UNIVERSITE DE YAOUNDE I Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Yaoundé

Département des Génies électriques et des Télécommunications

Unité de Valeur TMOB 422 - 01

Télécommunications mobiles

Exercices et problèmes

Rassemblés par

Pr. Emmanuel TONYE tonyee@hotmail.com

www.lets.africa-web.org

Janvier 2006

2

Question 1 : Etude de la liaison descendante : en zone rurale, quelle configuration d'antenne et quelle hauteur de BTS choisiriez-vous pour couvrir une zone d'environ 14,6 km de rayon pour un coût minimal ?

Fréquence de travail 925 MHz Puissance émission BTS (5W)

37 dBm

Pertes de couplage 1 dB Pertes duplexeurs 2 dB Pertes connecteurs 1,6 dB Gain d'antenne 12 dBi Pertes câbles (/100m) 2 dB Sensibilité récepteur - 102 dBm Marges 8 dB Pertes de corps humain 3 dB

Puissance nécessaire au niveau du mobile: - 91 dBm (en tenant compte des pertes liées à la présence du corps humain)

Configuration d'antennes

1 antenne E/R

2 antennes: 1 antenne E/R, 1 antenne réception

2 antennes: 1 antenne émission, 1 antenne réception Hauteur de la BTS

100 m

75 m Explication

3

Question 2 : Etude de la liaison montante dans une ville fortement peuplée , quelle configuration d'antennes et quel type de portable choisiriez-vous pour couvrir une zone d'environ 3,5 km de rayon ?

Fréquence de travail 925 MHz Sensibilité -104 dBm Pertes de couplage 1 dB Pertes connecteurs 1,6 dB Gain d'antenne 12 dBi Pertes câbles (/100m) 2 dB Marges de protection 3 dB Marges de masque (90% de la surface)

5 dB

Pertes liées au corps humain

3 dB

Localisation de la station de base

Zone urbaine

Configuration d'antennes

1 antenne E/R

2 antennes: 1 antenne émission, 2 antennes réception (dont une pour la diversité) Type de portable

2W

8W Explication : Question 3 : Supposons un trafic prévisionnel de 10 Erlang avec un système qui permet d’avoir 7 voies de parole par fréquence. Combien de fréquences devez-vous utiliser pour garantir une probabilité de blocage inférieure à 1% ? Probabilité de Blocage

0,01% 0,02% 0,05% 0,10% 0,20% 0,50% 1,00% 2,00% 1 0,0001 0,0002 0,0005 0,0010 0,0020 0,0050 0,0101 0,0204 5 0,452 0,527 0,649 0,762 0,900 1,13 1,36 1,66 10 2,26 2,47 2,80 3,09 3,43 3,96 4,46 5,08 15 4,78 5,12 5,63 6,08 6,58 7,38 8,11 9,01 20 7,70 8,16 8,83 9,41 10,1 11,1 12,0 13,2 25 10,9 11,4 12,3 13,0 13,8 15,0 16,1 17,5 30 14,2 14,9 15,9 16,7 17,5 19,0 20,3 21,9 35 17,8 18,5 19,6 20,5 21,6 23,2 24,6 26,4 40 21,4 22,2 23,4 24,4 25,8 27,4 29,0 31,0 45 25,1 26,0 27,3 28,4 29,7 31,7 33,4 35,8

Nom

bre

d’or

gan

es

50 28,9 29,9 31,3 32,5 33,9 36,0 37,9 40,3

2 3 5 10

Explication

4

Question 4 : Etude de la liaison montante: en zone rurale faiblement peuplée , quelle configuration d'antenne et quel type de portable choisiriez-vous pour couvrir une zone d'environ 20 km de rayon ?

Fréquence de travail 925 MHz Sensibilité -104 dBm Pertes de couplage 1 dB Pertes connecteurs 1,6 dB Gain d'antenne 12 dBi Pertes duplexeur 2 dB Pertes câbles (/100m) 2 dB Marges de protection 3 dB Marges de masque (90% de la surface)

5 dB

Pertes liées au corps humain

3 dB

Localisation de la station de base

Zone rurale

Configuration d'antennes

1 antenne E/R

2 antennes: 1 antenne émission, 2 antennes réception (dont une pour la diversité) Type de portable

2W

8W Explication Question 5 : Avec le même trafic prévisionnel de 10 Erlang on souhaite abaisser la probabilité de blocage à 0,01% toujours avec 7 voies par fréquences, combien de fréquences sont selon vous nécessaires ? Probabilité de Blocage

0,01% 0,02% 0,05% 0,10% 0,20% 0,50% 1,00% 2,00% 1 0,0001 0,0002 0,0005 0,0010 0,0020 0,0050 0,0101 0,0204 5 0,452 0,527 0,649 0,762 0,900 1,13 1,36 1,66 10 2,26 2,47 2,80 3,09 3,43 3,96 4,46 5,08 15 4,78 5,12 5,63 6,08 6,58 7,38 8,11 9,01 20 7,70 8,16 8,83 9,41 10,1 11,1 12,0 13,2 25 10,9 11,4 12,3 13,0 13,8 15,0 16,1 17,5 30 14,2 14,9 15,9 16,7 17,5 19,0 20,3 21,9 35 17,8 18,5 19,6 20,5 21,6 23,2 24,6 26,4 40 21,4 22,2 23,4 24,4 25,8 27,4 29,0 31,0 45 25,1 26,0 27,3 28,4 29,7 31,7 33,4 35,8

Nom

bre

d’or

gan

es

50 28,9 29,9 31,3 32,5 33,9 36,0 37,9 40,3

3 4

5

5 Explication

6

Question 6: Vous devez répondre à un appel d'offre concernant le déploiement d'un réseau de téléphonie mobile. Quel modèle choisiriez vous pour chacun des pays ci-dessous ? Pays

Chine

Pologne

Cameroun Modèles

Hata

COST 231 – HATA

Lancer de rayons

CCIR Explication Question 7 : Avec ces 4 fréquences, et donc 28 voies de paroles, quel trafic notre cellule pourra-t-elle accepter avec un taux de blocage de 1% ? Probabilité de Blocage

0,01% 0,02% 0,05% 0,10% 0,20% 0,50% 1,00% 2,00% 1 0,0001 0,0002 0,0005 0,0010 0,0020 0,0050 0,0101 0,0204 5 0,452 0,527 0,649 0,762 0,900 1,13 1,36 1,66 10 2,26 2,47 2,80 3,09 3,43 3,96 4,46 5,08 15 4,78 5,12 5,63 6,08 6,58 7,38 8,11 9,01 20 7,70 8,16 8,83 9,41 10,1 11,1 12,0 13,2 25 10,9 11,4 12,3 13,0 13,8 15,0 16,1 17,5 30 14,2 14,9 15,9 16,7 17,5 19,0 20,3 21,9 35 17,8 18,5 19,6 20,5 21,6 23,2 24,6 26,4 40 21,4 22,2 23,4 24,4 25,8 27,4 29,0 31,0 45 25,1 26,0 27,3 28,4 29,7 31,7 33,4 35,8

Nom

bre

d’or

gane

s

50 28,9 29,9 31,3 32,5 33,9 36,0 37,9 40,3

15 Erlang 20 Erlang 25 Erlang

Explication :

Pays Modèles

Chine

Pologne

Cameroun

Résultat

7

Question 8: Voici la carte d'un pays (la Finlande) sur lequel vous devez implanter un réseau de téléphonie mobile. Quel modèle utilisez-vous pour planifier le réseau ?

Montagne

Ville

Campagne

Bordure de mer, îles, lacs Modèle

Hata

COST 231 – Hata

Modèle à deux rayons

CCIR Explication

Ville

Région Modèles

Montagne

Campagne

Bordure de mer, îles,

lacs

Résultat

8

Question 9 : Une puissance d'antenne de 4 W permet dans une zone urbaine de densité moyenne de couvrir 90% de surface. Pouvez-vous déterminer la puissance nécessaire (en watt) pour étendre cette couverture à 99,9% ?

4,4 W

40 W

400 W

1000 W

Explication Question 10 :Un pays (imaginaire) a une superficie de 543 965 km2 et 60 000 000 d’habitants. Son ministre des Télécommunications vous propose d’implanter un système de téléphonie GSM. Pour tester vos compétences, il vous demande d’abord combien de cellules sont nécessaires (ce serait pas élégant d’utiliser une calculette !). Choisissez une évaluation parmi les 4 valeurs proposées, sachant que l’objectif est de couvrir tout le territoire de cellules raisonnable, et en tenant compte ce conditions de propagation (relief) moyennes. Nombres de cellules :

500 1000 2500 7500

Explication :

9

Question 11 : Vous devez installer une antenne de diversité pour la station de base ci-dessous. Quel type de diversité choisiriez vous ? La station de base doit être placée sur un bâtiment mais l’espace disponible est limité.

Aide : h hauteur de la station de base

D distance entre des antennes

Diversité d’espace : trois antennes, dont une pour l’émission. Diversité d’espace : quatre antennes, dont une pour l’émission. Diversité de polarisation.

Explication : Question 12 : Vous êtes opérateur et vous devez modéliser la province de l’ouest Cameroun c’est-à-dire un environnement de massifs montagneux ainsi que d’agglomérations. Pour cela quel modèle choisissez vous et pourquoi ? Modèle :

Canal de Rice Modèles COST 207 Canal de Rayleigh

Justificatif :

Car il permet de prédire la fonction de transfert du canal Car il permet de modéliser des communications mobiles dans le cas où le mobile et la

station de base ne sont pas en visibilité directe Car il permet de modéliser l’affaiblissement dans un environnement varié (plaines,

plateaux, villes, montagnes) Explication :

10

Question 13 : Dans une ville fortement peuplée, comment configureriez-vous les antennes de la BTS et quel type de mobile choisiriez-vous pour couvrir une zone d’au moins 2,4 km de rayon ? Fréquence de travail : 925 MHz Sensibilité : - 104 dBm Gain d’antenne : 12 dBi Pertes de couplage, connecteurs et câbles : 3 dB Marge de protection (contre les interférences) : 3 dB Marge de masque (90% de la surface) : 5 dB Pertes liées au corps humain : 3 dB Pertes de propagation (pour une distance de 2,4 km : 137,5 dB

Configuration d’antennes

2 antennes : 1 antenne émission et 1 antenne réception 3 antennes : 1 antenne émission et 2 antennes réception séparées de 1,3 m 3 antennes : 1 antenne émission et 2 antennes réception séparées de 3,6 m 3 antennes : 1 antenne émission et 2 antennes réception séparées de 8 m

Type de mobile

2 W 8 W

Explication : Question 14 : Après modélisation de l’environnement dans lequel vous intervenez, vous vous rendez compte que le temps de dispersion n’est pas négligeable devant le temps d’émission d’un symbole. Que choisissez vous de faire pour remédier à ce problème ?

Estimer la fréquence Doppler Synchroniser le portable Egaliser le signal

Explication :

11

Question 15 : Vous êtes un opérateur. Vous disposez dans une zone rurale d’une station de base avec une antenne omnidirectionnelle couvrant une cellule. Or dans cette zone la population augmente rapidement et votre réseau sera prochainement saturé. Quelle solution allez-vous adopter pour faire face à cette augmentation de trafic ?

Vous décidez d’implanter sur votre station de base une antenne qui rayonne de façon plus privilégiée dans le plan horizontal.

Vous décidez de diviser votre cellule, par exemple en trois secteurs (angles de 120°), tout en gardant la même station de base.

Vous décidez de diviser votre cellule en cellules plus petites, et d’implanter sur chacune une nouvelle station de base.

Explication : Question 16 : Comment dimensionner le lien BSC – MSC ?

Trafic de 1200 Erlang Circuits Probabilité de

perte 1200

1250

1300

1550

2,3 %

0,4 %

0,02 %

0% Hypothèses de calcul :

- 20 sites à 3 BTS convergent vers le BSC - chaque BTS écoule 20 Erlang ce qui correspond à 29

canaux TCH - pour chaque canal TCH, il y a un circuit entre BTS et BSC

Sur la liaison BSC – MSC, vous choisissez :

1740 circuits 1320 circuits 1278 circuits 1206 circuits

12

Explication : Question 17 : Vous êtes spécificateur GSM et vous devez spécifier un canal logique pour synchroniser les mobiles sur la BTS. On considère le cas d’une BTS avec 4 porteuses duplex. Quel choix faites-vous et pourquoi ?

Choix :

de former un canal logique sur toutes les fréquences de la BTS de former un canal logique sur un intervalle quelconque, mais fixé (autre que l’intervalle

de temps 0), de la fréquence de la voie balise. de former un canal logique sur l’intervalle 0 de la fréquence de la voie balise.

Arguments :

Pour minimiser la durée de recherche du réseau à la mise sous tension du mobile. Pour minimiser la ressource consommée par la transmission de synchronisation.

Explication : Question 18 : Vous avez déployé un réseau mobile à 900 MHz. Les instances de régulation des télécommunications viennent de vous accorder une deuxième bande de fréquences autour de 1800 MHz. Vous devez évaluer l'impact du changement de fréquence. Quels phénomènes physiques sont sensibles à la fréquence et à quel degré ? Phénomène

LOS Réflexion Transmission Diffraction

Evolution de la puissance

Pas de sensibilité à la fréquence ~1/f2

Réflexion

Phénomène Evolution de la puissance

LOS

Transmission

Diffraction

Résultat

13

~1/f Sensibilité indirecte par εr

Explication

14

Question 19: Vous êtes spécificateur de GSM et vous devez spécifier le mécanisme de mise à jour de localisation en cas de changement de MSC/VLR. Que choisissez-vous de faire et pourquoi ?

Recopier le profil du VLR1 vers le VLR2 Recharger le profil à partir du HLR

Arguments :

Parce que le coût de transfert du profil est moindre. Pour se ramener au cas d'une première mise sous tension du mobile Pour garantir l'exactitude des données

Explication

HLR

BTS

Le mobile qui était inscrit dans le VLR1 se trouve maintenant sous le VLR2. Ce dernier doit contenir le profil de l'abonné pour la gestion des appels

BSC MSC/VLR1 MSC/VLR2 BTS

BSC

15

Vous êtes spécificateur de GSM et vous devez spécifier le mécanisme de handover Question 20: Que faites-vous en cas de handover inter-MSC, par exemple de A à B ? Vous décidez :

de transférer tout le contexte d'une communication d'un MSC vers un autre. de garder la communication sous le contrôle du MSC A

Arguments :

car en cas de retour du mobile dans la zone de couverture A, il n'est pas nécessaire de re-tranférer le contexte de la communication de B vers A.

car on évite ainsi d'utiliser un circuit supplémentaire entre deux MSC, y compris en cas de handover ultérieur.

Car en cas de handover ultérieur vers un autre MSC (par exemple C), on peut établir facilement un circuit de A vers C.

Explication

BTS

BTS BTS A

B

C

D

16

Déploiement de téléphonie mobile GSM dans la région de DOUALA

Description mission : Vous travaillez pour un opérateur de téléphone mobile qui vient d’obtenir sa licence pour s’implanter dans l’agglomération de Douala (Cameroun) où la densité de population est forte. Selon les paramètres de la pré-étude, le délai de récupération du capital investi est supérieur à 5 ans. Redéfinissez l’architecture du réseau pour rentabiliser au mieux l’investissement en garantissant une bonne qualité de service tout au long des 4 années suivant le déploiement. Etude initiale Choix initiaux Architecture des sites : Type de site omni-direction Gain des antennes 11 dB Nombre d'antennes / BTS 1 Puissance de chaque TRX 5 watts Hauteur des antennes 50 m Réseau radio : Bande de fréquences 900 MHz Largeur de bande 2 x 8 MHz Nb de porteuses utilisées 12 Taille du motif motif à 3 Modèle de propagation Walfish-Ikegami Distance entre 2 sites 0,72 km Enjeux économiques : Taux d'actualisation 7% Tarif Abonnement Coût de l’abonnement 10.000 FCFA Heures pleines 150 FCFA/min Heures creuses 75 FCFA/min Résultats initiaux Taux de couverture = 72,31 % Période 1 2 3 4 Taux de brouillage 4,90% 5,34% 7,26% 10,9% Taux d'échec d'appel 0.00% 0.00% 0.00% 0.01% QoS Globale: 95,1% 94,6% 92,7% 89,1% Capacité du réseau : - en nombre d'abonnés = 308 698 - en erlang à 2% perte = 7717,45 erlang Par cellule: - Nombre de porteuses = 4 - Nombre de canaux de trafic = 28 - Trafic offert à la 4ème période = 12,90 erlang - Capacité en erlang à 2% perte = 20,15 erlang Liaison équilibrée : oui

17

Nombre d'équipements: Site BTS TRX BSC MSC HLR 383 383 1532 7 4 2 Investissement = 51 306 500 kFCFA Période 1 2 3 4 Recette (x100MFCFA): 8.08 48.50 225.2 595.8 Coût (x100MFCFA) : 102.1 110.1 145.5 219.6 Taux de pénétration: 0.20% 1.31% 6.17% 16.4% Nbre d'abonnés: 2681 16086 74685 197628 V.A.N. (Valeur Actuelle Nette) = - 10 711 900 FCFA Délai de récupération du capital > 5 ans Coût moy. De la minute pour l'abonné = 225 FCFA Hypothèses : Superficie de la zone à couvrir = 172 km2 Densité de la population = 7000 hab/km2 Type de zone = zone urbaine Hauteur moyenne des toits = 25 m Largeur moyenne des rues = 12 m Distance moyenne entre immeubles = 30 m Angle phi = 45° Hauteur supposées des mobiles = 1,5 m Heures pleines = 2h/jour Heures creuses = 12 h/jour Trafic unitaire par abonné théorique = 25 mE en heure pleine; 1 mE en heure creuse (on considère un trafic nul 10h/jour) Seuil de sensibilité des mobiles = - 102 dBm Seuil de sensibilité des BTS = - 104 dBm Puissance des mobiles = 2 watts Ecart type de l'effet de masque = 6 dB Seuil C/I = 10 dB Nombre de période considéré = 4 ans Durée d'amortissement équipements = 10 ans Taux d'imposition des sociétés = 33% Coût du capital = 8% Coût d'exploitation du réseau = 10% des recettes totales Retail cost = 10% des recettes totales Coût des équipements (en x100kFCFA) Installation Exploitation Site 630 000 20 000 BTS 225 000 TRX 75 000 BSC 2 600 000 MSC 11 250 000 110 000 HLR 3 750 000

18

Questions: 1) Définir l'architecture des sites:

Choisir votre réponse et justifier votre choix

1.1 Type de site Omni –directionnel Gain = 11 dB Tri-sectoriel

Gain = 14 dB Gain = 18 dB

1.2 Nombre d'antennes / BTS

1 antenne en émission-réception 2 antennes (1 en émission et 1 en réception) 3 antennes (1 en émission, 2 en réception dont 1 pour la diversité)

1.3 Puissance de chaque TRX

20 Watts 10 Watts 5 Watts

1.4 Hauteur des antennes des BTS

20 m 30 m 50 m

2) Bilan de liaison

2.1 A partir des valeurs trouvées ci dessus complétez le tableau et faire le bilan de liaison (recopiez le tableau et remplacez les ?)

Voie montante Voie descendante Partie réception BTS MS Sensibilité dBm - 104 - 102 Marge de protection dB 2 2 Perte duplexeur dB 2 0 Pertes totales câbles et connecteurs dB 3 0 Gain d'antenne dBi ? ? Gain de diversité dB 0 0 Pertes liées au corps humain dB 0 3 Puissance minimale nécessaire dB ? ? Partie émission MS BTS Puissance d'émission dBm 33 38 Pertes de couplage + isolateurs dB 0 3 Pertes duplexeur dB 0 2 Pertes totales câbles et connecteurs dB 0 3 Gain d'antenne dBi ? ? Pertes liées au corps humain dB 3 0 PIRE dBm ? ?

19

Affaiblissement de parcours max dB ? ? Marge de masque dB 6 6 Affaiblis. de parcours max avec margedB ? ? Portée approximatif km ? ?

2.2 La liaison est-elle équilibrée ? 2.3 Déterminer par cellule pour les 4 périodes :

Le nombre de porteuse, le nombre de canaux de trafic, le trafic offert et la capacité en erlang à 2% de perte.

3. Déployer le réseau radio

Choisir votre réponse et justifier votre choix sur la feuille de d’examen

3.1 Bande de fréquences 900 MHz 1900 MHz

3.2 Largeur de bande

2 * 8 MHz (40 porteuses disponibles) 2 * 12,4 MHz (62 porteuses disponibles)

3.3 Nombre de porteuses utilisées

6 12 24 48

3.4 Taille du motif

à 12 à 9 à 3

3.5 Modèle de propagation

Okumura Hata Walfisch-Ikegami CCIR

3.6 Distance entre 2 sites

0,72 km 1,25 km 2,5 km

4. Déterminer les enjeux économiques

Choisir votre réponse et justifier votre choix sur la feuille de d’examen

4.1 Taux d’actualisation 10% 7%

20

4.2 Choix du tarif à proposer

Abonnement Coût de l’abonnement

5000 8000 10000

Prix de la minute en heure pleine 75 100 150

Prix de la minute en heure creuse 35 75 100

FORFAIT

Coût du forfait 17 000 19 500 22 000

Minutes comprises dans le forfait 90 120 150

Prix de la minute en cas de dépassement 100 200 300

5 Nombre d'équipements du réseau et coût d'acquisition et d'installation Remplir le tableau Nombre Coût Site BTS TRX (émetteur – récepteur) BSC ( à 300 erlang) MSC (à 2 400 erlang) HLR (à 300 000 abonnés) 6 Résultats et commentaires Résultats Type de site; gain antennes Nombre d’antennes/BTS Puissance de chaque TRX Hauteur des antennes des BTS Largeur de bande

21

Nombre de porteuses utilisées Taille du motif Modèle de propagation Distance entre 2 sites Tarif (Abonnement, Forfait ?) Coût Abonnement Prix minute heure pleine Prix minute heure creuse Coût Forfait Minutes comprises dans le forfait Prix de la minute en cas de dépassement

22

Complete the following: The WCDMA technique employed by UMTS on the air interface uses direct-sequence CDMA with a nominal bandwidth allows data rates of kbps and to be achieved. In fact, data rates up to can be provided in localized indoor environments.

64 kbps, 128 kbps, 384 kbps 128 kbps, 144 kbps, 1,5 Mbps 144 kbps, 384 kbps, 2 Mbps 384 kbps, 1,5 Mbps, 2 Gbps

Complete the following: As part of the 3G IMT-200 standardization process, the ITU-R recommanded that two frequency bands be made available to 3G systems, alower frequency band at --------------------- and an upper band at .

890-915 MHz, and 935-960 MHz 824-849 MHz, and 869-894 MHz 810-825 MHz, and 840-956 MHz 1885-2025 MHz, and 2110-2200 MHz

Which of the following services are offered by IMT-2000

high speed data service for email and file transfers high quality voice telephony Internet access, web brosing and remote access to intranets all of the above

Complete the following: To allow a smooth evolution to IMT-2000 systems, there must be a clear migration path for the network operators, from each of the major 2G systems currently in use worldwide, namely -------------------.

GSM, AMPS and PHS NADC, NMT, and cdmaOne GSM, NADC, cdmaOne, and PDC TACS, NMT, DAMPS, and PDC

What type of network is GPRS ?

Integrated Services Digital Network Public Land Mobile Network Public Switched Telephone Network An X.25 network