششاث اىجدة ساساث
حاالث يست
4
Dédicace
A ma chère mère
A mon cher père
Respect, amour, reconnaissance, sont les moindres sentiments que
je puisse vous témoigner. Aucune dédicace ne saurait exprimer
mon respect, ma considération et ma grande admiration.
Que dieu vous garde.
A ma chère famille
Symbole de ma sûreté et ma sécurité.
A tous mes professeurs qui m’ont enseigné
Puisse ce modeste travail vous exprimer ma profonde
reconnaissance, mon respect et mon Admiration sans limites à
votre égard.
Khaoula EL HABIB
5
Remerciement
Au nom d'Allah le tout miséricordieux, le très miséricordieux.
Ce travail, ainsi accomplie, n'aurait point pu arriver à terme, sans l'aide et le soutien et
tout le guidage d'Allah, louange au tout miséricordieux; le Seigneur de l'univers. En second
lieu, je tiens à remercier toute personne ayant aidé, de près ou de loin à l'achèvement de notre
étude, et en particulier de notre période de stage de fin d'étude et de ce projet. Je remercie en
premier lieu, mes parents qui ne préservent aucun effort pour me voir escalader à pas sûrs la
montagne du savoir, et dépasser tous les obstacles vers l'amélioration. Tout mot dit, je ne les
remercierai jamais assez.
Ensuite, Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à tout le corps professionnelle qui
m’a amené jusqu'à ce point ci. Je remercie En particulier, mes chers professeurs qui font
partie de mon jury, je remercie infiniment Monsieur Otman CHAKKOR mon professeur au
sein de l’école, pour ses conseils, son soutien, et son encadrement. Ensuite Je tiens à adresser
mes sincères remerciements ainsi que mes sentiments les plus respectueux à mon encadrant
externe Mr Ismail NAIMI ingénieur radio qui a mis à ma disposition toutes les ressources
nécessaires pour le bon déroulement de ce travail et qui n’a pas hésité un instant à m’orienter
avec ces précieuses directives et ces judicieux conseils. Aussi, je remercie l’ensemble du
personnel du département radio de Méditelecom sur leur tête Mourad HACHAMI Manager
Réseau Radio, et Mr. Fouad MOUSTADRAF ingénieur radio pour les précieux conseils
qu’ils ont pu me prodiguer au cours de la période de mon stage.
Enfin, je voudrais rendre hommage à toutes les personnes qui n'ont pas hésité à
m’aider d’une manière ou d’une autre durant mon stage.
6
Table des matières
Introduction générale ................................................................................................................ 13
1er
Chapitre: Le Réseau UMTS
Introduction : ............................................................................................................................ 15
1. La 3G : .............................................................................................................................. 15
1.1. L’évolution de la téléphonie mobile : ........................................................................ 15
1.2. Plan de fréquence IMT2000 : ................................................................................ 16
2. Architecture générale de l’UMTS ..................................................................................... 17
2.1. Le domaine de l'équipement usager (UE): ................................................................ 18
2.2. Réseau d’accès UTRAN ............................................................................................ 19
2.2.1. RNC : .................................................................................................................. 19
2.2.2. Node B : ............................................................................................................. 21
2.2.3. Architecture en couches de l’interface Radio UTRAN : .................................... 21
2.3. Réseau Cœur UMTS .................................................................................................. 23
2.3.1. Le domaine CS : ................................................................................................. 23
2.3.2. Le domaine PS : ................................................................................................. 24
2.3.3. Les éléments communs : .................................................................................... 24
3. Les canaux et les interfaces UMTS : ................................................................................ 24
3.1. Les canaux UMTS : ................................................................................................... 24
3.1.1. Canaux logiques : ............................................................................................... 25
3.1.2. Canaux de transport : .......................................................................................... 25
3.1.3. Canaux physiques: .............................................................................................. 27
3.2. Interfaces de l’UTRAN: ............................................................................................ 27
3.2.1. L'interface Uu : ................................................................................................... 28
3.2.2. L'interface Iu : .................................................................................................... 28
3.2.3. L'interface Iub : .................................................................................................. 28
3.2.4. L'interface Iur : ................................................................................................... 28
4. Méthodes d’accès radio : WCDMA .................................................................................. 28
4.1. Codes utilisés : ........................................................................................................... 29
4.1.1. Codes d’étalement : ............................................................................................ 29
4.1.2. Scrambling Code : .............................................................................................. 30
4.2. Le contrôle de puissance : ......................................................................................... 30
4.2.1. Contrôle de puissance open-Loop (Slow) : ........................................................ 31
7
4.2.2. Contrôle de puissance inner-Loop (Fast) : ......................................................... 31
4.2.3. Contrôle de puissance outer-Loop : ................................................................... 32
5. Le Handover dans le réseau UMTS : ................................................................................ 32
5.1. Le soft/softer Handover : ........................................................................................... 32
5.2. Le Hard Handover ..................................................................................................... 33
5.3. Handover inter-système : ........................................................................................... 34
5.4. Les mesures du handover: ......................................................................................... 35
Conclusion : .............................................................................................................................. 36
2ème
Chapitre : Notion de la QoS, d’indicateurs de Performance KPI, et des
Drives Test
Introduction .............................................................................................................................. 38
1. La qualité de service dans les réseaux UMTS: ................................................................. 38
1.1. Architecture : ............................................................................................................. 38
1.2. Les classes de services: .............................................................................................. 40
1.2.1. La classe A ou Conversational: .......................................................................... 41
1.2.2. La classe B ou Streaming: .................................................................................. 41
1.2.3. La classe C ou interactive: ................................................................................. 41
1.2.4. La classe D ou Background : .............................................................................. 42
1.3. Les attributs du RAB: ................................................................................................ 42
2. Statistiques et indicateurs clés de performance : .............................................................. 43
2.1. Statistiques : ............................................................................................................... 43
2.1.1. Utilisation des statistiques : ................................................................................ 43
2.1.2. Principe d'extraction des statistiques: ................................................................. 44
2.2. Compteurs et les indicateurs clés de performance : .................................................. 45
2.2.1. Compteurs : ........................................................................................................ 45
2.2.2. Indicateurs Clés de Performance : ...................................................................... 45
2.2.3. Formule: ............................................................................................................. 46
3. Les Classes des Indicateurs 3G: ........................................................................................ 46
3.1. L’accessibilité au service: .......................................................................................... 46
3.2. La Maintenabilité du service: .................................................................................... 47
3.3. Charge et utilisation : ................................................................................................. 47
3.4. Intégrité du service : .................................................................................................. 47
3.5. Disponibilité : ............................................................................................................ 48
3.6. Mobilité : ................................................................................................................... 48
8
3.7. Exeemple de quelques KPI et leur marge acceptable : .............................................. 49
4. Quelques KPI de l’UTRAN : ............................................................................................ 49
4.1. Accessibility Success rate : ........................................................................................ 49
4.2. Coupure d’appel : ...................................................................................................... 51
4.3. Handover : ................................................................................................................. 52
4.3.1. Soft/Softer Handover : ....................................................................................... 52
4.3.2. Le Hard Handover : ............................................................................................ 53
4.3.3. Le Handover Inter-Système : ............................................................................. 53
4.4. Trafic : ....................................................................................................................... 55
5. Le Drive Test : .................................................................................................................. 55
Conclusion ................................................................................................................................ 58
3ème
Chapitre: Processus d’optimisation 3G
Introduction .............................................................................................................................. 60
1. Optimisation radio: ........................................................................................................... 60
1.1. Objectif de l’optimisation radio: ................................................................................ 60
1.2. Schéma général du processus de l’optimisation: ....................................................... 60
2. Présentation du projet: ...................................................................................................... 61
3. OPTIMA: .......................................................................................................................... 63
3.1. Présentation générale d’OPTIMA: ............................................................................ 63
3.2. L’architecture de l’outil statistique OPTIMA de Méditel: ........................................ 63
3.3. Analyse des KPI : ...................................................................................................... 64
3.3.1. Accessibilité : ..................................................................................................... 64
3.3.2. La maintenabilité : .............................................................................................. 66
3.3.3. Charge et utilisation : ......................................................................................... 67
4. TEMS: ............................................................................................................................... 67
4.1. Le canal pilote CPICH: .............................................................................................. 68
4.2. Blocage d’appels (Accessibilité): .............................................................................. 69
4.3. Coupure d’appels (Maintenabilité) : .......................................................................... 72
5. Traitement de la zone étudiée : ......................................................................................... 77
5.1. Analyse de couverture : ............................................................................................. 78
5.2. Analyse du rapport Ec/N0 : ....................................................................................... 79
5.3. Analyse et Solution : .................................................................................................. 79
Conclusion ................................................................................................................................ 81
9
Acronyme ................................................................................................................................. 83
Bibliographies .......................................................................................................................... 85
Annexes .................................................................................................................................... 86
10
Tables des figures
Figure 1: Evolution des réseaux mobiles ................................................................................. 16
Figure 2: Bande de fréquences pour l’IMT2000 ...................................................................... 17
Figure 3: l’architecture globale de l’UMTS ............................................................................. 17
Figure 4: l'équipement usager .................................................................................................. 18
Figure 5: Architecture du réseau RNS ..................................................................................... 19
Figure 6: principe du drift / serving RNC ................................................................................ 20
Figure 7: Exemple Node B ....................................................................................................... 21
Figure 8: Les couches protocolaires de l’interface radio UTRAN ........................................... 21
Figure 9: Architecture Réseau Cœur ........................................................................................ 23
Figure 10: Les canaux en UMTS ............................................................................................. 24
Figure 12: les interfaces de l’UTRAN ..................................................................................... 27
Figure 13: Etalement – Modulation ......................................................................................... 29
Figure 14: Multiplexage du codage .......................................................................................... 30
Figure 15: Le mécanisme de scrambling .................................................................................. 30
Figure 16: Les types du contrôle de puissance ......................................................................... 31
Figure 17: Le Mécanisme du softer/soft Handover dans l’UMTS ........................................... 33
Figure 18: Le Hard Handover .................................................................................................. 34
Figure 19: Handover Inter-système .......................................................................................... 35
Figure 20: La QoS dans un réseau UMTS ............................................................................... 39
Figure 21: Les classes de service en UMTS............................................................................. 41
Figure 22: Mécanisme d’extraction des KPIs .......................................................................... 45
Figure 23:Les messages de signalisation de l’établissement d’une connexion RRC ............... 50
Figure 24: Les messages de signalisation associés au RAB .................................................... 51
Figure 25: Les causes de coupure d’appel ............................................................................... 51
Figure 26: Les messages de signalisation échangés lors du Soft/Softer Handover ................. 52
Figure 27: Les messages de signalisation échangés lors du Hard Handover ........................... 53
Figure 28: Les messages de signalisation échangés lors du Handover inter-système.............. 54
Figure 29: Exemple d’un échec d’un Handover inter-système ................................................ 54
Figure 30: chaine de mesure ..................................................................................................... 55
Figure 31: Connexion des équipements ................................................................................... 56
Figure 32: schéma général du processus d’optimisation .......................................................... 61
Figure 33: cartographie de la ville de FES ............................................................................... 62
11
Figure 34: le graphe de l'accessibilité ...................................................................................... 65
Figure 35: les taux acceptables ................................................................................................. 65
Figure 36: Accessibilité au niveau RRC et RAB ..................................................................... 66
Figure 37: Les taux de coupures .............................................................................................. 66
Figure 38: marge de taux de coupure ....................................................................................... 67
Figure 39: Le trafic de la voix .................................................................................................. 67
Figure 40: Prise d'écran TEMS problème de blocage d'appel .................................................. 70
Figure 41: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture ... 71
Figure 42: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Congestion .................. 72
Figure 43: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de manque de voisine ...... 73
Figure 44: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture ... 74
Figure 45: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Pilot Pollution ............. 75
Figure 46: Problème Radio ...................................................................................................... 75
Figure 47: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de congestion................... 76
Figure 48: Autre problème de coupure d'appel ........................................................................ 77
Figure 49: Plot du RSCP lors du drive test .............................................................................. 78
Figure 50: Autre Plot du RSCP lors du Drive Test .................................................................. 78
Figure 51: Plot de l’EcNo lors du drive test ............................................................................. 79
Figure 52: les amélioration apportées au niveau RSCP ........................................................... 81
Figure 53: schéma d’un site ..................................................................................................... 87
Figure 54: schéma d’une antenne à tilt éléctrique .................................................................... 88
Figure 55: Ajustement de l’azimut de l’antenne ...................................................................... 88
12
Tables des tableaux
Tableau 1: Les canaux logique de l’UMTS ............................................................................. 25
Tableau 2: Les canaux de transport de l’UMTS ...................................................................... 26
Tableau 3: les classes de QoS de l’UMTS ............................................................................... 42
Tableau 4: Valeurs de quelques KPI ........................................................................................ 49
Tableau 5:La couverture classée par niveaux........................................................................... 69
Tableau 6: Tableau résumant l’analyse des problèmes rencontrés lors du Drive Test ............ 80
13
Introduction générale
En matière de télécommunications mobiles, l'évolution est remarquablement
exponentielle. Depuis le début des années 1980, le marché des communications mobiles s'est
développé au delà de toutes les attentes, répondant d’une part aux besoins du public et d’une
autre part aux exigences des opérateurs dans un souci d’assurer la continuité des services avec
une meilleure qualité, pallier aux problèmes qui surgissent et suivre l’évolution de la clientèle.
C’est dans cette perspective que Méditelecom accorde une grande importance à l’optimisation
de son réseau.
Le processus d’optimisation des réseaux radio mobiles (3G) est indispensable afin
d’aboutir à une meilleure couverture et une qualité de service satisfaisante. C’est dans ce
cadre que s’inscrit ce stage de fin d’études, dont l’objectif est d’optimiser une région dans la
ville de Fès en se basant sur l’étude des statistiques, des KPIs ainsi qu’à l’analyse des Drives
Test réalisés.
Le présent rapport est organisé de la manière suivante: le premier chapitre est consacré
à l’étude théorique des principes de bases du réseau mobile 3G, ainsi que ses principales
fonctionnalités utilisées dans le réseau Méditel.
Le second chapitre défini la Qualité de Service (QoS) : son architecture, ses classes et
ces attributs ainsi que la définition du rôle que jouent les statistiques et les KPI et enfin le
principe des Drives Test.
Le troisième et dernier chapitre comprend l’étude réelle de la zone du centre de la ville
de Fès : coté KPI’s et coté Drive Test. Ainsi que les solutions proposées.
14
1er Chapitre:
Le Réseau
UMTS
15
Introduction :
L’UMTS est une technologie de la troisième génération développée au sein de
l’organisme 3GPP (Third Generation Partnership Project) .Cette technologie a révolutionné
les réseaux mobiles. Elle a été mise en service en 2004 sous sa première version la Release 99
(R99), elle s’avérait nécessaire vu les limitations des systèmes de deuxième génération en
terme de débit et de services. L’UMTS permet à la fois la téléphonie mobile et la transmission
des données avec un débit théorique allant jusqu’à 2 Mbps et un débit réel de l’ordre de 384
Kbits/s et fonctionne sous la bande de fréquence 1900MHz-2200MHz.
L’UMTS a pour but de bien exploiter une bande de fréquence pour faire transiter
davantage de données et donc obtenir un débit plus important. Donc, l’utilisateur peut se
bénéficier de plusieurs services avec un haut débit tels que l’accès à internet et le
téléchargement des fichiers vidéo.
1. La 3G :
1.1. L’évolution de la téléphonie mobile :
La téléphonie mobile a progressivement évolué des réseaux 1G analogiques et non
cellulaires vers les réseaux 2G numériques et cellulaires, dont la mise en place s'est
accélérée dans les années 90 grâce à des décisions communes établies par le groupe GSM.
De réseau de transmission de services voix, un cadre technique s'est mis en place
pour proposer aussi le transfert de données à des débits plus importants grâce à une
gestion différente, par paquets, des informations échangées.
Cela a permis de voir émerger la technologie 2,5G avec le GPRS, puis 2,75G grâce
à la technologie EDGE, ces deux dernières continuant à profiter de l'infrastructure
existante 2G du GSM. Le débit proposé reste faible (200 Kbit/s) par rapport aux offres
filaires (512 Kbit/s et au-delà pour l’ADSL).
Pour aller plus loin et proposer des services dépassant le cadre de la consultation
WAP1 ou de la réception d'emails et se rapprocher de ceux utilisés sur les ordinateurs, il a
fallu changer d'architecture. Distincte des modes de transmission antérieurs, elle est
qualifiée de 3G, ou réseau de troisième génération.
Presque dans le même temps, la Chine, dont l'activité économique connaît un
bouleversement sans précédent depuis les années 2000, préfère faire bande à part et
1 Est un protocole de communication qui permet d'accéder à Internet à partir d'un appareil de transmission sans
fil, comme par exemple un téléphone portable ou un assistant personnel.
16
constituer de toute pièce son propre standard 3G : c'est le TD-SCDMA, qui offre
l'avantage de ne pas avoir à verser de droits de propriété intellectuelle aux occidentaux
mais également l'inconvénient d'arriver après les deux autres normes, sans avoir eu le
temps nécessaire à sa maturation industrielle.
Au-delà de ces technologies différentes, la 3G ne se suffit pas à elle-même et des
évolutions permettent d'améliorer ses performances. En Europe, l'UMTS peut être mis à
jour en HSDPA, puis en HSUPA, augmentant sensiblement les débits et ouvrant la voie
vers de nouveaux usages.
Figure 1: Evolution des réseaux mobiles
1.2. Plan de fréquence IMT2000 :
Pour l’UMTS les fréquences sont allouées selon les techniques de duplexage : pour
l’UTRA/FDD deux bandes de 60MHZ dont 1920-1980 MHz et 2110-2170 MHz et pour
l’UTRA/TDD 1900Mhz-1920Mhz et 2010Mhz-2025Mhz avec une largeur de bande de 5
Mhz.
La figure 2 illustre le plan de fréquences proposé par l'IMT2000.
17
Figure 2: Bande de fréquences pour l’IMT2000
2. Architecture générale de l’UMTS
L'architecture générale du réseau UMTS est composée de deux domaines : Un réseau
d’accès UTRAN et un réseau cœur. Voir la figure ci-dessous.
Figure 3: l’architecture globale de l’UMTS
18
2.1. Le domaine de l'équipement usager (UE):
Le domaine de l’équipement usager comprend tous les équipements terminaux, il peut être
également divisé en deux sous-domaines, l’équipement mobile (ME) et le module d’identité
des services de l’usager USIM.
ME: Mobile Equipment
USIM: Universal Subscriber Identity Module
Figure 4: l'équipement usager
Mobile Equipment (ME):
Partie fonctionnelle de l’UE composée de l’équipement terminal (TE) et de la terminaison
mobile (MT) :
Mobile Termination (MT): Partie de l’UE qui effectue des fonctions spécifiques à la
transmission et à la réception sur l’interface radio (contient les protocoles NAS et AS)
Terminal Equipment (TE): Partie de l’UE où les données de l’application sont
générées en émission ou traitées en réception.
Universal Subscriber Identity Module(USIM):
Application contenue dans une carte à puce permettant l’accès aux services offerts par le
réseau mobile. Les informations contenues dans l’USIM comprennent :
Des informations permettant l’identification de l’UICC : un numéro unique associé à
la carte et à son utilisateur;
La langue ou les langues à utiliser;
Le répertoire des applications ;
L’IMSI et le(s) MSISDN(s) ;
Les clefs de chiffrage ;
Les codes pour les appels d’urgence ;
Les messages courts et les paramètres associés ;
La liste des services et le nom de ses fournisseurs ;
La liste des porteuses à utiliser pour la sélection d’une cellule.
19
2.2. Réseau d’accès UTRAN
Le réseau d’accès UTRAN se charge d’assurer plusieurs fonctionnalités. Son rôle
principal est d’échanger les données entre l’équipement usager et le réseau cœur via les deux
interfaces Uu et Iu. Il fournit à l'UE (User Equipment) les ressources radio et les mécanismes
nécessaires pour accéder au CN (Core Network) dans le plan contrôle ainsi que dans le plan
usager.
Le réseau d’accès UTRAN est composé, comme l’illustre la figure, d'un ensemble de
sous-systèmes réseau radio nommés RNS (Radio Network Subsystem). Chaque RNS est
constitué d’un seul RNC (Radio Network Controller) qui contrôle une ou plusieurs stations
de base Node B, ou les RNCs sont connectés entre eux via l’interface Iur alors que les stations
de base sont connectées au RNC via l’interface Iub.
Figure 5: Architecture du réseau RNS
2.2.1. RNC :
Le RNC a pour rôle de router les ressources radio entre la Node B et le réseau cœur de
l’UMTS, contrôler et gérer les ressources radio de l’UTRAN (l’établissement, maintien et
libération des canaux radio), Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modèle OSI le
contrôle d'admission (AC) et le contrôle de la charge et de congestion, allocation des codes
pour de nouveaux liens radio ainsi que d'autres fonctions liées à la mobilité notamment le
handover qui permet à un terminal mobile de se déplacer d'une cellule à l'autre.
20
Lorsqu’une communication est établie par un équipement usager, une connexion de
type RRC (Radio Resource Control) est établie entre celui-ci et un RNC du réseau d’accès
UTRAN. Dans ce cas de figure, le RNC concerné est appelé SRNC (Serving RNC). Si
l’usager se déplace dans le réseau, il est éventuellement amené à changer de cellule en cours
de communication. Il est d’ailleurs possible que l’usager change de Node B vers un Node B
ne dépendant plus de son SRNC. Le RNC en charge de ces cellules distantes est appelé «
controlling RNC ». Le RNC distant est appelé «drift RNC» du point de vue RRC.
Le SRNC (Serving RNC): il gère les connexions radio avec le mobile et sert de point
de rattachement au réseau cœur via l'interface Iu. Il contrôle et exécute le handover. Il
assure aussi les fonctions de division/recombinaison dans le cas du soft-handover pour
acheminer un seul flux vers l'interface Iu.
Le DRNC (Drift RNC): il est sur ordre du SRNC gère les ressources radio des
stations de base qui dépendent de lui. Il effectue la recombinaison des liens lorsque du
fait de la macro diversité, plusieurs liens radio sont établis avec des stations de base
qui lui sont rattachés. Il route les données des utilisateurs vers le Serving RNC dans le
sens montant et vers ses stations de base dans le sens descendant.
Figure 6: principe du drift / serving RNC
A l’intérieur de l'UTRAN, le RNC des sous-systèmes radio du réseau peuvent être reliés
entre eux par l’Iur. Iu (s) et Iur sont des interfaces logiques. Iur peut être transporté sur une
connexion directe entre les RNC physiques ou des réseaux virtuels en utilisant n'importe quel
réseau de transport approprié.
Pour chaque connexion entre l’user équipement et l'UTRAN, un RNC est le RNC serving.
Si nécessaire, Drift RNC soutient le RNC serving en fournissant des ressources radio. Le rôle
d'un RNC (serving ou drift) est basé sur une connexion entre l’UE et l'UTRAN
21
2.2.2. Node B :
Son rôle principal est d’assurer les fonctions de transmission et de réception des ressources
radio d’une ou de plusieurs cellules contenant un ou plusieurs secteurs ainsi qu’une ou
plusieurs fréquences ou porteuses. Lorsque l’on parle de Node B « 3x1 » cela signifie qu’il
gère 3 secteurs (u, v, w) et une fréquence par secteur. En général, il gère la couche physique
de l’interface radio comme le codage des canaux, l’étalement du spectre, l’entrelacement, la
modulation, le contrôle de puissance en boucle fermée rapide.
Figure 7: Exemple Node B
2.2.3. Architecture en couches de l’interface Radio UTRAN :
L’interface radio de l’UTRAN, comme c’est illustré dans la figure, est structurée en
couches dont les protocoles se basent sur les 3 premières couches du modèle OSI
(respectivement la couche physique, la couche liaison de données et la couche réseau), ces
couches se trouvent coté mobile et coté UTRAN (Node B et RNC).
Figure 8: Les couches protocolaires de l’interface radio UTRAN
22
Couche 1:
Représente la couche physique (PHY) de l'interface radio. Elle réalise entre autres les
fonctions de détection et correction d’erreurs dans les canaux de transport, multiplexage des
canaux de transport sur des canaux physiques, étalement et désétalement de spectre des
canaux physiques, prélèvement des mesures radio (envoyées aux couches supérieures),
contrôle de puissance en boucle fermée, d'entrelacement et de modulation.
Couche 2 :
Fournit les fonctions liées au mapping, chiffrement, retransmission et segmentation.
Elle est composée de quatre sous-couches :
MAC (Medium Access Control) qui s’occupe du multiplexage de différents flux de
données issus d’un même utilisateur ou de flux de données issus d’utilisateurs
différents sur un canal de transport unique.
RLC (Radio Link Control) établit la connexion entre l'équipement de l'utilisateur UE
et le RNC et permet la fiabilité du transport des données entre deux équipements du
réseau. Elle réalise la fonction de segmentation des paquets en des unités de taille
prédéfinie par la couche RRC. Ces unités sont appelées RLC-PDU (RLC-Packet Data
Unit). Elle assure aussi le réassemblage des paquets à la réception.
BMC (Broadcast/Multicast Control) est en charge d’assurer les fonctions de diffusion
de messages sur l’interface radio.
PDCP (Packet Data Convergence Protocol) permet de compresser les données ou
l’entête des packets de données via des algorithmes de compression. Cela permet
d’exploiter plus efficacement les ressources radio.
Couche3 :
Plusieurs fonctions sont assurées par la couche RRC dont:
Etablissement, ré-établissement, maintenance et libération d’une connexion RRC entre
l’UE et l’UTRAN: cela inclut une re-sélection de cellule optionnelle, un contrôle
d’admission et un établissement d’un lien de signalisation avec la couche 2.
Etablissement, reconfiguration et libération des porteurs radios (Radio Bearer) : un
nombre de RBs peut être établi simultanément pour un UE. Ces porteurs sont
configurés selon la qualité de service requise.
Affectation, reconfiguration et libération d’une ressource radio pour une connexion
RRC: la couche RRC communique avec l’UE pour indiquer l’allocation de nouvelles
ressources (codes, canaux partagés) quand les handovers ont lieu.
Paging / notification : pour diffuser les informations de paging du réseau à l’UE.
23
Diffusion d’information : correspond à « l’information du système ».
2.3. Réseau Cœur UMTS
Il assure la connexion entre les différents réseaux d'accès et entre le réseau UMTS et
les autres réseaux comme le réseau téléphonique (PSTN: Public Switched Telephone
Network), le réseau GSM, le réseau RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services), etc.
Il fournit le support des services de communication UMTS, gère les informations de
localisation des utilisateurs mobiles et contrôle les services et caractéristiques du réseau.
L’architecture du réseau cœur, comme le montre la figure, est composée de trois
domaines dans le but de supporter tous les types de trafic :
Le domaine CS (circuit switched): est utilisé pour le trafic en temps réel comme la
téléphonie.
Le domaine PS (packet switched) : est utilisé pour commuter les données paquets.
Une zone commune à ces deux domaines CS et PS.
2.3.1. Le domaine CS :
Le domaine circuit permet de gérer les services temps réels correspondant aux
conversations téléphoniques, à la vidéo-téléphonie et aux applications multimédia. Ces
applications nécessitent un temps de transfert réduit. Le débit supporté par ce mode sera de
384 kbit/s. L’infrastructure s’appuie sur un MSC/VLR (Mobile Switching Centre/Visitor
Location Register) correspondant au commutateur (MSC) et à la base de données visiteur
Figure 9: Architecture Réseau Cœur
24
(VLR), et sur un GMSC (Gateway MSC), commutateur connecté directement au réseau
externe.
2.3.2. Le domaine PS :
Le domaine paquet permet de gérer les services non temps réel correspondant à la
navigation sur Internet, aux jeux en réseau et aux E-mail. Ces applications sont moins
sensibles au temps de transfert et ces données pourront transiter en mode paquet. Le débit
supporté pourra atteindre 2 Mbit/s. Le réseau s’appuie sur un SGSN (Serving GPRS Support
Node) correspondant au MSC/VLR en mode paquet et sur un GGSN (Gateway GPRS Support
Node) correspondant au GMSC en mode paquet. Il commute les données vers le réseau
Internet et autres réseaux publics ou privés de transmissions de données.
2.3.3. Les éléments communs :
Le groupe des éléments communs est composé de plusieurs modules:
Le HLR (Home Location Register) représente une base de données des informations de
l’usager: l’identité de l’équipement usager, le numéro d’appel de l’usager, les
informations relatives au type d’abonnement de l’usager.
L’AuC (Authentication Center) est en charge de l’authentification de l’abonné, ainsi
que du chiffrement de la communication.
L’EIR (Equipment Identity Register) se charge de la gestion des vols des équipements
usagers.
3. Les canaux et les interfaces UMTS :
3.1.Les canaux UMTS :
Les spécifications de l’UTRAN contiennent une grande variété de canaux de
communication, répartis en trois grandes classes : les canaux logiques, les canaux de transport
et les canaux physiques, comme illustré sur la figure. Le canal CCtrCH (Coded Composite
Transport Channel) correspond à un canal intermédiaire entre les canaux de transport et les
canaux physiques.
Figure 10: Les canaux en UMTS
25
Ces différentes classes de canaux ont été crées pour garantir l’indépendance entre les
différents niveaux fonctionnels de l’interface radio. La définition de canaux propres à chaque
niveau donne une grande flexibilité à l’UTRAN en lui permettant de s’adapter à la multitude
d’applications envisagées pour les réseaux 3G.
3.1.1. Canaux logiques :
Ils font référence aux différentes données véhiculées par les protocoles radio de
l’UTRAN, surtout celles concernant la couche MAC. Ces canaux se divisent en deux :
Les canaux logiques de contrôle utilisés pour le transfert des informations dans le plan
de contrôle.
Les canaux logiques de trafic utilisés pour le transfert des informations dans le plan
usager.
Canal Lien Fonction
Canaux
logiques
de
Contrôle
Brodcast Control
Channel (BCCH)
DL Diffusion permanente d’information système
Paging Control
Channel (PCCH)
DL Envoie des messages de paging aux mobiles
Common Control
Channel (CCCH)
UL /
DL
Envoie ou réception d’information de
contrôle à des mobiles non encore connectés
au réseau
Dedicated Control
Chanel (DCCH)
UL /
DL
Envoie ou réception d’information de
contrôle à des mobiles connectés au réseau
Transmission de la quasi totalité de la
signalisation (RRC et réseau cœur)
Canaux
logiques
de Trafic
Dedicated Trafic
Channel (DTCH)
UL /
DL
Echange de données usager avec un mobile
connecté au réseau
Common Trafic
Channel (CTCH)
DL Envoie de données usager en mode de
diffusion (groupe de mobile)
Tableau 1: Les canaux logique de l’UMTS
3.1.2. Canaux de transport :
Les différentes données issues des couches hautes sont véhiculées dans l’interface air via
des canaux de transport. La notion d’un canal de transport est liée surtout à la façon avec
laquelle les données sont regroupées et transportées dans les canaux physiques.
Les canaux de transport se divisent en trois :
Le canal de transport commun est un canal point à multipoint unidirectionnel utilisé
pour le transfert d’informations d’un ou de plusieurs utilisateurs.
26
Le canal de transport partagé utilisé pour le transport des données de contrôle ou de
trafic uniquement en voie descendante en association avec un ou plusieurs canaux
dédiés. Il est partagé dynamiquement par différents utilisateurs.
Le canal de transport dédié qui est un canal point à point dédié à un seul utilisateur et
qui transporte des données de contrôle ou de trafic point.
Canal Lien Fonction
canal de
transport
commun
Brodcast
Channel (BCH)
DL Diffuse l’information aux UEs dans la cellule pour
qu’ils puissent identifier le réseau et la cellule
Forward Access
Channel
(FACH)
DL Transporte les données ou les informations aux UEs
qui sont registrés dans le système. Il est possible
d’avoir plus qu’un FACH par cellule
Paging Channel
(PCH)
DL Transporte les messages qui alerte le UE des appels
entrants, SMS, messages et les sessions de données.
Random Access
Channel
(RACH)
UL Transporte les demandes de services des UEs
voulant accéder au système
Common
Packet Channel
(CPCH)
UL Fournit une capacité additionnel au-delà de celle de
RACH et utilisé aussi pour le contrôle de puissance
rapide.
Downlink
Shared Channel
(DSCH)
DL Permet de transporter des informations utilisateurs
ou des informations de contrôle dédiées. Il peu être
partager par plusieurs utilisateurs
canal de
transport
dédié
Dedicated
Channel (DCH)
UL /
DL
Utilisé pour le transfert des données à un UE
particulier. Chaque UE a son propre DCH dans
chaque direction.
canal de
transport
partagé
Dedicated
Shared Channel
(DCH)
DL Le seul canal partagé Permet de transporter les
données de contrôle ou de trafic.
Tableau 2: Les canaux de transport de l’UMTS
27
3.1.3. Canaux physiques:
Un canal de transport, caractérisant la manière dont les informations sont transmises sur
l’interface radio, est dissocié du canal physique réellement utilisé. Ainsi, un canal physique
peut supporter plusieurs canaux de transport ou un canal de transport soit supporté par deux
canaux physiques distincts. Il existe trois catégories de canaux physiques :
Les canaux physiques dédiés à la voie montante
Il existe deux types de canaux physiques dédiés dans la voie Montante, voir figure:
le canal physique dédié de données DPDCH (Dedicated Physical Data CHannel).
le canal physique dédié de contrôle DPCCH (Dedicated Physical Control CHannel).
Les canaux physiques dédiés à la voie descendante :
A La différence de la voie montante, il existe un seul type de canal physique dédié dans la
voie descendante appelé DPCH (Dedicated Physical Channel). Ce canal achemine
l’information du canal de transport DCH. Cette information peut être du trafic de données ou
de contrôle généré par les couches supérieures également la couche physique elle-même. De
ce fait, il peut être considéré comme le multiplexage temporel.
Les canaux physiques communs (PDSCH, CPICH, SCH, etc.) :
Ce sont des canaux physiques dont les terminaux mobiles se servent pour communiquer avec
le réseau. Ces canaux transportent les données ou la signalisation vers un ou plusieurs
utilisateurs dans une même cellule.
3.2.Interfaces de l’UTRAN:
Figure 11: les interfaces de l’UTRAN
28
3.2.1. L'interface Uu :
L'interface logique Uu sert à connecter le terminal mobile à la station de base par
l'intermédiaire d'une liaison radio.
3.2.2. L'interface Iu :
C'est l'interface logique d'interconnexion entre le réseau d'accès radio (RNC) et le
réseau cœur. Pour que le plan utilisateur de l'interface Iu soit indépendant du domaine du
réseau cœur (commutation de circuits ou commutation de paquet), deux types d'interface Iu
ont été définis:
l'interface Iu-cs qui connecte L’UTRAN avec le domaine à commutation de circuits
(CS: Circuit Switched domain) du réseau cœur.
l'interface Iu-PS qui connecte l'UTRAN avec le domaine à commutation de paquets
(PS: Packet Switched domain) du réseau cœur.
Les assurées par l'interface Iu sont:
L'établissement, le maintien et la libération des RABs
Effectuer les handovers intra-systèmes et inter-système ainsi que la réallocation du
SRNC
L'accès simultané d'un équipement usager aux domaines CS et PS
Les services de localisation: l'interface Iu transfère les requêtes du réseau cœur vers le
réseau d'accès, et les informations de localisation dans l'autre sens
Contrôle les traces de l'activité de l'équipement usager.
3.2.3. L'interface Iub :
C’est par cette interface que communiquent le Noeud B et le RNC.
3.2.4. L'interface Iur :
C’est une interface logique reliant deux RNCs. L’interface Iur supporte une grande
mobilité des terminaux à travers le réseau d'accès. Elle permet de gérer les connexions
simultanées du terminal mobile entre deux RNCs grâce à la procédure soft handover.
4. Méthodes d’accès radio : WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) est une technique d’accès dérivée
de CDMA en utilisant l'étalement de spectre par séquence directe. Tous les utilisateurs
émettent sur un même canal radioélectrique à large bande, mais ils sont distingués par une
séquence d'étalement pseudo-aléatoire, appelée code et connue par le récepteur.
29
4.1.Codes utilisés :
Ces codes sont dotés de propriétés de corrélation particulières sur lesquelles repose toute
une théorie mathématique au service des télécommunications. Les codes d’étalement utilisés
dans l’UTRAN sont de deux types : Les codes orthogonaux et les codes de brouillage.
4.1.1. Codes d’étalement :
Les codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) ou les codes orthogonales sont
rigoureusement orthogonaux et ils permettant de varier la longueur selon le débit usager et de
multiplexer les différentes informations à transmettre.
La figure ci-dessous montre la multiplication d’un signal d’information par une
séquence de code. Le terme chip rate désigne le débit de la séquence de code. Le SF
(Spreading Factor), ou encore gain de traitement, est le rapport de la bande après étalement
sur la bande avant étalement.
Figure 12: Etalement – Modulation
30
Les usagers du CDMA utilisent tous la même bande tout le temps. La séparation entre
deux utilisateurs est assurée par un code OVSF propre à chaque utilisateur.
Figure 13: Multiplexage du codage
4.1.2. Scrambling Code :
Le scrambling, réalisé par l’émetteur, permet de séparer les différents signaux d’une
même station de base ou d’un même terminal sans modifier ni le débit, ni la bande passante.
Cela permet d’étaler un signal par plusieurs émetteurs avec le même code d’étalement sans
compromettre la détection des signaux par le récepteur. Il existe un arbre de codes
d’étalement pour chaque code de scrambling, ce qui permet aux émetteurs d’utiliser leurs
arbres de codes indépendamment.
Figure 14: Le mécanisme de scrambling
4.2. Le contrôle de puissance :
Le contrôle de puissance est la technique la plus importante en WCDMA surtout sur le
lien montant car plusieurs utilisateurs utilisent la même fréquence en même temps. Il y a une
grande possibilité d’interférence entre les utilisateurs.
Dans le cas où nous n’avons pas de contrôle de puissance, un utilisateur qui se trouve au
bord de la cellule peut être perturbé par l’affaiblissement de parcours plus qu’un autre
utilisateur qui se trouve près du Node B. L’utilisateur qui se trouve prés du Node B peut
31
bloquer une grande partie du signal émis par le Node B c’est ce qu’on appelle « near-far
problem ». Dans le but d’avoir un bon niveau de capacité dans le réseau, les signaux reçus par
les UEs, qu’ils soient près ou loin du Node B, doivent être à puissance égale. Nous avons
besoin du contrôle de puissance pour minimiser le niveau d’interférence et fournir à
l’utilisateur la qualité de service demandée. Il existe trois types de contrôle de puissance La
figure suivante les illustres:
Figure 15: Les types du contrôle de puissance
4.2.1. Contrôle de puissance open-Loop (Slow) :
Défini seulement pour le lien montant, le contrôle de puissance Open-Loop est utilisé
pour initialiser le niveau de puissance au début de la communication. Le UE estime la
puissance minimale nécessaire pour la transmission en calculant l’affaiblissement de parcours
en se référant à la puissance du signal reçu et l’utilise pour envoyer une demande d’accès au
Node B. S’il ne reçoit pas de réponse de la part du Node B il fait une autre demande d’accès
en utilisant une puissance un peu plus élevée.
4.2.2. Contrôle de puissance inner-Loop (Fast) :
Il est applicable seulement sur les connexions des canaux dédiés. Le Node B mesure le
Eb/No reçu sur le lien montant et le compare part rapport au Eb/No cible qui dépend de la
nature de la communication en cours. S’il est supérieur à ce dernier il demande au UE de
baisser sa puissance d’émission et vice versa.
Ce principe est aussi utilisé dans le sens descendant, bien que, dans ce cas, la raison en
soit différente. Dans ce sens, les signaux proviennent du Node B. Il est souhaitable, afin de
minimiser les interférences intercellulaires, que la puissance destinée aux terminaux mobiles
qui se trouvent en bordure de cellule soit la plus faible possible tout en garantissant une bonne
qualité de réception.
32
4.2.3. Contrôle de puissance outer-Loop :
Il est utilisé pour ajuster l’Eb/No seuil suite au changement du BLER (Block Error
Rate) après codage. Si le BLER augmente, alors nous augmentons l’Eb/No seuil pour pouvoir
le diminuer. Il est appliqué seulement sur les canaux dédiés pour le lien montant seulement.
5. Le Handover dans le réseau UMTS :
Lorsqu’il est en communication le mobile utilise les ressources radio qu’on lui a attribuée
lors de l’initialisation de la communication. Ces ressources radio n’existent que dans la cellule
ou se trouve le mobile.
Le mobile bouge et peut en cours de communication arriver dans une zone où il serait
préférable de changer de cellules sur laquelle d’autre ressources radio sont disponibles Le
réseau doit veiller à assurer le plus efficacement la passation de pouvoir entre l’ancienne
cellule et la nouvelle cellule.
Chacun des acteurs (mobile et réseau) devra faire sa part de travail.
Le Mobile :
doit en cours de communication être capable de mesurer la qualité de la
communication (lien DL).
doit être capable de faire des mesures de puissance sur les cellules voisines.
doit remonter ces rapports de mesure au réseau (soit de manière périodique soit sur
demande).
Le réseau :
doit connaitre la qualité de la communication dans le sens UL (mesures enregistrées
par la station de base gérant la communication).
doit connaitre le niveau de puissance du lien UL.
doit analyser ces rapports de mesure et décider s’il est temps d’indiquer au mobile
d’exécuter un handover.
Dans le système UMTS, différents types de handover sont introduits On distingue le
soft/softer Handover, le Hard Handover.et le Handover inter-système.
5.1. Le soft/softer Handover :
Soft/softer Handover sont deux types de Handover implémentés dans le système UMTS et
qui sont spécifiques à la technologie WCDMA.
Le soft handover se produit lorsque le mobile est dans la zone de chevauchement de deux
cellules. Il permet à un mobile d'utiliser plus qu'un lien radio pour communiquer avec le
33
réseau fixe. Cette procédure permet de diminuer le taux d'échec de handover aux bords des
cellules et améliore significativement la qualité de signal. Le déclenchement de ce type de
handover se fait en se basant sur les mesures effectuées par le mobile sur les canaux pilotes
des différentes stations de base.
Le soft Handover correspond au cas où les deux liens radio sont contrôlés par des
stations de base différentes ; le softer Handover est la situation dans laquelle une seule station
de base reçoit les signaux d'un seul utilisateur à partir de deux secteurs qu'ils desservent. La
figure suivante illustre la procédure de soft Handover.
Figure 16: Le Mécanisme du softer/soft Handover dans l’UMTS
5.2. Le Hard Handover
Le hard handover consiste à libérer l'ancienne connexion avant qu'une nouvelle connexion
radio entre le mobile et le réseau soit établie. Ce type de handover est utilisé dans les réseaux
GSM, où dans chaque cellule on a des fréquences différentes. Un mobile qui passe dans une
nouvelle cellule provoque la rupture de l'ancienne connexion avant qu'une nouvelle connexion
utilisant une autre fréquence soit établie dans la cellule visitée.
La figure suivante représente le Hard Handover en UMTS :
34
Page16
RNC
NodeB 2NodeB 1
Figure 17: Le Hard Handover
Le déroulement de la procédure de Hard handover se décompose de trois phases:
La préparation :
En complément des ressources allouées sur l'interface Iu, le RNC cible doit allouer un
circuit virtuel sur l'interface Iub avec la Node B cible. De plus un nouveau lien radio est activé
dans la cellule cible, au moyen de la procédure de (Radio Link Setup) du protocole NBAP
(NodeB Application Part).
L'exécution :
Durant cette phase, le SRNC doit commander au mobile de changer de cellule. La phase
d'exécution est terminée lorsque le mobile a basculé avec succès sur la nouvelle cellule et
qu'un nouveau lien radio a été alloué.
La libération des anciennes ressources inutilisées :
L'ancien lien radio et le circuit virtuel sont libérés par l'ancien SRNC.
5.3. Handover inter-système :
Le Handover inter-système consiste à changer le lien radio d'une technologie à une autre.
Ce type de Handover nécessite une compatibilité entre les différentes architectures. Les deux
réseaux doivent communiquer afin d'échanger les informations d'identités et les messages de
Handover. La figure suivante illustre le cas entre le UMTS et WiMAX.
35
Figure 18: Handover Inter-système
Comme récapitulation, le hard handover peut être causé par:
Manque de couverture dans une zone donnée.
La dégradation de la qualité de communication.
La charge de la cellule.
Regroupement des services.
Equilibrage des charges entre réseaux.
Le problème majeur du Hard Handover dans les réseaux UMTS c'est la coupure de
communication causée par la non disponibilité des ressources dans la cellule cible.
Typiquement, le hard handover est utilisé pour des raisons de couverture et de charge. Par
contre le soft et le softer handover sont liés à la mobilité. Dans les réseaux UMTS, le Hard
Handover est employé lorsqu'un mobile passe entre deux cellules utilisant deux fréquences
différentes ou employant des modes différents (TDD et FDD). Un autre type de Handover qui
peut s'inscrire dans cette famille consiste à changer totalement du système.
5.4. Les mesures du handover:
Les mesures du handover sont spécifiques à la couche physique, qui fournit ceux des
différents objets pour les couches supérieures afin de déclencher plusieurs fonctions dont le
handover.
Les cellules mesurées par l’UE sont classées dans trois catégories:
Active Set: les cellules appartenant à l’active set dont le nombre maximal est trois. Ces
cellules communiquent simultanément avec l’UE en mode FDD. Ces cellules ne peuvent
être qu’intra-fréquence d’où leur participation au Soft/Softer handover.
36
Monitored Set: contient les cellules qui ne figurent pas au niveau de l’active set mais qui
représentent de bonnes candidates à y être ajoutées. Elles sont au nombre maximal de 32.
Detected set: ce sont les cellules détectées par le mobile mais qui ne figurent ni dans
l’active set ni dans le monitored set.
Conclusion :
Le réseau UMTS se distingue par ses caractéristiques très améliorées par rapport aux
générations précédentes dont témoignent les fonctionnalités multiples utilisées de plus en plus
durant ces dernières années. Néanmoins, pour bien profiter de tous ces avantages, tout
opérateur doit procéder à l’optimisation de son réseau afin qu’il soit utilisé à bon escient
garantissant ainsi la satisfaction de tous les abonnées. Pour ce faire, l’étude et l’analyse des
KPIs (Key Performance Indicators) est primordiale et c’est ce qui fera l’objet de notre
prochain chapitre.
37
2ème Chapitre : Notion de la QoS, d’indicateurs de Performance KPI, et des
Drives Test
38
Introduction
Les indicateurs de performances (KPIs) comme leur nom l’indique sont l’essence
d’une optimisation réussie d’un réseau 3G. Ces données sont nécessaires pour garantir la
qualité de service requise, respecter le modèle établi du réseau lors de la phase de
planification et détecter toute anomalie qui pourrait les contrarier. Les KPIs sont nombreux et
concernent toutes les entités du réseau : radio et core. Toutefois, dans notre présent chapitre,
nous allons nous concentrer sur les plus importants liés à la partie radio. Leur analyse viendra
après une présentation de la qualité de service dans l’UMTS et les éléments du réseau la
décrivant et avant quelques études de cas ayant pour base ces KPIs et relevant du quotidien
d’un ingénieur d’optimisation.
1. La qualité de service dans les réseaux UMTS:
La QoS est définit comme étant l’effet global produit par la qualité de fonctionnement
d’un service qui détermine le degré de satisfaction de l’utilisateur du service. Elle doit
considérer deux aspects importants qui sont la capacité d'un réseau à fournir le service avec
un niveau bien déterminé, et comment satisfaire l’utilisateur final avec ce service, en termes
d'usage, d’accessibilité, de continuité et de son intégrité.
1.1. Architecture :
Les services du réseau UMTS sont des services de bout en bout (d’un équipement
terminal TE à un autre TE). Un service de bout en bout doit avoir une certaine qualité de
service fournie à l’utilisateur pour satisfaire sa demande, afin de pouvoir garantir une certaine
qualité de service, des services supports (BS :Bearer Services) sont définis entre la source et
la destination d’un service. Un service support comporte tous les aspects nécessaires pour
garantir la qualité de service. Ces aspects concernent : le contrôle de signalisation, le transport
des données utilisateur et la fonction de gestion de la QoS. La figure suivante représente
l’architecture en couches des services supports de l’UMTS. Chaque service support d’un
niveau donné utilise les services offerts par les niveaux inférieurs.
39
Figure 19: La QoS dans un réseau UMTS
Les services supports sont les suivants :
Le service de bout en bout (End-to-End Service) :
Se situe au niveau application, utilise les services supports du réseau sous-jacent. Il
s’étend entre le TE de départ et celui d’arrivée. Ce service peut être transporté sur plusieurs
réseaux qui peuvent être non UMTS. Il utilise le service support local TE/MT, le service
support UMTS et le service support externe.
Le service support local :
L’équipement terminal (TE) Est lié au réseau UMTS à travers le terminal mobile (MT:
Mobile Terminal). Le service support local TE/MT (TE/MT Local Bearer Service) assure la
liaison entre le TE et le MT.
Le service support de l’UMTS (UMTS Bearer Service) :
Est le service qui offre la qualité de service de l’UMTS. Ce service utilise le service
support d’accès radio et le service support du réseau coeur (CN : Core Network).
Le service support externe (External Bearer Service) :
Est un service offert par des réseaux externes, qui peuvent être UMTS ou non.
Le service support d’accès radio (RAB : Radio Access Bearer Service) :
Assure le transport confidentiel de la signalisation et des données utilisateur entre le
terminal mobile et le nœud de bordure. C’est le nœud de frontière entre le CN et le réseau
d’accès. Ce transport s’effectue avec la QoS adéquate au service support négocié de l’UMTS
40
ou, par défaut, avec la QoS de signalisation. Ce service est basé sur les caractéristiques de
l’interface radio et est maintenu pour un terminal mobile en mouvement. Lors de
l’établissement d’un service support d’accès radio, des paramètres sont communiqués au
réseau d’accès UTRAN comme la taille et le format des paquets SDU (Service Data unit)
transportés vu que le payload du SDU des données utilisateur transporté par le RAB doit être
conforme à un format défini avec des tailles exactes possibles. Ce service utilise le service
support radio et le service support de l’interface Iu.
Le service support du réseau cœur (Core Network Bearer Service) :
Assure l’interconnexion entre le nœud de bordure et la passerelle entre le réseau cœur
et les réseaux extérieurs Le rôle de ce service est d’utiliser le réseau dorsal (Backbone) pour
fournir la qualité de service demandée.
Le service support radio (Radio Bearer Service) :
Gère tous les aspects liés au support sur l’interface radio comme les fonctions de
segmentation et de réassemblage. Il utilise les services fournis par l’UTRA FDD/TDD:
(UMTS Terrestrial Radio Access) en mode FDD (Frequency Division Duplex) et en mode
TDD (Time Division Duplex).
Le service support de l’interface Iu (Iu-Bearer Service) :
Agit avec le service support physique (Physical Bearer Service) pour assurer le
transport entre le réseau d’accès UTRAN et le réseau cœur CN.
Le service support du réseau dorsal (Backbone Bearer Service) :
Gère les fonctionnalités de la couche 1 et 2 pour assurer les besoins de qualité de service du
réseau cœur CN. Ce service n’est pas spécifique pour l’UMTS, mais il peut réutiliser les
spécifications existantes.
Avant de détailler les possibles arguments que peut avoir le RAB, on doit définir tout
d’abord les quatre classes de QoS du réseau UMTS.
1.2. Les classes de services:
Les spécifications du 3GPP définissent quatre classes de qualité de service pour le
transport des applications multimédia dans l’UMTS. La différence entre ces classes de QoS se
base essentiellement sur des exigences sur le délai, le taux d’erreur binaire (BER) et la priorité
de circulation.
Les différentes classes de QoS sont comme le résume la figure ci-dessous :
41
Sensitivity of Error
AMR voice, Vidéo phone etc.
Multimedia etc.
LCS, WWW ect.
E-mail, MMS etc.
Sensitivity of Delay
1.2.1. La classe A ou Conversational:
Le meilleur exemple de cette classe est la téléphonie. Elle peut être aussi utilisée pour
les nouvelles applications Internet à aspect conversationnel en temps réel comme la voix sur
IP. Cette classe exige des contraintes strictes sur le délai de transfert des paquets ainsi que sur
la variation du délai de transfert, la gigue2.
1.2.2. La classe B ou Streaming:
Cette classe est utilisée pour les flux unidirectionnels comme les applications de
diffusion vidéo ou audio. Il n’existe pas de contraintes strictes sur le délai de transfert pour les
applications « streaming ». Par contre, la variation du délai est un paramètre important parce
qu’il est perceptible par l’utilisateur. Toute fois, cette contrainte sur la variation du délai reste
tolérante grâce aux tampons du récepteur qui peuvent amortir les variations du délai si elles
sont toujours inférieures à une limite donnée.
1.2.3. La classe C ou interactive:
Cette classe est utilisée pour les applications qui nécessitent une interaction entre les deux
extrémités de la communication. Un exemple d’application de cette classe est la navigation
web. Cette classe est de type transactionnel. Elle nécessite une certaine contrainte sur le délai
de transfert des paquets parce que l’utilisateur attend une réponse dans une fenêtre de temps.
Cette contrainte n’est pas stricte puisque ce sont des applications non temps réel. En revanche,
cette classe doit assurer un taux de perte des paquets assez faible parce que les applications
transportées par cette classe sont très sensibles aux pertes.
2 Est le phénomène de fluctuation d'un signal. Cette fluctuation peut être un glissement de phase ou une
dispersion temporelle. Elle entraîne des erreurs en sortie lors de la récupération des données. (wikipedia)
Conversational
Streaming
Interactive
Background
Figure 20: Les classes de service en UMTS
42
1.2.4. La classe D ou Background :
C’est la classe la moins exigeante en termes de délai de transfert. Les applications
transportées par cette classe sont des applications dont l’utilisateur n’attend pas les paquets.
La contrainte la plus importante est le taux de perte. Cette classe est très sensible à la perte de
paquets. Les applications e-mail et SMS constituent des exemples de la classe Background.
Les deux premières classes représentent les services exigeants le temps réel. Les deux
dernières par contre sont moins sensibles au délai. Le tableau suivant résume les
caractéristiques des classes de trafic citées précédemment.
Classes de trafic Conversationnel Streaming Interactif Background
Caractéristiques
fondamentales
conserver la
variation de temps
entre les entités
d’information du
flux de données
(stream)
conversationnel
(délai stricte et
faible)
conserver la
variation de temps
entre les entités
d’information du
flux
de données
-Modèle
question/réponse
-conserver le
contenu du paquet
(payload)
- La destination
n'attend pas les
données dans un
certain temps.
- conserver le
contenu du
paquet.
Exemple de
l’application
- voix - streaming vidéo - navigation Web - téléchargement
en arrière plan
(background) de
mails.
Tableau 3: les classes de QoS de l’UMTS
1.3. Les attributs du RAB:
Lors de l’établissement d’une communication, le réseau d’accès reçoit une demande
d’allocation de RAB du réseau coeur avec la liste des attributs de qualité de service associés
au RAB. Le réseau d’accès doit alors interpréter les attributs du RAB et déterminer les
caractéristiques des ressources à allouer sur les segments radio. Dans la norme de l’UMTS, le
RAB est caractérisé par les attributs suivants :
Classe de service: cet attribut est la classe de service (conversational, streaming, interactive ou
background) de l’application utilisatrice du RAB.
43
Débit maximal, débit garanti, taille des SDU (Service Data Unit), taux de SDU
erronés, taux d’erreur résiduel, délai de transfert, priorité (indique la priorité relative
du RAB), capacité de préemption et vulnérabilité à la préemption.
En fonction de la valeur de ces différents attributs, l’UTRAN doit être en mesure
d’effectuer les opérations suivantes:
Le choix d’un codage canal.
En fonction des paramètres de débit garanti, débit maximal, classe de service et
codage, l’UTRAN détermine le débit de la ressource à utiliser sur l’interface radio.
L’allocation du radio bearer de l’Iu bearer.
La configuration des protocoles radio, en fonction des caractéristiques des SDU qui
seront échangées sur le RAB.
2. Statistiques et indicateurs clés de performance :
2.1.Statistiques :
La qualité du service dans les réseaux des télécommunications reflète le niveau de la
rentabilité et la fiabilité d'un réseau et de ses services. Ainsi les statistiques sont la manière la
plus efficace pour surveiller les performances du réseau. La surveillance du réseau est un
élément principal pour atteindre la meilleure qualité du service. La surveillance de QoS
comporte l'observation, la qualification et l'ajustement permanent de divers paramètres du
réseau. L'objectif de cette partie est de présenter et détailler tous les aspects liés à l'extraction,
à la manipulation et à l'exploitation des statistiques.
2.1.1. Utilisation des statistiques :
La notion des statistiques dans les réseaux mobiles se rapporte à un ensemble général
de métrique qui aide l'opérateur dans trois directions principales :
D'abord, évaluer les performances du réseau.
Ensuite, analyser les défauts et vérifier les améliorations.
En fin, dimensionner l’extension du réseau
La métrique est directement produite par le vrai trafic des abonnés. Chaque événement
qui se produit dans le réseau (initiation/terminaison d'appel, l'échec de Handover, etc.) est
rapporté à l’ingénieur radio.
En utilisant les statistiques, deux éléments devraient être distingués :
Des compteurs purs (indicateurs élémentaires de performance, ou PIs), qui sont des
valeurs incrémentales des événements, généralement sans pertinence significative si
44
elles sont manipulées individuellement. Ils fournissent des données sur un aspect
spécifique (nombre d'appels, par exemple) mais, pratiquement, il est difficile
d'interpréter leurs valeurs.
Les indicateurs de performance (KPI’s), qui sont des formules calculées en se basant
sur les PI’s, traduisent mieux l'expérience de l'abonné.
Évaluation du réseau :
La plupart des opérateurs choisissent les KPIs pertinents pour visualiser leur réseau.
Ils établissent également les objectifs à réunir afin de réaliser le niveau voulu de la qualité du
service de l'utilisateur. L'idée est de vérifier si les KPIs pertinents dépassent les limites seuil.
Sinon, le diagnostique commence à identifier l'élément défectueux du réseau. Les opérateurs
donc utilisent les KPIs afin de garder leur réseau performant ainsi que de se situer par rapport
aux autres concurrents.
Analyse des pannes et le contrôle des améliorations :
Le dépannage vise à identifier et à corriger la cellule défectueuse, qui dégrade les
performances globales d’une zone. Ici, deux approches sont nécessaires: la première est de
fixer les seuils afin de visualiser si les performances du réseau ont atteint les objectifs
prescrits. La deuxième est de surveiller la variation des performances (pourcentage
d'augmentation ou de diminution de certain indicateur). Par exemple, une cellule qui a
nettement perdu le trafic d'un jour à l'autre devrait alarmer l'opérateur.
2.1.2. Principe d'extraction des statistiques:
Processus :
Le mécanisme de collection des statistiques est décrit sur la figure ci-dessous. On
commence d’abord par le recueil des statistiques, et ensuite les tables des mesures des RNC
devraient être configurées et activées. Les tableaux sont organisés par des catégories pour
permettre à l'opérateur de réduire la charge et de télécharger seulement les mesures voulues
(le trafic, disponibilité de ressource, Handover, contrôle de puissance, etc.). Les abonnés
mobiles envoient les mesures à la NodeB lors des deux modes: communication et veille. La
NodeB envoie ces mesures à la base de données interne de RNC, les compteurs purs sont
calculés dans des formules prédéfinies. Les KPIs calculés sont alors groupés dans des rapports
génériques et envoyés au bureau. Autres outils sont généralement développés pour l’usage
interne à savoir pour archiver et visualiser les statistiques.
Les statistiques sont quotidiennement rapportées afin de permettre à l’opérateur de
surveiller le réseau d'une manière très réactive.
Génération des rapports :
45
Un KPI est le résultat d'une formule qui est appliquée aux compteurs (appelés les
indicateurs de performance).En utilisant un outil spécifique, les KPIs sont extraits dans des
rapports de format prédéfinis. Ces rapports sont adressés aux groupes cibles spécifiques qui
peuvent les employer pour différents buts. Ce mécanisme est illustré sur la figure ci-dessous.
Figure 21: Mécanisme d’extraction des KPIs
2.2.Compteurs et les indicateurs clés de performance :
2.2.1. Compteurs :
Un compteur peut être défini comme une valeur incrémental d'un événement
spécifique répétitif. Dans la norme UMTS, un événement peut correspondre à un message de
signalisation. Par exemple lors d’un appel téléphonique des milliers de messages de
signalisations sont échangés entre le UE et le MSC.
La mise à jour des compteurs à un certain point se fait via les messages échangés. Ce
point est appelé le « point de déclenchement ».Et comme des milliers de messages de
signalisation existent, de nombreux compteurs peuvent également exister. Cependant, le
nombre de compteurs utilisables dépend de la stratégie des fournisseurs des équipements.
2.2.2. Indicateurs Clés de Performance :
Les indicateurs clés de performance (Key Performance Indicators, KPIs) peuvent être
définis comme ensemble de résultats qui mesurent les performances durant les heures
chargées ou les heures normales sur le réseau entier. Le KPI est le résultat d'une formule qui
est appliquée aux indicateurs de performance (Performance Indicators, PIs). Le PIs peut être
extrait d’un secteur, une cellule, un TRX ou à un niveau d’une cellule adjacente. Des
centaines de KPIs existent. Ils emploient des compteurs d'une ou plusieurs mesures et peuvent
être calculés à partir d’un compteur ou à d’une formule de plusieurs compteurs. La période de
46
l'observation se rapporte à la durée des échantillons rassemblés : heure, jour, semaine, mois,
etc. Le secteur indique l'endroit et les emplacements où les statistiques sont recueillies.
2.2.3. Formule:
Une formule signifie une combinaison mathématique des compteurs qui a comme
conséquence un indicateur significatif. Définir une formule en utilisant plusieurs PIs aide pour
identifier un KPI. Comme expliqué avant, le KPI donne plus de flexibilité et de clarté à
l'opérateur dans l’interprétation du comportement du réseau.
Les formules, une fois choisies, devraient rester sans changement afin d'observer
l'évolution des performances du réseau dans le temps. Dans un environnement à plusieurs
fournisseurs, l'opérateur place une stratégie de performance et définit des formules pour
chaque KPI. Alors chaque équipement déclenche ses propres compteurs, des limites entre les
formules sont tracées pour chaque fournisseur.
3. Les Classes des Indicateurs 3G:
Dans le domaine de l’UMTS, la qualité est mesurée en se basant sur les trois concepts
utilisés dans le GSM (l’accessibilité, le maintien et l’intégrité) ainsi que d’autres concepts
(Mobilité, disponibilité et charge/utilisation).
3.1.L’accessibilité au service:
C’est la possibilité pour l’utilisateur d’établir un appel, donc d’accéder au réseau, quand il
le désire, et où il le veut. Elle se calcule dans le réseau UTRAN sur deux étapes : RRC et
RAB, et par rapport à différents services.
Indicateurs d’accessibilité :
L’accessibilité RRC se calcule par le taux de succès d’établissement de connexions
des ressources de contrôle radio RRC qui est définie par rapport à deux type de service CS et
PS.
L’accessibilité RAB se calcule par le taux de succès d’établissement de RAB (pour
chaque RAB CS et PS et pour chaque débit de données UL et DL).
L’Admission Control est l’option qui permet d’accepter ou de rejeter de nouvelles
connexions selon la vérification de certains critères:
Grade of Service : constitué de plusieurs indicateurs qui reflète ce taux d’admission
pour chaque type de service.
Rejet avant ou après Admission Control : il permet de différentier si les connexions
étaient rejetées avant ou après le contrôle d’admission.
47
Cause de rejet par admission control : dû essentiellement à l’échec de l’établissement
du RAB à cause d’une insuffisance que ça soit au niveau de la puissance en DL, au niveau des
codes de canalisation et ou au niveau DL/UL.
3.2.La Maintenabilité du service:
C’est la possibilité de maintenir l’appel jusqu’à ce qu’il soit terminé normalement sans
être déconnecté par le réseau sauf dans le cas d’épuisement du forfait.
indicateurs de maintien de l’appel :
Taux de coupure: on peut tirer des informations sur le taux de coupure d’appels sur
l’interface radio et le taux total de coupure d’appels détectés par UTRAN.
Minutes per Drop : il permet de calculer le temps moyen entre deux coupures
consécutives. Cette méthode est appliquée seulement dans le cas du PS et elle n’est pas
valable dans le cas du CS.
Causes de coupures voix : il ya plusieurs KPI permettant d’identifier les causes de
coupures de la voix, comme : la perte de synchronisation UL, le manque de relation de
voisinage, déconnexion due au soft handover…
3.3.Charge et utilisation :
Il s’agit de résoudre le problème d'optimisation de la répartition de la charge et de
l’allocation de puissance en cellules UMTS.
Indicateurs de charge et utilisation :
Trafic par RNC : définie les indicateurs de trafic sur tout le RNC pour les deux types de
services : PS R99 et HS.
Trafic par UTRANcell : Le trafic par cellule se calcule en Kbit pour tous les services mais
aussi en Erlang pour la voix.
Trafic par RBS : Le trafic HS est calculé par RBS en se basant sur l’indicateur
HsDschResources et ça se mesure en bit.
Nombres d’utilisateurs : Permet de calculer le nombre d’utilisateurs connectés par service.
Taux d’occupation HW RBS: Le taux d’occupation des ressources HW est donné par RBS.
Occupation des codes: calcule le nombre de codes occupés par service.
3.4.Intégrité du service :
Il s’agit d’une notion relative à la qualité de la voix. Il existe des équipements qui
permettent de générer des séquences phonétiques en émission et calcul le taux de corrélation
avec la séquence reçue.
48
indicateurs d’intégrité :
Throughput moyen par RNC : permet de déterminer le débit moyen par RNC pour les
deux types de services PS R99 et HS.
Throughput moyen par cellule: permet de déterminer le débit moyen par cellule et
utilisateur.
BLER : Le Block Error Rate est déterminé grâce à l’indicateur HS BLER.
3.5.Disponibilité :
Il s’agit de résoudre les problèmes concernant la disponibilité du service demandé
ainsi que la disponibilité en termes de HS (High Speed) user.
Indicateurs de disponibilité :
Disponibilité cellule : c’est le calcul du pourcentage de disponibilité (la disponibilité
de la cellule,…).
Disponibilité HS : c’est le calcul de la disponibilité du service HS.
3.6.Mobilité :
Il s’agit de résoudre les problèmes concernant la gestion de la mobilité ce qui constitue
un important défi technique à relever, afin d’empêcher la terminaison forcée de l'appel et
permettre l'exécution des applications d'une manière transparente à la mobilité.
Indicateur de mobilité :
Soft et softer Handover : Les indicateurs du taux de succès du Soft Handover (Radio
Link Addition) se calculent soit au niveau cellule soit au niveau UtranRelation.
Hard Handover : Les indicateurs du taux de succès du hard Handover (Radio Link
Addition) se calculent eux aussi soit au niveau cellule soit au niveau UtranRelation.
I-RAT Handover : Les indicateurs de l’IRAT HO (l’Inter radio access technology
handover) se calculent en se basant sur : Directed Retry, I-Rat Handover par cellule, I-RAT
Handover par service, Les Causes d’échec du I-RAT Handover.
HS Cell Change : Le changement de cellule lors d’un service HS s’appelle HS cell
Change, et non Handover. L’indicateur qui présente le taux de succès du HS cell change est
HS-DSCH cell change success rate.
49
3.7. Exeemple de quelques KPI et leur marge acceptable :
KPI Ericsson Initial Suggested end of Service
Target
RRC Success Rate – CS ≥98.5%
RRC Success Rate – PS ≥98.5%
RAB Establishment Success Rate – HSDPA ≥98%
RAB Establishment Success Rate – CS64 ≥97.5%
RAB Establishment Success Rate – Speech ≥98.5%
RAB Establishment Success Rate – R99 PS
Interactive
≥97.5%
DCR – Speech ≤1%
DCR – Video ≤2%
R99 Packet Interactive “Minute per Drop”
– P5
5 mins
HS “Minutes per Drop” – P5
IRAT U2GHO success rate speech
10 mins
95%
Tableau 4: Valeurs de quelques KPI
4. Quelques KPI de l’UTRAN :
Nous allons un peu détaillés quelques KPI les plus utilisé à Méditel :
Accessibility Success rate
Drop Call
Handover
Trafic
Vu la nature confidentielle de ces KPIs, nous ne pouvons détailler les compteurs ni les
formules utilisées pour les calculer dans ce qui suit. Nous allons juste nous contenter de
présenter la formule générale, les messages de signalisation associés et les problèmes qui
peuvent être derrière un éventuel échec.
4.1. Accessibility Success rate :
La formule du taux de succès d’accessibilité est la suivante:
% Accessibility Success rate = % RAB establishment success rate × % RRC
connect success rate
50
Où,
% RAB establishment success rate: le pourcentage du taux de succès d’établissement des
RAB.
% RRC connect success rate: le pourcentage du taux de succès des connections RRC.
Ce KPI peut être divisé en deux parties (CS et PS) pour les quatre classes de service
(Conversationnel, Streaming, Interactive et Background).
Les problèmes rencontrés lors de l’établissement d’un appel sont liés à:
Rejet d’une connexion RRC:
Congestion (codes, puissance, CE).
Problèmes de NodeB ou bien de transmission.
Autres échecs de connexion RRC:
L’UE ne reçoit pas le message RRC CONNECTION SETUP.
Le NodeB ne reçoit pas le message RRC CONNECTION SETUP COMPLETE.
Figure 22:Les messages de signalisation de l’établissement d’une connexion RRC
Problèmes liés à l’établissement du RAB:
Des fonctionnalités qui ne sont pas supportées par l’UTRAN.
Déclenchement de relocalisation.
Echec d’établissement d’une connexion transport.
Ressources indisponibles.
Pas de réponse.
51
Figure 23: Les messages de signalisation associés au RAB
4.2. Coupure d’appel :
Après l’établissement du RAB, le message « Iu Release Command » est envoyé par le
Core Network comme réponse au message « Iu Release Request » ou bien « RAB Release
Request » de la part du RNC. Cela est dû au:
Succès de relocalisation.
Inactivité de l’utilisateur.
Libération normale de la connexion.
Figure 24: Les causes de coupure d’appel
Au niveau du RNC ou d’une cellule, la formule générale du Call drop Rate est
calculée à partir du nombre de liaison RAB réussit réalisé et du nombre des liaisons RAB
réalisés à travers la liaison Iur.
Ce KPI peut être utilisé pour évaluer le ratio du Call Drop des différents services
appartenant à un seul RNC ou à une seule cellule. Le Call Drop a lieu à cause d’une libération
52
anormale de la part du RNC déclenchée par les messages « RAB RELEASE REQUEST » ou
« IU RELEASE REQUEST ».
Le Call drop est généralement dû à:
Problèmes Radio Fréquence dont problèmes de voisinage, couverture ou
interférence…
Libération de la part de l’UE de la connexion de signalisation.
Intervention de maintenance.
Problèmes de transmission.
Préemption activée au niveau du RAB.
Soft handover: pendant le Soft handover, le RNC envoie le message « Active Set
Update » puis attend pendant un timer la réponse du UE. S’il ne la reçoit pas, il annule
cette « RRC CONNECTION » et déclenche un Call Drop.
Autres raisons (échec de mise à jour des cellules, congestion…).
4.3. Handover :
4.3.1. Soft/Softer Handover :
La formule du Soft/Softer Handover Success Rate est donnée ci-dessous :
Figure 25: Les messages de signalisation échangés lors du Soft/Softer Handover
L’échec du Soft/Softer Handover peut être causé par plusieurs raisons:
Des configurations non-supportées.
Soft (Softer) Handover Success Rate = Soft (Softer) Handover Success / Soft (Softer)
Handover Request× 100%
53
Des configurations invalides.
Incompatibilité au niveau de la reconfiguration.
Aucune réponse.
4.3.2. Le Hard Handover :
La formule du Hard Handover Success Rate est donnée ci-dessous:
Figure 26: Les messages de signalisation échangés lors du Hard Handover
L’échec du Hard Handover peut être causé par plusieurs raisons :
Des configurations non-supportées.
Des configurations invalides.
Echec au niveau d’un canal physique.
Incompatibilité au niveau de la reconfiguration.
Aucune réponse.
4.3.3. Le Handover Inter-Système :
La formule du InterRAT Handover to GSM Success Rate est donné par:
Hard Handover Success Rate = Hard Handover Success / Hard Handover request×
100%
InterRAT Handover to GSM Success Rate = inter-RAT handover from UTRAN to
GSM success / inter-RAT handover from UTRAN to GSM attempts × 100%
54
Figure 27: Les messages de signalisation échangés lors du Handover inter-système
L’échec du Handover inter-système peut être causé par plusieurs raisons:
Des configurations invalides.
Echec au niveau d’un canal physique.
Aucune réponse.
Les informations relatives au GSM sont érronées (déclaration du 2G LAC).
Problèmes au niveau du Core Network.
La configuration du BSS.
Figure 28: Exemple d’un échec d’un Handover inter-système
55
4.4. Trafic :
Lors des mesures du Trafic, on distingue les appels CS et les appels PS. Ces mesures
peuvent être reportées sous forme de moyenne tenant en compte les résultats de toute la
journée ou en heure de charge où on mesure un maximum de trafic.
Pour les mesures de ce KPI, il n’y a pas de seuil fixe à comparer avec, car cela dépend de
la taille des cellules ou du RNC. On y distingue aussi l’Urbain et le rural. Toutefois, une
valeur très minimale est signe de problèmes qui peuvent être liés à un dysfonctionnement de
la NodeB par exemple.
5. Le Drive Test :
Les Drive tests comme leur nom l’indique consistent en des tests sur les performances
du réseau en parcourant les rues avec une voiture, ainsi ils donnent des informations sur la
voie descendante entre la NODE-B et la UE.
Lors d’une mesure drive test, l’ingénieur radio est appelé à récupérer les mesures
effectuées sur l’interface radio, les interpréter et les analyser. Ceci permet à l’ingénieur de
constater l’état de la qualité du réseau UMTS et lui offre la possibilité de faire une étape
d’analyse et d’optimisation de ce réseau.
Figure 29: chaine de mesure
Pour réaliser un drive test on a besoin de:
Mobile(s) à trace ils donnent une première impression vis-à-vis de la performance du
réseau. Ils sont configurés comme suite :
56
Appel court: on configure l’UE pour faire des appels courts (durée de 2min,
séparés aves un intervalle de temps de 30s).
Appel long: on configure l’UE pour faire des appels longs (durée indéterminé
avec recomposition automatique du numéro en cas de déconnexion).
Session PS: on configure l’UE pour télécharger des fichiers.
Appel vidéo.
Scanner: permet de mesurer le niveau du champ et la qualité de l’environnement radio.
Un véhicule pour le déplacement.
Geographical position System GPS: pour la localisation géographique des points de
mesures.
Un software spécial installé sur un ordinateur Portable: pour l’acquisition,
l’enregistrement et le traitement des mesures récupérées. Le Software qu’on a utilisé est
TEMS Investigation data collection.
La connexion des équipements se fait de la façon suivante :
Figure 30: Connexion des équipements
L’objectif du Drive Test est de vérifier que la NODE-B est fonctionnelle d’un point de
vue RF. Il s’agit, en effet, de tester et d’évaluer les éléments suivants :
Le taux des access-failures, le taux des Dropped-Calls et le temps du Call-Setup seront
mesurés pour s’assurer du bon fonctionnement de la NODE-B.
57
Le débit des données et le temps de latence seront mesurés pour s’assurer du bon
fonctionnement du data service
Chaque PN sera validé pour s’assurer qu’il a été transmis à travers l’antenne
appropriée et dans la bonne direction.
La puissance nominale de transmission et de réception sera vérifiée pour s’assurer
qu’il n’y a pas de problèmes de câblage d’antennes.
Ec/No et RSCP seront vérifiés pour s’assurer qu’il n’y a pas de problèmes de bruit ni
d’interférences.
Les paramètres RF tels que: la liste des voisins, la fenêtre de recherche, et les
paramètres du handoff seront vérifiés pour s’assurer que la base de données est mise à jour.
Les fonctionnalités du handoff seront testées pour s’assurer que la station de base
effectue le contrôle de l’appel correctement.
Les performances de la voix (Access-Failure, Call drops…)
Les performances de la Data (débit et autres)
La couverture du signal (puissance nominale de transmission et puissance de
réception)
Les différents types du Handover (Softer Handover, Soft Handover et inter-Rat
Handover)
Les éléments suivants doivent être pris en considération durant le drive test:
Les chemins de test doivent être à l’intérieur de la couverture.
Éviter la répétition du même trajet.
Parcourir le plus possible à travers les routes présentant des obstacles.
Essayer de tester avec la même vitesse (30 à 50km/h).
En cas d’existence d’anomalies, des interventions sont menées juste après pour y remédier
jusqu’à la correction de toutes les anomalies.
58
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons défini la QoS, en insistant sur les indicateurs et les
paramètres logiques qui permettent la décision de l’état de la performance du réseau, ainsi que
la description de l’architecture de la QoS du réseau en détaillant chacun de ces blocks
constitutifs et notre analyse s’est également étalé sur les attributs de la QoS.
Dans la deuxième partie nous avons identifié la notion des statistiques leurs utilisation
les méthodes d’analyse et comment l’évalué dans le réseau. Nous avons aussi vue la notion
des KPI et comment ils sont définis internationalement en introduisant les six classes des KPI
et la définition de chacune d’eux. En dernier lieu nous avons vu le principe général du
processus des Drives Test.
59
3ème Chapitre: Processus
d’optimisation 3G
60
Introduction
L’optimisation est l’une des principales étapes d’amélioration des performances des
réseaux des télécommunications, elle consiste en plusieurs types d’analyse et d’action à
entreprendre afin d’avoir des améliorations au niveau des réseaux et ceci que ça soit au niveau
de la couverture, de la qualité du lien radio ou au niveau d’autres paramètres.
Dans ce chapitre nous allons voir les objectifs de l’optimisation radio ainsi que les
processus d’optimisation qui permettent grâce à leur cycle périodique d’automatiser les
actions à entreprendre suite aux différentes analyses effectuées, nous allons voir aussi toutes
les parties prenantes de ces processus d’optimisation, que ça soit les statistiques (KPI) ou les
données des Drive.
1. Optimisation radio:
1.1. Objectif de l’optimisation radio:
Afin de gagner la satisfaction de ses clients, les opérateurs essaient d’assurer la continuité
de la délivrance des services avec une qualité optimale. L’optimisation qui a cet objectif est
donc un élément de service requis et important pour maintenir et améliorer la qualité et la
capacité d’un réseau.
Il est aussi essentiel de maintenir une bonne qualité de service attendu par les clients,
quand l’operateur envisage une implémentation d’une nouvelle fonctionnalité au niveau du
réseau. La phase d’optimisation permet aussi de minimiser ses coûts et d’optimiser les
ressources rares, c’est une étape des plus cruciales du cycle de vie d’un réseau cellulaire. Une
fois le réseau est opérationnel, l’opérateur doit veiller sur son bon fonctionnement. Ceci est
nécessaire afin de réaliser un suivi de la qualité de service et d’adapter le réseau aux
différentes fluctuations en vue de son amélioration et de son expansion.
Ainsi l’optimisation d’un réseau cellulaire est motivée par deux objectifs principaux :
améliorer la qualité de service offerte aux utilisateurs et augmenter le volume de trafic écoulé
par le réseau avec les équipements existants.
1.2. Schéma général du processus de l’optimisation:
Le processus d’optimisation est un cycle périodique à qui on peut faire appel plusieurs
fois dans un même réseau de communication mobile, soit juste après le déploiement du réseau
et c’est ce qu’on appelle la pré-optimisation, ou après le lancement du réseau et c’est ce qu’on
va détailler tout au long de notre sujet.
61
Ce cycle comme le montre le schéma ci-dessous commence par la supervision des
performances à travers les statistiques (KPI), puis l’analyse de ces statistiques afin de
sélectionner les zones où il y a des problèmes, pour lancer des parcours de tests (Drive Tests)
afin de mieux connaitre la cause de ces problèmes. Ensuite une analyse globale des KPIs et
des résultats des parcours de tests qui permettra d’énumérer un nombre d’actions à
entreprendre. Après validation et implémentation de ces actions on reprend le cycle dès le
début pour voir les résultats et ainsi de suite.
Figure 31: schéma général du processus d’optimisation
Ainsi lors de chaque cycle d’optimisation il y a des entrées qu’on analyse soit en
utilisant des outils soit en utilisant des tables brutes afin d’arriver à des actions pour améliorer
les performances du réseau.
2. Présentation du projet:
Les réseaux de la 3G déployés aujourd'hui permettent d'offrir aux clients différents
services hauts-débits. Afin d'anticiper les évolutions de son réseau, le premier opérateur privé
au Maroc exige une large couverture pour maintenir une qualité de service optimale.
C’est dans ce cadre que s’inscrit mon projet qui consiste à optimiser le réseau 3G Radio
de Méditel au niveau d’une zone se situant au centre de la ville de Fès.
62
FES étant la 4ème
grande ville du MAROC possédant ainsi plusieurs Zones dont
quelque unes ayant une mauvaise couverture. Sachant aussi qu’après avoir étudiées
différentes zones de la ville de FES nous avons remarqués que La majorité des zones visitées
ont un faible niveau de champ RSCP et une mauvaise qualité de signal a été enregistré au
niveau du centre de la ville.
Figure 32: cartographie de la ville de FES
Et donc après analyse de la ville on en conclut les informations suivantes :
La qualité de signal de Meditel est dégradée.
Le taux d’échec enregistré des RAB Setup est très important.
Ainsi le débit Meditel pourra atteindre des niveaux supérieurs en renforçant le niveau de
signal et en remédiant au problème de la qualité de signal. C’est pourquoi nous procédons à
l’élaboration du processus d’optimisation intégrant ainsi les outils cités, ce par le suivi de la
performance du réseau d’accès 3G et analyse des dérives de fonctionnement radio 3G via les
KPI ainsi que l’établissement du diagnostic des Drive Test afin d’établir des plans d’actions
correctives
63
Nous allons suivre les étapes suivantes dans l’optimisation de la zone étudiée en se basant
sur des étapes essentielles à suivre afin de mener à bien le projet pour maintenir une qualité de
service optimale.
Supervision de la zone d’étude en se basant sur les statistiques (KPIs) et les parcours de mesures.
Faire un Drive Test afin d’identification les problèmes (couverture, qualité,
interférences...)
Proposition des solutions adéquates (optimisations physiques, paramétrage spécifique,
implémentation de nouvelles fonctionnalités…)
Les outils de statistiques et de Drive Test utilisés:
Pour remédié aux différents problèmes et avec l’augmentation de la complexité des
réseaux des opérateurs et le déploiement des multi technologies, la gestion de la performance
devient de plus en plus difficile tout en augmentant entre autre la charge de travail de
l'ingénieur. Pour réduire cette charge et faciliter la prise des décisions, plusieurs systèmes ont
été créés. Parmi eux on peut citer: la plateforme OPTIMA et TEMS Investigation.
3. OPTIMA:
3.1. Présentation générale d’OPTIMA:
Il s’agit d‘un outil de collecte de statistiques et de gestion de performances en temps réel.
Il permet à l'utilisateur de contrôler plus efficacement et de gérer l‘ensemble du réseau à partir
d‘une plateforme simple. Il répond aux exigences de la gestion des performances des
départements tels que celui de la gestion de qualité, de la maintenance, de l‘optimisation et de
la planification du réseau.
Cet outil permet de collecter les statistiques sous forme de compteurs bruts relatifs aux
constructeurs dont Méditel dispose et à plusieurs technologies (GSM, GPRS, UMTS...).
3.2. L’architecture de l’outil statistique OPTIMA de Méditel:
Le serveur de cet outil est, en même temps connecté au réseau LAN et aux équipements
du réseau de Méditel. Chaque heure, le serveur se connecte aux équipements pour importer
les statistiques, permettant ainsi :
La collecte de plusieurs données (trafic acheminé, performances générales…)
Une disponibilité immédiate des statistiques après leur génération par les éléments du
réseau.
Un stockage et traitement des données sous une base de données Oracle facile à
interroger.
64
Un accès utilisateurs sans limite.
Une notification automatique, pré programmé, des anomalies présentes sur le réseau.
On trouve les différents KPI regroupés comme :
Hourly : Données heure par heure.
Daily : Données jour par jour.
Weekly : Données semaine par semaine.
Busy Hour : Données de l‘heure la plus chargée par jour.
Aussi on peut obtenir des informations concernant la Radio, les Handovers etc.
La radio : Ce module permet de donner les statistiques Radio (Axes et Villes et
Cellules)
Les handovers : Ce module donne le handover par Cell hourly et Busy hour
3.3. Analyse des KPI :
Au cours de notre stage à Méditel et comme nous l’avons déjà cité nous avons étudié
les différents statistiques de la ville de Fès ce qui nous a permis de voir de plus prêt les
différentes classes de KPI que nous avons détaillé dans le chapitre 2. Ainsi nous avons choisi
d’expliqué de près l’usage de quelques KPI et détecté quelques problèmes.
Dans ce qui suit nous allons exploiter des statistiques relatives à plusieurs sites et sur
une duré de 3 semaines sans mentionné leurs noms en raison de confidentialité.
3.3.1. Accessibilité :
L’accessibilité au réseau est l’une des axes primordiale dans la télécommunication,
l’opérateur doit assurer aux abonnées le pouvoir d’établir des appels à tout moment et avec
une bonne qualité. C’est pour cela que le seuil acceptable à ce niveau est très serré.
Exemple : la figure suivante illustre le taux d’accessibilité durant trois semaines du 23/05
au 11/06. On remarque que le taux d’accessibilité est strictement supérieur à 91% et que sa
représente généralement une marge acceptable.
65
Figure 33: le graphe de l'accessibilité
Chaque opérateur adopte des seuils à ne pas dépassé pour les différent KPI. Pour
l’accessibilité à Méditel le taux est de 90% mais généralement on vise les 98% pour rester
loin de la valeur critique.
Figure 34: les taux acceptables
Comme nous l’avons déjà cité dans le deuxième chapitre l’accessibilité se calcul à partir
de deux paramètre : RRC et RAB. On essayera de voir de près leurs pourcentages dans la
même duré.
86889092949698
100102
SPEECH_ACCESSIBILITY
SPEECH_ACCESSIBILITY
66
Figure 35: Accessibilité au niveau RRC et RAB
Ce graphe nous donne des informations supplémentaires et montre que la baisse de
l’accessibilité le 31/05 est due à un problème dans la liaison RRC.
3.3.2. La maintenabilité :
La maintenabilité est aussi un paramètre très important ou l’appel ne doit pas être
interrompu. Pour la même période cité précédemment le graphe suivant montre que le taux de
coupure des appels est nul et que le taux de coupure HS diffère entre 0,04 et 0,66 % sa reste
inférieur à 1% c’est une marge acceptable.
Figure 36: Les taux de coupures
Le paramètre taux de coupure comme le montre la figure suivante varie dans une
marge très précise. La marge acceptable doit être inférieure à 1.38%.
86
88
90
92
94
96
98
100
102
23
/05
/20
11
00
:00
24
/05
/20
11
00
:00
25
/05
/20
11
00
:00
26
/05
/20
11
00
:00
27
/05
/20
11
00
:00
28
/05
/20
11
00
:00
29
/05
/20
11
00
:00
30
/05
/20
11
00
:00
31
/05
/20
11
00
:00
01
/06
/20
11
00
:00
02
/06
/20
11
00
:00
03
/06
/20
11
00
:00
04
/06
/20
11
00
:00
05
/06
/20
11
00
:00
06
/06
/20
11
00
:00
07
/06
/20
11
00
:00
08
/06
/20
11
00
:00
09
/06
/20
11
00
:00
10
/06
/20
11
00
:00
11
/06
/20
11
00
:00
RRC_SUC_RATE
RAB_SUC_RATE
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
23
/05
/20
11
00
:00
24
/05
/20
11
00
:00
25
/05
/20
11
00
:00
26
/05
/20
11
00
:00
27
/05
/20
11
00
:00
28
/05
/20
11
00
:00
29
/05
/20
11
00
:00
30
/05
/20
11
00
:00
31
/05
/20
11
00
:00
01
/06
/20
11
00
:00
02
/06
/20
11
00
:00
03
/06
/20
11
00
:00
04
/06
/20
11
00
:00
05
/06
/20
11
00
:00
06
/06
/20
11
00
:00
07
/06
/20
11
00
:00
08
/06
/20
11
00
:00
09
/06
/20
11
00
:00
10
/06
/20
11
00
:00
11
/06
/20
11
00
:00
SPEECH_DROP_RATE
HS_DROP_RATE
67
Figure 37: marge de taux de coupure
3.3.3. Charge et utilisation :
Les KPI du trafic permettent de déterminer le nombre d’utilisation. Le graphe suivant
montre que le trafic dans cette cellule est faible appart l’exception du 06/06 qui a enregistré
une valeur un peu élevé mais lorsqu’on vérifie les valeurs de l’accessibilité et du taux de
coupure pour le même jour on trouve que ce sont des valeurs normales.
Figure 38: Le trafic de la voix
4. TEMS:
Les drives test sont relevés sur le réseau, à l’intérieur de la voiture, lors de l’établissement
de la communication. Cette dernière est réitérée une fois en cas d’échec ou de coupure
d’appel. Les parcours d’appel sont construits de façon à répartir les mesures dans les zones
correspondantes aux centres villes et sur les axes principaux reliant les agglomérations,
complétés par des quartiers périphériques.
05
10152025303540
TRAFIC_VOIX
TRAFIC_VOIX
68
Ces mesures permettent d’analyser le niveau de signal afin d’avoir une idée sur la qualité
de la couverture. Il s’en enchaine une analyse des événements survenus lors du drive test, ou
on détecte s’il n’y a pas eu d’anomalies.
TEMS est un outil développé pour la surveillance et la maintenance d’un réseau cellulaire,
son objectif est d'analyser les cellules dans la procédure du Drive Test, il permet de suivre le
comportement de la cellule en temps réel.
C’est un outil d'ingénierie pour l’analyse des parcours après le Drive test, et qui permet un
diagnostic du parcours allant de la couverture jusqu’aux messages de la couche 3 envoyés
entre le mobile et les différentes entités du réseau, ce qui permet une meilleure analyse du
réseau ainsi une détection facile des causes des problèmes rencontrés lors de ce parcours de
mesures.
Par la suite on ne se contente pas seulement de traiter un fichier par fichier mais on
regroupe les parcours en entier dans une seule vue et de faire des requêtes pour pouvoir cibler
nos choix et effectuer des analyses thématiques qui permettent de dégager les zones les plus
sensibles.
C’est pour cela qu’on exporte les tables à partir de l’outil TEMS et on les projette dans
MAPinfo, en prenant soin d’avoir la carte de la ville en arrière plan. Ainsi on reproduit sur des
cartes les mesures et les événements ce qui nous permet d’avoir une vision plus précise.
4.1. Le canal pilote CPICH:
Le CPICH est un facteur très important pour le handover, la sélection et la resélection de
cellule. La puissance du canal pilote indique au mobile la cellule à laquelle, il doit se
rattacher, elle définit de cette façon l’étendue de la cellule. En fonction des puissances des
pilotes reçues, le mobile décide à combien de stations il sera rattaché, ce qui rend possible la
mobilité dans le réseau d’une part, et le renforcement du lien radio d’autre part. La puissance
des pilotes détermine la surface de couverture des stations de base. Si la puissance décroît, la
cellule devient plus petite par contre si la puissance devient plus grande, la cellule s’agrandit.
Augmenter la taille de la cellule revient à dire que plus de mobiles seront connectées à la
cellule de la station de base en question.
L’analyse du canal pilote repose sur la vérification de La couverture du canal pilote, elle
se fait par scanner la valeur du CPICH RSCP et EcNo de la cellule serveuse.
Ces valeurs sont négociées avec le client mais ne doivent pas être inférieures
respectivement à -16dBm et -111dBm.
Les problèmes causant les trous de couverture sont :
69
Cellule over-shooter: Quand une cellule est la cellule serveuse dans une zone éloignée
de sa zone de couverture planifiée.
Pilot pollution: Les interférences peuvent être détectées dans les zones où l’on a un
bon niveau de signale et une mauvaise qualité. Par exemple pour des valeurs de RSCP
supérieures à -100dBm et Ec/No inférieur à -12dB. Cette dégradation de qualité est
due aux interférences causées par la présence d’autres signaux reçus avec un bon
niveau de champ provenant de plusieurs cellules.
Le site est en panne ou n’existe pas dans cette zone
Mauvaise configuration et positionnement des antennes.
Grande perte au niveau de câble (feeder).
Un niveau élevé d'interférence.
Un réglage incorrect des paramètres de puissance de sortie des canaux de contrôle et
La couverture est classée en quatre niveaux. Pour chaque classe, un seuil pour la
valeur du RSCP et celle de l’EcNo est précisé.
Tableau 5:La couverture classée par niveaux
En analysant les appels, il faut commencer par le premier problème que l’UE peut
rencontrer nommé l’accessibilité. Si l’UE ne peut pas se connecter au système, il ne peut pas
maintenir l’appel à une certaine qualité.
4.2.Blocage d’appels (Accessibilité):
L’accessibilité exprime le pouvoir de l’UE pour obtenir un service à une qualité
satisfaisante. Pour cela, on s’intéresse au niveau des Drive tests aux mesures faites lors des
appels courts. Il est essentiel de noter que l'événement Blocage d’appel arrive toujours
pendant la phase de configuration d’appel.
Les principales causes de blocage d’appel sont:
Problème de voisinage :
Dans ce cas le blocage d’appel se produit lorsque la cellule serveuse a un niveau de
CPICH RSCP et de CPICH Ec/No plus faible que les cellules déclarées comme voisines mais
il n’y a pas eu de handover.
70
Un exemple d’un blocage d’appel causé par une absence de voisinage. L’UE est servie au
début par la cellule (SC = 176). Lors de l’établissement d’appel, la cellule (SC = 0) et la
cellule (SC= 192) présente de très bonnes conditions mais ne sont pas ajoutées à l’Active Set.
Ces cellules causent de très fortes interférences. La cause de ce blocage n’est pas spécifiée
explicitement par TEMS.
Figure 39: Prise d'écran TEMS problème de blocage d'appel
Solution :
Afin d’essayer de surmonter ce problème il faudra revoir la configuration des cellules
voisines afin que l’active set puisse prendre en compte les mesures ( RESCP et Ec/No) ainsi
le hand over sera réalisé et cela permettrai d’éviter le blocage d’appel.
Mauvaise couverture :
Le blocage d’appel se produit aussi lorsque les conditions radio sont médiocres dans la
phase de configuration d’appel.
Exemple: les conditions radio sont très mauvaises au moment où l’UE tente d’initier un
appel. Le RCSP de la cellule serveuse =-121dBm et Ec/No=-21dB.
71
Figure 40: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture
Solution :
Afin de résoudre le problème de couverture on propose les deux scénarios suivants :
Scénario 1 : l’ajustement des paramètres de la cellule servante au niveau Azimut, Tilt ou
la hauteur de l’antenne (Voire Annexe 1)
Scénario2 : l’ajout d’un site couvrant la zone du problème et c’est généralement la
solution proposée par Méditel, afin d’éviter tout autre problème (Congestion,
Overshooting,…).
Ressources Indisponible (Congestion) :
Le problème de congestion est définit comme étant un grand problème au niveau des
réseaux cellulaires (ressources indisponibles) ainsi afin de satisfaire le trafic et donc il arrive
qu’en cas d’événements spéciaux qu’il y est une augmentation au niveau du trafic et qu’un
bocage d’appel s’en suit.
A titre d’exemple, on a dans la cellule SC=100 qui représente de très bonnes conditions
radio et malgré sa le réseau envoie un message de déconnexion dont la cause est : « les
ressources non disponibles ». Ce message est envoyé après le setup de radio Bearer.
L’environnement radio dans ce cas est bon.
72
Figure 41: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Congestion
Solution :
Pour le problème de la congestion on propose toujours d’effectuer un Down tilt afin de
réduire la zone de couverture de la cellule.
4.3. Coupure d’appels (Maintenabilité) :
Absence de relation de voisinage :
La coupure d’appel peut avoir lieu quand le niveau de champ et la qualité du signal de
la cellule serveuse sont faibles, alors qu’ils sont bons pour une cellule voisine qui n’est pas
déclarée parmi les cellules voisines. Par conséquent, le mobile ne peut pas effectuer de SHO
vers cette cellule.
Dans ce cas la cellule serveuse est SC=205. Lors de l’appel, la cellule SC=293 donne
un niveau de champ plus élevé mais elle n’est pas ajoutée à l’Active Set du fait que ces deux
cellules ne sont pas déclarées comme voisines.
73
Figure 42: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de manque de voisine
Solution :
Scenario1 :
Pour remédier au problème de voisinage on propose d’effectuer une modification au
niveau de la configuration. La cellule qui représente de bonnes conditions doit être ajoutée à
la liste des cellules voisines.
Scénario2 :
Pour ce problème on a pensé a une autre cause qui pourrait subvenir a ce dernier et qui
est celle d’un problème au niveau des codes vu que si par exemple on a pour une cellule 16
codes (DL code) on alloue 70% pour les utilisateurs et 30% pour les Hand Over et donc il se
peut qu’il y est un problème a ce niveau
Mauvaise couverture :
Dans ce cas la coupure se produit dans les régions où les conditions CPICH RSCP et /
ou CPICH EcNo ont des valeurs critiques et ne conviennent pas pour une bonne connexion.
Exemple: L’environnement radio d’après les rapports de mesure de l’UE était
défavorable. Le RSCP de la cellule serveuse est de -127dBm et Ec/No est -32dB.
74
Figure 43: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de mauvaise couverture
Solution :
Comme nous l’avons déjà cité dans la partie des problèmes de l’accessibilité la
solution proposée c’est soit l’ajustement des paramètres de l’antenne soit l’ajout d’un nouveau
site.
Pilot Pollution :
Le problème du Pilot pollution est dû aux interférences qui peuvent être détectées dans
les zones où l’on a un bon niveau de signal et une mauvaise qualité.
Dans notre cas nous avons des valeurs de RSCP des cellules SC= 64, 40, 88, 176
supérieures à -100dBm et représentent des valeurs très proches entre -84 et -86dBm, nous
avons aussi les valeurs du Ec/No sont inférieur à -12dB. Alors on peut conclure que cette
dégradation de qualité est due aux interférences causées par la présence d’autres signaux reçus
avec un bon niveau de signal provenant de plusieurs cellules.
75
Figure 44: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de Pilot Pollution
Solution :
Dans le cas du pilot pollution on propose de faire une mise à jour des Tilts des cellules
qui causent des problèmes d’interférences, ou on peut effectuer des réajustements au niveau
des sites voisins.
Problème radio :
Dans ce cas nous avons trois cellules déclarées comme cellules voisines qui ont un bon
niveau de champs avec des valeurs très proches ce qui cause de fortes interférences et en
conséquent on obtient une dégradation au niveau de la qualité se qui provoque une coupure
d’appel.
Figure 45: Problème Radio
Solution :
76
Dans ce cas aussi on propose un Down tilt par ce qu’on a trois cellules qui offre un
très bon niveau de champs se qui cause des interférences et provoque une dégradation de la
qualité de la voix.
Congestion :
Le problème de congestion est dû ici à une dégradation du Rab et du RRC et donc dans ce
cas le Drop se produit quand il n'y a pas de ressources disponibles pour la connexion radio. Le
réseau envoie une RRC connexion release lorsque le RBS atteint sa puissance maximale
disponible en DL. Lorsque le drop se produit, la cause « congestion » est communiquée
clairement dans le message de la couche 3 « RRC connexion release ».
Exemple: Dans ce cas, les conditions radio ne sont pas critiques. On remarque la présence
d’une Best Server avec deux autres cellules qui transportent le service. L’indisponibilité des
ressources radio arrive brusquement après un nombre de SHO rapides et un message envoyé
par le réseau intitulé « RRC Connection Release » apparaît pour annoncer la coupure de
l’appel. Sur les messages du niveau 3 on voit clairement que la cause de cette coupure est la
« Congestion ».
Figure 46: Prise d’écran Tems illustrant la détection du problème de congestion
Solution :
Pour résoudre le problème de congestion on propose généralement un Down Tilt pour
diminuer la zone de couverture ou carrément ajouté un nouveau site afin de maximiser la
77
satisfaction des clients. Mais ce que nous proposons afin de remédier au problème, c’est de
faire un Upgrade au niveau des HS user’s ou effectuer une second carrier’s(deuxième
fréquence), ainsi on aura un site qui possède deux fréquence pour améliorer la capacité et
donc avoir la possibilité de répartir les utilisateurs sur les secteurs (partage de ressources).
Autres Problèmes :
Problème 1 :
La cellule SC=88 représente de bonnes conditions radio au niveau champ et au niveau
qualité mais malgré cela une coupure d’appel a eu lieu, ce qui nous laisse penser que le
problème est dû à un problème temporaire au niveau UE ou au niveau RNC.
Figure 47: Autre problème de coupure d'appel
Problème 2 :
Il peut subsister un problème hardware plus exactement soit au niveau des TRX ou au
niveau power c.-à-d. que la puissance au niveau de la cellule se dégrade
Problème 3 :
On peut avoir un problème au niveau du lien Iub et donc on peut y remédier en effectuant
des modifications au niveau de la configuration.
5. Traitement de la zone étudiée :
Après avoir vu dans ce chapitre des cas séparés au niveau des statistiques en étudiant les
majeur KPIs aussi au niveau de l’analyse du Drive Test nous allons dans ce qui suit traités le
parcourt du Drive Test de toute la zone citée dans les paragraphes précédents.
78
5.1. Analyse de couverture :
Figure 48: Plot du RSCP lors du drive test
Le plot de RSCP dévoile que la couverture est généralement bonne (94.14% du plot est
supérieur à -85 dBm) mais nous avons quatre zones ou le RSCP est inferieur à -85dBm. Nous
allons détailler les quatre zones de mauvaise couverture :
Figure 49: Autre Plot du RSCP lors du Drive Test
79
4.09% du parcourt est représenté par la couleur Jaune, 1.64% est représenté par la couleur
Rose, 0.11% constitue la zone rouge et enfin aucune partie n’a signalé un RSCP inférieur a -
100dBm. On remarque aussi que les zones 1 et 2 ont mesurées la plus faible couverture.
5.2. Analyse du rapport Ec/N0 :
Figure 50: Plot de l’EcNo lors du drive test
Le plot de Drive test montre que la qualité est bonne dans presque toute la zone:
- Ec/No ≥-12 dBm : 99.28%
- Ec/No < -12 dBm : 0.71 %
L’analyse de l’enregistrement de ce Drive test nous indique qu’au niveau de la zone 1
plusieurs valeurs EcNo <-12 dBm ont été détectées. Dans le paragraphe suivant nous allons
voir de plus près les causes et les solutions proposées.
5.3. Analyse et Solution :
Le type des quatre zones étudiées :
Zone 1: Un Hôtel plus une zone de villa.
Zone 2: Zone résidentielle dense urbain.
Zone 3: Cité Universitaire.
Zone 4: Zone résidentielle dense urbain.
Au niveau du RSCP nous avons détecté 4 zones :
Zone 1: Faible couverture aux alentours de l’hôtel et une zone de villa.
80
Zone 2: Faible couverture à 200 m de FES098_3G.
Zone 3: Faible couverture engendrant un HO 3G => 2G
Zone 4: Faible couverture aux alentours de FES081.
Au niveau de l’EcNo Nous avons une seule zone :
Zone 1: Qualité dégradée aux alentours de l’hôtel et une zone villa avoisinantes.
Les zones 1 et 2 sont les zones qui représentent les niveaux les plus bas du RSCP et
EcNo. On remarque que trois sites 3G et 3 sites 2G sont à proximité de la première zone et
puisqu’on sait déjà qu’il s’agit d’une zone constituée de villas et d’un hôtel donc le trafic à ce
niveau n’est pas très élevés. On propose comme solution dans ce cas de déclarer les relations
de voisinage avec les sites proches.
La deuxième zones est densément peuplé et représente de faible ressources radio, on
déduit qu’il s’agit du problème de congestion. On propose comme solution un Down Tilt pour
réduire la zone couverte ainsi on aura plus de ressources disponible.
Le tableau suivant on récapitule ce qui précède plus une analyse et les solutions proposées.
Zone Problème Solution
Zone 1 Voisines non déclarées Déclarer les relations de
voisinage avec les sites
voisins suivants : FES065,
FES025, FES007
Zone 2 Congestion Effectuer un Down Tilt des
antennes du site FES098
Tableau 6: Tableau résumant l’analyse des problèmes rencontrés lors du Drive Test
Après les modifications apportées au deux zones 1 et 2 nous avons obtenu le résultat
suivant:
81
Figure 51: les amélioration apportées au niveau RSCP
Conclusion
Les compteurs statistiques recueillis au niveau des RNC/ RBS reflètent les
performances d’une cellule 3G dans le réseau déployé. Pour les différentes anomalies qui
apparaissent dans le fonctionnement du réseau, des compteurs spécifiques doivent être
analysées pour ressortir la source du problème.
Le nombre de compteurs générés par les différents nœuds du réseau est énorme, par
conséquent, l’analyse devrait se concentrer seulement sur les compteurs reflétant les
performances critiques des cellules.
Nous avons aussi travaillé sur le drive test qui est un outil très important dans le
processus de l’optimisation. Après la détection des anomalies du réseau vient le parcours
Drive Test pour permettre d’avoir plus d’information sur le problème et aussi faire les
changements adéquats.
82
Conclusion
Dans ce travail, on a tout d’abord présenté les différentes fonctionnalités et
caractéristiques des standards 3G. Ensuite, nous avons développé et analysé les différents
processus d’optimisation des réseaux d’accès ainsi que les outils utilisés. Enfin nous avons pu
établir un plan d’action pour résoudre les problèmes liés aux performances de la zone étudiée
de Méditel
Ce projet m’a permis, non seulement d’améliorer mes connaissances dans le domaine
de l’ingénierie des réseaux mobiles et en matière de gestion et capacité à résoudre les
problèmes, mais j’ai pu, tout au long de ma période de stage, être un ingénieur opérationnel et
remplir les tâches qui m’ont été affectées, notamment analyser et étudier des cas concrets de
situations de problèmes où il fallait opter pour la bonne décision.
Par ailleurs, à travers ce rapport je ne prétends pas avoir couvert toutes les notions
liées au domaine, mais j’ai essayé d’aller au long des notions dont j’ai eu réellement
l’expérience pratique de proche ou de loin.
Une extension de notre effort pourrait se baser sur ces analyses pour proposer une
nouvelle configuration, avec des éléments techniques fondamentaux. Ainsi, la technologie 3G
continuera à se positionner comme un potentiel évolutif qui permet d’élaborer la base des
futurs réseaux mobiles en vue de supporter les services et applications évolués.
Toute mon ambition est que ce travail sert de référence pour de futures recherches
dans le domaine du Réglage et d’optimisation radio de réseau 3G.
83
Acronyme 1G : 1ère Géneration
2G : 2ème
Géneration
2.5 : La géneration 2.5
2.75: La géneration 2.75
3G: troisième Géneration
3GPP: Third Generation Partnership
Project
A
ADSL: Asymmetric Digital Subscriber
Line
AuC: Authentication Center
B
BLER: Block Error Rate
BMC: Broadcast/Multicast Control
BS: Bearer Services
C
CDMA: Code division multiple access
CN: Core Network
CS: Circuit Switched
D
DL: Down Link
DRNC: Drift RNC
E
EDGE: Enhanced Data Rates for Global
Evolution
EIR: Equipment Identity Register
F
FDD: Frequency Division Duplexing
G
GGSN: Gateway GPRS Support Node
GMSC: Gateway MSC
GPRS: General Packet Radio Service
GSM: Global System for Mobile
H
HS: High Speed
HLR: Home Location Register
HSDPA: High Speed Downlink Packet
Access
HSUPA: High Speed Uplink Packet
Access
I
IRAT HO: Inter radio access technology
handover
K
KPI: Key Performance Indicator
M
MAC: Medium Access Control
ME: Mobile Equipment
MSC: Mobile Switching Centre
MT: Mobile Terminal
O
OVSF: Orthogonal Variable Spreading
Factor
P
PDCP: Packet Data Convergence Protocol
PI: Performance Indicator
PS: Packet Switched
84
PSTN: Public Switched Telephone
Network
Q
QoS: Qualité of Service
R
R99: Release 99
RAB: Radio Access Bearer
RF: Radio Frequency
RLC: Radio Link Control
RNC: Radio Network Controller
RNIS: Réseau Numérique à Intégration de
Services
RNS: Radio Network Subsystem
RRC: Radio Resource Control
S
SDU: Service Data unit
SF: Spreading Factor
SGSN: Serving GPRS Support Nod
SMS: Short Message Service
SRNC: Serving RNC
T
TD-SCDMA: Time Division Synchronous
Code Division Multiple Access
TDD: Time Division Duplexing
TE: Terminal Equipment
U
UE: User Equipment
UL: Up Link
UMTS: Universal Mobile
Telecommunications System
USIM: Universal Subscriber Identity
Module
UTRAN: Universal Terrestrial Radio
Access Network
V
VLR: Visitor Location Register
W
WCDMA: Wideband Code Division
Multiple Access
WiMAX: Worldwide Interoperability for
Microwave Access
85
Bibliographies
1) UMTS de Jean NOEL ROZEC (st-microelectronics) – Tome 1
2) UMTS de Jean NOEL ROZEC (st-microelectronics) – Tome 2
Sitographie
3) http://www.generation-nt.com/telephonie-mobile-reseaux-3g-umts-wcdma-hsdpa-hsupa-
article-46573-1.html
4) http://www.efort.com/r_tutoriels/ACCES_UMTS_EFORT.pdf
5) http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE2006/eric_meurisse/umts.php
6) http://www710.univ-lyon1.fr/~btouranc/M2SIR/TER09/Nguyen.pdf
7) http://www.etudionet.com/communaute/xuser/etudionet/docs/FETOUI_Zied.pdf
8) http://www.etudionet.com/communaute/xuser/etudionet/docs/CHOUCHENE_Sebti.pdf
86
Annexes
87
Annexe 1 : Définition du problème d’optimisation de l’UMTS:
Le problème d’optimisation est défini dans ce qui suit par les paramètres à ajuster et
les objectifs à optimiser.
Figure 52: schéma d’un site
Paramètres antennaires:
Les paramètres d’antenne sont les plus importants dont dépend l’interférence dans le
réseau. Deux paramètres caractérisent l’antenne d’un site tri sectorielle :
Le tilt
L’azimut
1. Tilts:
Le tilt d’une antenne correspond à son angle d’inclinaison dans un plan vertical. En
utilisant l’antenne vers le bas, ce qui correspond à une augmentation de l’angle du tilt, la zone
de couverture de l’antenne diminue et l’intensité de la puissance moyenne reçue dans la
cellule augmente. Le tilt peut être modifié de façon mécanique (l’angle de l’antenne change
physiquement ou de façon électrique en modifiant le diagramme de rayonnement de l’antenne
sans toucher à son inclinaison physique). Tilter une antenne nécessite une intervention
humaine sur site, ce qui introduit un cout lié au paramétrage du réseau.
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Figure 53: schéma d’une antenne à tilt éléctrique
2. Azimuts:
L’angle d’azimut correspond à l’orientation du lobe principal de l’antenne dans le plan
horizontal. Idéalement, dans un site tri-sectoriel, l’orientation des antennes est séparer de
2π/3 ; une modification de l’angle d’azimut peut être utile suite à un effet de masque lié au
paysage ou à des bâtiments, qui peuvent causer des réflexions et des interférences
indésirables.
Figure 54: Ajustement de l’azimut de l’antenne
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Annexe 2 : Les protocoles de signalisation 3G:
Protocole RANAP : Radio Acces Network Application Part
Le protocole de contrôle de signalisation de l’interface Iu contient les informations de
contrôle de la couche radio. Ses différentes fonctions :
- Relocalisation : gère le déplacement des fonctions SRNS d’un RNS à un autre ou
le hard-handover inter-RNS.
- Gestion des supports d’accès radio (RAB) : initialisation, modification ou
suppression d’un support d’accès radio existant.
- Libération de l’interface Iu, pour toutes les ressources, le trafic et signalisation
pour un utilisateur donné.
- Remontée d’événements pour informer le réseau cœur de l’échec de transmission
de données.
- Gestion d’un identifiant commun de l’usager aux fin de paging.
- Paging, c.-à-d. recherche d’un mobile sur appel entrant.
- Localisation, enregistrement de l’activité d’un mobile donné à la fin de
maintenance.
- Transfert de signalisation, de manière transparente entre le réseau cœur et le
mobile.
- Contrôle d’intégrité et de chiffrement.
- Contrôle de charge.
- Reset, ou réinitialisation de la connexion du coté cœur ou du coté UTRAN.
- Rapport sur la localisation du mobile.
Protocole NBAP : Node B Application Part
Le protocole de signalisation sur l’interface Iub, appelé NBAP est composé de deux
parties, Common NBAP et Dedicated NBAP.
La composante Common NBAP (C-NBAP) correspond à la signalisation qui n’est pas
relative à une session d’un terminal donné, comme par exemple l’établissement du premier
lien d’un terminal, la configuration d’une cellule, l’initialisation et la remontée des mesures
spécifiques à une cellule. Une fois établi le premier lien entre un terminal et le réseau, le node
B assigne un point de terminaison de trafic à ce terminal pour la durée de connexion. Les
échanges suivants se font alors grâce aux procédures de la composante Dedicated NBAP (D-
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NBAP). Il s’agit en particulier de le reconfiguration des données pendant un soft handover, de
la remontée des mesures ou de la gestion des alarmes.
Protocol RNSAP : Radio network subsystem application part
L’interface Iur et le protocole RNSAP sont les deux composants qui permettent le soft
handover inter-RNC durant lequel le mobile est connecté avec plus d’un radio link et les
BTS sont contrôlés par différents CRNCs. Durant cette procédure, il y a distinction faite
entre le SRNC et le DRNC. RNSAP est en fait responsable du contrôle de la connexion
entre ces deux entités. Nous pouvons mettre en relief les fonctions suivantes du RNSAP :
procédures gérant la mobilité : elle concerne les procédures qui gèrent la mobilité au
niveau du RAN comme le paging de l’utilisateur par exemple.
procédures dédiées : elles concernent la gestion des canaux dédiés sur l’interface Iur
comme le transfer des mesures provenant des canaux dédiés du CRNC vers le
SRNC.
procédures communes : elles sont spécifiques pour les canaux de transport communs.
procédures globales : elles gèrent les transactions entre différents CRNCs.
Protocole ATM : Asynchronous Transfer Mode
Protocole Grande Vitesse Asynchrone qui permet de faciliter le transfert de données
de type multimédia. Il permet de faire passer simultanément plusieurs types de données tout
en maximisant la bande passante.
