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N° d’ordre : 28/RS/ TCO Année Universitaire : 2012 /2013
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
----------------------
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
-----------------------
DEPARTEMENT TELECOMMUNICATION
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
en vue de l’obtention
du DIPLOME d’INGENIEUR
Spécialité : Télécommunication
Option : Réseaux et Systèmes
par : RAZAFIMANA Maminiaina
PLANIFICATION DU RESEAU D’ACCES DE LA
TECHNOLOGIE LTE 4G
Soutenu le 11 Juin 2014 devant la Commission d’Examen composée de :
Président:
M. RAKOTOMALALA Mamy Alain
Examinateurs:
M. RADONAMANDIMBY Edmond
M. RAKOTONDRAINA Tahina Ezéchiel
M. RAVONIMANANTSOA Manda Vy
Directeur de mémoire :
Mr. RATSIMBAZAFY Andriamanga
i
REMERCIEMENTS
Tout d’abord, j’aimerais remercier le Seigneur de m’avoir toujours donné la force de
mener à bien la réalisation de ce travail de mémoire de fin d’études.
Je remercie, Le Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo,
Monsieur ANDRIANARY Philippe, Professeur Titulaire, pour nos cinq années d’études dans
cet établissement.
Je tiens à exprimer ma profonde et très sincère reconnaissance à Monsieur
RATSIMBAZAFY Andriamanga, Maître de Conférences, pour m’avoir encadré et qui n’a
cessé de me prodiguer de précieux conseils.
Je tiens aussi à remercier Monsieur RAKOTOMALALA Mamy Alain, Maître de
Conférences et Chef de Département au sein du Département Télécommunication, qui nous a
fait l’honneur de présider les membres du Jury de ce mémoire.
Je témoigne toute ma reconnaissance aux autres membres du jury qui ont voulu
examiner ce travail :
M. RADONAMANDIMBY Edmond, Assistant d’Enseignement et de Recherche.
M. RAKOTONDRAINA Tahina Ezéchiel, Docteur en Télécommunication.
M. RAVONIMANANTSOA Manda Vy, Maître de Conférences.
J'adresse tout naturellement mes remerciements à tous les Enseignants de l’Ecole
Supérieure Polytechnique, qui nous ont formés durant ces cinq années d’études.
Ce travail de mémoire n’aurait pu être mené de façon efficace et rigoureuse en parallèle à
ma formation académique sans l’aide des différents enseignants et personnels administratifs
de l’Ecole, à qui j’adresse toute ma gratitude.
Je remercie Monsieur Thierry BOTOMAROZA, le Directeur Technique de la société
AIRTEL Madagascar, pour le stage menant à ce projet. J’insiste pour exprimer ma
reconnaissance à Monsieur Tahiry Danielson RANDRIAMIADANA et Monsieur Nary
Harivony RASOLOMAHARO, qui sont tous des professionnels dans le domaine de la
planification des réseaux cellulaires, pour leur disponibilité et leurs contributions dans ce
travail.
J'exprime ma très grande gratitude à ma famille, pour m'avoir soutenu tout au long de
mes études. Je reconnais les sacrifices que ces longues années ont représentés.
Enfin, je ne saurai oublier toutes les personnes qui m’ont aidée de près ou de loin dans
l’élaboration du présent mémoire.
Merci à tous et à toutes.
ii
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS .........................................................................................................................i
TABLE DES MATIERES ................................................................................................................ ii
LISTE DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS ......................................................................... vii
INTRODUCTION GENERALE ......................................................................................................1
CHAPITRE 1 : LES TROIS PREMIERES GENERATIONS DE RESEAUX MOBILES ............3
1.1 Introduction : .....................................................................................................................3
1.1.1 Le concept cellulaire : .................................................................................................3
1.1.2 Les évolutions technologiques des réseaux cellulaires : ..............................................4
1.2 La première génération des réseaux cellulaires: ...............................................................4
1.2.1 AMPS : .......................................................................................................................5
1.2.2 NMT : .........................................................................................................................5
1.2.3 TACS : ........................................................................................................................5
1.3 La deuxième génération des réseaux cellulaires : .............................................................5
1.3.1 GSM :..........................................................................................................................6
1.3.1.1 Architecture: ............................................................................................................6
1.3.1.2 L’équipement usager: ...............................................................................................7
1.3.1.3 Le réseau d’accès: ....................................................................................................7
1.3.1.4 Le réseau cœur : .......................................................................................................8
1.3.2 GPRS : ........................................................................................................................9
1.3.2.1 L’intégration du GPRS : ...........................................................................................9
1.3.2.2 SGSN : .................................................................................................................. 10
1.3.2.3 GGSN : .................................................................................................................. 10
1.3.2.4 Les mises à jour nécessaires : ................................................................................. 10
1.3.3 EDGE : ..................................................................................................................... 10
1.4 La troisième génération des réseaux cellulaires : ........................................................... 11
1.4.1 UMTS : ..................................................................................................................... 11
1.4.1.1 Architecture : ......................................................................................................... 12
1.4.1.2 NodeB : ................................................................................................................. 12
1.4.1.3 RNC : .................................................................................................................... 12
1.4.2 HSPA : ...................................................................................................................... 13
1.4.3 HSPA+ : .................................................................................................................... 13
1.5 Cohabitation entre les réseaux de la deuxième et troisième génération :....................... 14
1.6 Comparaison des performances entre les réseaux marquants les générations : ............ 15
iii
1.7 Conclusion : ..................................................................................................................... 15
CHAPITRE 2 : LA TECHNOLOGIE LTE ................................................................................... 16
2.1 Introduction : ................................................................................................................... 16
2.2 Les exigences du LTE : .................................................................................................... 16
2.2.1 La capacité: ............................................................................................................... 16
2.2.2 Nombre d’utilisateur simultané : .............................................................................. 16
2.2.3 L’efficacité spectrale cellulaire : ............................................................................... 16
2.2.4 Les débits : ................................................................................................................ 17
2.2.5 La latence : ............................................................................................................... 17
2.2.6 La mobilité : .............................................................................................................. 17
2.3 Architecture d’un réseau LTE : ...................................................................................... 18
2.3.1 L’équipement usager : UE ........................................................................................ 18
2.3.2 Le domaine du réseau d’accès : E-UTRAN ............................................................... 19
2.3.3 Le réseau cœur : EPC ............................................................................................... 20
2.3.3.1 Le Serving-GateWay: S-GW .................................................................................. 20
2.3.3.2 Le Mobile Managment Entity : MME ..................................................................... 20
2.3.3.3 Le PDN-GateWay : P-GW ..................................................................................... 20
2.3.3.4 Le Home Subscriber Service : HSS ........................................................................ 21
2.3.3.5 Le Policy and Charging Rules Function: PCRF ...................................................... 21
2.4 L’interface radio du LTE : .............................................................................................. 22
2.4.1 Le mode de duplexage : ............................................................................................. 22
2.4.2 La méthode d’accès : ................................................................................................. 23
2.4.2.1 Principe de la modulation OFDM : ......................................................................... 23
2.4.2.2 Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA .................................... 24
2.4.2.3 Single Carrier-Frequency Division Multiple Access: SC-FDMA ............................ 25
2.4.3 La technologie MIMO en LTE : ............................................................................... 26
2.4.3.1 La diversité de transmission: .................................................................................. 27
2.4.3.2 Le beamforming : ................................................................................................... 27
2.4.3.3 Le multiplexage spatial mono-utilisateur SU-MIMO : ........................................... 27
2.4.3.4 Le multiplexage spatial multi-utilisateurs MU-MIMO : .......................................... 28
2.4.4 Les canaux : .............................................................................................................. 28
2.4.4.1 Rappel sur les couches protocolaires de l’interface radio : ...................................... 29
2.4.4.2 Les canaux logiques: .............................................................................................. 30
2.4.4.3 Les canaux de transport : ........................................................................................ 31
iv
2.4.4.4 Les canaux physiques : ........................................................................................... 31
2.4.5 Structure de la trame de l’interface radio : ............................................................... 33
2.4.5.1 La trame de type 1 :................................................................................................ 33
2.4.5.2 La trame de type 2:................................................................................................. 34
2.4.6 L’allocation de ressource en LTE ............................................................................. 34
2.5 Les services offerts par le LTE :...................................................................................... 35
2.6 La qualité de services : .................................................................................................... 36
2.7 Cohabitation et compatibilité avec les générations intérieures : .................................... 36
2.8 Conclusion : ..................................................................................................................... 37
CHAPITRE 3 : PLANIFICATION DU RESEAU D’ACCES E-UTRAN..................................... 38
3.1 Introduction : ................................................................................................................... 38
3.1.1 Concept général : ...................................................................................................... 38
3.1.2 Les paramètres d’entrée : .......................................................................................... 38
3.1.3 Les paramètres de sortie :.......................................................................................... 39
3.2 Les étapes de planification : ............................................................................................ 39
3.2.1 Le pré-dimensionnement : ........................................................................................ 39
3.2.2 Le dimensionnement de couverture : ........................................................................ 39
3.2.3 Le dimensionnement de capacité : ............................................................................ 40
3.2.4 L’optimisation : ......................................................................................................... 40
3.3 Planification orientée couverture : .................................................................................. 40
3.3.1 Bilan de liaison radio: ............................................................................................... 40
3.3.1.1 Formule générale : ................................................................................................. 40
3.3.1.2 Puissance émise PTX : ............................................................................................. 41
3.3.1.3 Gain de l’émetteur GTX : ......................................................................................... 41
3.3.1.4 Perte de l’émetteur LTX : ......................................................................................... 41
3.3.1.5 Sensibilité du récepteur SensRX : ............................................................................. 42
3.3.1.6 Gain du récepteur GRX : .......................................................................................... 44
3.3.1.7 Perte du récepteur LRX : .......................................................................................... 44
3.3.2 Marge de planification PM : ..................................................................................... 44
3.3.2.1 Marge de pénétration :............................................................................................ 44
3.3.2.2 Marge de shadowing .............................................................................................. 44
3.3.2.3 Marge d’interférence : ............................................................................................ 45
3.3.3 Modèle de propagation :............................................................................................ 45
3.3.3.1 Modèle COST-231 Walfisch-Ikegami : .................................................................. 46
v
3.3.3.2 Modèle Okumura-Hata : ......................................................................................... 47
3.3.3.3 Modèle COST-231 Hata ......................................................................................... 48
3.3.4 Calcul du nombre de site en se basant sur le bilan de liaison : ................................. 49
3.3.5 Calcul de la superficie en fonction du nombre de secteur : ....................................... 49
3.3.5.1 Site omnidirectionnel (1 secteur) : .......................................................................... 49
3.3.5.2 Site à 2 secteurs : ................................................................................................... 49
3.3.5.3 Site à 3 secteurs : ................................................................................................... 50
3.3.6 Le nombre de sites nécessaires : ................................................................................ 50
3.4 Planification orientée capacité : ...................................................................................... 50
3.4.1 Estimation du trafic : ................................................................................................ 50
3.4.2 Le nombre de sites nécessaires : ................................................................................ 51
3.5 Optimisation : .................................................................................................................. 51
3.6 Conclusion : ..................................................................................................................... 52
CHAPITRE 4 : SIMULATION DE COUVERTURE SOUS ATOLL .......................................... 53
4.1 Présentation Atoll : .......................................................................................................... 53
4.2 Préparation du projet : .................................................................................................... 53
4.2.1 Création du projet : ................................................................................................... 53
4.2.2 Configuration de système de projection : .................................................................. 54
4.2.3 Importation de la carte de Madagascar : ................................................................... 54
4.3 Zone de déploiement :...................................................................................................... 55
4.4 Calcul théorique : ............................................................................................................ 56
4.4.1 Bilan de liaison dans le sens descendant : ................................................................. 56
4.4.2 Résultat : ................................................................................................................... 57
4.4.3 Bilan de liaison dans le sens montant : ..................................................................... 57
4.4.4 Résultat : ................................................................................................................... 58
4.4.5 Interprétation : .......................................................................................................... 58
4.5 Mise en pratique : ............................................................................................................ 58
4.5.1 Emplacements des sites : ........................................................................................... 59
4.5.2 Configuration : ......................................................................................................... 60
4.5.2.1 Ajout des transmetteurs : ........................................................................................ 60
4.5.2.2 Planification du PCI : ............................................................................................. 61
4.5.2.3 Planification de la sous bande : ............................................................................... 61
4.6 Simulation de couverture : .............................................................................................. 62
4.6.1 Cas bande de 5MHz : ................................................................................................ 63
vi
4.6.1.1 Simulation suivant le niveau du signal : .................................................................. 63
4.6.1.2 Simulation suivant le débit (DL) :........................................................................... 63
4.6.1.3 Simulation suivant la qualité SINR (DL) : .............................................................. 64
4.6.1.4 Simulation suivant la qualité BLER (DL) : ............................................................. 64
4.6.2 Cas bande de 10MHz : .............................................................................................. 65
4.6.2.1 Simulation suivant le niveau du signal : .................................................................. 65
4.6.2.2 Simulation suivant le débit (DL) :........................................................................... 65
4.6.2.3 Simulation suivant le la qualité SINR (DL) : .......................................................... 66
4.6.2.4 Simulation suivant le la qualité BLER (DL) : ......................................................... 66
4.7 Comparaison des rapports statistiques : ......................................................................... 67
4.7.1 Comparaison de la répartition de la couverture du signal : ...................................... 67
4.7.2 Comparaison de la répartition du débit (DL) : .......................................................... 67
4.7.3 Comparaison de la répartition du SINR (DL) : ......................................................... 68
4.7.4 Comparaison de la répartition du BLER (DL) : ........................................................ 68
4.8 Décision à prendre: .......................................................................................................... 69
4.9 Conclusion : ..................................................................................................................... 69
CONCLUSION GENERALE ......................................................................................................... 70
ANNEXE 1 ...................................................................................................................................... 71
ANNEXE 2 ...................................................................................................................................... 73
BIBLIOGRAPHIE.......................................................................................................................... 75
FICHE DE RENSEIGNEMENTS.................................................................................................. 77
RESUME ......................................................................................................................................... 78
ABSTRACT .................................................................................................................................... 78
vii
LISTE DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS
1. Minuscules latines
an bloc d’échantillon complexe à l’entrée de l’IDFT
ordre de modulation en UL ou DL
d distance intersites
dn bloc d’échantillon complexe à la sortie de l’IDFT
˄f espacement entre sous porteuse OFDM
hb hauteur de la station de base
hij coefficient du canal entre une antenne de réception i et émission j
hm hauteur du mobile
hroof hauteur du toit du bâtiment
k constante de Boltzmann
ni bruit gaussien sur l’antenne de réception i
nR nombre d’antenne de réception MIMO
nT nombre d’antenne d’émission MIMO
w largeur de la rue
yi signal reçu sur l’antenne de réception i
zi bruit à la sortie du DFT du démodulateur
2. Majuscules latines
capacité de la cellule en DL
capacité de la cellule en UL
nombre site nécessaire selon la capacité en DL
viii
nombre site nécessaire selon la capacité en UL
numéro du PCI d’une cellule
numéro du groupe de PCI
numéro d’indice dans le groupe de PCI
rendement de codage en UL ou DL
débit requis par une service en UL ou DL
system overhead en UL ou DL
trafic par abonné en DL à heure chargée
trafic par abonné en UL à heure chargée
BRX largeur de bande de réception
BWPRB largeur d’un bloc de ressource
CPi nombre de RE par TTI
F fréquence utilisée pour le modèle de propagation
GRX gain du récepteur
GTX gain de l’émetteur
I niveau d’interférence
IM marge d’implémentation
L0 propagation en espace libre
Lmsd perte de diffraction multi-masque
Lori facteur de correction
LR perte en milieu rurale
Lrst perte de diffraction du toit vers la rue
ix
LRX perte au niveau du récepteur
LSU perte en milieu sous urbain
LTX perte au niveau de l’émetteur
LU perte de trajet en milieu urbain
LUd perte de trajet en milieu urbain dense
Nabonnés nombre d’abonnés à la i-ème année
Nbsite nombre de site nécessaire selon la couverture
Ncapacité nombre site nécessaire selon la capacité
NeNodeB nombre final d’eNodeB nécessaire
NPRB,req nombre de bloc de ressource requis
Nth bruit thermique
PL PathLoss
PM Planing Margin
Pmarché part de marché de l’opérateur
POHservice cout supplémentaire de surcharge
PRX puissance reçu au récepteur
PTX puissance de l’émetteur
Rcell rayon de la cellule
SensRX Sensibilité récepteur
SINRreq SINR requis
Sj symbole émis par l’antenne d’émission j
Sup superficie d’un motif d’un site
Supzone_dep superficie de la zone de déploiement
x
T température ambiante
TC taux de croissance
TPconsommateur taux de pénétration des consommateurs
TPservice taux de pénétration du service
TraficDL volume total de trafic en DL
TraficUL volume total de trafic en UL
3. Minuscules grecs
ρ densité d’abonnées
Φ angle d’incidence du trajet radio par rapport à l‘orientation de la rue
4. Abréviations
1G Première Génération
2G Deuxième Génération
3G Troisième Génération
3GPP 3rd Generation Partnership Project
AMPS Advanced Mobile Phone System
AuC Authentication Center
BCCH Broadcast Control CHannel
BCH Broadcast CHannel
BL Building Loss
BLER Block Error Rate
BSC Base Station Controller
BTS Base Transceiver Station
CCCH Common Control CHannel
xi
CCU Chanel Codec Unit
CDMA Code Division Multiple Access
CN Core Network
CP Cyclic Prefix
DCCH Dedicated Control CHanel
DC-HSDPA Dual Carrier – High Speed Downlink Packet Access
DFT Discrete Fourier Transform
DL-SCH Downlink Shared CHannel
DTCH Dedicated Trafic CHannel
DwPTS Downlink Pilot Time Slot
EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution
EIR Equipement Identity Register
EPC Evolved Packet Core
ETSI European Telecommunication Standards Institute
E-UTRAN Evolved-UMTS Terrestrial Access Network
FDMA Frequency Division Multiple Access
FFM Fast Fading Margin
GERAN GSM EDGE Radio Access Network
GGSN Gateway GPRS Support Node
GMSC Gateway Mobile Switching Center
GMSK Gaussian Minimum Shift Keying
GP Guard Period
GPRS General Packet Radio Service
xii
GSM Global System for Mobile communications
HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest
HLR Home Location Register
HSDPA High Speed Downlink Packet Access
HSPA High Speed Packet Access
HSPA+ High Speed Packet Access +
HSS Home Subscriber Service
HSUPA High Speed Uplink Packet Access
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
IM Interference Margin
IP Internet Protocol
IS-95 Interim Standard 95
LOS Line Of Sight
LTE Long Term Evolution
MAC Medium Access Control
MAPL Maximum Allowable Path Loss
MCS Modulation and Codage Scheme
MIMO Multiple Input Multiple Output
MME Mobile Managment Entity
MSC Mobile Switching Center
MU-MIMO Multi User - Multiple Input Multiple Output
NF Noise Figure
NLOS Non Line Of Sight
xiii
NMT Nordic Mobile Telephone
NSN Nokia Simens Network
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
OMC Operation and Maintenance Center
PBCH Physical Broadcast CHannel
PCCH Paging Control CHannel
PCEF Policy Control Enforcement Function
PCFICH Physical Control Format Indicator CHannel
PCH Paging CHannel
PCI Physicals Cells ID
PCRF Policy and Charging Rules Function
PCU Packet Control Unit
PDC Personal Digital Cellular
PDCCH Physical Downlink Control CHannel
PDCP Packet Data Compression Protocol
PDN Packet Data Network
PDSCH Physical Downlink Shared CHannel
PDU Protocol Data Unit
P-GW Packet Data Network GateWay
PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel
PM Planning Margin
PRACH Physical Random Access CHannel
xiv
PRB Physical Ressource Block
PUCCH Physical Uplink Control CHanel
PUSCH Physical Uplink Shared CHannel
QoS Quality of Service
RACH Random Access CHannel
RAN Radio Access Network
RE Ressource Element
RF Radio Fréquence
RLC Radio Link Protocol
RNC Radio Network Controller
RRC Radio Ressource Control
SC-FDMA Single Carrier - Orthogonal Frequency Division Multiple Access
SDU Service Data Unit
SGSN Serving GPRS Support Node
S-GW Serving GateWay
SIM Subscriber Identity Module
SINR Signal to Interference and Noise Ratio
SM Shadowing Margin
SOH System Overhead
SU-MIMO Single User - Multiple Input Multiple Output
TACS Total Access Communication System
TDD Frequency Division Duplex
TDD Time Division Duplex
xv
TDMA Time Division Multiple Access
UE User Equipment
UL-SCH Uplink Shared CHannel
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UpPTS Uplink Pilot Slot
UTRAN UMTS Terrestrial Access Network
VL Vehicle Loss
VLR Visitor Location Register
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
1
INTRODUCTION GENERALE
Actuellement, la croissance rapide des technologies des télécommunications présente un
développement remarquable non seulement pour faciliter notre vie quotidienne, mais aussi
pour apporter une contribution importante à l’évolution des systèmes informatisés. A partir de
la première génération de réseau cellulaire, qui est une communication analogique, jusqu’à
ceux qui sont développées aujourd'hui, comme le LTE (Long Term Evolution), une multitude
de technologie se sont succéder. Ces temps-ci, c’est la technologie LTE, appartenant à la
quatrième génération, qui fait son arrivée au niveau des opérateurs de téléphonies mobile. Un
des défis qui se posent face à ces opérateurs est de se mettre à la hauteur de ces évolutions
tout en tenant compte du coût d’investissement, c’est-à-dire avoir un investissement optimal.
Pour faire face à ce défi, une bonne planification de ces technologies s’impose. Le
déploiement des infrastructures au niveau des opérateurs de téléphonie mobile nécessite une
étude préalable pour chercher un coût d’investissement abordable et pour se tenir à l’échelle
vis-à-vis des opérateurs concurrents.
Dans ce travail, nous allons donc faire une étude de la planification du réseau d’accès d’un
réseau LTE. Cette étude commence par la théorie jusqu’à la pratique, c’est-à-dire en partant
des modèles mathématiques de planification cellulaire jusqu’à la mise en application sur un
cas réel.
Dans le premier chapitre, nous allons voir les évolutions des réseaux cellulaires de la première
génération jusqu’à la troisième. On parlera la succession des évolutions techniques sur chaque
génération, des services offerts ainsi que la possibilité d’interfonctionnement entre eux.
Le second chapitre met l’accent sur la technologie LTE. On parlera des exigences techniques,
l’architecture de ce réseau et l’interface radio qui est le centre d’intérêt de l’étude de la
planification. On invoquera aussi les services offerts ainsi que la possibilité de compatibilité
avec les réseaux de générations antérieures.
Le troisième chapitre de ce mémoire parle de la planification proprement dite. Nous allons
voir le détail des étapes à suivre, les modèles mathématiques utilisées et les contraintes à
respecter. Dans cette partie, on se basera sur les méthodes de planification proposées par
Nokia Siemens Network.
2
Enfin, en dernier chapitre, on va simuler une planification d’un réseau d’accès du LTE. On
prendra comme exemple une zone déjà couvert par un réseau 3G d’un opérateur de réseau
mobile à Madagascar. Le but de cette simulation est de valider les résultats théoriques de la
méthode de planification. Pour se faire, on utilisera le logiciel Atoll afin de visualiser la
simulation de la couverture radio dans la zone considérée.
3
CHAPITRE 1
LES TROIS PREMIERES GENERATIONS DE RESEAUX MOBILES
1.1 Introduction :
1.1.1 Le concept cellulaire :
Les réseaux de première génération possédaient des cellules de grande taille, d’une
cinquantaine de kilomètre de rayon, au centre desquelles se situait une station de base. Au tout
début, ce système allouait une bande de fréquences de manière statique à chaque utilisateur
qui se trouvait dans la cellule qu'il en ait besoin ou non. Ce système ne permettait donc de
fournir un service qu'à un nombre d'utilisateurs égal au nombre de bandes de fréquences
disponibles. C’est ainsi qu’est alors né le système de répartition de fréquence à la demande de
l’utilisateur, c’est-à-dire l’attribution d’un canal de communication au moment où ce dernier
en a besoin. Cela augmentait statistiquement le nombre d’utilisateur pouvant utiliser le service
offert par le réseau mobile qui était initialement le service de transmission de la parole
uniquement.
Mais ce système nécessitait toujours des stations mobiles de puissance d'émission importante
et donc des appareils mobiles de taille et de poids conséquents. De plus, afin d'éviter les
interférences, deux cellules adjacentes ne peuvent pas utiliser les mêmes fréquences. Cette
organisation du réseau utilise donc le spectre fréquentiel d'une manière sous-optimale.
C'est pour résoudre ces différents problèmes qu'est apparu le concept de cellule. Le principe
de ce système est de diviser le territoire en de petites zones, appelées cellules, et de partager
les fréquences radio entre celles-ci. Ainsi, chaque cellule est constituée d'une station de base à
laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences. On définit alors des motifs,
aussi appelés clusters, constitués de plusieurs cellules, dans lesquels chaque fréquence est
utilisée une seule fois.
Figure 1.01: Illustration d’un motif et un ensemble de motif
4
1.1.2 Les évolutions technologiques des réseaux cellulaires :
Actuellement, il existe 4 générations de réseau mobile dont la différenciation se fait par la
technique utilisé et l’évolution des services offerts. Le but de ces évolutions est d’accroitre la
capacité du système en termes de débit et de réduire la latence du système. La latence étant le
temps de réponse du système à une requête de l’utilisateur, et est un facteur clé de la
perception des services de données par l’utilisateur [1] [2].
La figure suivante montre un bref résumé de ces évolutions que nous détaillerons
prochainement.
Figure 1.02: Evolution des réseaux cellulaires
1.2 La première génération des réseaux cellulaires:
Vers les années 80, l’évolution technologique a été marquée par l’avènement de la
communication mobile. A cette époque, les systèmes étaient encore basés sur une modulation
de type analogique et s’avèrent moins performants. La technique d’accès utilisé était le
FDMA (Frequency Division Multiple Access) qui consiste à associer une bande de fréquence
propre à un utilisateur. A la base, le service offert était le service voix sous commutation de
circuit.
Plusieurs technologies se sont apparus, dû à l’absence de norme internationale, au cours
duquel chaque pays acteur implémentait son propre système. Il s’agit principalement des
technologies suivantes :
5
1.2.1 AMPS :
AMPS (Advanced Mobile Phone Systèm), apparu en 1976 aux Etas Unis, constitue le premier
standard analogique des réseaux cellulaires. La technique d’accès utilisé était le FDMA qui
limitait grandement le nombre de communication supportée par une station de base. La bande
de fréquence utilisée se situe aux alentours de 800MHz, plus précisément la bande de 824-
849MHz pour les canaux ascendants et la bande de 869-894MHz pour les canaux
descendants. Ce standard a été aussi implémenté en Asie, en Outre-Atlantique et en Russie [1]
[2].
1.2.2 NMT :
NMT (Nordic Mobile Telephone) a été lancé en 1981 et utilisé en Russie, proche Orient et
dans les pays scandinaves. Ce standard possédait deux variantes : celle s’opérant aux
alentours de 450MHz et celle s’opérant aux alentours de la bande de 900MHz. Il possédait
déjà un service de roaming et permettait déjà l’encryptions des communications avec des
terminaux spéciales. La taille des cellules s’étend de 2 à 30Km et permettait un débit de
1200bits/s [1] [2].
1.2.3 TACS :
TACS (Total Access Communication System) est la version européenne du modèle AMPS.
Fut largement utilisé en Angleterre et en Asie, il s’opérait dans le bande de fréquence de
900MHz.
L’hétérogénéité des réseaux de première génération impliquait l’incompatibilité des systèmes
et l’impossibilité d’itinérance internationale. Cela conduisait à l’instauration d’une norme
internationale d’où la naissance des réseaux de deuxième génération.
1.3 La deuxième génération des réseaux cellulaires :
La deuxième génération des réseaux cellulaires est elle aussi marquée par des systèmes ayant
été définis et déployés à travers le monde tel que le GSM (Global System for Mobile
Communications) en Europe, le PDC (Personal Digital Cellular) au Japon et l’IS-95 (Interim
Standard 95) aux Etats-Unis. Ces systèmes ont pour principal point commun d’être basés sur
des codages et des modulations de type numérique. Dans leurs versions initiales, ces systèmes
donnaient accès au service voix en mobilité, mais aussi aux messages textes courts. En
compléments, d’autres techniques d’accès plus élaborés furent introduit permettant
l’accroissement de la capacité du système. Par exemple, le TDMA (Time Division Multiple
6
Access) qui est une méthode d’accès à répartition de temps et le CDMA (Code Division
Multiple Access) qui est une méthode d’accès à répartition de code.
On constate que c’est le système GSM qui fut le plus répandu à travers le globe à l’époque et
même actuellement plus de deux tiers des utilisateurs des services mobiles sont connectés via
un terminal 2G (2ème
génération). Ce succès s’explique d’une part par le gain des réseaux en
capacité car on a pu avoir une cinquantaine d’utilisateurs simultanés dans une cellule GSM et
aussi une large possibilité d’itinérance internationale [3]. Développons donc un rappel sur la
technologie GSM qui a été la source des évolutions de la technologie mobile actuelle.
1.3.1 GSM :
La technologie GSM combine le multiplexage temporelle et fréquentielle ce qui permet une
augmentation considérable de la capacité du système. Chaque canal de communication est
diviser en 8 intervalles de temps de 577µs chacun pour former une trame de 4615µs. A la
base, la bande de fréquence occupée se trouve aux alentours de 900MHz : la bande de 890-
915MHz pour la communication montante et la bande de 935-960MHz pour la liaison
descendante. Comme chaque canal fréquentiel utilisé pour une communication a une largeur
de 200KHz, il existe donc 124 canaux à répartir entre les différents opérateurs placés dans une
même localisation. La modulation utilisée est le GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
offrant un débit approximatif de 13 Kbits/s pour la parole [1] [2] [3].
1.3.1.1 Architecture:
Figure 1.03: Architecture d’un réseau GSM
7
En général, l’architecture d’un réseau mobile présente trois entités fonctionnelles : le terminal
usager ou UE (User Equipment), le réseau d’accès ou RAN (Radio Access Network) et le
réseau cœur ou CN (Core Network). Ces trois entités sont reparties entre deux domaines tels
que le domaine de l’UE incluant les équipements propres à l’utilisateur et le domaine de
l’infrastructure constitué des équipements propres à l’opérateur tel que le réseau d’accès et le
réseau cœurs.
1.3.1.2 L’équipement usager:
Constitué de l’équipement et terminal mobile, il assure la gestion de la connexion avec le
réseau mobile. Par la mise en œuvre des protocoles et des mécanismes propres à la
technologie mobile utilisée. Il peut s’agir d’un téléphone cellulaire ou d’autres équipements
compatibles GSM. Généralement on le désigne par le terme User Equipement ou simplement
UE.
1.3.1.3 Le réseau d’accès:
Le réseau d’accès permet aux équipements mobiles d’accéder aux ressources radio et joue le
rôle de relai entre les équipements usagers et le réseau cœur. Il est constitué de :
1.3.1.3.1 Station de base :
La station de base ou BTS (Base Transceiver Station) est l'élément central, que l'on pourrait
définir comme un ensemble émetteur/récepteur pilotant une ou plusieurs cellules. Dans le
réseau GSM, chaque cellule principale au centre de laquelle se situe une station base peut-être
divisée, grâce à des antennes directionnelles, en plus petites cellules qui sont des portions de
celle de départ et qui utilisent des fréquences porteuses différentes. C'est la station de base qui
fait le relais entre le mobile et le sous-système réseau. Elle met donc les ressources radio à la
disposition de l’UE et la communication se fait par l’interface Um [3] [4].
1.3.1.3.2 Contrôleur de station de base :
Le contrôleur de station de base ou BSC (Base Station Controller) gère une ou plusieurs
stations de base et communique avec elles par le biais de l'interface A-bis. Il reçoit diverses
mesures de la BTS, prend en charge les analyser pour gestion de la ressource radio,
commande l’allocation des canaux, contrôle les puissances d’émission du mobile et prend la
décision du handover. Le BSC agit comme un concentrateur puisqu'il transfère les
communications provenant des différentes stations de base vers une sortie unique. Dans
l'autre sens, le contrôleur commute les données en les dirigeant vers la bonne station de base
[3] [4].
8
1.3.1.4 Le réseau cœur :
Le réseau cœur regroupe l’ensemble des équipements assurant les fonctions telles que
l’enregistrement de l’UE au réseau et la mise à jour de sa localisation, le contrôle des appels,
le contrôle de la sécurité et la gestion de l’interface avec les réseaux externes. Il est constitué
de :
1.3.1.4.1 Centre de commutation mobile :
Le centre de commutation mobile ou MSC (Mobile Switching Center) est relié au sous-
système réseau via l’interface A. Son rôle principal est d’assurer la communication entre les
abonnés du réseau mobile et ceux du réseau public commuté. Il participe à la fourniture des
différents services aux abonnés tels que la téléphonie, les services supplémentaires et les
services de messagerie. Des MSC servant de passerelle, GMSC (Gateway Mobile Switching
Center), sont placées en périphérie du réseau d'un opérateur de manière à assurer une
interopérabilité entre réseaux d'opérateurs [3] [4].
1.3.1.4.2 L’enregistreur de localisation nominale ou HLR :
Le HLR (Home Location Register) est une base de données contenant les informations sur les
abonnés appartenant à la région desservie par le MSC. Cette base de données contient
également la position courante de ces abonnés [3] [4].
1.3.1.4.3 L’enregistreur de localisation des abonnés visiteurs ou VLR :
Le VLR (Visitor Location Register) contient temporairement des informations sur les
abonnées qui visitent une région desservie par un MSC autre que celui auquel ils sont
abonnés. Ces informations proviennent du HLR auquel l’abonné est enregistré et indiquent les
services auxquels l’abonné a droit. Ce transfert d’informations ne se fait qu’une seule fois et
n’est effacé que lorsque l’abonné ferme son appareil ou quitte la région du MSC courant. Il
est à noter que le VLR est toujours associé à un MSC [3] [4].
1.3.1.4.4 Le centre d’authentification ou AuC :
L’AuC (Authentification Center) est une base de données protégée qui contient une copie de
la clé secrète inscrite sur la SIM (Subscriber Identity Module) de chaque abonné. Cette clé est
utilisée pour vérifier l’authentification de l’abonné et pour le chiffrement des données
envoyées [3] [4].
9
1.3.1.4.5 L’enregistreur d’identité d’équipement ou EIR :
L’EIR (Equipement Identity Register) contient la liste de tous les terminaux valides. Une
consultation de ce registre permet de refuser l’accès au réseau à un terminal qui a été déclaré
perdu ou volé [3] [4].
1.3.1.4.6 Le centre d’exploitation et de maintenance ou OMC:
Cette partie du réseau regroupe trois activités principales de gestion : la gestion
administrative, la gestion commerciale et la gestion technique. Il assure la gestion et la
supervision du réseau sur des nombreux niveaux tels que la détection de pannes, la mise en
service des sites et la modification de paramétrage [3] [4].
Toutefois, ce système présentait plusieurs limites comme les rejets d’appels aux heures les
plus chargées et aussi la latence de l’accès aux services de données dû à l’utilisation du réseau
cœur à commutation de circuit. C’est l’un des principales causes de l’apparition du réseau
cœur GPRS (General Packet Radio Service) défini par l’ETSI (European Telecommunication
Standards Institute).
1.3.2 GPRS :
Le GPRS est un service supplémentaire rajouté au réseau GSM existant, qui permet la
transmission des données par paquet avec un débit élevé. Son intégration nécessite l’ajout de
certaines entités et des mises à jour au niveau des équipements du réseau GSM existant.
D’après les solutions proposées par certains constructeurs, on remarque que plusieurs
architectures sont envisageables pour la mise en place de l’infrastructure GPRS. L’opérateur
doit, donc, adopter l’architecture qui permet de minimiser les coûts de déploiement. En plus,
il a besoin de prévoir l’impact de l’intégration du GPRS sur le réseau GSM existant.
1.3.2.1 L’intégration du GPRS :
Le GPRS est une technologie greffée sur l’infrastructure GSM. Utilisant le réseau d’accès de
ce dernier, il se sert de la même fréquence 900/1800/1900MHz, seul l’architecture est
sensiblement modifié comme montré sur la Figure 1.04.
L’implantation du GPRS nécessite l’ajout de deux routeurs IP (Internet Protocol), tels que le
SGSN (Serving GPRS Support Node) et le GGSN (Gateway GPRS Support Node), et d’un
PCU (Packet Control Unit) intégré au sous-système radio qui gère les fonctionnements de
contrôle de puissance, d’adaptation de débit et de transmission [6].
10
Figure 1.04: Architecture d’un réseau GPRS
1.3.2.2 SGSN :
Le SGSN est relié au sous-système radio du réseau GSM. Il joue le rôle d’un routeur et gère
les terminaux GPRS présents dans une zone donnée.
1.3.2.3 GGSN :
Le GGSN est relié à un ou plusieurs réseaux de données. C’est un routeur qui permet de gérer
les transmissions de paquets de données avec les réseaux externes et l’acheminement des
données venant de ces réseaux vers le SGSN du destinataire.
1.3.2.4 Les mises à jour nécessaires :
Pour l’intégration du GPRS et en plus des entités ajoutés, des mises à niveau sont nécessaire
au niveau de :
- BTS : implantation du CCU (Chanel Codec Unit) qui permet d’appliquer le type de
codage décidé par le PCU,
- MSC/VLR : pour la gestion de mobilité combinée (GSM et GPRS)
- HLR : pour lui permettre de se connecter au SGSN et de gérer la mobilité
1.3.3 EDGE :
A la suite de l’apparition du GPRS, une technologie d’accès radio a été conçu rendit possible
des débits de l’ordre de 240Kbit/s grâce à l’amélioration des techniques d’accès au canal
radio. C’est la technologie EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution).
11
EDGE est issu de la constatation que, dans un système cellulaire, tous les mobiles ne
disposent pas de la même qualité de transmission. En réalité, la technologie fait correspondre
à chaque condition radio rencontrée le schéma de modulation et de codage, ou MCS
(Modulation and Codage Scheme), le plus approprié en regard de la qualité de service requise
sur la liaison. Les codes correcteurs d’erreurs utilisés sont des codes convolutifs, comme en
GSM ou en GPRS, mais de nouveaux polynômes générateurs ont été introduits [1] [5] [7]. De
plus une modulation supplémentaire est apparue. Il s’agit d’une modulation linéaire à huit
états (3 bits par symbole) ou 8-PSK (Phase Shift Keying).
L’architecture du réseau EDGE se repose en général sur une architecture GPRS existant mais
il existe tout de même des modifications au niveau des entités du réseau d’accès pour
supporter les nouvelles techniques utilisées.
Toutefois, à la fin des années 1990, les débits fournis par les réseaux de deuxième génération
étaient encore trop limités pour que l’accès aux services de données soit fluide. Cette
limitation fut à l’origine de la définition des technologies de troisième génération.
1.4 La troisième génération des réseaux cellulaires :
La troisième génération des réseaux mobiles est constitué en général de deux familles de
technologie : l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) issu du GSM, répandu
largement autour du globe et le CDMA2000 issu de l’IS-95, déployé principalement en Asie
et en Amérique du Nord. Ces deux technologies utilisent une technique d’accès à répartition
de code. Nous allons faire un petit rappel sur la technologie UMTS et ses évolutions car c’est
cette famille qui va donner naissance au LTE.
1.4.1 UMTS :
L’élaboration de la norme UMTS a été définie à la fin des années 90 par l’association des
sociétés issus du monde GSM et qui ont formé un consortium appelé 3GPP (3rd Generation
Partnership Project). Cette première version de la norme est appelé Release 99 et s’est porté
principalement sur le réseau d’accès en s’interfaçant avec le réseau cœur GPRS [1] [8] [10].
Comme toute architecture de réseau mobile, celle de l’UMTS est cadré dans trois domaines
tels que le domaine de l’équipement usager, le domaine du réseau d’accès et le domaine du
réseau cœur.
12
1.4.1.1 Architecture :
Figure 1.05 : Architecture d’un réseau UMTS
La modification apportée est que le réseau d’accès, ou UTRAN (UMTS Terrestrial Access
Network), est formé de plusieurs RNS ou Radio Network System piloté chacun par un RNC
(Radio Network Controller) qui sert de contrôleur de station de base comme dans le cas des
réseaux GSM. L’UTRAN est constitué de :
1.4.1.2 NodeB :
C’est un relais radio électrique qui assure la couverture d'une cellule pour les terminaux
UMTS. Il convertit le flux de données entre les interfaces Iub et Uu et participe à la gestion
des ressources radio [8] [9].
1.4.1.3 RNC :
Il gère les ressources radio de la zone dont il a le contrôle, c'est-à-dire les ressources de la
zone de couverture de tous les Node B auxquels il est rattaché. Il assure la mobilité des
usagers et la concentration du trafic. Le RNC est le point d'accès pour tous les services fournis
par l'UTRAN au réseau cœur.
Ce réseau d’accès est lié au réseau cœur par l’intermédiaire de d’interface Iu, plus
précisément l’inteface IuPS pour le domaine paquet et IuCS pour le domaine circuit [8] [9].
13
Nous verrons les détails à propos de cette connectivité dans la partie cohabitation des réseaux
de différentes générations.
L’UMTS Release 99 utilise la technologie W-CDMA (Wideband CDMA) qui est basée sur
une technique d’accès multiples CDMA et supporte les deux schémas de duplexage FDD
(Frequency Division Duplex) et TDD (Time Division Duplex) [8] [9] [10]. Son débit maximal
est limité à 384Kbits/s dans le sens montant et descendant, c’est qui a poussé le 3GPP à
développer cette norme. Il connait donc deux évolution majeurs tels que le HSPA (High
Speed Packet Access) et le HSPA+ (High Speed Packet Access +).
1.4.2 HSPA :
Le HSPA a pour but d’accroitre les débits et de réduire la latence du système. Il concerne le
passage d’une commutation de circuit sur l’interface radio à une commutation par paquet où
la station de base décide dynamiquement le partage des ressources entres les terminaux
disponibles. En plus, il y a l’introduction de la modulation 16QAM (Quadrature Amplitude
Moulation) en voie descendante offrant un débit jusqu’à 14,4Mbit/s et la modulation QPSK
(Quadrature Phase Shift Keying) en voie montante offrant un débit jusqu’à 5.8Mbit/s. Le
3GPP a défini deux variantes du HSPA tels que le HSDPA (High Speed Downlink Packet
Access) en Release 5 (2002) et le HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) en Release 6
(2005) [1] [7] [8] [11] [12].
1.4.3 HSPA+ :
Du à l’augmentation exponentiel du trafic, l’HSPA présente ses limites dans le fait de partager
les ressources entre les utilisateurs connectés, entrainant une réduction des débits. Deux pistes
ont été suivies par le 3GPP afin de répondre à ces contraintes :
- la définition de l’HSPA+
- la définition de LTE
Le HSPA+ a été normalisé par le 3GPP au cours de la Release 7 (2007) et de la Release 8
(2008). Il y a l’introduction de la modulation 64QAM en voie descendante et la modulation
16QAM en voie montante. Une cellule pouvait aussi transmettre des données à un utilisateur
sur deux porteuses simultanément en voie descendante, à l’aide de la fonctionnalité DC-
HSDPA (Dual Carrier – High Speed Downlink Packet Access) [1] [8].
14
1.5 Cohabitation entre les réseaux de la deuxième et troisième génération :
Bien que plusieurs évolutions se sont succédées concernant les réseaux mobiles, il était
impératif de garder l’interopérabilité entre ces différentes générations. La Figure1.06 montre
les détails de l’interconnexion entre ces réseaux. Notons que ce schéma illustre la relation
entre les réseaux de différentes générations qui sont définies par le 3GPP.
Figure 1.06 : Interconnexion entre réseau 2G et 3G
L’interconnexion de ces différentes générations entraine l’ajout des interfaces
supplémentaires permettant leur interopérabilité. Comme on peut le voir sur la Figure 1.06,
chaque réseau d’accès est relié aux deux différents centres de commutations (paquet et
circuit). Le GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) s’interagit avec le MSC et SGSN
par les interfaces A et Gb respectivement, l’UTRAN par IuCS et IuPS respectivement.
L’instauration de ces multitudes d’interfaces facilite le processus de handover et favorise la
compatibilité inter-système. L’ensemble du réseau partage la même base de données comme
l’EIR, le HLR et l’Auc [1] [7].
15
1.6 Comparaison des performances entre les réseaux marquants les générations :
Voici un tableau comparatif entre les différentes évolutions de la technologie des réseaux
mobiles.
GSM/GPRS/EDGE UMTS HSPA HSPA+
Débit maximal UL 118 Kbit/s 384Kbit/s 5,8 Mbit/s 11,5 Mbit/s
Débit maximal DL 236 Kbit/s 384Kbit/s 14.4Mbit/s 42 Mbit/s
Latence 300 ms 250 ms 70 ms 30 ms
Larg. de canal 200 KHz 5 MHz 5 MHz 5MHz x 2
Technique d’accès
multiples FDMA / TDMA CDMA CDMA / TDMA CDMA / TDMA
Modulation DL
Modulation UL
GMSK
8PSK
QPSK
BPSK
QPSK / 16QAM
BPSK / QPSK
16QAM/64QAM
QPSK/16QAM
Bande de
fréquences usuelles 900 / 1800 900 / 2100 900 / 2100 900 / 2100
Tableau 1.01 : Comparaison entre les différentes évolutions des réseaux cellulaires
1.7 Conclusion :
Dans ce chapitre, on a vu les évolutions des réseaux cellulaires de la première à la troisième
génération. On a vu que plusieurs services ont été introduit au fur et à mesure que la
technologie évolue et que l’apparition d’une nouvelle génération doit prendre en compte les
générations antérieures. La plus importante d’entre eux est le système GSM qui a connu un
essor mondiale considérable.
Toutefois, la croissance des besoins des utilisateurs, caractérisés par la croissance du trafic,
tend à saturer le système rapidement. De ce fait, le 3GPP pris l’initiative de créer une nouvelle
technologie qui peut palier ces contraintes. C’est la naissance du processus de la
normalisation du LTE. Le chapitre suivant apporte donc une explication sur cette technologie.
16
CHAPITRE 2
LA TECHNOLOGIE LTE
2.1 Introduction :
Pour bien maitriser une planification, il est nécessaire de comprendre la technologie en
question. Ce chapitre nous apporte d’avantage sur ce que c’est LTE. Au sommaire, les
exigences défini par le 3GPP en LTE, son architecture, l’interface radio, les techniques
utilisées pour la transmission et ainsi que les services offerts.
Mais tout d’abord, quelles sont les critères mise en place par le 3GPP pour motiver les
opérateurs de téléphonie mobile à adopter le LTE ?
2.2 Les exigences du LTE :
Le 3GPP a défini plusieurs exigences pour le LTE au cours de la première étape des travaux
de normalisation de ce réseau. Les principaux objectifs se sont portés sur l’amélioration des
services de données via une capacité accrue, l’augmentation de débit et la diminution de la
latence du système [1]. Nous allons donc voir une à une ces exigences afin de donner une
indication sur la performance de ce système.
2.2.1 La capacité:
On peut considérer deux points de vue sur la capacité. Le premier se porte sur la capacité en
nombre d’utilisateur simultané et le second sur l’efficacité spectrale cellulaire [1] [13] [14].
2.2.2 Nombre d’utilisateur simultané :
Ce système doit supporter simultanément un large nombre d’utilisateur par cellule. Il est
attendu qu’au moins 200 utilisateurs simultanés par cellules soient acceptés à l’état actifs pour
une largeur de bande de 5MHz, et au moins 400 utilisateurs pour les largeurs de bande
supérieure. Le nombre d’utilisateur en état de veille peut donc aller bien au-delà de ces
nombre [1] [13] [14].
2.2.3 L’efficacité spectrale cellulaire :
Par définition, l’efficacité spectrale d’une cellule est le nombre de bit qu’elle peut transmettre
par seconde et par Hz (bit/s/Hz/cellule) [1]. En sens descendant, l’efficacité spectrale doit être
trois à quatre fois supérieure à celle offert par le HSPA Release 6 au sein d’un réseau chargé,
et deux à trois fois supérieure en sens montant [1] [13] [14].
17
2.2.4 Les débits :
Le débit est un des aspects définissant la puissance des opérateurs de réseau mobile, perçu du
point de vue consommateur. Le 3GPP a fixé les objectifs suivants en termes de débit pour la
technologie LTE :
- 100 Mbit/s en voie descendante pour une largeur de bande allouée de 20 MHz, soit
une efficacité spectrale crête de 5bit/s/Hz [13] [14].
- 50 Mbit/s en voie montante pour une largeur de bande allouée de 20 MHz, soit une
efficacité spectrale crête de 2,5bit/s/Hz [13] [14].
2.2.5 La latence :
Par définition, la latence d’un système est la capacité à traiter rapidement des demandes
d’utilisateurs ou de services. On distingue deux types de latence :
La latence du plan contrôle : elle représente le temps nécessaire pour établir une connexion et
accéder au service. L’objectif pour le LTE est d’avoir une latence inférieure 100 ms [1] [13]
[14].
La latence du plan usager : c’est le temps de transmission d’un paquet entre la couche IP de
l’UE et la couche IP d’un nœud du réseau d’accès ou inversement. En d’autre terme, la
latence du plan usager correspond au délai de transmission d’un paquet IP au sein du réseau
d’accès. L’objectif pour le LTE est d’avoir une latence de plan usager inférieure à 5 ms dans
des conditions de faible charge du réseau et pour des paquets IP de petite taille [1] [13] [14].
2.2.6 La mobilité :
Le LTE vise à rester fonctionnel pour les UE se déplaçant à des vitesses élevées (350 Km/h
voir même 500 Km/h en fonction de la bande de fréquence). Ces conditions doivent tenir
compte l’effet des handover moindre ou équivalent qu’en GSM sur la qualité vocale.
Il est aussi tout à fait possible, pour le LTE, de coexister avec les réseaux des générations
antérieures. Pour ce faire, l’UE qui met en œuvre les technologies GSM et UMTS en
complément du LTE doit être capable d’effectuer les handovers en provenance et à
destination des systèmes GSM et UMTS [1] [13] [14]. En plus, le temps d’interruption de
service pendant un handover entre le système LTE et les autres systèmes doit rester inférieur à
300 ms pour les services temps réels et inférieur à 500 ms pour les autres services.
18
2.3 Architecture d’un réseau LTE :
UE : User Equipment eNB : eNodeB MME : Mobile Management Entity HSS : Home Subscriber Service
S-GW : Serving GateWay P-GW : PDN GateWay PCRF : Policy and Charging Rules Function
Figure 2.01 : Architecture d’un réseau LTE
L’architecture générale d’un système LTE, présentée par la Figure 2.01, est aussi repartie en
trois domaines : l’équipement utilisateur UE, le réseau d’accès E-UTRAN (Evolved-UTRAN)
et le réseau cœur EPC (Evolved Packet Core).
2.3.1 L’équipement usager : UE
Les équipements usagers compatible LTE sont des équipements travaillant sur le domaine IP.
Ces équipements sont reliés avec la station de base par l’intermédiaire de l’interface Uu sur le
lien radio.
L’UE regroupe donc les éléments suivants :
- L’équipement mobile assurant la gestion de la connexion avec le réseau mobile et la
continuité de service en mobilité de façon transparente à l’utilisateur du réseau.
19
- Les autres équipements terminaux désignant l’élément physique sur lequel l’utilisateur
accède aux services du réseau mobile. Il peut s’agir d’un ordinateur, d’un équipement
domestique ou toutes autres.
En LTE, il existe 5 catégories d’UE qui se différencient par les modulations supportées, le
nombre de couche spatiale permise (Voir §2.4.3) et les débits maximums que ces équipements
peuvent atteindre. Le Tableau 2.01 résume la comparaison entre ces catégories
d’équipements.
Catégorie
d’UE
Débit crête (Mbit/s) Modulations Nombre
d’antenne
Rx
Nombre maximal
de couches
spatiales en DL DL UL DL UL
1 10 5
QPSK
16QAM
64QAM
QPSK
16QAM
2 1
2 50 25 2 2
3 100 50 2 2
4 150 50 2 2
5 300 75 4 4
Tableau 2.01 : Les catégories d’UE en LTE
2.3.2 Le domaine du réseau d’accès : E-UTRAN
Le domaine du réseau d’accès est composé d’un seul nœud : l’eNodeB (evolued Node B). Ce
nœud assure le relais entre l’UE et le réseau cœur en exposant des piles de protocoles des
plans usager et de contrôle. Il joue à peu près les mêmes rôles que les stations de bases des
générations antérieures à la différence que :
Le contrôleur de station de base est supprimé, ce qui explique par la volonté de réduire la
latence du système et dans le but de réduire les coûts pour les opérateurs. Les fonctionnalités
assurées par ce contrôleur sont donc distribuées au sein de l’eNodeB ou supportées par le
réseau cœur.
Une interface entre les stations de base est ajoutée, l’interface X2, comme l’on peut voir sur la
Figure 2.01. L’apparition de cette interface est due à la distribution de fonctionnalités de
20
contrôleur de station de base impliquant une connectivité accrue entre ces derniers afin
d’optimiser les procédures de mobilité, de faciliter la gestion des interférences intercellulaires
[14].
Pour les eNodeB, le fait d’être interconnectés entre eux et d’être relié directement au réseau
cœur apporte un meilleur partage de ressource car si le lien principal est saturé, la station peut
utiliser un autre pour continuer à servir ses utilisateurs dans un temps raisonnable. Ces
eNodeB sont connectés au réseau cœur par l’intermédiaire de l’interface S1. Plus précisément,
les flux du plan usager sont gérés par l’interface S1-U définie entre le S-GW (Serving
GateWay) et eNodeB tandis que les flux du plan de contrôle sont pris en charge par l’interface
S1-MME définie entre MME (Mobile Managment Entity) et eNodeB.
2.3.3 Le réseau cœur : EPC
L’architecture d’un réseau cœur LTE est une architecture simplifiée. Ce réseau cœur assure
l’enregistrement, l’authentification et la mise à jour de localisation de l’UE ; la gestion des
appels et toutes autres que nous allons décrire prochainement.
Elle et elle est composée des éléments suivants :
2.3.3.1 Le Serving-GateWay: S-GW
Tous les paquets IP à destination d’un utilisateur sont transférés à travers le S-GW. S’il reçoit
des données destinées à un UE en veille, la S-GW contacte le MME pour notifier l’UE et
rétablir ainsi les liaisons associées aux contextes. Elle joue aussi quelques fonctions annexes
au sein du réseau visité dans le contexte de roaming, telles que l’envoi d’informations pour la
facturation (par exemple, le volume de données envoyées et reçues par l’utilisateur) [1] [13]
[14].
2.3.3.2 Le Mobile Managment Entity : MME
Le MME est le nœud de contrôle qui gère la signalisation entre l’UE et le réseau cœur. Il est
le responsable de la gestion des liaisons entre un UE et un nœud logique du réseau cœur,
notamment les phases d’établissement, de reconfiguration et de relâche de ces liaisons. Un de
ses rôles majeurs et aussi de gérer la connexion de signalisation et de la sécurité entre le
réseau et l’UE [1] [13] [14].
2.3.3.3 Le PDN-GateWay : P-GW
La P-GW a pour rôle principale d’allouer une adresse IP à l’UE. Elle supporte la fonction
appelée Deep Packet Inspection qui analyse les paquets du plan usager, identifie la nature des
21
flux, applique les règles prédéfinies pour tous les clients en fonction de l’offre de service
souscrite. Par ailleurs, elle permet la facturation par flux de données, conformément aux
règles définies par le PCRF (Policy and Charging Rules Function). Enfin, le P-GW sert de
point d’ancrage pour l’interfonctionnement avec d’autres technologies d’accès non 3GPP
telles que CDMA2000 et Wimax [1] [13] [14].
2.3.3.4 Le Home Subscriber Service : HSS
Le HSS contient les informations de souscription de l’utilisateur telles que le profil de QoS
(Quality of Service) de l’abonné ou de restriction d’accès en itinérance. Il contient également
les informations concernant les réseaux de données ou PDN (Packet Data Network) auxquels
l’utilisateur peut se connecter. Par ailleurs, le HSS supporte des informations dynamiques
telles que l’identité du MME auquel l’utilisateur est actuellement attaché. Il peut aussi
intégrer le centre d’authentification AuC qui permet l’authentification des abonnés et fourni
les clés de chiffrement nécessaires [1] [13] [14].
2.3.3.5 Le Policy and Charging Rules Function: PCRF
Le PCRF est un nœud optionnel au sein de l’architecture EPC. Toutefois, il permet
d’appliquer des règles de gestions évoluées sur le trafic et la facturation de l’utilisateur en
fonction de son offre. Pour mettre en œuvre ces règles, il communique avec le PCEF (Policy
Control Enforcement Function), fonction intégrée à la P-GW. Le PCRF peut également
indiquer lors de l’établissement d’une session ou en cours d’une session les caractéristiques de
la qualité de service à appliquer par le PCEF [1] [13] [14].
L’architecture EPC diffère de l’architecture GPRS par les points suivants :
- La séparation du flux usager et du flux contrôle pour faciliter le dimensionnement des
interfaces et de réduire les investissements capacitaires à réaliser par les opérateurs.
- L’absence du domaine circuit comme nous l’avons déjà défini plus loin, LTE etant un
réseau tout IP. L’intérêt majeur de ce choix est de n’avoir à déployer et exploiter
qu’un seul domaine au sein du réseau cœur. Le défi qui reste pour les opérateurs est de
fournir la même qualité de service voix que celle offerte par le domaine circuit des
réseaux 2G et 3G.
22
2.4 L’interface radio du LTE :
L’interface radio assure le rôle de transfert, par la voie des airs les données issue de la couche
IP associées au service demandé par l’utilisateur. Ce transfert doit respecter des exigences de
qualité de service (latence) tout en optimisant l’accès à une ressource spectrale limitée.
2.4.1 Le mode de duplexage :
Le duplexage définit la manière dont sont séparées les transmissions sur la voie descendante
et sur la voie montante. La technologie LTE supporte les deux duplexages tels que le
duplexage en fréquence ou FDD et le duplexage en temps ou TDD.
En mode FDD, les voies montantes et descendantes se placent sur deux fréquences différentes
et sont séparées par une bande de garde. En général, la bande dédiée à la voie montante est la
bande basse, à cause de l’effet d’atténuation des ondes électromagnétiques qui croit avec la
fréquence. En effet, un UE qui transmet sur une fréquence basse requiert moins de puissance
d’émission pour être reçu à la station de base qu’un UE qui transmet sur la fréquence haute.
En mode TDD, les voies montantes et descendantes utilisent la même fréquence porteuse
mais se distinguent dans le domaine temporel. La Figure 2.02 illustre ces deux modes de
duplexages.
Figure 2.02 : Schéma de duplexage en LTE
23
2.4.2 La méthode d’accès :
L’interface du réseau LTE constitue une rupture avec l’UMTS, qui était basé sur une
modulation mono porteuse avec étalement de spectre et accès multiple à répartition de codes.
Le LTE utilise l’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) dans le sens
descendant et le SC-FDMA (Single Carrier - Orthogonal Frequency Division Multiple
Access) dans le sens montant. Ces deux types d’accès sont tous basés sur l’OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
2.4.2.1 Principe de la modulation OFDM :
L’OFDM découpe la bande du système en un grand nombre de porteuses individuelles
appelées sous-porteuses. Ces sous porteuses sont dites orthogonales car, pour une
transmission idéale, un symbole transmis sur une sous-porteuse peut être démodulé sans
interférence de la part des sous-porteuses adjacentes [16].
La modulation OFDM est réalisée en bande de base par une transformée de Fourier discrète
inverse ou IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) des symboles de modulation, afin de
passer du domaine fréquentiel au domaine temporel. La Figure 2.03 illustre un modulateur
OFDM, où S/P et P/S désigne respectivement des convertisseurs série/parallèle et
parallèle/série. Le bloc d’échantillons complexes {dn} en sortie de l’IDFT, qui représente le
signal dans le domaine temporel correspondant au bloc de modulations {an} émis sur les
différentes sous porteuses, est appelé un symbole OFDM [16]. A ce bloc, on ajoute un préfixe
cyclique CP (Cyclic Prefix) qui consiste à insérer une copie d’un bloc d’information à
transmettre en amont de la trame. Le CP joue un rôle important dans une transmission multi-
trajet car il permet d’éviter les interférences inter-symboles. Au lieu d’insérer un intervalle de
garde vide, on recopie une partie du symbole émis afin de faciliter la reconstitution de ce
symbole à la réception.
En réception, le démodulateur effectue les opérations inverses à ceux de la modulation,
comme décrit à la Figure 2.04. Le signal reçu sur une sous porteuse entre une antenne
d’émission et une antenne de réception s’exprime comme la somme du symbole émis
multiplié par un coefficient de canal complexe hi et d’un terme d’interférence et de bruit zi
[16].
24
Figure 2.03 : Modulateur OFDM
Figure 2.04: Démodulateur OFDM
2.4.2.2 Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA
En OFDM, la granularité fréquentielle fournie par le découpage de la bande du système en
sous-porteuse permet de multiplexer aisément différents utilisateurs, ou différents canaux, en
leur allouant des sous-porteuses différents. L’accès multiple selon ce principe est ce qu’on
appelle OFDMA. La Figure 2.05 illustre le principe de l’OFDMA.
L’OFDMA permet de dimensionner le nombre de sous-porteuses allouées à un UE en
fonction de ses besoins en débit. La Figure 2.05 représente des allocations dites localisées, où
les sous-porteuses allouées à un UE sont contiguës [16]. Ce type d’allocation est utilisé
lorsque l’on souhaite viser une sous-bande particulière car l’UE connait les conditions du
25
canal. Alternativement, lorsque l’émetteur ne dispose pas d’une connaissance suffisamment
précise des conditions de canal d’un UE, on a généralement recours à une allocation
distribuée comme nous pouvons voir sur la Figure 2.05. Ce type d’allocation repartit des
groupes de sous porteuses allouées à un UE sur la bande du système afin de bénéficier la
diversité en fréquence.
Figure 2.05 : Principe OFDMA et SC-FDMA
2.4.2.3 Single Carrier-Frequency Division Multiple Access: SC-FDMA
Le SC-FDMA est une variante de l’OFDM utilisée dans la voie montante du LTE. Il peut être
mis en œuvre à l’aide d’un modulateur OFDM auquel on ajoute un precodage des symboles à
transmettre par une DFT (Discrete Fourier Transform), entre la conversion série-parallèle et
l’opération d’IFFT [1] [7] [8]. Le principe d’un tel modulateur est décrit à la Figure 2.06. De
la manière similaire à l’OFDM, le signal dans le domaine temporel {dn} correspondant au
bloc de symboles de modulations d’entrée {an} est appelé un symbole SC-FDMA [16].
Les sous-porteuses allouées à un UE donné ont la contrainte d’être toutes contiguës. Le
précodage DFT et la contrainte de contiguïté ont pour effet de restaurer la propriété de
transmission mono-porteuse. Dans le cas d’une largeur de bande de DFT plus petite que celle
du système, le SC-FDMA crée une transmission mono-porteuse occupant le bloc de
ressources alloué [16], comme illustré à la Figure 2.06. C’est de ce cas qu’on l’appelle SC-
FDMA.
26
Figure 2.06 : Modulateur SC-FDMA
2.4.3 La technologie MIMO en LTE :
Le MIMO (Multiple Input Multiple Output) est l’une des ruptures technologiques majeures
des années 90 dans le domaine du traitement du signal. Il s’appuie sur la présence de plusieurs
antennes à l’émetteur et au récepteur pour permettre la transmission de plusieurs flux de
données indépendants sur les mêmes ressources temps-fréquence. Entre chaque antenne
d’émission et réception existe un canal de propagation caractérisé par le coefficient complexe
hij, comme le montre la Figure 2.07. En réception, les signaux issus des nT antennes
d’émissions se recombinent sur chacune des nR antennes de réceptions pondérés par le
coefficient du canal [15]. On obtient alors l’expression du signal reçu yi pour l’antenne de
réception i :
yi = ∑ (2.01)
où, hij désigne le coefficient du canal entre l’antenne réception i et d’émission j
Sj désigne le symbole émis par l’antenne j
ni désigne le bruit gaussien sur l’antenne de réception i
27
Figure 2.07 : Principe MIMO
La technologie LTE met en œuvre le système MIMO pour la transmission dans les ondes
radio. On distingue quatre grandes techniques permise par la présence d’antennes multiples à
l’émetteur : la diversité de transmission, le beamforming ou formation de faisceau, le
multiplexage spatial mono-utilisateur et le multiplexage spatial multi-utilisateur.
2.4.3.1 La diversité de transmission:
Elle consiste à émettre la même information depuis plusieurs antennes. Les évanouissements
rapides du canal étant indépendants entre les antennes d’émission, la diversité augmente la
robustesse de la transmission. Cette technique est illustrée par la Figure 2.08.a. L’ordre de
diversité est donné par le produit du nombre d’antennes d’émission par le nombre d’antennes
de réception [1].
2.4.3.2 Le beamforming :
La formation de faisceau consiste à concentrer l’énergie du signal dans la direction du
récepteur que l’émetteur souhaite servir, comme le montre la Figure 2.08.b. Cette
concentration s’obtient de manière électronique en appliquant des déphasages au signal émis
sur chacune des antennes, de sorte que les signaux se recombinent de manière cohérente au
niveau des antennes de réception [1].
2.4.3.3 Le multiplexage spatial mono-utilisateur SU-MIMO :
Le SU-MIMO (Single User-MIMO) consiste à transmettre plusieurs flux indépendants
d’information sur les mêmes ressources temps-fréquence, en les séparant dans l’espace. Ces
flux indépendants, qu’on appelle aussi couche spatiale, sont destinés au même récepteur
28
comme le montre la Figure 2.08.c. Pour le SU-MIMO, le nombre maximal de couche spatiale
par un mode MIMO M x N est donné par le minimum entre M et N [1].
2.4.3.4 Le multiplexage spatial multi-utilisateurs MU-MIMO :
Le MU-MIMO (Multi User-MIMO) transmet les flux multiplexés spatialement à destination
de récepteur différents comme le montre la Figure 2.08.d. Cela améliore le débit global du
système. En pratique, la station de base doit sélectionner des UE servis dans des faisceaux
suffisamment disjoints, afin de limiter au maximum l’interférence entre utilisateurs. Le
nombre de couche susceptible d’être transmises en MU-MIMO est donc limité par l’existence
d’UE pouvant être appariés en raison de ces interférences [1].
La famille de techniques décrites précédemment sont toutes prises en charge dans la voie
descendante en LTE. Il existe également pour la voie descendante un mode mono-antenne,
pour les systèmes équipés d’une seule antenne d’émission à l’eNodeB ; aucun traitement
spatial à l’émission ne peut être mis en œuvre pour ce mode [1]. En voie montante, seule la
sélection d’antenne est présente dans les spécifications du LTE.
Figure 2.08 : Diversité en MIMO
2.4.4 Les canaux :
Le canal est un concept utilisé dans la transmission radio mobile pour identifier les types des
données transportées sur l’interface radio. On distingue trois classes de canaux, selon les
29
couches du modèle OSI auxquelles ils sont attachés : les canaux logiques, les canaux de
transport et les canaux physiques [1] [13].
2.4.4.1 Rappel sur les couches protocolaires de l’interface radio :
Sur la Figure 2.09, on peut voir que l’interface radio du LTE présente trois grandes couches.
Ces couches sont caractérisées par ses propres piles protocolaires.
a) La couche physique ou la couche L1 :
Cette couche, qui est la plus basse, a pour rôle principale d’assurer la transmission des
données sous une forme capable de se propager dans l’air et de résister aux différentes
perturbations. Elle réalise aussi le codage canal, la modulation, les traitements MIMO ainsi
que la modulation multi-porteuse. Les opérations inverses sont effectuées par la couche
physique en réception. De plus, cette couche effectue des taches nécessaires à son
fonctionnement et aux fonctionnements de la couche supérieure comme les mesures radio, la
synchronisation, la détection de la présence d’une cellule et la signalisation d’informations de
contrôle.
b) La couche 2 ou couche L2 :
Cette couche intervient pour le transfert de données. Elle est constituée de trois sous couches :
La sous couche PDCP (Packet Data Compression Protocol) :
C’est la couche responsable de la fonction de sécurité et de transfert de données comme la
compression d’entête IP, le chiffrement de données, la suppression des doublons et enfin la
remise en séquence des paquets.
La sous couche RLC (Radio Link Protocol) :
Cette couche à son tour assure le contrôle du lien des données comme la retransmission des
PDU (Protocol Data Unit) manquantes permettant la reprise sur erreur et la remise en
séquence des PDU pour assurer l’ordonnancement des SDU (Service Data Unit) à la couche
supérieure.
La sous couche MAC (Medium Access Control) :
Elle permet l’accès et l’adaptation au support de transmission grâce aux mécanismes
correction d’erreur par retransmission HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest),
l’allocation dynamique de ressource ou scheduling et la priorisation des flux sur les liens.
30
c) La couche 3 ou couche RRC :
La couche RRC (Radio Ressource Control) sert au control de l’interface radio. Elle assure la
diffusion et le décodage d’informations systèmes pour tous les équipements en mode veille,
l’envoi et la réception de paging pour l’établissement d’appel destiné à n UE en mode veille,
le contrôle des mesures de l’UE et le contrôle de la mobilité en mode veille.
Figure 2.09 : Couche de l’interface radio du LTE
2.4.4.2 Les canaux logiques:
Les canaux logiques sont définis par le type d’informations qu’il transporte et opèrent entre la
couche MAC et la couche RLC. Un canal logique est associé à un ou plusieurs flux de
données qui possèdent des caractéristiques communs comme la typologie des données (plan
usager ou plan de contrôle), priorité des flux ou le débit nominal. Les canaux logiques se
séparent en canaux de contrôle et canaux de trafic. Les différents canaux logiques de
l’interface radio du LTE sont:
- BCCH (Broadcast Control CHannel) : utilisé pour la diffusion d’informations de
contrôle sur la cellule.
- PCCH (Paging Control CHannel) : utilisé pour la notification d’appel
- CCCH (Common Control CHannel) : utilisé pour la transmission de la signalisation
quand elle ne peut pas être transmise sur un canal dédié DCCH
31
- DCCH (Dedicated Control CHanel) : utilisé pour la signalisation dédiée à un
utilisateur
- DTCH (Dedicated Trafic CHannel) : utilisé pour porter les informations de trafic
dédiées à un utilisateur
2.4.4.3 Les canaux de transport :
Un canal de transport est caractérisé par la façon dont les données sont transportées sur
l’interface radio. Ces façons sont par exemple : la méthode d’accès aux ressources radio, le
type de codage canal, le schéma de transmission MIMO et la possibilité d’effectuer une
retransmission. Les différents canaux de transport sont :
- BCH (Broadcast CHannel) : utilisé en voie descendante pour la diffusion
d’information sur la cellule
- DL-SCH (Downlink Shared CHannel) : utilisé pour la transmission de données
dédiées de contrôle et du plan usager en sens descendant et utilisé également pour
transmettre les informations de cellule non portées par le BCH
- PCH (Paging CHannel) : utilisé pour diffuser les informations de paging sur
l’ensemble de la cellule
- RACH (Random Access CHannel) : utilisé pour l’établissement d’une connexion RRC
avec la station de base et le rétablissement lors d’un handover
- UL-SCH (Uplink Shared CHannel) : utilisé pour la transmission de données dédies de
contrôle et du plan usager en sens montant
2.4.4.4 Les canaux physiques :
Un canal physique est un ensemble d’éléments de ressource temps-fréquence (détaillé dans la
partie suivante) fournissant le moyen de transmettre par radio les données de canaux de
transport. Voici donc la liste des canaux physiques en voie montante et en voie descendante.
Pour la voie montante :
- PUSCH (Physical Uplink Shared CHannel): utilisé pour la transmission de l’UL-SCH
et porte également les informations de contrôle du PUCCH en cas de collision de ces
deux canaux sur le même intervalle de temps
- PUCCH (Physical Uplink Control CHanel): utilisé pour la transmission d’information
de contrôle nécessaire à l’HARQ et à l’allocation de ressource
- PRACH (Physical Random Access CHannel): utilisé pour porter le RACH
32
Pour la voie descendante :
- PDSCH (Physical Downlink Shared CHannel): utilisé pour la transmission du DL-
SCH et du PCH
- PBCH (Physical Broadcast CHannel): utilisé pour la transmission de BCH
- PCFICH (Physical Control Format Indicator CHannel): utilisé pour indiquer le
nombre de symbole OFDM utilisés pour la transmission du PDCCH dans une sous-
trame
- PDCCH (Physical Downlink Control CHannel): utilisé pour la transmission
d’information de contrôle
- PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel): utilisé pour porter les
acquitements d’HARQ
Remarque :
Dans une configuration donnée de l’interface radio, un canal logique ne peut être porté que
par un seul canal de transport, mais ce dernier peut transporter plusieurs canaux logiques [1]
[13]. Ainsi de même entre le canal de transport et le canal physique. Les Figure 2.10 et 2.11
montrent respectivement l’association entre ces différents canaux en voie montante et voie
descendante.
Figure 2.10 : Association canaux en voie montante
33
Figure 2.11 : Association canaux en voie descendante
2.4.5 Structure de la trame de l’interface radio :
Le LTE utilise une trame radio de 10ms qui est divisé en dix sous trames de 1ms chacune et
numérotée de 0 à 9. Deux types de trames peuvent être vus dans l’interface radio :
2.4.5.1 La trame de type 1 :
Ce type de trame est adapté au FDD et au FDD half-duplex. Dans sa structure, chaque sous-
trame est divisée en deux slots de 0,5 ms. La différence entre la trame FDD et la trame FFD
half-duplex est la périodicité de ces trames au niveau de système. En d’autre terme, les 10
sous-trames en FDD sont disponibles tous les 10ms dans les deux sens tandis qu’en FDD
half-duplex, l’UE ne peut pas transmettre et recevoir en même temps, ce qui réduit le nombre
de trame utilisable en dans chaque direction de transmission.
La Figure 2.12 illustre la trame FDD et FDD half-duplex.
Figure 2.12 : Trame FDD en LTE
34
2.4.5.2 La trame de type 2:
Ce type de trame est utilisé en TDD car certaines sous-trames sont réservées pour la noie
montante tandis que d’autre pour la voie descendante, comme le montra la Figure 2.13. Dans
ce type de trame, il existe une sous-trame spéciale qui contient un temps de garde GP (Guard
Period) nécessaire au basculement entre la voie montante et la voie descendante.
Figure 2.13 : Trame TDD en LTE
Outre le temps de garde, la sous-trame spéciale porte les champs DwPTS (Downlink Pilot
Time Slot) et UpPTS (Uplink Pilot Slot). Ces deux champs sont utilisés pour le transfert des
signalisations de contrôle et la synchronisation dans les deux sens [1] [7].
2.4.6 L’allocation de ressource en LTE
L’allocation de ressource en LTE se fait à la fois dans les dimensions temporelle et
fréquentielle. La plus petite unité de ressource fréquentielle pouvant être allouée à un UE est
le PRB (Physical Ressource Block), illustré par la Figure 2.14.
Un PRB dure 0,5 ms, soit un slot et 12 sous-porteuses dans le domaine fréquentiel pour
transporter les symboles OFDM ou SC-FDMA. Notons que la largeur d’un sous porteuse est
de 15KHz donc un PRB a donc une largeur de 180 KHz et la durée d’un symbole dépend de
la valeur du préfixe cyclique utilisé.
Les ressources s’allouent par paire de PRB, les PRB d’une paire étant alloués dans deux slots
consécutifs d’une même sous-trame. Le Tableau 2.02 résume le nombre de PRB pour chaque
largeur de bande du système.
35
Figure 2.14 : Grille de ressource temps fréquence
Largeur de bande du canal (MHz)
1,4 3 5 10 15 20
Nombre de PRB 6 15 25 50 75 100
Tableau 2.02 : Nombre de PRB en fonction de la largeur de bande
2.5 Les services offerts par le LTE :
Une nouvelle génération de système mobile permet généralement l’introduction des nouveaux
services et pour le LTE, les services sont tous à base de transfert IP. Il est aussi impératif de
fournir les services présents dans les générations inférieures mais avec des améliorations. Les
exemples de services offerts sont : la navigation web, le vidéo streaming, le transfert de
fichier FTP, la voix sur IP, …
36
2.6 La qualité de services :
Le réseau LTE offre ces applications citées, qui ont besoins de QoS. Il existe donc un concept
mis en œuvre pour assigner la QoS selon les flux de paquets pour faciliter la prise en compte
des contraintes de services.
Ce concept se pose sur deux questions [1]:
- Le service est-il temps-réel ou non temps-réel ?
- Le service tolère-t-il des erreurs de transmission ?
La connaissance de la réponse de ces questions peut donc faciliter l’attribution de QoS sur
chaque service. Par exemple, services temps-réel requièrent des délais de transmission courts
mais peuvent tolérer des erreurs de transmission, comme les appels vocaux et les vidéos
streaming. Par contre, les services non temps-réel n’exigent pas trop un délai de transmission
court mais ne tolèrent pas les erreurs de transmission, à l’instar le téléchargement des fichiers.
2.7 Cohabitation et compatibilité avec les générations intérieures :
L’architecture LTE/EPC s’adapte également à d’autres technologies d’accès radio telles que
le GSM, l’UMTS, le CDMA200 et le WiMAX. L’architecture permettant la mobilité vers les
réseaux 3GPP 2G et 3G est représentée à la Figure 2.15. Le S-GW agit comme un point
d’ancrage au sein de cette architecture.
Figure 2.15 : Cohabitation entre LTE et génération antérieure
37
Le SGSN échange avec le MME, pour le plan de contrôle, par l’intermédiaire de l’interface
S3, qui est une évolution de l’interface Gn définie entre le SGSN dans l’architecture GPRS.
Par ailleurs, le plan de contrôle passe entre le SGSN et la S-GW via l’interface S4 qui est une
évolution de l’interface Gn définie entre SGSN et GGSN dans l’architecture GPRS.
2.8 Conclusion :
Le concept de la technologie LTE a été introduit dans ce chapitre. On constate qu’elle apporte
beaucoup de simplicité au niveau de l’architecture qu’au niveau de la gestion de mobilité. On
voit aussi une augmentation considérable de débit dans les deux sens et aussi la gestion des
utilisateurs se déplaçant jusqu’à 350 Km/h.
Une bonne connaissance de ces aspects physiques de ce réseau permet aux planificateurs de
mieux gérer son déploiement. Le chapitre suivant nous donne donc un détail sur la
planification du réseau d’accès pour définir les emplacements optimal des équipements de ce
réseau.
38
CHAPITRE 3
PLANIFICATION DU RESEAU D’ACCES E-UTRAN
3.1 Introduction :
La planification d’un réseau cellulaire n’est pas normalisée par le 3GPP. Il n’existe donc pas
de standard y concernant. Toutefois, les constructeurs d’équipements, comme Ericsson,
Huawei, Nokia et tant d’autre, propose des démarches à suivre pour y parvenir. La méthode
utilisée que nous allons adopter ici c’est la démarche proposée par NSN (Nokia Simens
Network), à l’aide de son documentation technique, ainsi que celle mise en œuvre par un des
nos opérateurs téléphoniques, ici à Madagascar.
3.1.1 Concept général :
Le dimensionnement d’un réseau cellulaire fourni premièrement l’évaluation des
configurations du réseau. Mais tout d’abord, il est nécessaire de définir les paramètres
d’entrée et de sortie du dimensionnement.
3.1.2 Les paramètres d’entrée :
Les paramètres d’entrée se catégorisent en trois thèmes : les entrées selon la qualité, selon la
couverture et selon la capacité.
Les paramètres selon la qualité sont les exigences des consommateurs comme le débit moyen
au bord de la cellule et le taux d’erreur par bloc acceptable [17] [18] [19] [20]. Ces paramètres
relatent la qualité de service du réseau.
Par contre, les paramètres selon la couverture sont similaires aux paramètres d’entrée pour les
réseaux 3G. La plus importante de ces paramètres est le bilan de liaison. Le bilan de liaison
inclus les paramètres concernant l’émetteur et récepteur, les pertes de trajet et tous autres que
nous allons définir prochainement. En plus de ce que nous venons de dire, le modèle de
propagation joue un rôle important dans la planification cellulaire car il permet d’estimer les
rayons de la cellule selon la zone de déploiement [17] [18] [19] [20].
Concernant la capacité, les paramètres d’entrée sont le nombre moyen d’abonnées du réseau,
leurs demandes de services et l’évaluation de leurs trafics. La connaissance des bandes de
fréquence disponibles sur la zone de déploiement joue aussi un rôle important dans la
planification d’un réseau mobile [17] [18] [19] [20].
39
3.1.3 Les paramètres de sortie :
Les paramètres de sortie sont utilisés pour estimer la faisabilité et le coût du réseau. En
général, ce sont le rayon de la cellule, la capacité que la cellule peut véhiculer et le nombre
d’utilisateur que le réseau peut prendre en charge. De plus, ces paramètres peuvent être
utilisés pour les équipes de planificateur du réseau cœur pour déterminer le dimensionnement
des interfaces [17] [18] [19] [20].
3.2 Les étapes de planification :
Pour le dimensionnement de l’E-UTRAN, on a deux méthodes à suivre. La première tient
compte des exigences de la capacité et la deuxième tient compte des exigences de la
couverture, pour déterminer le rayon de chaque cellule et puis le nombre de sites. Les étapes à
suivre sont représentées sur la Figure 3.01.
Figure 3.01 : Les étapes de planification d’un réseau cellulaire
D’après la Figure, le processus contient 4 étapes :
3.2.1 Le pré-dimensionnement :
C’est la phase de collecte d’informations concernant la zone de déploiement. On peut citer par
exemple :
- La superficie, les informations démographiques
- La liste des sites déjà existant (génération antérieure)
- Le type d’antenne utilisé
- Cartographie, taux de pénétration des abonnées
- Les services à offrir
3.2.2 Le dimensionnement de couverture :
C’est l’étape la plus critique du processus de planification. Elle est basée sur le calcul du bilan
de liaison pour obtenir le maximum de perte autorisé ou MAPL (Maximum Allowable Path
40
Loss) [17] [18] [19] [20]. Ce résultat est utilisé par la suite pour estimer le rayon d’une
cellule, à l’aide d’une modèle de propagation, afin d’en tirer le nombre de cellule à déployer
sur la zone.
3.2.3 Le dimensionnement de capacité :
Cette étape consiste à vérifier les résultats obtenus par le dimensionnement de couverture.
Elle se base sur l’évaluation des trafics et le taux d’activités des usagers en tenant compte la
capacité des équipements à mettre en œuvre. Il est aussi nécessaire d’établir une prédiction du
système pour les années futures d’exploitation.
3.2.4 L’optimisation :
C’est l’étape finale de la planification qui consiste à comparer les deux résultats obtenus et
prendre le nombre de sites le plus grand. Toutefois, ces nombres de sites doivent être voisins,
dans le cas contraire, il est nécessaire de reprendre les calculs au début car le but est d’avoir
un résultat cohérent à moindre coût.
3.3 Planification orientée couverture :
La planification de la couverture est la première étape de notre travail. Elle donne les
ressources nécessaire pour fournir les services dans la zone de déploiement sans, pour
l’instant, l’intervention des paramètres de capacité.
Cette étude consiste à :
- Etablir le bilan de liaison radio pour aboutir à l’affaiblissement maximal de parcours
- Choisir le modèle de propagation adéquat pour déterminer le rayon de la cellule
- Calculer l’empreinte du site en se basant sur le rayon et la configuration
- Déduire le nombre nécessaire de sites pour couvrir la surface de déploiement
considérée
3.3.1 Bilan de liaison radio:
3.3.1.1 Formule générale :
L’expression de la puissance reçue au niveau du récepteur est [17] [18] [19] [20]:
PRX = PTX + GTX – LTX + GRX – LRX – PL – PM (3.01)
Avec : PRX puissance reçue au niveau du récepteur (dBm)
PTX puissance émise depuis l’émetteur (dBm)
41
GTX : ensemble des gains introduits au niveau de l’émetteur (dBi)
LTX : ensemble des pertes introduites au niveau de l’émetteur (dBi)
GRX : ensemble des gains introduits au niveau du récepteur (dBi)
LRX : ensemble des pertes introduites au niveau du récepteur (dBi)
PL : PathLoss ou affaiblissement du parcours (dB)
PM : marge de planification (dB)
Si on se place dans le cas d’un affaiblissement de parcours maximal, la puissance reçue au
niveau du récepteur doit correspondre à la sensibilité du récepteur appuyé par les gains de
réception. Dans l’équation (3.01), le PL devient MAPL et la PRX est équivalente à la
sensibilité du récepteur.
L’équation (3.01) devient :
MAPL = PTX + GTX – LTX – SensRX + GRX – LRX – PM (3.02)
Déterminons un à un les paramètres de l’équation (3.2)
3.3.1.2 Puissance émise PTX :
Cas eNodeB : c’est la puissance de l’émission de l’eNodeB au niveau du connecteur de
l’antenne. Elle a une valeur typique entre 43 et 49 dBm.
Cas UE : c’est la puissance d’émission de l’UE qui dépend de la catégorie de ce dernier.
3.3.1.3 Gain de l’émetteur GTX :
On trouve le gain de l’antenne d’émission dépendant du constructeur et le gain de diversité
dépendant du nombre d’antenne. Ces paramètres se manifestent dans les deux sens de liaison
mais de valeurs largement différentes.
3.3.1.4 Perte de l’émetteur LTX :
Cas eNodeB : ce sont les pertes des câbles entre l’eNodeB et le connecteur d’antenne. Elles
dépendent de la longueur, du type et de la fréquence du câble.
Cas UE : ce sont les pertes dues à la présence des corps humains, dépendant de l’équipement
de l’utilisateur (téléphone/clé USB/tablette), et les autres pertes liées à l’UE (composants
electroniques, …)
42
3.3.1.5 Sensibilité du récepteur SensRX :
C’est la puissance minimale de réception au-dessous de laquelle il y a rupture du lien radio.
Elle est exprimée en dB et est définie par :
SensRX = 10log10(k.T.BRX) + SINRreq + NF + IM (3.03)
Avec : k constante de Boltzmann (1,388062 x 10-23
)
T température ambiante (en °K)
BRX largeur de bande de réception
SINRreq valeur de SINR requis au récepteur
NF RF Noise Figure dépendant du constructeur (dB)
IM marge d’implémentation dépendant du constructeur (dB)
La plupart de ces paramètres sont des données fournis par les constructeurs sauf le la bande de
réception BRX et SINRreq, qui peuvent être calculés suivants les procédures ci-dessous.
a) Calcul de la bande de réception :
Par définition, la bande de réception correspond au nombre de PRB fourni à l’utilisateur pour
l’usage du service qu’il souhaite acquérir. On a déjà mentionné au chapitre 2 que le débit
crête, qui correspond à la largeur de bande du système, varie de 1,4 à 20 MHz. Le calcul de
cette bande, en fonction du service, est alors donné comme suit :
BRX = NPRB,req x BWPRB = NPRB,req x 12 x ˄f = NPRB,req x 180KHz (3.04)
Pour déterminer NPRB,req il faut tout d’abord définir :
- Débit d’information requis au bordure de la cellule, dépendant du service à planifier
[bit/s]
- BLER (Block Error Rate) : taux d’erreur par block à planifier au bordure de la cellule
- MCS index (Modulation & Coding Scheme): la technique de modulation optimale
- SOH (System Overhead) : le pourcentage de ressource consommé par le système.
43
Remarque :
En LTE, il existe 29 MCS différents pour la transmission de données, en voie montante qu’en
voie descendante. On peut voir ces MCS dans l’annexe.
La formule permettant de définir NPRB,req est :
NPRB,req = E[
] +1 (3.05)
Ici, XL mentionne les deux sens de transmission (UL/DL), RXL
et bXL
désigne respectivement
le rendement de codage et l’ordre de modulation pour le MCS sélectionné et CPi désigne le
nombre de RE (Ressource Element) utilisé pour le PRB.
b) Détermination du SNIR requis :
Par définition, le SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) est rapport signal sur
interférence et bruit. Le SINRreq est le paramètre qui traduit la performance du système. Plus
cette valeur est faible plus le système est performant. La mise en place d’une formule
explicite pour déterminer le SINRreq semble très complexe. Alors la solution la plus adéquate
est d’utiliser les résultats des simulations fournis par les constructeurs. La Figure 3.02 montre
la variation de SINR requis en fonction du nombre de PRB mis en œuvre.
Figure 3.02 : SINRreq selon le nombre de bloc de ressource
44
3.3.1.6 Gain du récepteur GRX :
Dans les deux sens, le gain du récepteur GRX correspond au gain de diversité de réception qui
dépend du type d’antenne du récepteur et du nombre d’antenne. Encore une fois, ce paramètre
provient des constructeurs.
3.3.1.7 Perte du récepteur LRX :
Ce sont les pertes causées au niveau du réception, comme les pertes de composants
électronique et les pertes associées à l’utilisation de câble et d’autres acquittements.
3.3.2 Marge de planification PM :
Apres les calculs de différentes pertes ci-dessus, il est nécessaire de définir une marge de
planification qui est une marge de sécurité vis-à-vis de l’environnement radio.
3.3.2.1 Marge de pénétration :
Le milieu dans lequel l’utilisateur évolue a un impact sur le bilan de liaison. En effet, l’UE
peut être en visibilité directe avec la station de base (LOS : Line Of Sight) ou peut ne pas être
en visibilité directe (NLOS : Non Line Of Sight). Dans le deuxième cas, on parle d’un
utilisateur situé à l’intérieur d’un bâtiment, ou dans une zone à haute densité de bâtiment, ou à
l’intérieur d’un véhicule. Par conséquence, on distingue 4 types de couverture : outdoor,
indoor, deepindoor et incar. Chacune de ces dernières est caractérisée par une marge de
pénétration qui comptabilise les pertes additionnelles introduites. Cette marge dépend
essentiellement de trois facteurs :
- La fréquence du signal RF (Radio Fréquence) : Les pertes varient selon la fréquence du
signal.
- Le type des bâtiments : Essentiellement le matériel de construction
- La structure des bâtiments : densité et épaisseur des murs, nombre et dimensions des
fenêtres
Le meilleur moyen de déterminer la valeur de cette marge consiste à prendre des mesures
expérimentales depuis la zone concernée. Généralement, elle prend une valeur autour de 20
dB ou plus pour la perte des bâtiments et une valeur autour de 8 dB pour la perte des
véhicules.
3.3.2.2 Marge de shadowing
Le Shadowing, ou l’effet de masque, ou autrement le Slow fading, est la variation du signal
dite à moyenne échelle. Ce phénomène est dû aux obstacles qui existent dans milieu de
propagation radio, tel que les bâtiments et la morphologie du terrain.
45
Le calcul théorique nécessaire pour modéliser cette variable est très complexe, la solution est
donc de procéder comme pour la marge de pénétration car les mesures pratiques sont
indispensables pour établir la distribution de cette variable. Généralement, la marge de
Shadowing est fixée à 5.4 dB.
3.3.2.3 Marge d’interférence :
L’interférence est un intervenant très gênant dans les réseaux cellulaires, faute de la
réutilisation de fréquence. D’autre sources d’interférence peuvent être prises en compte, tel
que les interférences des autres systèmes, on parle donc de l’interférence inter-système. Pour
ceci, on introduit une autre marge de sécurité pour maintenir l’équilibre du bilan de liaison : la
marge d’interférence (Interference Margin). Son équation est donnée par :
IMdb = 10log10(
) = 10log10(
) (3.06)
Avec, Nth , bruit thermique (dB/Hz)
BRX , bande de réception
I , niveau d’interference
La marge de planification PM peut donc se résumer comme suit :
PM = IM + SM + BL , Si coverture indoor/ deep indoor
PM = IM + SM +VL + FFM , Si couverture incar
PM = IM + SM , Si couverture outdoor
3.3.3 Modèle de propagation :
C’est une formule mathématique utilisée pour caractériser la propagation de l’onde radio entre
l’émetteur et le récepteur. Ils peuvent être théorique ou empiriques, c’est-à-dire basés par de
collecte d’une grande quantité de mesures pratiques pour approximer la réponse du canal de
propagation radio [17] [18]. On fait recours à un modèle de propagation dans le but d’estimer
la valeur de l’atténuation de parcours. Il n’est pas évident de mettre en place une seule
équation faisant intervenir tous les facteurs, ce qui explique l’existence d’une multitude de
modèles de prédiction de propagation dans le monde des télécommunications. Cette formule
dépend de plusieurs facteurs :
46
- La fréquence de l’onde
- La distance parcourue par l’onde
- Les hauteurs des antennes de l’émission et de la réception
- Le type de terrain
- Le clutter (caractéristiques et densité de bâtiment)
Voici des exemples de modèles fréquemment utilisées dans les réseaux cellulaires :
3.3.3.1 Modèle COST-231 Walfisch-Ikegami :
Ce modèle est utilisé pour les environnements urbains et sous-urbains. Il a été initialement
conçu pour des fréquences inférieures à 2 GHz, mais il peut être étendu pour atteindre des
fréquences jusqu’à 6 GHz [18]. Selon ce modèle, l’expression du PathLoss peut s’écrire
comme étant somme de trois termes d’affaiblissement élémentaire, comme suit :
L = L0 + Lrst + Lmsd
L0 :
Propagation en espace libre
L0 = 32.4 + 20log10(d.F)
d : distance en Km
F : fréquence en MHz
Lrst :
Perte de diffraction du toit vers la
rue
Lrst = - 16,9 – 10log10(w) + 10log10(F) + 20log10(hm) +
Lori, si hm < hroof
Lrst = 0, sinon
w : largeur de la rue en m
F : fréquence en MHz
hm : hauteur du mobile
hroof : hauteur du toit du bâtiment
Lori : facteur de correction prenant en compte
l’orientation de la rue
Lori = -10 + 0,354 Φ, si Φ Є [0, 35]
Lori = 2,5 + 0,075(Φ – 35), si Φ Є [35, 55]
Lori = 4,0 – 0,0114(Φ – 55), si Φ Є [55, 90]
Φ est l’angle d’incidence du trajet radio par rapport à
l’orientation de la rue
47
Lmsd :
Perte par diffraction multi-
masque
Lmsd = Lbeh.kα.kd.log10(d) + kf.log10(F)
Lbeh = -18log10(d) + kf.log10(F) – 9log10(b), si hb>hroof
Lbeh = 0, sinon
Hb, hauteur de la station de base en m
kα = 54, si hb>hroof
kα = 0, sinon
kd = 18, si hb>hroof
kd = 18 – 15(hb – hroof)/hroof, sinon
Tableau 3.01: Le modèle mathématique COST-231 Walfisch-Ikegami
3.3.3.2 Modèle Okumura-Hata :
C’est le modèle le plus fréquemment utilisé, basé sur les mesures d’Okumura prises dans la
région de Tokyo. Ce modèle prend en considération plusieurs facteurs, essentiellement la
nature de l’environnement en spécifiant son degré d’urbanisation (urbain, urbain dense, sous
urbain, rural) [18]. L’affaiblissement selon ce modèle est donné par :
Urbain LU = 69,55 + 26,16log10(F) – 13,82log10(hb) – α(hm) + [44,9 –
6,55log10(hb)].log10(d)
Avec α(hm) = [1,1log(F) – 0,7].hm – [1,56log10(F) – 0,8]
Urbain dense LUd = 69,55 + 26,16log10(F) – 13,82log10(hb) – α(hm) + [44,9 –
6,55log10(hb)].log10(d)
Avec α(hm) = 8,29.[log10(1,54hm)]² - 1,1, pour F ≤ 400MHz
α(hm) = 3,2.[log10(11,75hm)]² - 4,9, pour F ≥ 400MHz
Suburbain LSU = LU - 2.[log10(F/28)]² - 5,4
Rural LR = LU – 4,78[log10(F)]² + 18,33log10(F) – α
α = 35,94, si la zone est rurale quasi-ouverte
α = 40,94, si la zone est rurale ouverte
Tableau 3.02 : Le modèle mathématique Okumura-Hata
48
Avec, F fréquence en MHz
hb hauteur de ka station de base en m [30, 200]
hm hauteur du terminal en m [1, 10]
d distance en Km [1,20]
3.3.3.3 Modèle COST-231 Hata
Compte tenu que le modèle Okumura-Hata opère uniquement pour une plage de fréquence
inférieure à 1000 MHz, le groupe COST 231 a proposé de modifier ce modèle pour créer un
autre opérant sur la bande 1500-2000 MHz dans les zones urbaines, puis l’ajuster, en ajoutant
des termes correctifs pour tous les autres environnements (suburbain, urbain dense et rural)
[18].
Urbain
LU = 46,3 + 33,9log10(F) – 13,82log10(hb) – α(hm) + [44,9 –
6,55log10(hb)].log10(d)
Avec α(hm) = [1,1log10(F) – 0,7].hm – [1,56log10(F) – 0,8]
Urbain dense
LUd = 46.3 + 33,9log10(F) – 13,82log10(hb) – α(hm) + [44,9 –
6,55log10(hb)].log10(d) + 3
Avec α(hm) = [1,1log10(F) – 0,7].hm – [1,56log10(F) – 0,8]
Suburbain LSU = LU – 2.[log10(F/28)]² - 5,4
Rural
LR = LU – 4,78[log10(F)]² + 18,33log10(F) – α
Avec α = 35,94, si la zone est rurale quasi-ouverte
α = 40,94, si la zone est rurale ouverte
Tableau 3.03 : Le modèle mathématique COST-231 Hata
Dans notre cas, on va utiliser les modèle Okumura-Hata, qui est une modèle de propagation
prenant en charge tous types d’environnement de propagation : urbain, urbain dense, sous-
urbain et rural.
49
3.3.4 Calcul du nombre de site en se basant sur le bilan de liaison :
Après avoir calculé l’affaiblissement de parcours maximum (MAPL) par l’établissement d’un
bilan de liaison équilibré, on peut déterminer le rayon de la cellule en utilisant le modèle de
propagation adéquat. En effet, lorsque l’affaiblissement de parcours est égal à sa valeur
maximale, la distance parcourue est égale au rayon de la cellule Rcell [19] [20].
( )
(3.07)
3.3.5 Calcul de la superficie en fonction du nombre de secteur :
Une fois le rayon de la cellule est calculé, on peut calculer la superficie de couverture de la
cellule (appelée empreinte du site) [19] [20], qu’on note Scell. Cette dernière, dépend bien du
nombre de secteurs par site, qu’on va noter Nsecteur.
Figure 3.03 : Configuration de site
Notons d la distance entre deux stations de base adjacente et Sup la superficie d’une cellule.
3.3.5.1 Site omnidirectionnel (1 secteur) :
d = √ (Km) (3.08)
Sup = √
= 2.6 x R²cell (3.09)
3.3.5.2 Site à 2 secteurs :
Sup = 1.3 x 2.6 x R²cell (3.10)
50
3.3.5.3 Site à 3 secteurs :
d =
R (3.11)
Sup = √
= 1.95 x 2.6 x R²cell (3.12)
3.3.6 Le nombre de sites nécessaires :
Le nombre de site nécessaire est donc définie par :
Après la détermination de l’empreinte du site, et tout en disposant de la superficie totale de la
zone de déploiement (Sdéploiement), on peut enfin aboutir au nombre de sites demandés pour la
couverture, Ncouverture.
Nbsite = E[
(3.13)
Cette formule est applicable pour l’évaluation du sens montant et du sens descendante.
3.4 Planification orientée capacité :
Pour dimensionner le trafic nous avons besoin des informations des abonnés et de la zone de
déploiement. Les données nécessaires pour prévoir le nombre d’abonnés dans la zone
concernée, sont principalement les suivantes [17] [18]:
- Densité d’abonnées dans la zone : ρ
- Surface de déploiement : Supzone_dep
- Part de marché de l’opérateur : Pmarché
- Taux de pénétration des consommateurs TP consommateur
- Taux de croissance (%) : TC
- Durée d’investissement : I
- Facteur d’Overbooking : OBF, marge de surcharge dû aux encapsulations des protocoles
Le nombre d’abonnés chez l’opérateur à la i-ème année d’exploitation est estimé à :
Nabonnés = ρ * Supzone_dep * Pmarché * (1 + i.TC) * TPconsommateur (3.14)
3.4.1 Estimation du trafic :
Le trafic par abonné à l’heure chargée s’exprime :
∑
(3.15)
51
∑
(3.16)
Le volume total de trafic pour DL et UL à la i-ème année d’exploitation peut s’exprimer :
(3.17)
(3.18)
3.4.2 Le nombre de sites nécessaires :
Le nombre de site nécessaire est donc définie par :
(
) (3.19)
(
) (3.20)
(3.21)
La capacité de la cellule en DL et UL, en nombre d’abonné supporté est donnée par :
(3.22)
(3.23)
3.5 Optimisation :
C’est la dernière étape avant la validation des résultats obtenus par les deux approches.
Précédemment, nous avons déterminé le nombre minimum des eNodesB requis pour établir la
couverture demandée, ainsi que le nombre minimum d’eNodeB pour satisfaire la demande en
termes de capacité. Par conséquent, le nombre de sites demandés pour obéir à la fois à la
contrainte de couverture et de capacité est donnée par :
52
NeNodeB = MAX (Ncouverture , Ncapacité) (3.24)
3.6 Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons présenté les différentes étapes de planification d’un réseau
d’accès pour le LTE. On a vu deux approches : celle considérant la couverture et celle
considérant la capacité. Théoriquement, on doit prendre le nombre de site le plus grand de ces
deux évaluations. Mais pratiquement, des contraintes de déploiement peuvent être
rencontrées.
C’est dans ce cadre que le chapitre suivant s’articule. Nous allons procéder à une simulation
pour prendre un cas pratique et comparer les résultats obtenus.
53
CHAPITRE 4
SIMULATION DE COUVERTURE SOUS ATOLL
4.1 Présentation Atoll :
Atoll est un logiciel de planification, basé sur une interface graphique, développé par Forsk. Il
permet de faire les études préalables au déploiement de presque tous les réseaux sans fil, de la
conception initiale et au cours des différentes extensions. Ce logiciel supporte plusieurs
technologies comme le GSM, l’UMTS, le LTE, le WiMAX et tous autres. Son principale
caractéristique est qu’il permet de faire une prédiction de couverture radio selon des
conditions spécifiques comme les modèles de propagations, l’emplacement des antennes et
configurations variables des transmetteurs. Il permet aussi de simuler une liaison FH
intersites.
Figure 4.01 : Logo du logiciel Atoll
4.2 Préparation du projet :
Avant de se lancer dans l’étude de planification, il faut tout d’abord configurer le logiciel pour
être approprié à notre projet.
Les étapes à suivre sont :
4.2.1 Création du projet :
File -> New -> From a Documet Template
Figure 4.02 : Création d’un nouveau projet
54
Comme il s’agit d’une étude d’un réseau LTE, nous allons logiquement choisir dans la liste
qui apparait la rubrique LTE.
4.2.2 Configuration de système de projection :
Il est nécessaire de définir un système de projection pour notre projet. Par définition, c’est un
ensemble de techniques géodésiques permettant de représenter la surface de la terre dans son
ensemble ou une partie sur une surface plane.
Document -> Proprieties
Figure 4.03 : Choix du système de projection
Pour Madagascar, le système de projection à utiliser dans Atoll est le WGS / UMT zone 38S.
L’affichage des coordonnées que nous allons utiliser tout au long de cette études est
l’affichage décimale.
4.2.3 Importation de la carte de Madagascar :
Une fois tous ces configurations finis, il suffit d’importer la carte de Madagascar à partir d’un
fichier *.bil. Ce fichier contient des données relatives à l’altitude du sol. Il peut contenir aussi
d’autres données comme la densité de population, la répartition de trafic et toutes autres
données concernant la zone de déploiement. Pour l’instant, ce qui nous intéresse c’est les
données concernant l’altitude du sol.
55
File -> Import -> choisir le fichier .bil
Figure 4.04 : Importation de la carte
4.3 Zone de déploiement :
Pour cette étude nous avons choisi une aux alentours d’Ankorondrano comme le montre la
Figure 4.05 (entourée du polygone blanc). Le choix de cette zone réside dans le fait qu’elle est
caractérisée par une forte densité de population et trafic élevé. Sa surface est de 14,962Km².
Figure 4.05 : La zone de déploiement sur Google Earth
56
4.4 Calcul théorique :
En reprenant l’étude théorique faite dans le chapitre précédent, nous allons procéder à une
application numérique et tenter de calculer le nombre de site nécessaire dans cette zone, en
passant par les bilans de liaisons. A noter que le modèle de propagation que nous allons
utiliser est le modèle d’Okumura-Hata urbain dense sur la bande de 900MHz .
Rappelons que la formule de perte de trajet maximum est donnée par l’équation (3.02),
comme suit :
MAPL = PTX + GTX – LTX + SensRX + GRX – LRX - PM
4.4.1 Bilan de liaison dans le sens descendant :
PTX + GTX – LTX
PTX : 44 dBm
GTX : 17dB
LTX : 1,2 dB (feeder, connecteur)
SensRX = - 100 dBm
GRX = 0 dB
LRX = 2dB (body loss)
PM :
o Indoor :
IM = 6 dB
SM = 5.4 dB
BL = 20 dB
o Incar :
IM = 6 dB
SM = 5.4 dB
VL = 8 dB
FFM = 4 dB
57
o Outdoor :
IM = 6 dB
SM = 5.4 dB
4.4.2 Résultat :
Pour f = 925 MHz
hb = 25 m
hm = 1,5 m
Type MAPL (dB) Rayon (Km) Distance entre
site (Km)
Superficie
motif (Km²)
Nombre de
site
Indoor 126,4 0.9123 1.3684 4.2193 4
Incar 134,4 1.5273 2.2910 11.8269 2
Outdoor 146.4 3.3087 4.9630 55.5036 1
Tableau 4.01 : Tableau récapitulatif des résultats de calculs en sens descendant
4.4.3 Bilan de liaison dans le sens montant :
PTX + GTX – LTX
PTX : 23 dBm
GTX : 0 dB
LTX : 2 dB (body loss)
SensRX = - 120 dBm
GRX = 17 dB
LRX = 0 dB
PM :
o Indoor :
IM = 6 dB
SM = 5.4 dB
BL = 20 dB
58
o Incar :
IM = 6 dB
SM = 5.4 dB
VL = 8 dB
FFM = 4 dB /0dB
o Outdoor :
IM = 6 dB
SM = 5.4 dB
4.4.4 Résultat :
Pour f = 925 MHz
Hb = 25 m
Hm = 1,5 m
Type MAPL (dB) Rayon (Km) Distance entre
site (Km)
Superficie
motif (Km²)
Nombre de
site
Indoor 126,6 0.9241 1.3861 4.3294 4
Incar 134,6 1.5471 2.3207 12.1356 2
Outdoor 146.6 3.3516 5.0274 56.9524 1
Tableau 4.01 : Tableau récapitulatif des résultats de calculs en sens montant
4.4.5 Interprétation :
On constate qu’on a un bilan de liaison plus ou moins équilibré, qui se différencie à 0,2dB
près.
La conclusion qu’on peut tirer de ces calculs est qu’il nous faut instaurer 4 sites dans notre
zone de déploiement. Car si on peut satisfaire les couvertures indoor, c’est sûr qu’on pourra
satisfaire les besoins outdoor.
4.5 Mise en pratique :
En traçant notre zone sur Atoll, on peut le voir sur la Figure 4.06.
59
Figure 4.06 : La zone de déploiement sur Atoll
Il est impératif de définir les deux polygones :
- En rouge : c’est la « Computation zone », utilisée pour définir dans laquelle Atoll prend
en considération les émetteurs actives.
- En vert : c’est la « Focus zone», ou la zone exacte à planifier, dans laquelle Atoll génère
ses rapports statistiques.
4.5.1 Emplacements des sites :
Le but dans cette étape est de trouver un bon emplacement pour mettre les 4 sites définis par
les calculs précédents. Dans notre zone, on recense déjà 4 sites supportant les couvertures 2G
et 3G de l’opérateur (Ivandry, Androhibe, Alarobia, Village Ankorondrano). Nous allons donc
utiliser ces supports existants car l’installation de nouveaux sites est couteux. Notre but est
d’établir un coût minimal pour le déploiement du réseau. La Figure 4.07 montre
l’emplacement de ces sites.
Ivandry, Androhibe, Alarobia, Village
Figure 4.07 : Les sites existants de l’opérateur
60
4.5.2 Configuration :
4.5.2.1 Ajout des transmetteurs :
Notre calcul se base sur une couverture de site à trois secteurs. Donc sur chacune de ces sites
existants, nous allons ajouter trois secteurs un à un. Généralement, l’angle entre chaque
secteur doit être à 120° mais la descente sur terrain nous a permis de constater que cette
condition ne peut pas être respectée à cause de la morphologie du terrain.
Les paramètres de ces transmetteurs sont résumés par la Figure 4.08
Figure 4.08 : Paramètre du transmetteur alarobia_sec1
La figure 4.09 montre l’emplacement des transmetteurs au niveau des sites dans le cas réel.
Figure 4.09 : Emplacement des transmetteurs
61
4.5.2.2 Planification du PCI :
En LTE, chaque cellule possède sa propre PCI (Physical Cell Identifier). C’est ce paramètre
qui sert au UE de différencier les cellules. Il existe 504 PCI disponible en LTE, groupés en
168 groupes disjoints de 3 PCI. Une cellule est ainsi identifiée de manière unique par le
numéro du groupe de PCI auquel il appartient (noté
, variant de 0 à 167) et par son indice
dans ce groupe (noté
, variant de 0 à 2). Physiquement, le numéro du groupe est
représenté par le second signal de synchronisation SSS (Secondary Synchronization Signal) et
le numéro de la cellule à l’intérieure du groupe est représenté par le premier signal de
synchronisation PSS (Primary Synchronization Signal) et est donné par la relation :
= 3
+
Nous avons donc pris des PCI plus ou moins éloignés entre eux pour éviter l’interférence
entre cellule. La Figure 4.10 montre la répartition de PCI sur notre site.
Figure 4.10 : Répartition du PCI
4.5.2.3 Planification de la sous bande :
Dans ce travaille, on a simulé deux cas de bande de fréquence : la bande de 10MHz et la
bande de 5MHz.
Comme on le mode de duplexage à utiliser est le FDD, la bande de 10MHz contient 3 sous
bandes disponibles à repartir entre les cellules. Pour la bande de 5MHz, il en existe 7. Savoir
repartir ces sous bandes minimise beaucoup les interférences.
62
La Figure 4.11 et Figure 4.12 illustre la meilleur répartition de sous bande qu’on a pu faire
pour les deux bandes.
Figure 4.11 : Répartition de la sous bande, cas 10MHz
Figure 4.12 : Répartition de la sous bande, cas 5MHz
4.6 Simulation de couverture :
Dans ce travail, on a évalué plusieurs types de couvertures tels que la couverture selon le
niveau du signal, le débit, selon la qualité (SINR) et selon le taux d’erreur par bloc. Le
nombre de simulation qu’on a effectué et au nombre de 8. Les barèmes des couleurs sont
représentés dans la comparaison des repartions de ces critères, à la suite de cette partie.
63
4.6.1 Cas bande de 5MHz :
4.6.1.1 Simulation suivant le niveau du signal :
Figure 4.13 : Couverture selon le niveau du signal
4.6.1.2 Simulation suivant le débit (DL) :
Figure 4.14 : Couverture selon le débit DL
64
4.6.1.3 Simulation suivant la qualité SINR (DL) :
Figure 4.15 : Couverture selon le SINR DL
4.6.1.4 Simulation suivant la qualité BLER (DL) :
Figure 4.15 : Couverture selon le BLER DL
65
4.6.2 Cas bande de 10MHz :
4.6.2.1 Simulation suivant le niveau du signal :
Figure 4.16 : Couverture selon le niveau du signal
4.6.2.2 Simulation suivant le débit (DL) :
Figure 4.17 : Couverture selon le débit DL
66
4.6.2.3 Simulation suivant le la qualité SINR (DL) :
Figure 4.17 : Couverture selon le SINR DL
4.6.2.4 Simulation suivant le la qualité BLER (DL) :
Figure 4.17 : Couverture selon le BLER DL
67
4.7 Comparaison des rapports statistiques :
Dans les figures précédentes, on constate que les résultats sont à peu près égaux. Nous allons
donc comparer les résultats statistiques générés par Atoll afin de prendre une décision, c’est-
à-dire choisir un cas satisfaisant.
4.7.1 Comparaison de la répartition de la couverture du signal :
Figure 4.18 : Répartition du niveau du signal
Bande de 5MHz (à gauche) et 10Mhz (à droite)
On constate que le niveau du signal a une répartition équitable sur les deux cas.
4.7.2 Comparaison de la répartition du débit (DL) :
Figure 4.19 : Répartition du débit
Bande de 5MHz (à gauche) et 10Mhz (à droite)
Le débit de la bande de 5MHz se réduit presque à moitié de la bande de 10MHz qui sont
respectivement aux environs de 18Mbps et 38Mbps.
km²
0
0,28
0,56
0,84
1,12
1,4
1,68
1,96
2,24
2,52
2,8
3,08
3,36
3,64
-10
5
-10
0
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
Best Signal Level (dBm)
km²
0
0,28
0,56
0,84
1,12
1,4
1,68
1,96
2,24
2,52
2,8
3,08
3,36
3,64
-10
5
-10
0
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
Best Signal Level (dBm)
km²
0
1,2
2,4
3,6
4,8
6
7,2
8,4
9,6
10,8
12
13,2
14,4
0
2 0
80
4 1
60
6 2
40
8 3
20
10
40
0
12
48
0
14
56
0
16
64
0
18
72
0
20
80
0
22
88
0
24
96
0
27
04
1
29
12
1
31
20
1
33
28
1
35
36
1
37
44
1
39
52
1
41
60
1
43
68
1
45
76
1
47
84
1
49
92
1
52
00
1
Peak RLC Channel Throughput (DL) (kbps)
km²
0
0,9
1,8
2,7
3,6
4,5
5,4
6,3
7,2
8,1
9
9,9
10,8
0
2 0
80
4 1
60
6 2
40
8 3
20
10
40
0
12
48
0
14
56
0
16
64
0
18
72
0
20
80
0
22
88
0
24
96
0
27
04
1
29
12
1
31
20
1
33
28
1
35
36
1
37
44
1
39
52
1
41
60
1
43
68
1
45
76
1
47
84
1
49
92
1
52
00
1
Peak RLC Channel Throughput (DL) (kbps)
68
4.7.3 Comparaison de la répartition du SINR (DL) :
Figure 4.20 : Répartition du SINR
Bande de 5MHz (à gauche) et 10Mhz (à droite)
On constate une meilleur répartition dans le cas de la bande de 5MHz car environs 10Km² de
la surface bénéficie une qualité à 31dB tandis que pour la bande de 10MHz, seulement 4Km²
que en bénéficie cette valeur. Cela est dû à la répartition des sous bandes très serrées en
10MHz.
4.7.4 Comparaison de la répartition du BLER (DL) :
Figure 4.21 : Répartition du niveau du BLER
Bande de 5MHz (à gauche) et 10Mhz (à droite)
On a, dans les deux cas, un BLER très acceptables car en général, on peut tolérer un BLER
jusqu’à 10% or que notre simulation en donne 5%. Mais comme l’on peut voir sur la la Figure
4.21, c’est le cas de la bande de 5MHz qui est le plus abordables.
km²
0
0,9
1,8
2,7
3,6
4,5
5,4
6,3
7,2
8,1
9
9,9
10,8
-20
-18
-16
-14
-12
-10 -8 -5 -3 -1 1 3 5 7 9
11
13
15
17
20
22
24
26
28
30
32
PDSCH C/(I+N) Level (DL) (dB)
km²
0
0,32
0,64
0,96
1,28
1,6
1,92
2,24
2,56
2,88
3,2
3,52
3,84
4,16
-20
-18
-16
-14
-12
-10 -8 -5 -3 -1 1 3 5 7 9
11
13
15
17
20
22
24
26
28
30
32
PDSCH C/(I+N) Level (DL) (dB)
km²
0
1,2
2,4
3,6
4,8
6
7,2
8,4
9,6
10,8
12
13,2
14,4
0
0,0
5
0,1
0,1
5
0,2
0,2
5
BLER
km²
0
1,2
2,4
3,6
4,8
6
7,2
8,4
9,6
10,8
12
13,2
14,4
0
0,0
5
0,1
0,1
5
0,2
0,2
5
BLER
69
4.8 Décision à prendre:
D’après les résultats des simulations qu’on a faites, la meilleure performance s’alterne selon
les types de couvertures. Mais pour les opérateurs téléphoniques, c’est la qualité qui est
cruciale. Le choix se porte alors sur le déploiement de la bande de 5MHz à cause de sa forte
qualité. Pour le débit, la bande de 5MHz possède un débit plus faible que la bande de 10MHz,
mais un débit de 18Mbps est déjà très suffisant pour les profils d’usagers existant à
Madagascar.
4.9 Conclusion :
Dans ce chapitre, on a effectué un bilan de liaison dans les sens montants et descendants et on
a obtenu le nombre de sites nécessaires pour notre zone de déploiement. L’implémentation
dans Atoll doit donc suivre ces résultats, mais doit tenir compte des infrastructures déjà
existantes. La meilleure performance s’obtient dans le fait de savoir planifier les paramétrages
des cellules comme l’attribution des PCI et des sous bande.
Notre simulation s’est portée sur deux cas : dans la bande de 5MHz et dans la bande de
10MHz. On a effectué plusieurs prédictions de couvertures selon plusieurs critères comme le
niveau du signal, le débit DL, le SINR et le BLER. A partir de la comparaison des résultats
obtenus, on a pu tirer qu’il est abordable de mettre en œuvre la technologie LTE sur la bande
de 5MHz que celle sur la bande de 10MHz. Ce choix répond à la politique des opérateurs de
téléphonies mobiles car il ne sert à rien d’avoir un débit sans une qualité meilleur. De plus un
débit de 18Mbps est déjà suffisant pour les profils d’usagers existants à Madagascar, mais
c’est peu par rapport à la performance que la technologie LTE peut offrir.
70
CONCLUSION GENERALE
Ce mémoire nous a permis de faire l’étude des différents paramètres lors de la mise en place
ou de l’optimisation d’un réseau d’accès LTE. Pour ce faire, nous avons commencé par faire
une description générale de la norme LTE en détaillant l’interface radio. Ensuite, nous avons
abordé l’étude de la planification de son réseau d’accès.
Le quatrième chapitre à été consacré au dimensionnement et le bilan de liaison sur une
zone de 15Km² située à Ankorondrano Antananarivo, ainsi qu’à l’étude de quelques modèles
de propagation qui permettent de faire sa planification, ce qui a pour but d’améliorer
globalement la qualité du réseau et de s’assurer que les ressources du réseau sont utilisées de
façon efficace. Il convient durant cette phase d’analyser le réseau ainsi que d’améliorer sa
configuration et ses performances. En effet, l’analyse de la qualité du réseau permet de donner
à l’opérateur une vue aussi précise que possible de la qualité et des performances de son
réseau. Il est nécessaire de définir précisément les mesures à effectuer par le système de
gestion du réseau ainsi que les mesures sur le terrain.
Les techniques de l’ingénierie de planification des réseaux LTE, vues au chapitre
quatre permettent d’analyser les problèmes fondamentaux que peut rencontrer un ingénieur en
télécommunication, lors du déploiement d’un réseau LTE tels que le choix du modèle de
propagation le plus approprié, les interférences, etc. ainsi que les contraintes techniques
(contrôle de puissance, handover, etc.) et financières, auxquelles les opérateurs sont
confrontées, lors du choix des sites à déployer.
Enfin, nous avons utilisé les données analysées dans les chapitres précédents pour
élaborer nos travaux de simulations. Cette étude a été suivie par la définition du modèle de
propagation le plus approprié à notre travail et en utilisant le logiciel Atoll.
Notre étude a été faite sur le lien montant et descendant avec le modèle de propagation
Okumura-Hata. Il est à rappeler encore que la quantité de puissance disponible dans la cellule
dépend de la puissance totale de la cellule, de la répartition géographique des terminaux ainsi
que la nature de services demandés.
71
ANNEXE 1
MODULATION AND CODING SCHEME EN LTE
MCS
Voie descendante Voie montante
Modulation
Rendement
du codage
cible
Efficacité
spectrale
cible
(bit/symbole)
Modulation
Rendement
du codage
cible
Efficacité
spectrale
cible
(bit/symbole)
0 QPSK 0.12 0.23 QPSK 0.10 0.20
1 QPSK 0.15 0.31 QPSK 0.13 0.25
2 QPSK 0.19 0.38 QPSK 0.16 0.31
3 QPSK 0.25 0.49 QPSK 0.20 0.41
4 QPSK 0.30 0.60 QPSK 0.25 0.50
5 QPSK 0.37 0.74 QPSK 0.31 0.62
6 QPSK 0.44 0.88 QPSK 0.37 0.73
7 QPSK 0.51 1.03 QPSK 0.43 0,86
8 QPSK 0.59 1.18 QPSK 0.49 0,98
9 QPSK 0.66 1.33 QPSK 0.55 1.11
10 16QAM 0.33 1.33 QPSK 0.62 1.23
11 16QAM 0.37 1.48 16QAM 0.31 1.23
12 16QAM 0.42 1.69 16QAM 0.35 1.41
13 16QAM 0.48 1.91 16QAM 0.40 1.60
14 16QAM 0.54 2.16 16QAM 0.45 1.80
15 16QAM 0.60 2.41 16QAM 0.50 2,01
16 16QAM 0.64 2.57 16QAM 0.54 2.14
17 64QAM 0.43 2.57 16QAM 0.57 2.28
18 64QAM 0.46 2.73 16QAM 0.63 2.52
19 64QAM 0.50 3.03 16QAM 0.69 2,77
20 64QAM 0.55 3.32 16QAM 0.75 3.01
21 64QAM 0.60 3.61 64QAM 0.50 3.02
22 64QAM 0.65 3.90 64QAM 0.54 3.25
23 64QAM 0.70 4.21 64QAM 0.59 3,51
24 64QAM 0.75 4.52 64QAM 0.63 3,77
72
25 64QAM 0.80 4.82 64QAM 0.67 4.02
26 64QAM 0.85 5.11 64QAM 0.71 4,26
27 64QAM 0.89 5.33 64QAM 0.74 4,45
28 64QAM 0.93 5.55 64QAM 0.77 4,63
Tableau A1.01 : Les 29 MCS utilisées en LTE
73
ANNEXE 2
REPARTITION DE LA BANDE POUR LE LTE
Nom
Large
ur de
bande
(MHz
)
Nomb
re de
canal
Début de la
fréquence
(TDD et
FDD DL)
Début de la
fréquence
(TDD et
FDD UL)
Fréquenc
e
d’échantil
lonnage
(MHz)
Duplex
age
Nombre
de PRB
1850 TDD - 1.4 MHz (E-UTRA Band
35)
1,4 41 1 850 1,92 TDD 6
1850 TDD - 10 MHz (E-UTRA Band
35)
10 5 1 850 15,36 TDD 50
1850 TDD - 15 MHz (E-UTRA Band
35)
15 3 1 850 23,04 TDD 75
1850 TDD - 20 MHz (E-UTRA Band
35)
20 2 1 850 30,72 TDD 100
1850 TDD - 3 MHz (E-
UTRA Band 35)
3 19 1 850 3,84 TDD 15
1850 TDD - 5 MHz (E-
UTRA Band 35)
5 11 1 850 7,68 TDD 25
1900 TDD - 10 MHz (E-UTRA Band
33)
10 1 1 900 15,36 TDD 50
1900 TDD - 15 MHz (E-UTRA Band
33)
15 0 1 900 23,04 TDD 75
1900 TDD - 20 MHz (E-UTRA Band
33)
20 0 1 900 30,72 TDD 100
1900 TDD - 5 MHz (E-
UTRA Band 33)
5 3 1 900 7,68 TDD 25
74
2010 TDD - 10 MHz (E-UTRA Band
34)
10 0 2 010 15,36 TDD 50
2010 TDD - 15 MHz (E-UTRA Band
34)
15 0 2 010 23,04 TDD 75
2010 TDD - 5 MHz (E-
UTRA Band 34)
5 2 2 010 7,68 TDD 25
2110 FDD - 10 MHz (E-UTRA Band
1)
10 5 2 110 1 920 15,36 FDD 50
2110 FDD - 15 MHz (E-UTRA Band
1)
15 3 2 110 1 920 23,04 FDD 75
2110 FDD - 20 MHz (E-UTRA Band
1)
20 2 2 110 1 920 30,72 FDD 100
2110 FDD - 5 MHz (E-
UTRA Band 1)
5 11 2 110 1 920 7,68 FDD 25
925 FDD - 1.4 MHz (E-UTRA Band
8)
1,4 24 925 880 1,92 FDD 6
925 FDD - 10 MHz (E-
UTRA Band 8)
10 2 925 880 15,36 FDD 50
925 FDD - 3 MHz (E-
UTRA Band 8)
3 10 925 880 3,84 FDD 15
925 FDD - 5 MHz (E-
UTRA Band 8)
5 6 925 880 7,68 FDD 25
1850 TDD - 1.4 MHz (E-UTRA Band
35)
1,4 41 1 850 1,92 TDD 6
Tableau A2.01 : Les différentes bandes utilisées par Atoll en LTE
75
BIBLIOGRAPHIE
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76
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de Tunis, 2012
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[20] T. Novosad, L. Serna, C. Johnson, « LTE Radio Network Planning Guidelines »,
Documentation technique Nokia Siemens Networks, 2011
77
FICHE DE RENSEIGNEMENTS
Nom : RAZAFIMANA
Prénoms : Maminiaina
Adresse de l’auteur :
Lot 5P 291 Andriana Ambany Manakara 316
Tel : +261 33 18 659 15 / +261 32 45 819 89 / +261 34 93 031 38
E-mail : [email protected]
Titre du mémoire :
« PLANIFICATION DU RESEAU D’ACCES DE LA TECHNOLOGIE LTE 4G »
Nombre de pages : 78
Nombre de tableaux : 10
Nombre de figures : 48
Mots clés :
LTE, OFDM, Réseaux d’accès
Déploiement, Planification, Optimisation.
Directeur de mémoire :
Nom : RATSIMBAZAFY
Prénom : Andriamanga
Grade : Maître de Conférences
Tel : +261 34 01 377 97
78
RESUME
De la première aux quatrièmes générations des réseaux mobiles, plusieurs techniques se sont
défilées, tout en tenant compte leur l’interfonctionnement. Pour un opérateur de téléphonie
mobile, le passage d’une génération à une autre encore plus supérieure s’émane de
l’accroissement du trafic généré par les utilisateurs du réseau. La technologie LTE,
appartenant à la quatrième génération, peut offrir des services à des performances
raisonnables. Elle peut atteindre un débit théorique de 50Mbit/s avec un temps de latence
réduit, cela due à l’utilisation de la modulation OFDM combinée à la technique de
transmission MIMO. Le défi pour un opérateur est de savoir la déployer avec un coût
convenable. Il est donc nécessaire de s’y concentrer. La planification commence par la récolte
d’informations concernant la zone de déploiement et s’ensuit du bilan de liaison et des
multitudes de calculs afin d’aboutir aux nombres de sites nécessaires. L’utilisation des
logiciels de simulation, comme Atoll, facilite les tâches et aide beaucoup les planificateurs
dans la prise de décisions.
ABSTRACT
From the first to the fourth generation of mobile networks, several techniques were
succeeded, with taking into account their interoperability. For an operator, the transition from
one generation to another more than emanates from increased user-generated network traffic.
LTE, belonging to the fourth generation, can offer services at reasonable performance. It can
reach a theoretical speed of 50Mbit/s with a reduced latency, that due to the use of the OFDM
modulation technique combined with the MIMO transmission. The challenge for the operators
is how to deploy it with a suitable cost. It is therefore necessary to concentrate there. Planning
begins with the collection of information concerning the deployment area and follows the link
budget and multitudes of calculations to arrive at the number of sites needed. Using
simulation software, like Atoll , facilitates many tasks and helps planners in making decisions.
