3G en Francais

Cycle de formation des ingénieurs en Télécommunications

Option :

Réseaux et Services Mobiles

RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES

Thème :

Conception et Réalisation d’un Outil

d’Evaluation de Performances du Réseau

UMTS

Réalisé par

Sebti CHOUCHENE

Encadrant (s) :

M. Taieb MASMOUDI (TUNISIE TELECOM)

M. Mohamed Taher MISSAOUI (SUP’COM)

Travail proposé et réalisé en collaboration avec

Année universitaire : 2005/2006

Projet de Fin d’Etude

Sebti Chouchene i

��

A mes très chers parents

A ma soeur et mon frère

A toute ma famille

A mes amis

A tous ceux que j'aime

Et à tous ceux qui m'aiment

Je dédie ce travail…

Sebti CHOUCHENE

�


Sebti Chouchene ii

��

Le présent travail a été élaboré dans le cadre de notre projet de fin d'études

d'Ingénieur en Télécommunications option Réseaux et Services Mobiles (RSM) à

l'Ecole Supérieure des Communications de Tunis (SUP'COM). Ce projet a été effectué

en collaboration avec la Direction Centrale des Réseaux Mobiles et Communications

Spatiales de Tunisie Télécom.

Au terme de ce projet, nous tenons à remercier en particulier :

• Monsieur Mohamed Taher MISSAOUI, Maître Assistant à l'Ecole Supérieure des

Communications de Tunis, pour sa disponibilité, ses conseils judicieux et pour la

patience dont il a fait preuve à notre égard.

• Monsieur Taieb MASMOUDI, Chef Service Optimisation du Département QoS de

Tunisie Télécom, pour les efforts qu’il a fourni pour nous aider le long de ce

projet et le temps précieux qu'il n'a pas hésité à nous consacrer.

Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à Mohamed Sadok MILED, Ingénieur

à Tunisie Télécom pour ces conseils et ces informations utiles.

Nous tenons à remercier également tout le personnel de la Direction des Réseaux

Mobiles de Tunisie Télécom pour son chaleureux accueil.

Tous nos remerciements et notre grande reconnaissance à tous les professeurs de

SUP'COM pour la formation qu'ils nous ont donné.

Enfin, nous voudrions rendre hommage à toutes les personnes qui n'ont pas hésité à

nous aider d’une manière ou d’une autre à la réalisation de ce projet.

�


Sebti Chouchene iii

��

Notre projet de fin d'étude consiste à la conception et la réalisation d’un outil

d’évaluation de performances du réseau UMTS.

Après une description du réseau d’accès en UMTS en termes d’architecture et de

fonctionnalités, une présentation des principaux indicateurs de qualité de service UMTS

ainsi que les différents paramètres qui permettent la gestion de cette QoS a été

effectuée.

L'originalité de ce travail vient de l'élaboration d'une méthodologie d'évaluation de

performances et d'optimisation du réseau UMTS. Cette méthodologie, permettant

également de localiser les anomalies dans le réseau, est basée sur une analyse croisée

des mesures drive test de l'interface radio UMTS et des compteurs OMC-R.

Les différentes méthodes d’évaluation de performances et l'application de cette

méthodologie ont été l'objet de la dernière partie de ce rapport. Cette méthodologie a

été validée par une étude de cas réel.

Mots clés

UMTS, WCDMA, QoS, évaluation de performances, Mesures Drive Test, Compteurs

OMC-R, KPI.


Sebti Chouchene iv

� ��

Our project of end studies consists in the conception and the realization of a tool

for UMTS network performances evaluation.

After a description of the UMTS network in terms of architecture and

functionalities, a presentation of the principals indicatory of UMTS quality of service as

well as the different parameters that permit the management of this QoS has been

done.

The originality of this work comes from the development of a methodology for

evaluation the performances and optimization of the UMTS network. This methodology,

also permitting to localize anomalies in the network, is based on a crossing analysis of

drive test measures of the UMTS radio interfacing and the OMC-R meters.

The different methods of performance evaluation and the application of this

methodology were the object of the last part of this report. This methodology was

validated by a reel case study.

Key words

UMTS, WCDMA, QoS, Performance evaluation, Drive Test measures, OMC-R counters,

KPI.

��


Sebti Chouchene v

�� Liste des figures ........................................................................................................................... viii Liste des tables ............................................................................................................................... ix Acronymes ...................................................................................................................................... x Introduction générale.................................................................................................................... 1 Chapitre I : Le réseau d’accès radio en UMTS .......................................................................... 3 Introduction ..................................................................................................................................... 3 1- Le réseau d’accès UTRAN ......................................................................................................... 3

1.1- Description........................................................................................................................... 3 1.2- Les interfaces logiques dans l'UTRAN................................................................................ 5

1.2.1- Interface Uu .................................................................................................................. 6 1.2.2- Interface Iub .................................................................................................................. 6 1.2.3- Interface Iur................................................................................................................... 6 1.2.4- Interface Iu .................................................................................................................... 6

2- L'architecture en couche de l’interface radio ............................................................................. 7 2.1- Couche 1 .............................................................................................................................. 7 2.2- Couche 2 .............................................................................................................................. 7 2.3- Couche 3 .............................................................................................................................. 8

3- Duplexage en UMTS .................................................................................................................. 9 4- WCDMA................................................................................................................................... 10

4.1- Les codes............................................................................................................................ 12 4.1.1- Les codes de canalisation............................................................................................ 12 4.1.2- Les codes d’embrouillage ........................................................................................... 13

4.2- Les principaux mécanismes de WCDMA.......................................................................... 13 4.2.1- Le contrôle de puissance............................................................................................. 13

4.2.1.1- Contrôle de puissance open-Loop (Slow)............................................................ 14 4.2.1.2- Contrôle de puissance inner-Loop (Fast)............................................................. 14 4.2.1.3- Contrôle de puissance outer-Loop ....................................................................... 14

4.2.2- Le handover ................................................................................................................ 14 5- Les canaux ................................................................................................................................ 16

5.1- Canaux logiques................................................................................................................. 16 5.2- Canaux de transport ........................................................................................................... 16 5.3- Canaux physiques .............................................................................................................. 17

Conclusion..................................................................................................................................... 17 Chapitre II : La qualité de service et mesures radio en UMTS .............................................. 18 Introduction ................................................................................................................................... 18 1- Définition de la qualité de service ............................................................................................ 18 2- Concept et architecture de la QoS............................................................................................. 18

2.1- Architecture........................................................................................................................ 18 2.2- Les Services Bearer............................................................................................................ 20

2.2.1- Le service End-to-End et le service UMTS Bearer .................................................... 20 2.2.2- Le Service Radio Access Bearer et le Service Bearer Core Network......................... 20


Sebti Chouchene vi

2.2.3- Le Service Radio Bearer et le Service Iu Bearer ........................................................ 20 2.2.4- Le service Bearer Backbone ....................................................................................... 21

3- Les fonctions de gestion de la QoS........................................................................................... 21 3.1- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan de contrôle .................. 21 3.2- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan usager.......................... 22

4- Paramètres de la QoS ................................................................................................................ 23 5- Les paramètres Radio mesurables............................................................................................. 26

5.1- Les mesures effectués par UE............................................................................................ 26 5.2- Général ............................................................................................................................... 26 5.3- Les mesures de la couche physique ................................................................................... 27

5.3.1- CPICH RSCP.............................................................................................................. 27 5.3.2- UTRAN Carrier RSSI ................................................................................................. 27 5.3.3- GSM Carrier RSSI ...................................................................................................... 28 5.3.4- CPICH_Ec/Io .............................................................................................................. 28 5.3.5- BLER du canal de transport ........................................................................................ 28 5.3.6- UE transmitted power ................................................................................................. 28 5.3.7- Cell synchronisation information................................................................................ 28 5.3.8- Observed Time Difference to GSM Cell .................................................................... 29 5.3.9- Pathloss ....................................................................................................................... 29

5.4- Les paramètres significatifs ............................................................................................... 29 Conclusion..................................................................................................................................... 31 Chapitre III : Evaluation de performances du réseau UMTS ................................................ 32 Introduction ................................................................................................................................... 32 1- Méthodologie de suivi de la QoS durant le cycle de vie d’un réseau ....................................... 32 2- Les techniques d’évaluation de la QoS..................................................................................... 33

2.1- Drive test ............................................................................................................................ 33 2.1.1- Chaîne de mesure........................................................................................................ 33 2.1.2- Paramètres Drive Test................................................................................................. 34

2.2- Compteurs OMC-R............................................................................................................ 36 3- KPI (Key Performance Indicators) ........................................................................................... 37

3.1- Volume de trafic ................................................................................................................ 37 3.2- Accessibilité au réseau....................................................................................................... 37 3.3- Maintien de l'appel............................................................................................................. 38 3.4- Qualité de service de l’utilisateur final .............................................................................. 38 3.5- Gestion des ressources ....................................................................................................... 38 3.6- Comportement du Soft Handover ...................................................................................... 39 3.7- Comportement du Handover.............................................................................................. 39

4- Processus d’analyse et d'optimisation....................................................................................... 40 5- Analyses des paramètres Radio pour le réseau UMTS............................................................. 42

5.1- Étapes de détection de problèmes ...................................................................................... 43 5.1.1- Détections des problèmes sur le lien descendant ........................................................ 43 5.1.2- Détections des problèmes sur le lien montant............................................................. 44

5.2- Solutions ............................................................................................................................ 46 Conclusion..................................................................................................................................... 46 Chapitre IV : Conception et présentation de l’outil................................................................. 48 Introduction ................................................................................................................................... 48 1- Méthodologie de l’outil............................................................................................................. 48 2- Choix de l'environnement de développement ........................................................................... 49


Sebti Chouchene vii

2.1- Présentation de langage de programmation Visual Basic.................................................. 50 2.2- Base de données Microsoft Access.................................................................................... 50

3- Conception ................................................................................................................................ 51 4- Fonctionnement de l’outil ......................................................................................................... 52

4.1- La boîte d'authentification de l'utilisateur.......................................................................... 52 4.2- Session principale .............................................................................................................. 53 4.3- Menu « File » ..................................................................................................................... 54

5- Etude de cas : résultats et interprétations.................................................................................. 55 5.1- Zones d’évaluation de performances ................................................................................. 55 5.2- Processus d’analyse et d’optimisation ............................................................................... 55

5.2.1- Analyse et optimisation de la couverture.................................................................... 55 5.2.2- Analyse et optimisation de l’interférence ................................................................... 57 5.2.3- Analyse de l’accès et de la congestion........................................................................ 58 5.2.4- Analyse du maintien du service .................................................................................. 60

5.3- Processus de détection des plus mauvaises cellules .......................................................... 61 6- Les apports de l'application....................................................................................................... 63 7- Les limitations........................................................................................................................... 64 Conclusion..................................................................................................................................... 64 Conclusion et perspectives.......................................................................................................... 65 Annexe 1 : Réseau cœur UMTS (Release 99)............................................................................... 66 Annexe 2 : Paramètres Drive Test................................................................................................. 69 Bibliographie................................................................................................................................. 71

��


Sebti Chouchene viii

�� Figure I.1 - L’UTRAN dans l’UMTS ............................................................................................. 4 Figure I.2 - Architecture générique des interfaces de l'UTRAN..................................................... 6 Figure I.3 - Architecture en couche de l'interface radio de l'UTRAN ............................................ 7 Figure I.4 - Fréquences utilisées en UMTS................................................................................... 10 Figure I.5 - Exemple d’étalement de signal en DS-CDMA .......................................................... 11 Figure I.6 - Désétalement en DS-CDMA...................................................................................... 11 Figure I.7 - Arbre des codes OVSF type Walsh-Hadamard.......................................................... 12 Figure I.8 - Soft Handover en UMTS ........................................................................................... 15 Figure II.1 - Architecture de la QoS en UMTS............................................................................. 19 Figure III.1 - Equipement d’une chaîne de mesure....................................................................... 34 Figure III.2 - Organigramme du processus d’analyse et d’optimisation....................................... 41 Figure III.3 - Organigramme de détection de problèmes sur le lien descendant .......................... 44 Figure III.4 - Organigramme de détections des problèmes sur le lien montant ............................ 45 Figure IV.1 - Schéma synoptique de l’application........................................................................ 49 Figure IV.2 - Modèle conceptuel de la base de données............................................................... 51 Figure IV.3 - Diagramme uses case de l’application .................................................................... 52 Figure IV.4 - Interface d'authentification de l'utilisateur .............................................................. 53 Figure IV.5 - Session principale de l’application.......................................................................... 53 Figure IV.6 - Consultation des fichiers de mesure DT ................................................................. 54 Figure IV.7 - Analyse et optimisation des problèmes................................................................... 56 Figure IV.8 - Analyse de la couverture (zone1)............................................................................ 56 Figure IV.9 - Analyse de la couverture (zone2)............................................................................ 57 Figure IV.10 - Analyse de l’interférence (zone1) ......................................................................... 57 Figure IV.11 - Analyse de l’interférence (zone2) ......................................................................... 58 Figure IV.12 - Analyse des KPI d’une cellule .............................................................................. 59 Figure IV.13 - Analyse de l’accès au service circuit de la zone1 ................................................. 59 Figure IV.14 - Coupure des appels selon le service pour la zone1 ............................................... 60 Figure IV.15 - Coupure des appels selon le service pour la zone2 ............................................... 60 Figure IV.16 - Evolution de taux de coupure du service paquet au niveau du RNC .................... 61 Figure IV.17 - La détection des mauvaises cellules selon un critère ............................................ 62 Figure IV.18 - La détection des mauvaises cellules selon l’indicateur ......................................... 62 Figure IV.19 - Les seuils des indicateurs ...................................................................................... 63 �

�


Sebti Chouchene ix

�� Table I.1 - Relation entre l'étalement et le scrambling.................................................................. 13 Table I.2 - Les canaux logiques en UMTS.................................................................................... 16 Table I.3 - Les canaux de transport en UMTS .............................................................................. 16 Table I.4 - Les canaux de physiques en UMTS ............................................................................ 17 Table II.1 - Relations entre les classes de service et les attributs.................................................. 25 Table III.1 - Indicateurs d'accès au réseau UMTS ........................................................................ 35 Table III.2 - Indicateurs du service WEB ..................................................................................... 35 Table III.3 - Indicateurs du service FTP ....................................................................................... 36 Table III.4 - Indicateurs du service WAP ..................................................................................... 36 Table III.5 - Indicateurs du volume de trafic ................................................................................ 37 Table III.6 - Indicateurs de l’accès au réseau................................................................................ 38 Table III.7 - Indicateurs du maintien de l’appel............................................................................ 38 Table III.8 - Indicateurs de la QoS de l’utilisateur final ............................................................... 38 Table III.9 - Indicateurs de la gestion des ressources ................................................................... 38 Table III.10 - Indicateurs Soft Handover ...................................................................................... 39 Table III.11 - Indicateurs Handover.............................................................................................. 39 Table III.12 - Seuils KPI ............................................................................................................... 40


Sebti Chouchene x

��

2G Deuxième Génération 3G Troisième Génération 3GPP Third Generation Partnership Project ALCAP Access Link Control Application Part BER Bits Error Rate BLER Blocks Error Rate BMC Broadcast/Multicast Control BRAN Broadband Radio Access Network CS Circuit Switched domain DRNC Drift RNC DT Drive Test EIRP Effective Isotropic Radiated Power FDD Frequency Division Duplex FER Frame Error Rate GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile communications KPI Key Performance Indicators MAC Medium Access Control NBAP Node B Application Part OMC-R Operation and Maintenance Center – Radio OSI Open Systems Interconnections OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Code PDCP Packet Data Convergence Protocol PDU Packet Data Unit PS Packet Switched domain QoS Quality of Service QPSK Quadrature Phase Shift Keying RAB Radio Access Bearer RANAP Radio Access Network Application Protocol


Sebti Chouchene xi

RLC Radio Link Control RNC Radio Network Controller RNL Radio Network Layer RNO Radio Network Optimiser RNS Radio Network Sub-system RNSAP Radio Network Subsystem Application Part RRC Radio Resource Control RSCP Received Signal Code Power RSSI Received Signal Strength Indicator SAP Service Access Point SDU Service Data Unit SIB System Information Block SRAN Satellite Radio Access Network SRNC Serving RNC TDD Time Division Duplex TNL Transport Network Layer UMTS Universal Mobile Telecommunication System URA UTRAN Registration Area UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network WCDMA Wideband Code Division Multiple Access WLAN Wireless Local Area Network

Projet de Fin d’Etude Introduction

Sebti Chouchene 1

��

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) le réseau cellulaire de troisième

génération a été conçu afin d’offrir de nouvelles applications multimédia tel que la visiophonie,

internet, la vidéo sur demande et le commerce mobile. Ces applications présentent de nouveaux

défis pour les opérateurs du fait qu’ils sont soumis à des fortes contraintes de qualité de service.

En effet, l’intégration de ces applications nécessite la définition d’une nouvelle

architecture de la QoS différente de celle définie pour les réseaux 2G et l’apparition de nouveaux

paramètres caractérisant cette QoS. En outre, pour assurer la QoS désirée, UMTS nécessite une

nouvelle infrastructure et essentiellement la définition d’un nouveau réseau d’accès radio

différent de celui du GSM (Global System for Mobile communications).

Par ailleurs, le déploiement de ce réseau dans le monde nécessite la mise en œuvre de

nouveaux mécanismes pour l’évaluation de performances de ce réseau afin d’assurer une bonne

qualité de service à l’abonné. C’est dans ce cadre que notre projet s’inscrit.

Nous nous intéresserons particulièrement à la conception et la réalisation d’un outil

d’évaluation de performances du réseau UMTS.

Dans un premier chapitre, nous allons décrire le réseau d’accès en UMTS ainsi que

l’architecture en couche de l’interface radio. Nous étudierons, également, la technique d’accès

WCDMA et les principaux mécanismes qui la caractérisent.

Le deuxième volet de ce travail portera sur la qualité de service en UMTS et l’analyse des

indicateurs de qualité radio. Nous allons ainsi, présenter le concept de la QoS comme il a été

décrit par le 3GPP en indiquant ces paramètres. Nous analyserons aussi les indicateurs de qualité

radio.

Dans le troisième chapitre de ce projet nous détaillerons les méthodes d’évaluation de

performances en expliquant la méthode de Drive Test et ces paramètres et la méthode

d’évaluation de performances à partir des compteurs OMC-R en précisant le rôle des indicateurs

dans la détection des anomalies.

La dernière partie de ce travail portera sur la réalisation de l’outil informatique capable

d’évaluer les performances du réseau UMTS. Nous donnerons la conception de l’application,

Projet de Fin d’Etude Introduction

Sebti Chouchene 2

ensuite nous expliquerons son fonctionnement. Nous terminerons ce chapitre par une étude de

cas évaluant les statistiques fournies par l’outil.

Projet de Fin d’Etude Chapitre 1 : Le réseau d’accès radio en UMTS

Sebti Chouchene 3

Chapitre I : Le réseau d’accès

radio en UMTS

Introduction

Le système 3G de communications mobiles UMTS est capable d'être le support, en

particulier, de services multimédias novateurs, et de combiner l'utilisation d'éléments terrestres et

satellitaires. Il sera possible d'avoir des accès plus rapides aux services paquet, avec une

amélioration de la qualité des communications tendant à celle de la téléphonie fixe.

D’où la nécessité de définir un nouveau réseau d’accès différent de celui du GSM adapté

aux nouvelles applications. Dans ce premier chapitre nous traiterons les caractéristiques de ce

nouveau réseau d’accès.

1- Le réseau d’accès UTRAN

1.1- Description

Le réseau UMTS est composé d'un réseau coeur et d'un réseau d'accès appelé UTRAN

(UMTS Terrestrial Radio Access Network). L'interface entre ces deux réseaux est appelée "Iu".

Cette interface a été définie d'une manière aussi générique que possible afin d'être capable de

connecter, en plus de l'UTRAN, des réseaux d'accès de technologies différentes au réseau coeur

de l'UMTS.

Ainsi pourront se connecter par exemple le SRAN (Satellite Radio Access Network) ou le

BRAN (Broadband Radio Access Network), qui est un réseau d'accès large bande utilisant une

technologie d'accès de type WLAN (Wireless Local Area Network).


Sebti Chouchene 4

Figure I.1 - L’UTRAN dans l’UMTS [2]

Le réseau d'accès UMTS assure d'une manière générale plusieurs fonctions comme le

contrôle d’accès, la gestion de mobilité, le Handover et la réallocation des SRNC, la gestion et le

contrôle des ressources radio, le chiffrement et le déchiffrement du canal radio et d'autre

fonctions concernant les services de diffusion et d’envoie multiple.

L’élément principal d’un UTRAN est le RNS (Radio Network Sub-system) : Sous-

système du réseau de radio qui comprend un RNC et un ou plusieurs Node B.

Le Node B est le nom donné dans les spécifications techniques à une station de base. Il effectue

les procédures de la couche physique :

- Modulation radio fréquence,

- Etalement de spectre,

- Contrôle de puissance en boucle interne,

- Adaptation de débit,

- Combining (suivant le principe du RAKE),

- Supporte les modes UTRA/FDD et/ou UTRA/TDD.

UTRAN

SRNS

DRNS

SRNC

Iub

DRNC

Iur Iub

Iub

Uu Iu

UE

Réseau coeur

Domaine à commutation de

circuits (CS)

Domaine à commutation de

paquets (PS)

Iu-CS

Iu-PS

Signalisation Signalisation et données


Sebti Chouchene 5

Le RNC (Radio Network Controller) est le contrôleur des stations de base. Il contrôle

l’utilisation et l’intégrité des ressources radio : c’est le « cerveau » dans le RNS :

- Gère les ressources radio : admission, charge, congestion, séquencement dans la

transmission des paquets,

- Gestion de la mobilité (handover),

- Point d’accès pour le mobile vers le réseau cœur à travers l’interface Iu,

- Allocation des codes d’étalement,

- Contrôle de puissance « hors boucle ».

Le mécanisme de réallocation du SRNC (SRNC relocation) consiste en fait que le UE lors

d’un handover, change d’un Node B à un autre rattaché à un nouveau RNC (Drift RNC) tout en

gardant le même lien initial avec le réseau cœur à partir de l’ancien RNC (Serving RNC). D’où

l’importance de l’interface Iur.

1.2- Les interfaces logiques dans l'UTRAN

L'architecture générique des interfaces logiques de l'UTRAN est représentée dans la

figure I.2. La structure de la pile protocolaire se divise en deux couches: la couche du réseau

radio RNL (Radio Network Layer) et la couche du réseau de transport TNL (Transport Network

Layer). Ces deux couches sont séparées dans le but de pouvoir modifier la couche de transport

sans besoin de reconfigurer la couche radio.

La couche réseau de transport est destinée à transporter les données de la couche radio au

sein de l'UTRAN. La couche réseau radio assure la gestion des ressources de l'interface radio et

les fonctions d'établissement et de libération des connexions entre le terminal mobile et le réseau

UTRAN. Le plan de contrôle de la couche réseau radio gère les canaux de signalisation

nécessaires pour transmettre les données des protocoles comme RANAP (Radio Access Network

Application Protocol), RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) ou NBAP (Node B

Application Part). Les protocoles du plan de contrôle de la couche réseau radio sont

indépendants de la technologie employée dans le réseau de transport. Les protocoles ALCAP

(Access Link Control Application Part) du plan de contrôle de la couche réseau de transport

assurent les services de signalisation nécessaires pour l'établissement des connexions du plan

utilisateur pour transporter les données de la couche réseau radio. Le plan utilisateur de la couche

réseau radio contient les protocoles nécessaires pour transporter les flux de données de l'interface

radio ainsi que les informations nécessaires aux mécanismes de synchronisation des trames et de

macrodiversité.


Sebti Chouchene 6

Figure I.2 - Architecture générique des interfaces de l'UTRAN

1.2.1- Interface Uu

L'interface logique Uu sert à connecter le terminal mobile au Node B par l'intermédiaire

d'une liaison radio.

1.2.2- Interface Iub

C’est par cette interface que communiquent le Noeud B et le RNC.

1.2.3- Interface Iur

Cette interface permet à deux RNC de communiquer, elle est nécessaire en CDMA pour

effectuer, entre autres, la procédure de macrodiversité

1.2.4- Interface Iu

C'est l'interface logique d'interconnexion entre le réseau d'accès radio et le réseau cœur.

Pour que le plan utilisateur de l'interface Iu soit indépendant du domaine du réseau cœur

(commutation de circuits ou commutation de paquets), deux types d'interfaces Iu ont été définis :

- Interface Iu-CS qui connecte le domaine à commutation de circuits (CS : Circuit Switched

domain) du réseau cœur.

- Interface Iu-PS qui connecte le domaine à commutation de paquets (PS : Packet Switched

domain) du réseau cœur.

Le 3GPP a choisi dans sa Release 99 le protocole AAL2/ATM comme protocole de transport sur

l'interface Iub, Iur et Iu-CS et le protocole AAL5/ATM sur l'interface Iu-PS.

Radio Network Layer

Transport Network Layer

User plane

Transport Network User Plane

Transport Network User Plane

Transport Network Control Plane

Control Plane

Physical Layer

Application Protocol

Data Stream(s)

Data Bearer(s)

Signalling Bearer(s)

ALCAP(s)

Signalling Bearer(s)


Sebti Chouchene 7

2- L'architecture en couche de l’interface radio

Les protocoles de l'interface radio s'appliquent aux trois premières couches du modèle

OSI (Open Systems Interconnections), qui sont la couche physique, la couche liaison de données,

et la couche réseau (routage).

Figure I.3 - Architecture en couche de l'interface radio de l'UTRAN

2.1- Couche 1

Le niveau 1 (PHY) représente la couche physique de l'interface radio. Elle réalise entre

autres les fonctions de détection et correction d’erreurs dans les canaux de transport,

multiplexage des canaux de transport sur des canaux physiques, étalement et désétalement de

spectre des canaux physiques, prélèvement des mesures radio (envoyées aux couches

supérieures), contrôle de puissance en boucle fermée, d'entrelacement et de modulation.

2.2- Couche 2

Le niveau 2 comprend les couches PDCP, RLC, MAC et BMC.

Le transport fiable des données entre deux équipements est assuré par la couche RLC

(Radio Link Control). Elle se charge des fonctions de segmentation, assemblage, concaténation

et/ou rembourrage des PDU des couches supérieures, chiffrement, contrôle/correction

d’erreurs…


Sebti Chouchene 8

Cette sous couche va offrir trois modes d’opération :

- Transparent (TM) pour lequel RLC ne fait aucune contribution aux flots qui lui arrivent (pas

d’en-têtes) donc la communication sera rapide mais peu fiable.

- Sans acquittement (UM) qui effectue la détection d’erreurs donc pas de retransmission.

Exemple : service temps réel en mode paquet.

- Avec acquittement (AM) qui effectue la détection et le contrôle d’erreurs suivant la technique

(ARQ). Exemple : service non temps réel en mode paquet

La couche MAC (Medium Access Control) remplit la fonction de multiplexage de plusieurs

canaux logiques (couches supérieures) dans des canaux de transport (couche physique), et vice

versa.

La couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) a deux fonctions principales. Tout

d'abord elle permet d'assurer l'indépendance des protocoles radio de l'UTRAN (couches MAC et

RLC) par rapport aux couches de transport réseau. Cette indépendance permettra de faire évoluer

les protocoles réseau (par exemple de passer de l'IPv4 à l'IPv6) sans modification des protocoles

radio de l'UTRAN. D'autre part, la couche PDCP offre les algorithmes de compression de

données ou d'entête de paquets de données, permettant un usage plus efficace des ressources

radio. En effet plusieurs études sur les caractéristiques du trafic sur les réseaux Internet public

ont montré que 40 % des paquets IP étaient des paquets de tailles très réduites (40 octets). Ces

paquets sont composés de 20 octets d'entête IP suivis de 20 octets d'en-tête TCP [1]. Ce sont des

paquets de contrôle ne contenant aucune donnée utilisateur.

La couche BMC (Broadcast/Multicast Control) assure les fonctions de diffusion de

messages sur l'interface radio.

2.3- Couche 3

Le niveau 3 de l'interface radio contient la couche RRC (Radio Resource Control). La

fonction principale de cette couche est la gestion de la connexion de signalisation établie entre

l'UTRAN et le mobile. Cette connexion est utilisée lors des échanges de signalisation entre le

mobile et l'UTRAN, par exemple, à l'établissement et à la libération de la communication. En

plus elle assure d'autre fonction comme la sélection initiale et resélection de cellule dans l’UE, la

gestion de la mobilité dans l’UTRAN (handover), le contrôle des mesures, la configuration du

chiffrement et de l’intégrité, la gestion de la QoS demandée et le contrôle de puissance en boucle

externe.


Sebti Chouchene 9

Les deux modes opérationnels de base d’un UE sont le mode inactif (idle) et le mode

connecté. Le mode connecté peut être divisé en états de service RRC qui définissent quel type de

canal physique est utilisé par UE.

Dans l’état Cell_DCH, un canal physique dédie (DCH et éventuellement DSCH) est alloué à

l’UE et l’UE est connu par son SRNC.

Dans l’état Cell_FACH, les canaux communs RACH et FACH sont utilisés pour transmettre des

messages de signalisation et des données utilisateur. L’UE est également capable d’écouter le

canal de diffusion BCH pour obtenir des informations systèmes et le canal CPCH quand

l’UTRAN demande une resélection de cellule.

Dans l’état Cell_PCH, l’UE est toujours connu par son SRNC mais n’est joignable que via le

canal d’appel (PCH). Si l’UE effectue une resélection de cellule, l’état de l’UE passe à

Cell_FACH pour exécuter la procédure de Cell Update après quoi, l’UE repasse en état

Cell_PCH si aucune activité n’est survenue durant la procédure.

L’état URA_PCH est similaire à l’état Cell_PCH excepté que l’UE n’exécute pas la procédure

Cell Update après chaque resélection de cellule mais lit son identité URA (UTRAN Registration

Area).

L’UE quitte le mode connecté et retourne en mode inactif lorsque la connexion RRC est

libérée ou lors d’un problème de connexion RRC.

3- Duplexage en UMTS

La norme UMTS a défini deux modes d’exploitation:

- le mode TDD (Time Division Duplex): le transfert de données depuis l’appareil mobile vers la

station de base (Uplink) s’effectue à la même fréquence qu’en sens inverse (Downlink) avec une

largeur de canal de 5 MHz et par la suite les séquences Uplink et Downlink sont séparées dans le

temps. Ce mode est conseillé dans les pico cellules [3]. La modulation utilisée dans ce cas est

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) à 3.84 Mcps ou 8PSK (Eight level Phase Shift Keying) à

1.28 Mcps et le facteur d’étalement varie de 1 à 16. Le mode TDD utilise le mode d’accès

TDMA+WCDMA [3].

Le concept TDMA+WCDMA utilise une technique d’accès multiple mixte, comprenant

une composante accès multiple à répartition dans le temps (TDMA) fondée sur la trame GSM et

une composante d’étalement de spectre à l’intérieur du time slot avec séparation par code

(CDMA), Ainsi une fréquence de trafic est définie par une fréquence (porteuse), un intervalle de

temps et un code. Ce concept offre une large gamme de débits de service en allouant plusieurs


Sebti Chouchene 10

codes ou plusieurs intervalles de temps à un même utilisateur. Le débit de 2 Mbit/s peut

également être obtenu mais des raisons hautement techniques et complexes semblent limiter le

bon fonctionnement de ce système aux bâtiments et aux petites cellules urbaines.

- le mode FDD (Frequency Division Duplex) : les liaisons uplink et downlink s’effectuent en

même temps mais sur des fréquences différentes. Il est utilisé dans les micro et les macro cellules

[3]. La séparation entre porteuses est également de 5 MHz et on utilise la modulation QPSK à

3.84 Mcps avec un facteur d’étalement qui varie de 4 à 256 en UL et de 4 à 512 en DL. Le mode

FDD se base sur mode d’accès WCDMA (Wideband CDMA).

La figure I.4 illustre les bandes de fréquence utilisées en UMTS.

Figure I.4 - Fréquences utilisées en UMTS

L’inconvénient de FDD est la sous utilisation de spectre dû à l’écart duplex nécessaire

afin de séparer les liens montant et descendant. En outre on alloue la même quantité de spectre

aux liens ce qui n’est pas adapté aux applications présentant des débits asymétriques. Donc TDD

est mieux adapté pour de telles applications car permet une allocation asymétrique de ressources

aux deux liens.

4- WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) est une technique d’accès dérivée

de CDMA en utilisant l'étalement de spectre par séquence directe. Tous les utilisateurs émettent

sur un même canal radioélectrique à large bande, mais ils sont distingués par une séquence

d'étalement pseudo-aléatoire, appelée code et connue par le récepteur. Le débit maximal supporté

par un seul code est de 384 kbit/sec. Pour les services à plus haut débit, plusieurs codes sont

alloués à un même utilisateur et transmis simultanément sur le même canal radio (par exemple,

cinq codes sont nécessaires pour supporter un débit de 2 Mbit/sec).

TDD TDD FDD-UL FDD-DL MSS-UL

1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200 Avec TDD: Time Division Duplex FDD: Fime Division Duplex UL: UpLink DL: DownLink MSS: Mobile Satellite Service

MSS-DL


Sebti Chouchene 11

La modulation par séquence directe permet d'avoir une densité spectrale du signal

transmis faible car le signal est large bande (ce qui permet la discrétion). Aussi, la discrétion est

obtenue en gardant le code d'étalement secret. En plus assurer la tolérance vis à vis des

multitrajets en choisissant des codes présentant des autocorrélations étroites. Les trajets de délais

supérieurs à un chip sont facilement éliminés.

Les Figures I.5 et I.6 décrivent le fonctionnement de base de l’étalement et du

désétalement d’un système DS-CDMA. On a pris pour exemple, un signal initial BPSK (Binary

Phase Shift Keying) de fréquence D. Ce signal est donc composé d’une séquence de bits pouvant

prendre les deux valeurs suivantes «+1» et «-1». La méthode d’étalement consiste, dans cet

exemple, à multiplier chaque bit du signal initial par une séquence de huit bits, chacun de ces huit

bits étant appelés chips, le résultat de ce produit est un nouveau signal de fréquence 8xD. Dans ce

cas on a utilisé un facteur d’étalement de 8. On remarque que le signal final a l’apparence d’un

signal aléatoire tout comme le code d’étalement utilisé.

Figure I.5 - Exemple d’étalement de signal en DS-CDMA

Figure I.6 - Désétalement en DS-CDMA

En ce qui concerne la procédure inverse, le désétalement, on multiplie, bit par bit, le

signal étalé par la même séquence de codes qu’on ait utilisé précédemment pour l’étalement.

Comme le montre la figure I.6, on a retrouvé exactement le signal initial et cette opération

n’introduit aucun déphasage entre le signal initial et le signal final.


Sebti Chouchene 12

4.1- Les codes

Deux types de codes sont utilisés les codes de canalisation (channelisation) et les codes

d’embrouillage (scrambling).

4.1.1- Les codes de canalisation

Pour éviter toute interférence avec les codes des différents utilisateurs et différencier des

canaux distincts, on se sert de codes orthogonaux appelés OVSF (Orthogonal Variable

Spreading Factor Code). L'utilisation de ces codes permet de modifier le facteur d'étalement et

de maintenir l'orthogonalité des différents codes d'étalement même si ces derniers sont de

longueurs différentes.

Ils viennent d'une famille de codes orthogonaux au sens de la corrélation. Ils peuvent être

définis par un arbre générateur tel qu'une racine engendre deux branches. Les codes portés par

ces deux branches sont issus du code de la racine. En effet, le code d'une branche est composé

par le code de la racine et de son complémentaire. Ce principe permet ainsi de générer l'arbre des

codes OVSF utilisés pour l'UTRAN.

Figure I.7 - Arbre des codes OVSF type Walsh-Hadamard

Le SF est de la forme 2k et varie d’une façon générale de 4 à 256 pour les canaux

montants et de 4 à 512 pour les canaux descendants.

Les codes OVSF présentent certaines limites, au sein d’une même cellule ces codes ne

peuvent pas être tous utilisés simultanément car ils ne sont pas tous orthogonaux entre eux. Le

code d'une branche est fortement lié à celui de sa racine et de ses fils, ce qui empêche de les

SF = 1 SF = 2

C4, 1 = (1, 1, 1, 1)

C4, 2 = (1, 1, -1, -1)

C4, 3 = (1, -1, 1, -1)

C4, 4= (1, -1, -1, 1)

SF = 4

C1, 1= (1)

C2, 1= (1, 1)

C2, 2= (1, -1)


Sebti Chouchene 13

utiliser simultanément. Donc lorsqu'un code est alloué, tous les codes issus de ces branches ne

peuvent pas être utilisés [1].

4.1.2- Les codes d’embrouillage

Le scrambling qui est une opération effectuée par l'émetteur permet de séparer les

différents signaux d'un même terminal ou d'un même Node B. Réalisée juste après l'étalement,

elle ne modifie pas la bande passante ni le débit, elle se limite à séparer les différents signaux les

uns des autres. Ainsi, l'étalement peut être effectué par plusieurs émetteurs avec le même code de

canalisation sans compromette la détection des signaux par le récepteur. Le scrambling fait appel

aux codes de Gold qui sont une combinaison linéaire de plusieurs m-séquences.

Le tableau I.1 illustre l’utilité de ces deux codes pour chaque sens d’une communication.

Table I.1 - Relation entre l'étalement et le scrambling [1]

4.2- Les principaux mécanismes de WCDMA

4.2.1- Le contrôle de puissance

Le contrôle de puissance est la technique la plus importante en WCDMA surtout sur le

lien montant car plusieurs utilisateurs utilisent la même fréquence en même temps. Il y a une

grande possibilité d’interférence entre les utilisateurs.

Dans le cas où nous n’avons pas de contrôle de puissance, un utilisateur qui se trouve au

bord de la cellule peut être perturbé par l’affaiblissement de parcours plus qu’un autre utilisateur

qui se trouve près du Node B. L’utilisateur qui se trouve prés du Node B peut bloquer une grande

partie du signal émis par le Node B c’est ce qu’on appelle « near-far problem ». Dans le but

d’avoir un bon niveau de capacité dans le réseau, les signaux reçus par les UE, qu’ils soient près

ou loin du Node B, doivent être à puissance égale. Nous avons besoin du contrôle de puissance

pour minimiser le niveau d’interférence et fournir à l’utilisateur la qualité de service demandée.

Fonctionnalités Code channelisation Code scrambling

Utilisation Uplink : Séparation des canaux donnés

d'un même terminal.

Downlink: Séparation des connexions

des différents utilisateurs d'une même

cellule.

Uplink : Séparation des

terminaux.

Downlink : Séparation des

cellules.

Famille de codes OVSF Gold code


Sebti Chouchene 14

Il existe trois types de contrôle de puissance :

4.2.1.1- Contrôle de puissance open-Loop (Slow)

Défini seulement pour le lien montant, le contrôle de puissance Open-Loop est utilisé

pour initialiser le niveau de puissance au début de la communication. Le UE estime la puissance

minimale nécessaire pour la transmission en calculant l’affaiblissement de parcours en se référant

à la puissance du signal reçu et l’utilise pour envoyer une demande d’accès au Node B. S’il ne

reçoit pas de réponse de la part du Node B il fait une autre demande d’accès en utilisant une

puissance un peu plus élevée.

4.2.1.2- Contrôle de puissance inner-Loop (Fast)

Il est applicable seulement sur les connexions des canaux dédiés. Le Node B mesure le

Eb/No reçu sur le lien montant et le compare part rapport au Eb/No cible qui dépend de la nature

de la communication en cours. S’il est supérieur à ce dernier il demande au UE de baisser sa

puissance d’émission et vice versa.

Ce principe est aussi utilisé dans le sens descendant, bien que, dans ce cas, la raison en

soit différente. Dans ce sens, les signaux proviennent du Node B. Il est souhaitable, afin de

minimiser les interférences intercellulaires, que la puissance destinée aux terminaux mobiles qui

se trouvent en bordure de cellule soit la plus faible possible tout en garantissant une bonne

qualité de réception.

4.2.1.3- Contrôle de puissance outer-Loop

Il est utilisé pour ajuster le Eb/No seuil suite au changement du BLER (Block Error Rate)

après codage. Si le BLER augmente, alors nous augmentons le Eb/No seuil pour pouvoir le

diminuer. Il est appliqué seulement sur les canaux dédiés pour le lien montant seulement.

4.2.2- Le handover

Le handover est par définition le transfert automatique intercellulaire. Il permet d’éviter

les coupures de communication en bordure de cellule et réduit significativement l’interférence

crée dans le réseau.

• Le softer handover

Le softer handover se produit quand les Node B sont sectorisés. Ainsi, quand le terminal

mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux secteurs adjacents d'un même

Node B, les communications avec le Node B empruntent simultanément deux canaux radio, un


Sebti Chouchene 15

pour chaque secteur. Deux codes d'étalement doivent alors être utilisés dans le sens DL afin que

le terminal mobile puisse distinguer les deux signaux issus des deux secteurs et on a donc deux

connexions simultanées pour cet usager.

Dans le sens UL, les signaux provenant du terminal sont reçus par les deux secteurs du Node B et

routés vers le même récepteur de Rake. Les signaux sont ainsi combinés au niveau du Node B.

On compte généralement 5 à 10 % des terminaux mobiles d'une cellule qui sont en situation de

softer handover.

Figure I.8 - Soft Handover en UMTS

• Le soft handover

Durant un soft handover, le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture

commune à deux Node B. Les communications entre le terminal mobile et les Node B utilisent

simultanément deux canaux radio, un pour chaque Node B. Du point de vue du terminal mobile,

il existe très peu de différences entre le softer et le soft handover.

En revanche, dans le sens UL ces deux handovers différent car, dans le cas du soft

handover, les signaux reçus par les Node B sont routés et combinés au niveau du RNC. Cela

permet au RNC de sélectionner la meilleure trame reçue. Un usager mobile peut être en situation

de soft handover avec deux, trois ou quatre Node B. Si l'usager quitte la zone de couverture

commune pour se rapprocher d'un Node B, alors ce dernier le prend en charge. Ainsi, le soft

handover permet de limiter la perte de connexion quand un usager se déplace vers une autre

cellule. On considère que 20 à 40 % des usagers sont en situation de soft handover.

Il existe deux autres types de handover : le hard handover inter-fréquences qui permet à un

terminal mobile de passer d'un spectre de fréquence à un autre et le hard handover inter-systèmes

qui permet au terminal mobile de passer d'un système à un autre comme d'un mode FDD à un

mode TDD ou pour passer à un système 2G comme le GSM (pendant la période de coexistence

des deux systèmes).

RNC

Secteur1

Secteur2

UE

Le même signal est envoyé par 2 Node B au mobile


Sebti Chouchene 16

5- Les canaux

La structure de trame WCDMA consiste en des supertames de 72 trames. La durée de

chaque trame est 10 ms. Chaque trame contient à son tour 15 Time slots qui correspondent à une

période de contrôle de puissance. La découpe en trame ne correspond pas à une répartition des

ressources entre utilisateurs (�� à une structuration des données émises par

un même usager ce qui permet notamment l’ajout de bits de contrôle [4].

L’interface radio de l’UMTS a des canaux logiques qui font référence aux canaux de transport

qui eux même associés aux canaux physiques. La conversion des canaux logiques aux canaux de

transport est fait au niveau de la sous-couche MAC.

5.1- Canaux logiques

Canal Lien Fonction Broadcast Control Channel (BCCH)

DL diffuse l’information relevante de la cellule ou des cellules voisines au UE

Paging Control Channel (PCCH)

DL associé avec le PICH et utilisé pour pager les messages et les informations de notification

Dedicated Control Channel (DCCH)

UL/DL utilisé pour transporter les informations de contrôle dédiées dans les deux directions

Common Control Channel (CCCH)

UL/DL canal bidirectionnel utilisé pour le transfert des informations de contrôle

Dedicated Traffic Channel (DTCH)

UL/DL bidirectionnel aussi utilisé pour transporter les données utilisateur ou le trafic

Common Traffic Channel (CTCH)

Unidirectionnel utilisé pour transférer les informations dédiées de l’utilisateur à un groupe de UEs

Table I.2 - Les canaux logiques en UMTS

5.2- Canaux de transport

Ils définissent la façon dont les données sont transportées :

Canal Lien Fonction Dedicated Transport Channel (DCH)

UL/DL utilisé pour le transfert des données à un UE particulier et chaque UE a son propre DCH dans chaque direction

Broadcast Channel (BCH)

DL diffuse l’information aux UEs dans la cellule pour qu’ils puissent identifier le réseau et la cellule

Forward Access Channel (FACH)

DL transporte les données ou les informations aux UEs qui sont registrés dans le système. Il est possible d’avoir plus qu’un FACH par cellule

Paging Channel (PCH) DL transporte les messages qui alertent le UE des appels entants, SMS, messages et les sessions de données

Random Access Channel (RACH)

UL transporte les demandes de services des UEs voulant accéder au système

Uplink Common Packet Channel (CPCH)

UL fournit une capacité additionnel au-delà de celle de RACH et utilisé aussi pour le contrôle de puissance rapide

Downlink Shared Channel (DSCH)

DL partagé par les utilisateurs

Table I.3 - Les canaux de transport en UMTS


Sebti Chouchene 17

5.3- Canaux physiques

Ils sont définit sur les deux liens :

Canal Lien Fonction Primary Common Control Physical Channel (PCCPCH)

DL diffuse d’une façon continue les identifications du système et les informations de contrôle d’accès

Secondary Common Control Physical Channel (SCCPCH)

DL transporte le FACH et PACH

Physical Random Access Channel (PRACH)

UL permet au UE de transmettre les bursts d’accès aléatoire pour l ‘accès au réseau

Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)

UL/DL utilisé pour le transfert des données utilisateur

Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)

UL/DL transporte les informations de contrôle vers et de l’UE

Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)

DL partage le contrôle d’information pour les UEs

Physical Common Packet Channel (PCPCH)

canal spécifique pour le transport des paquets de données

Synchronisation Channel (SCH)

utilisé pour permettre la synchronisation des UEs avec le réseau

Common Pilot Channel (CPICH)

transmet par chaque Node B et par la suite le UE pourra estimer le temps de la démodulation du signal

Acquisition Indicator Channel (AICH)

utilisé pour informer le UE sur le (DCH) et peut être utiliser pour communiquer avec le Node B

Paging Indication Channel (PICH)

fournit les informations pour le UE pour opérer son mode sleep afin de conserver la batterie pendant l’écoute du canal PCH

CPCH Status Indication Channel (CSICH)

DL transporte l’état du CPCH et fonctionne dans un mode similaire du canal PICH

Collision Detection/Channel Assignment Indication Channel (CD/CA-ICH)

DL indique si le canal d’assignation est actif ou non pour le UE

Table I.4 - Les canaux de physiques en UMTS

Conclusion

Dans ce chapitre nous avons étudié l’interface radio UMTS en mettant l’accent sur la

technique d’accès. Deux mécanismes important en UMTS qui sont le contrôle de puissance et les

handover ont été également analysés.

Donc nous conclurons que l’interface radio UMTS est totalement différente de celle en

GSM, ceci affirme que le concept de la qualité de service est aussi différent entre ces réseaux.

Par ailleurs, dans le chapitre suivant nous allons traiter le concept de la QoS ainsi que l’analyse

des indicateurs de qualité radio comme ils ont été définis par les spécifications 3GPP.

Projet de Fin d’Etude Chapitre 2 : La qualité de service et mesures radio UMTS

Sebti Chouchene 18

Chapitre II : La qualité de service et

mesures radio en UMTS

Introduction

UMTS a été conçu pour supporter une grande gamme d'applications avec différentes

exigences de la qualité de service. L'approche modulaire adopté par 3GPP fournit la flexibilité

nécessaire pour les opérateurs d'offrir de nouveaux services à leurs clients potentiels et existants.

Dans 3GPP, la qualité de Service (Quality of Service : QoS) fait référence à la qualité d'un

service perçue par l'utilisateur.

Afin d’assurer cette qualité de service, le UE et le réseau UTRAN effectuent des mesures

concernant des paramètres bien déterminés permettant ainsi de garantir le bon fonctionnement du

réseau UMTS.

1- Définition de la qualité de service

L’ITU–T définit la QoS comme l’effet global produit par la qualité de fonctionnement

d’un service qui détermine le degré de satisfaction de l’usager du service [5].

La qualité de service doit considérer deux aspects importants qui sont la capacité d'un réseau à

fournir le service avec un niveau bien déterminé, et comment satisfaire l’utilisateur final avec ce

service, en terme d'usage, accessibilité, continuité et de son intégrité.

La QoS est en rapport avec la capacité du réseau de se conformer avec les spécifications

du niveau de service (SLS) résultant d'une négociation entre un client et un fournisseur de service

dans un accord de niveau de service avec (SLA). En général, un SLA est une forme d'un contrat

négocié entre deux parties qui établissent des niveaux de performance des services du réseau et

sa réponse. Les deux parties peuvent être un consommateur et un opérateur, ou deux opérateurs

où l'un d'eux prend le rôle du client qui achète des services d'un autre fournisseur [6].

2- Concept et architecture de la QoS

2.1- Architecture

Le standard 3GPP propose une architecture en couche pour assurer une QoS de bout en

bout pour les deux domaines. En UMTS, cette QoS est fournie par un service bearer (Bearer

Service) qui s'est installé depuis la source à la destination permettant ainsi de définir clairement


Sebti Chouchene 19

les caractéristiques et les fonctionnalités de la QoS. Il inclut tous les aspects permettant la

provision de la QoS contractée.

L'architecture en couches du service bearer de l'UMTS est montrée dans la figure II.1.

Chaque service bearer au niveau d’une couche spécifique offre son propre service aux couches

supérieures et utilise les services fournis par les couches inférieures.

Figure II.1 - Architecture de la QoS en UMTS [6]

Le bearer UMTS est composé de deux parties : le service bearer d'accès radio (Radio

Access Bearer : RAB) et le service bearer du réseau coeur (Core Network Bearer Service: CN).

Le Service RAB fournit le transport confidentiel de signalisation et de données utilisateur entre le

MT et CN (SGSN par exemple) avec la QoS négociée quand le bearer UMTS est installé ou avec

la QoS par défaut pour la signalisation.

Le service bearer du réseau coeur connecte le SGSN avec le GGSN au réseau de données paquet

(Packet Data PD) externe. Le rôle de ce service est le contrôle efficace et l'utilisation du réseau

backbone pour fournir la qualité du service bearer UMTS contractée [6].

TE MT UTRAN CN lu EDGE NODE

CN Gateway

TE

End-to-End Ssevice

TE/MT Local Bearer

Service

UMTS Bearer Service External Bearer Service

Radio Access Bearer Service CN Bearer Service

Radio Bearer Service

Iu Bearer Service Backbone Bearer Service

Physical Bearer Service

UTRA FDD/TDD

Service

Terminal mobile UMTS

Infrastructure of UMTS network Externe terminal


Sebti Chouchene 20

2.2- Les Services Bearer

2.2.1- Le service End-to-End et le service UMTS Bearer

En partant d’un TE vers un autre, le trafic doit parcourir les différents services bearer du

réseau. Un TE est connecté au réseau UMTS via un MT. Au niveau application, le service de

bout en bout utilise les services bearer du réseau correspondant.

Le service de bout en bout utilisé par le TE est réalisé par l’utilisation d’un Service Bearer

Local TE/MT, un Service Bearer UMTS et un Service Bearer Externe. Une variété de services

offerts par l’opérateur UMTS est délivrée par le Service Bearer UMTS. C’est ce service bearer

qui offre la QoS de l’UMTS [6].

2.2.2- Le Service Radio Access Bearer et le Service Bearer Core Network

Le Service Bearer UMTS est scindé en deux parties, le Service Radio Access Bearer et le

Service Bearer Core Network. Ces deux services reflètent le moyen optimisé pour réaliser le

service bearer à travers la topologie du réseau considéré en considérant la mobilité et le profil des

abonnés [6].

Le service radio access bearer assure un transport fiable de la signalisation et des données

utilisateur entre le MT et le CN Iu Edge Node en offrant la qualité de service adéquate pour le

service bearer UMTS négocié ou par une QoS par défaut pour la signalisation. Ce service est

basé sur les caractéristiques de l’interface radio et maintenu pour un MT en déplacement.

Les services radio bearer permettent d’avoir une protection d’erreur différente pour chaque PDU

(Packet Data Unit) en cas de besoin. Dans ce cas, l’information utile du SDU des données

utilisateur, transportée par le service radio access bearer, doit correspondre avec le format de

SDU défini. Pendant l’établissement d’un service radio access bearer, le format exacte du champ

d’information du SDU ainsi que la consistance par sous flot est signalée à UTRAN par

l’intermédiaire d’attributs ou de paramètres standardisés (qu’on va étudier).

Le Service Bearer Core Network du réseau cœur de l’UMTS, connecte l’UMTS CN Iu Edge

Node avec la passerelle CN (CN Gateway) vers le réseau extérieur. Le rôle de ce service est de

contrôler efficacement le backbone pour assurer le service bearer UMTS consenti. Le domaine

paquet du cœur de réseau doit supporter des services bearer backbone différents pour une variété

de QoS [6].

2.2.3- Le Service Radio Bearer et le Service Iu Bearer

Le Service Radio Access Bearer est réalisé par le Service Radio Bearer et le Service Iu

Bearer. Le rôle du service radio bearer est de couvrir tous les aspects de transport sur l’interface


Sebti Chouchene 21

radio. Ce service bearer utilise le service UTRA FDD/TDD.

Pour supporter différents types de protection d’erreur, UTRAN et le TM doivent avoir la capacité

de segmenter/ré-assembler les flux de données en des sous-flux exigés par le service radio access

bearer. La segmentation/ré-assemblage est donnée par le format du champ d’information signalé

au moment de l’établissement du radio access bearer. Le service radio bearer transporte la partie

du flux de l’utilisateur faisant partie d’un sous-flux, selon la QoS exigée par ce sous-flux.

Le service Iu bearer et le service bearer physique assurent le transport entre le UTRAN et le CN.

Pour le trafic paquet Iu bearer doit fournir différents services bearer pour une variété de QoS [6].

2.2.4- Le service Bearer Backbone

Le Service Bearer CN utilise un service bearer backbone générique. Le Service Bearer

Backbone couvre les fonctionnalités des deux premières couches et il est sélectionné suivant le

choix de l’opérateur afin de réaliser les exigences de QoS du service bearer CN. Le service

bearer backbone n’est pas spécifique à UMTS mais il peut réutiliser un standard existant [6].

3- Les fonctions de gestion de la QoS

Cette section donne une vue sur les fonctionnalités nécessaires pour établir, modifier et

maintenir le service bearer UMTS avec la QoS demandée. L’allocation de ces fonctions aux

entités de l’UMTS doit indiquer les exigences d’une entité spécifique pour renforcer les

engagements négociés de la QoS du service bearer UMTS. Les fonctions de la gestion de la QoS

de toutes les entités de l'UMTS combinées doivent assurer la provision du service négocié entre

les points d'accès du service bearer UMTS [6].

3.1- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan de contrôle

On distingue quatre fonctions de gestion pour le contrôle de la QoS pendant

l’établissement d’appel ou de la session [6]:

- Le gestionnaire de service bearer (Bearer Service Manager) : les différents gestionnaires du

Service Bearer gèrent les fonctions d’établissement, de modification et de maintenance du

service duquel ils sont responsables. En particulier, le gestionnaire UMTS BS (UMTS BS

Manager), est responsable de tout échange de signalisation générée par les autres fonctions

comme les requêtes de conversion, le contrôle d’aces, etc. Le gestionnaire de service peut

demander des services aux couches de service inférieures.


Sebti Chouchene 22

- La conversion (Translation Function) : Cette fonction est située à l’extrémité du réseau UMTS,

elle convertie les primitives de service bearer UMTS en primitives externes correspondantes dans

la direction d’un réseau extérieur et/ou de l’équipement terminal (TE).

La conversion concerne les attributs de service bearer UMTS et ceux de la QoS des réseaux

externes. Le gestionnaire de service peut inclure une translation pour convertir les attributs de

son service et ceux des couches basses utilisant ce service.

- Contrôle d’admission ou de capacité (Admission/Capability control) : contient les informations

sur toutes les ressources disponibles des entités du réseau et de toutes les ressources allouées au

service bearer UMTS. Elle détermine aussi pour chaque service bearer les demandes ou les

modifications si les ressources demandées peuvent être allouées par cette entité et peut les

réserver pour une éventuelle allocation du service bearer UMTS. La fonction vérifie également la

capacité de l’entité du réseau à fournir le service demandé.

- Contrôle d’inscription (Subscription control function) : vérifie les droits administratifs de

l’utilisateur du service bearer UMTS pour manipuler le service demandé avec les attributs

spécifiés de la QoS.

3.2- Les fonctions de QoS pour le service bearer UMTS dans le plan usager

Les fonctions de gestion de la QoS dans le plan usager maintiennent la signalisation et le

trafic d’un utilisateur basé sur les attributs de la QoS négociée pour le service bearer UMTS [6].

- Fonction de mapping (Mapping Function) : elle fournit chaque unité de données avec les

marques spécifiques demandées pour recevoir la QoS promise pour chaque noeud.

- Fonction de classification (Classification Function) : elle décide sur le choix d’un service

particulier, parmi les service bearer UMTS établis pour un terminal mobile. Cette fonction assure

l’adaptation du flux de trafic, elle se base sur les informations contenues dans l’entête du paquet

ou sur d’autres caractéristiques du trafic.

- Gestionnaire de ressource (Trafic Manager) : il distribue les ressources nécessaires entre tous

les différents services partageant les mêmes ressources selon leur besoin en QoS. Exemples de

moyens de gestion des ressources sont l’ordonnancement, la gestion de la bande passante et le

contrôle de puissance pour le bearer radio.

- Le conditionneur de trafic (Traffic Conditioner) : il applique des règles pour vérifier la

conformité du trafic véhiculé avec le profil de la QoS négociée. Les fonctions de contrôle

comparent le trafic des unités de données avec les paramètres de la QoS leurs étant liés. Les

unités de données n’obéissant pas au profil de la QoS peuvent être rejetées ou marquées pour être

rejetées en cas de congestion.


Sebti Chouchene 23

4- Paramètres de la QoS

Les attributs du service brarer UMTS décrivent le service offert par le réseau à son

utilisateur.

Lors de l’établissement ou la modification du service bearer UMTS, on doit prendre en

compte plusieurs aspects de la QoS [6]:

- les capacités du UE : forme un aspect de QoS pouvant limiter le service bearer UMTS fourni.

- le UE ou le TE dans le réseau de terminaison peut demander un aspect de QoS lors de

l’établissement ou la modification du bearer UMTS.

- un profil de QoS dans l’abonnement UMTS décrit les limites supérieures du service fourni si un

utilisateur demande une valeur spécifique.

- un profil spécifique de la QoS dans le réseau caractérisant par exemple la disponibilité de la

ressource ou les capacités d’un autre réseau pouvant limiter le service bearer UMTS fourni ou

initier une modification d’un autre déjà établi.

• Les Classes de service

Lors de la définition des classes de la QoS, faisant référence aussi aux classes de trafic,

les restrictions et les limites de l’interface radio doivent être pris en compte d’ou ce n’est pas

raisonnable de définir un mécanisme complexe comme le réseau fixe à cause des caractéristiques

d’erreur de cette interface. Donc le mécanisme de la QoS dans le réseau cellulaire doit être

robuste et capable de fournir une résolution raisonnable de QoS. Les classes de la QoS sont :

- Conversationnel : regroupe tous les services bidirectionnels impliquant deux interlocuteurs ou

plus comme la phonie, la visiophonie avec un débit de 32 kbps à 384 kbps et les jeux interactifs

avec un débit de 1 kbps. Le délai de transfert des données est de 100 à 200 ms.

- Streaming : le transfert de données doit être développé comme un flux continu. Cette classe

regroupe les services impliquant un utilisateur et une base de données (vidéo à la demande,

diffusion radiophonique, transfert d’images). Ces applications sont typiquement asymétriques.

Les délais de transfert de données sont inférieurs à 10 s.

- Interactive : regroupe les services dans lesquels un usager entretient un dialogue interactif avec

un serveur (Internet, transfert de fichiers par ftp, messageries électronique, l’accès à des bases de

données) donc pas de contrainte temps réel avec des délai d’environ 1 s.

- Background : proche des services de la classe interactive sauf que les informations transmises

sont de priorités inférieures comme le transfert de fax, messages SMS et la notifications de

messages électroniques avec des délais supérieur à 10 s.

Il est à noter que les services des deux premières classes sont des services à temps réel qui est

une caractéristique fondamentale de la QoS, tandis que pour les deux autres classes offrent des


Sebti Chouchene 24

services avec Best Effort.

• Débit binaire maximum (kbps)

C’est la limite supérieure que l’utilisateur ou l’application peut accepter ou fournir. Tous

les attributs du service bearer UMTS peuvent être accomplis avec un trafic de débit maximum

suivant les capacités du réseau.

Le débit maximum peut être utilisé pour réserver les codes en DL sur l’interface radio pour les

applications capables d’opérer avec des débits différents.

• Débit garantit (kbps)

C’est le nombre de bits garantis délivrés par UMTS dans un SAP (Service Access Point)

divisé par la durée. Il décrit le débit que doit garantir le service bearer UMTS pour un utilisateur

ou une application. Ce paramètre permet aussi de faciliter le contrôle d’admission et l’allocation

de ressources en UMTS basé sur leurs disponibilités.

• L’ordre de livraison des séquences SDU (Service Data Unit) (y/n)

Ce paramètre spécifie si les SDU hors séquence sont acceptés ou non, perdus ou

réordonnés suivant les précisions spécifiées.

• Taille maximale d’un SDU (octets)

C’est la taille pour laquelle le réseau satisfait la QoS négociée. Ce paramètre est utilisé

pour le contrôle d’admission et la surveillance.

• Information sur le format SDU (bits)

Il liste exactement les tailles possibles des SDU. Le RAN a besoin de ces informations

pour pouvoir opérer en mode transparent du protocole RLC qui est avantageux pour l’efficacité

spectrale et les délais lorsque la retransmission au niveau du RLC n’est pas utilisée.

• Taux d’erreur de SDU

Il indique le fraction des SDU perdus ou détectés erronés. Il est utilisé pour configurer les

protocoles, les algorithmes et les schémas de détections d’erreur, initialement avec RAN.

• Taux d’erreur binaire résiduel

Cet attribut indique le taux de bits erronés non détectés dans le SDU délivré. S’il n’y a

pas de demande de détection d’erreurs, cet attribut indiquera le taux d’erreur binaire dans le SDU

délivré. Il est aussi utile pour configurer les algorithmes et les protocoles de l’interface radio et la

détection des erreurs de codage.

• La livraison des SDU erronés (y/n/-)

Il indique si le SDU détecté erroné doit être délivré ou abandonné.

• Le délai de transfert (ms)


Sebti Chouchene 25

Ce paramètre indique le délai maximal pour acheminer 95% des délais de livraison de toutes

les SDU délivrés durant toute la durée de vie d’un service bearer, où le délai d’un SDU est définit

du moment de la demande de transfert du SDU à un SAP jusqu’à son livraison à un autre SAP.

Ce paramètre permet au RAN de définir les formats de transport et les paramètres ARQ. Le délai

de transfert d’un SDU arbitraire n’est pas aussi significatif car un SDU peut avoir un temps

d’attente important dans la queue, c’est pourquoi le délai significatif pour l’utilisateur est celui du

premier SDU du burst.

• La priorité de traitement du trafic

Il spécifie l’importance relative de manier tous les SDU d’un bearer UMTS par rapport à

des SDU d’un autre. Avec la classe interactive, on besoin de différencier entre les qualités du

bearer ce qui permet à l’UMTS d’organiser en séquence le trafic.

• Priorité d’allocation/maintien

Il spécifie l’importance de l’allocation/maintien d’un bearer UMTS par rapport aux

autres. Dans la situation où les ressources sont rares, les éléments du réseau approprié peuvent

utiliser ARP pour favoriser un bearer avec une haute priorité d’allocation/maintien.

• Indication de signalisation (yes/no)

C’est un attribut additionnel de la QoS qui est définit seulement pour les services

interactives. Il indique la nature de la signalisation. S’il est yes alors la priorité de manipulation

du trafic est ‘ 1 ’.

Le tableau suivant illustre les différentes classes de QoS et les attributs leurs étant définis :

Classe de trafic conversationnel streaming interactive background

Débit maximum X X X X

Ordre de livraison X X X X

Taille maximale du SDU X X X X

Information sur format du SDU X X

Taux d’erreur de SDU X X X X

Taux d’erreur binaire résiduel X X X X

Livraison des SDU erronés X X X X

Délai de transfert X X

Débit garantit X X

Priorité de traitement du trafic X

Priorité d’allocation/maintien X X X X

Table II.1 - Relations entre les classes de service et les attributs [6]


Sebti Chouchene 26

5- Les paramètres Radio mesurables

5.1- Les mesures effectués par UE

Les composants de mesures fournissent un support pour les mesures intérieures

spécifiques du UE L3 RRC ainsi que le reportage des mesures pour UTRAN. Le composant RRC

utilise Cell RSCP et les mesures de EC/N0 pour les procédures de sélection et resélection des

cellules et aussi pour le contrôle de puissance à boucle ouverte. Il a besoin aussi de mesures du

BER pour le contrôle de puissance à boucle extérieur. Le UTRAN requis les mesures

périodiquement ou bien pour un événement de la gestion de handover, contrôle de « radio

bearer » ou bien UE positionnement. Ces mesures suivent les mesures de timing des cellules et

mettent à jour les relatives timing de la cellule utilisée par RRC au même temps que les mesures

changent. Le composant de mesure maintien les informations sur les cellules qui doivent être

mesurées, partage les mesures avec le composant de sélection / resélection de cellule et les

informations sont fournis à UE dans SIB11 (System Information Block), SIB12 et les messages

de contrôles sont utilisés pour spécifier les mesures qui doivent être effectuées [7].

5.2- Général

Les rapports et les mesures de contrôle sont utilisés par UTRAN pour contrôler les mesures

que doit effectuer l’UE. Le processus est très versatile et permet à plusieurs mesures avec

différents caractéristiques d’être reportées, modifiées et réalisées au même temps dans les états

de RRC, les mesures sont contrôler par SIB11, SIB12 et les messages de contrôle de mesures

reçus par RRC. Dans le mode idle, les informations de contrôle de mesures sont lues à partir

SIB11 dans FACH alors que SIB12 est utilisé dans les modes paging. Les messages de contrôle

de mesures sont utilisés dans tous les modes connectés. Chaque mesure a un unique identité,

type, objet, quantité de mesure, quantité reportés, validité, mode et des identités additionnelles.

Les types de mesures suivants sont supportés [7] :

• Les mesures intra-fréquences : mesures sur les canaux physiques en DL effectuées sur la

même fréquence de Active Set.

• Les mesures inter-fréquences : mesures sur les canaux physiques en DL effectuées sur des

fréquences différentes de celle de Active Set.

• Les mesures interRAT : mesures sur les canaux physiques en DL appartenant à un autre

réseau d’accès radio GSM par exemple.

• Les mesures de volume de trafic : sont effectuées sur le trafic en UL.

• Les mesures de qualité : mesures des paramètres de qualités en DL.


Sebti Chouchene 27

• Les mesures intérieures du UE

• Les mesures de positionnement de UE

• Les rapports de mesures RACH

L’objet de mesures peut être l’objet pour lequel les mesures sont prises. Ça peut être une

liste des cellules ou bien canaux de transport pour lesquelles on a pris les mesures. Les cellules

pour lesquelles les mesures sont prises, sont mémorisées localement dans RRC par la variable

CELL_INFO_LIST par collection du contenu des IEs ‘... cell info list’ reçus par tous les SIB11,

SIB12 et les messages des mesures de contrôle. Les cellules sont groupées suivant trois exclusifs

sets :

• Active set défini comme le set des cellules utilisées pour la connexion courante, ces

cellules sont impliquées dans le mécanisme de soft handover.

• Neighbour set (Monitored set) est défini comme le set des cellules pour lesquelles

l’UTRAN doit effectuer les mesures pour une situation particulière (comme

handover) et que leur valeur Ec/Io n’est pas suffisamment importante pour être

incluses dans la liste Active set.

• Le set détecté est défini par les cellules détectées par UE qui ne sont ni dans le set

active ni dans le set moniteur.

5.3- Les mesures de la couche physique

Ces mesures sont effectuées dans la couche physique puis reportées vers la couche

RRC de UE ou bien UTRAN [6].

5.3.1- CPICH RSCP

Cette mesure est utilisée pour l’évaluation du handover, contrôle de puissance à boucle

extérieure, contrôle de puissance à boucle ouverte en UL et pour le calcul du pathloss. Il est

défini comme le puissance du code de signal reçu RSCP (Received Signal Code Power). La

puissance reçue pour un code est mesurée sur le canal CPICH primaire de la cellule. La valeur de

la puissance est entre -115 dBm et -40 dBm.

5.3.2- UTRAN Carrier RSSI

Cette mesure est pour l’évaluation du handover inter fréquence. Il est défini comme la

puissance de la largeur de bande incluant le bruit thermique et le bruit généré par le récepteur. Le

rang pour UTRAN Carrier RSSI est entre -101 dBm et -25 dBm.


Sebti Chouchene 28

5.3.3- GSM Carrier RSSI

Cette mesure est pour le handover entre UTRAN et le GSM. Il est défini comme RSSI

(Received Signal Strength Indicator). C’est la puissance reçue de la bande étroite sans celui de la

largeur de bande du canal. Il est fourni par la porteuse BCCH du GSM.

5.3.4- CPICH_Ec/Io

Cette mesure est pour la procédure de sélection/resélection de cellule ou bien pour

l’évaluation du handover. L’énergie reçue par chip est divisée par la densité de puissance de la

bande.

CPICH_Ec/Io = CPICH_RSCP/UTRA carrier RSSI (Équation II.1)

Cette mesure est fournie par le canal CPICH primaire. Le rang du CPICH_Ec/Io est entre -24

dBm et -0 dBm.

5.3.5- BLER du canal de transport

Cette mesure est pour l’évaluation du BLER du canal de transport. L’estimation du BLER

est basée sur l’évaluation du CRC pour chaque bock de transport associé après RL combinaison.

Le BLER est préféré d’être combiné, après la période de mesure, comme le rapport entre le

nombre des blocs de transport reçus erronés et le nombre total des blocks.

5.3.6- UE transmitted power

Cette mesure est la puissance totale transmise par UE dans une porteuse. Le point de

référence pour la puissance transmise de UE est le connecteur de l’antenne.

Cette mesure varie au tour de 21 dBm.

5.3.7- Cell synchronisation information

Cette mesure est utilisée pour avoir l'intention sur les instants de handover pour identifier

la différence de temps entre la cellule active et les cellules voisines. Il est classé suivant plusieurs

unités de chips à trame. Le RRC rapporte Tm, OFF et COUNT-C-SFN de la trame au réseau.

- Tm est défini comme la différence entre DL DPCH dans la cellule serveuse et le début du SFN

(System Frame Number) des PCCPCHs des cellules voisines. Il est donné par unité de chip entre

0 et 38 399 chips.

- OFF est défini comme SFN dans la cellule voisine moins le CFN (Connection Frame Number)

lu à partir de DL DPCH dans la cellule serveuse. Il donne la différence en nombre de trames. Il


Sebti Chouchene 29

est entre 0 et 255 trames.

- COUNT-C-SFN est défini comme les 4 bits les plus significatives de la différence entre les 12

bits de faible signification de RLC et celle du SFN de la cellule mesuré.

5.3.8- Observed Time Difference to GSM Cell

Cette mesure est utilisée pour déterminer la différence de temps entre GSM et UTRAN. Il

est défini comme la différence de temps entre le début de la trame P-CCPCH avec SFN=0 pour la

cellule i et le temps de début de la multitrame BCCH du GSM pour la fréquence j.

5.3.9- Pathloss

Cette mesure est utilisée pour fournir le RSCP en respectant la puissance du PCPICH Tx.

Il est calculé comme suite :

Pathloss= la puissance du PCPICH Tx – CPICH_RSCP (Équation II.2)

Il est entre 46 dB et 158 dB.

5.4- Les paramètres significatifs

Dans le réseau UMTS, trois éléments liés aux particularités de la WCDMA peuvent avoir un

impact sur la qualité de service. Il s’agit des problèmes de brouillage du canal pilote (pilot

channel pollution), de la mauvaise configuration de la fenêtre de recherche (search window

configuration) ou de la couverture fluctuante en fonction de la charge des cellules [8].

Pour les paramètres Radio, d’après nos études, essentiellement, les paramètres qui donnent

une indication sur le niveau de la qualité radio dans la cellule de service. Ces paramètres sont :

• le rapport signal à bruit (Ec/Io)

��

��

��

�

��

�

�

��

�

�� (Équation II.3)

Avec

�� : Le EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) du Node B serveur dans la

��0 par rapport au mobile concerné.

�� : Déviation de la EIRP overhead alloué par la puissance du canal pilote.

�� 0 au mobile concerné.

� : Le gain de l'antenne de récepteur du mobile.

�� : La puissance reçue par le mobile à partir de la puissance émise par le Node B


Sebti Chouchene 30

�� : La puissance reçue par le mobile par d'autre sources d'interférences d'origines non

CDMA.

�� : C'est la somme des puissances reçues par les autres Node B.

� : La puissance totale du canal de trafic reçue par le mobile.

� : C'est la puissance totale des autres Node B.

� : Puissance de bruit thermique.

• le rapport (Eb/No) qui représente la qualité du lien radio

��!!!

��!! ��

�

��

��

��

��

��

�� (Équation II.4)

Avec

!� : Le EIRP du canal de trafic. La transmission est omnidirectionnelle.

��! �� 0 au mobile concerné loin d'une

distance d0.

�� : Le gain de l'antenne du Node B reçu par le mobile dans la direction �0.

�� ! : C'est la somme de l'interférence provoqué par les autres mobiles servis par le Node

B.

� ! : C'est la somme de l'interférence provoqué par les autres mobiles servis par les autres

Node B.

�� ! : C'est la somme d'interférence reçue par le mobile par d'autres sources d'origine non

CDMA.

� : Le bruit thermique.

• FER (Frame Error Rate).

• PN (Pseudo Noise).

Mais les valeurs seuils des paramètres Eb/No et FER varient selon le type de service et le

nombre d’utilisateurs servis dans la cellule courante.

En effet, le mobile doit atteindre un valeur cible de Eb/No pour qu’il puisse pouvoir accéder

au réseau. Pour atteindre cette valeur cible, le mobile doit émettre avec une certaine valeur de

puissance spécifiée par le processus de contrôle de puissance.


Sebti Chouchene 31

Pour chaque service, le réseau spécifie une valeur cible de Eb/No pour avoir une bonne qualité de

service.

• Pour le service voix (12,2 kbit/s) : Eb/No cible = 5 dB, FER = 3 %

• Pour le service de classes interactives (64 kbit/s) : Eb/No cible = 3 dB, FER=1%

• Pour le service de classe conversationnel (144 kbit/s) : Eb/No cible= 1,5 dB, FER=2%

Pour la mesure des séquences PN, des scanneurs PN permettent de mesurer toutes les

séquences PN en mesurant les signaux souhaités et les brouilleurs même s’ils sont cocanal. Ces

mesures permettent d’identifier les problèmes d’interférence et de couverture [8].

Au cours de la réalisation des mesures, la présence de plus de trois signaux de canaux pilotes

de puissance importante permet de mettre en évidence le problème de pollution de pilote. En

effet le récepteur en râteau du mobile ne peut démoduler que trois composantes multitrajets du

même pilote en maintenant un appel dans des conditions de faible niveau de signal. Donc la

présence d’un quatrième pilote provoque un important taux de rejet de Node B de l’ensemble

Active Set et des niveaux de Eb/No très mauvais. La conséquence est un taux d’erreurs trame

élevé ainsi qu’un taux de coupure d’appels important [8].

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons analysé la notion de qualité de service et les caractéristiques

de ce concept. Nous avons également analysé les attributs de la QoS. Dans la dernière partie nous

avons identifié les paramètres radio mesurables du réseau UMTS comme ils ont été normalisés

par le 3GPP qui vont par la suite servir pour l’évaluation de performances de ce réseau.

Dans le troisième chapitre nous allons expliquer les deux méthodes d’évaluation de

performances et mettre l’accent sur le rôle des KPI dans les différentes fonctionnalités du réseau.

Projet de Fin d’Etude Chapitre 3 : Evaluation de performances du réseau UMTS

Sebti Chouchene 32

Chapitre III : Evaluation de

performances du réseau UMTS

Introduction

Les réseaux 3G doivent être capable de fonctionner avec une grande variété d’application.

Les applications conversationnelles doivent supporter les sujets de voix et la vidéo conférence.

Les applications streaming vont demander des exigences audio et vidéo. Pour les jeux et le

commerce électronique, les applications interactives doivent être déployés. En plus les

applications background sont appelées à supporter le e-mail et le FTP. Toutes ces applications

appartenant à des classes de qualité différentes, demandent des priorités différentes et des

niveaux de qualité que doit manipuler l’opérateur.

Afin d’évaluer la qualité de ces nouveaux services, les opérateurs peuvent employer

différents types de métriques d’évaluation de la qualité.

Dans ce chapitre nous allons voir les différentes d’évaluation et de supervision des performances

du réseau UMTS.

1- Méthodologie de suivi de la QoS durant le cycle de vie d’un réseau

Les critères d'évaluation de la QoS offerte par le réseau UMTS évoluent avec la

construction du réseau et l'augmentation de trafic [10].

- Phase 1 : Trafic faible, principalement de Drive Tests et peu de clients (rapporter à l'attention

des clients).

- Phase 2 : Trafic en croissance après lancement commercial.

- Phase 3 : Trafic important (assez important pour avoir des statistiques pertinentes).

Dans la phase 1, l'intérêt est la disponibilité de la couverture radio le long de Drive Test,

aussi bien que la disponibilité et la continuité du service dans les régions couvertes.

Dans la phase 2, la QoS est encore évalué avec Drive Tests et le test End-user sur le

réseau qui a la même configuration que les utilisateurs commerciaux. En plus, les statistiques de

QoS de RNO (Radio Network Optimiser) sont introduites dans un tableau global puis analysées

pour comprendre les problèmes de QoS. Le moment critique pour introduire des statistiques

RNO dépend du montant d'événements par cellule pour l'analyse cellulaire et par RNC pour


Sebti Chouchene 33

l'analyse RNC. Comme une règle de pouce, les statistiques deviennent pertinentes quand il y a au

moins 20 événements.

Dans la phase 3, le QoS est principalement évalué à travers les statistiques du RNO. Drive

Tests et le test End-user sont effectuées seulement dans les régions visées, selon l'analyse du

RNO ou sur plaintes de clients.

2- Les techniques d’évaluation de la QoS

Pour la mise à jour de l’état de fonctionnement du réseau, plusieurs outils d’analyses de la

QoS, sont mis en place. La comparaison des indicateurs obtenus par ces techniques et les

paramètres de seuil, permet l’identification des origines des problèmes. Ces techniques se basent

sur des analyses de l’interface radio (Drive Test) et sur des analyses systèmes (compteurs OMC-

R).

2.1- Drive test

Plusieurs logiciels permettent d’évaluer les performances et d’offrir une interface

d’analyse de données touchant le réseau UMTS, nous avons eu l’occasion de manipuler le TEMS

Investigation WCDMA d’Ericsson qui fonctionne en deux modes soit en utilisant une chaîne de

mesure Drive Test soit en analysant les performances à partir d’un fichier .log déjà existant.

La méthode de mesure du drive test consiste à la caractérisation précise des canaux radio.

Cette technique d’analyse permet la récupération d’une trace des mesures faites par le mobile à

différents instants.

2.1.1- Chaîne de mesure

La méthode du drive test consiste à embarquer sur une voiture les équipements suivants :

- Un UE : un mobile de test avec double capacité GSM/UMTS équipé d’un logiciel spécial. Il est

appelé généralement mobile à trace.

- Un système de localisation GPS (Global Positionner System) : utilisé pour la localisation exacte

de la position où on désire faire l’étude de l’environnement radio.

- Un PC portable : permet d’automatiser l’acquisition et le stockage des données. Le PC doit être

équipé d’une carte interface RS 232 pour assurer le lien entre la sortie série du UE et le port série

du PC.

- Un onduleur d’alimentation permettant d’alimenter les différents appareils de mesure.


Sebti Chouchene 34

Figure III.1 - Equipement d’une chaîne de mesure

Tout le long du trajet, la MS effectue des mesures instantanées. Les données sont

présentées en temps réel et seront stockées dans des fichiers.

2.1.2- Paramètres Drive Test

Le drive test nous offre une série de mesures en mode circuit ou paquet, dont les

principales sont :

• Longitude, latitude (X, Y) : le système de localisation GPS nous donne les coordonnés de

chaque point de mesure.

• UARFCN : UMTS Radio Absolute Frequency Channel Number.

• SC : Scrambling code number.

• LAC : Location Area Code.

• CI : Identité de la cellule.

• RA : Routing Area Code.

• URA : UTRAN Registration Area.

• Time Offset : le time offset du signal P-SCH en symboles.

• CPICH_power : la puissance en dBm sur le canal de contrôle P-CPICH.

• MAX_TX_power : la puissance maximale transmise pour la cellule.

• CPICH_RSCP.

• Ec/Io.

• SIR : Rapport signal sur interférence.

• BLER % : Taux d’erreur des blocs.

• UTRA carrier RSSI.


Sebti Chouchene 35

• SHO State.

• SHO Event Success Rate.

Le drive test nous permet aussi de faire la mesure de certains indicateurs spécifiques au mode

paquet et dont les principaux sont récapitulés dans les tableaux III.1, III.2, III.3 et III.4 :

• Indicateurs d'accès au réseau UMTS

Description Calcul Taux d'indisponibilité de la couverture UMTS

Nombre de points de mesures où le service est indisponible / nombre de points de mesures

Taux d'échec d’établissement de la connexion UMTS

Nombre d’échec de tentatives d’activation de PDP Context / Nombre de tentatives d’activation du PDP Context

Durée moyenne de l’établissement de la connexion UMTS

La durée de l’établissement de la connexion UMTS est la mesure de l’intervalle de temps entre le clic de composer après le lancement de la connexion modem et l’affichage de connexion établie

Durée moyenne de déconnexion

La durée de déconnexion UMTS est la mesure de l’intervalle de temps entre le clic sur le bouton déconnecter et la disparition de la boîte de dialogue de la connexion du modem UMTS.

Table III.1 - Indicateurs d'accès au réseau UMTS

• Indicateurs du service WEB

Description Calcul Taux d'échec du service Web

Nombre de séries où une page au moins n’a pas été chargée correctement / Nombre de séries effectuées avec Connexion Modem UMTS réalisée (coupures exclues)

Durée moyenne de chargement d’une page

La durée de chargement d’une page est la mesure de l’intervalle de temps entre la validation de l’URL dans l’explorateur internet et de l’affichage du message « terminé » en bas à gauche, la page étant correctement et intégralement chargée.

Taux de coupure de la connexion durant le service Web

Nombre de coupures de la connexion modem UMTS / Nombre de connexions modem UMTS réalisées

Débit apparent du service Web

Somme des tailles des pages chargées / Somme des durées de chargement.

Table III.2 - Indicateurs du service WEB

• Indicateurs du service FTP

Description Calcul Taux d'échec à la connexion au service FTP

Nombre d’échec d’accès à la commande permettant de déclencher le transfert FTP du fichier / Nombre de tentatives

Taux d'échec du service FTP

Nombre d’échec de transfert FTP du fichier / Nombre de tentatives


Sebti Chouchene 36

Durée moyenne de transfert de fichier

Temps de transfert du fichier FTP téléchargé (indiqué par l’utilitaire FTP)

Taux de coupure de la connexion UMTS durant le service FTP

Nombre de déconnexion du modem UMTS / Nombre de connexions réussies du modem UMTS

Débit apparent sens montant du service FTP

Valeur du taux de transfert Uplink fourni par l’utilitaire FTP, sinon Taille du fichier transféré / Temps de transfert

Débit apparent sens descendant du service FTP

Valeur du taux de transfert fourni Downlink par l’utilitaire FTP, sinon Taille du fichier transféré /Temps de transfert.

Table III.3 - Indicateurs du service FTP

• Indicateurs du service WAP Description Calcul Taux d'échec à la connexion au portail Wap

Nombre d’échec de chargement de la 1ère page du Portail Wap / Nombre de tentatives de chargement

Durée moyenne de la connexion au portail Wap

Temps entre la demande de chargement de la 1ère page du Portail à partir du mobile et l’affichage complet de cette page

Taux d'échec de chargement de pages Wap

Nombre de séries où une page au moins n’a pas été chargée correctement / Nombre de séries effectuées avec la 1ère page du Portail Wap chargée

Durée moyenne de chargement de pages Wap

Moyenne des chargements de pages Wap

Taux de coupure du service Wap

Nombre de désactivation du PDP Context / Nombre de chargements de la page d’accueil du Portail Wap réalisés.

Table III.4 - Indicateurs du service WAP

2.2- Compteurs OMC-R

L’une des principales fonctions de l’OMC-R est la gestion de performance. Les mesures

de performance sont basées sur la collection des compteurs calculés par les entités du réseau à

travers l’interface ltf-R reliant l’OMC-R et le RNC et l’interface ltf-B entre OMC-R et Node B.

Ces mesures sont fondamentalement utilisées pour quatre types de besoin :

• l’optimisation et la planification efficace du réseau

• les statistiques

• l’investigation détailler d’un problème passé

• l’analyse temps réel

Les mesures des compteurs au niveau de l’OMC (remontés par les Nodes B à l’OMC-R)

sont faites sur un intervalle de temps précis et sont liées à un évènement survenu dans le réseau.

Elles servent aux calculs des indicateurs clés de performance KPI (Key Performance Indicators)


Sebti Chouchene 37

du réseau par combinaison de ces compteurs selon des formules bien déterminées. L’analyse de

ces indicateurs est très essentielle pour la supervision de la qualité de service.

RNO (Radio Network Optimiser) est la partie de l’OMC-R permettant à l’opérateur de

surveiller la QoS et détecter les problèmes du réseau. Il fournit un rapport de QoS pour permettre

son analyse, permet aussi de visualiser le réseau pour analyser la configuration radio du réseau,

enfin il offre des tuning sessions pour manipuler les paramètres radio. A partir des compteurs

OMC-R, RNO permet de visualiser les KPI du réseau [11].

3- KPI (Key Performance Indicators)

À toute phase du cycle de vie du réseau, l'analyse QoS suie un processus de drill-down.

Au sommet, il y a un nombre réduit de critères de QoS qui résument l'accomplissement de la

QoS à l’utilisateur final. Ce sont ces critères qui sont appelés Key Performance Indicators (KPI)

[10].

Les KPI évaluent fondamentalement la performance d’un service suivant : le volume du

trafic dans le réseau, l'accessibilité au réseau, le maintien de l'appel, la qualité du service End-

user, le trafic réseau, le comportement du Soft et Hard Handover.

Dans RNO ces KPI sont compilés soit par RNC ou par zone cellulaire. Au moyen de Drive Tests,

ces indicateurs sont compilés sur campagnes d'appels répétitifs, sur la région de service.

3.1- Volume de trafic

Indicateurs Description Source

RRC connection

request

Volume de demandes de connexion RRC, y compris tous

les accès au réseau (RAB, SMS, NAS, etc.)

RNO, DT

Call setup request for

voice, visio and PS

Volume de demandes d'établissement RAB (pour chaque

RAB CS et PS et pour chaque débit de données UL et

DL), ça reflète le trafic utilisateur sur l'air et sur UTRAN.

RNO, DT

Table III.5 - Indicateurs du volume de trafic

3.2- Accessibilité au réseau


PRACH success rate

Le taux de succès de réception des blocks PRACH au

niveau du Node B.

RNO, DT

PRACH received

Le nombre total de blocks PRACH reçus au niveau du

Node B.

RNO, DT


Sebti Chouchene 38

RRC connection

success rate

Le taux de succès d’établissement de connexions RRC. RNO, DT

Call setup success

rate for voice, visio

and PS services

Le taux de succès d’établissement de RAB (pour chaque

RAB CS et PS et pour chaque débit de données UL et

DL).

RNO, DT

Table III.6 - Indicateurs de l’accès au réseau

3.3- Maintien de l'appel


Radio Call Drop Rate for

voice, visio and PS services

Le taux de coupure d’appels sur l’interface radio. RNO, DT

System Call Drop Rate

for CS and PS services

Le taux total de coupure d’appels détectées par

UTRAN (incluant radio call drop).

RNO, DT

Table III.7 - Indicateurs du maintien de l’appel

3.4- Qualité de service de l’utilisateur final


FTP throughput for PS

services

Le throughput de l’utilisateur final sur les applications

FTP mesurées lors du test des appels.

DT

Call congestion rate for

voice, visio and PS services

Procédures d’établissement d’appels, qui sont

échouées à cause de la congestion.

RNO

PS RAB Set-up with lower

data rate

Procédures d’établissement de RAB service paquet

où un faible débit binaire a été assigné à cause de la

congestion.

RNO, DT

Table III.8 - Indicateurs de la QoS de l’utilisateur final

3.5- Gestion des ressources


PS RAB submitted to

Traffic management

L’état de la transition Cell-DCH à Cell-FACH et vice versa

pour PS RAB. Reflète l’optimisation de l’utilisation des

ressources radio en fonctions du débit.

RNO

Downlink ATM traffic

on Iub interface

Le trafic ATM sur Iub en DL en in kbps. Trafic mesuré en

heure de pointe et comparé avec la capacité de Iub.

RNO

Paging traffic on Iub

interface

Le nombre total de messages de paging envoyés sur Iub. RNO

Table III.9 - Indicateurs de la gestion des ressources


Sebti Chouchene 39

3.6- Comportement du Soft Handover


Users with 1, 2, 3 or 4 radio

links

La distribution de Active Set dans le réseau. RNO

Soft and Softer HO rates Le rapport d’utilisateurs en Soft et Softer

Handover.

RNO

Branch addition success rate Taux du succès d'addition des branches SHO. RNO

Table III.10 - Indicateurs Soft Handover

3.7- Comportement du Handover


Compressed Mode Le nombre d’activation et de désactivation de CM. RNO

Inter-RAT HO success

Rate

Taux de succès de HO 3G à 2G pour le service de

la voix.

RNO

Emergency HO success rate Taux de succès de HO d’urgence 3G à 2G pour le

service de la voix.

RNO

Table III.11 - Indicateurs Handover

Les KPI sont extraits pour le réseau entier comme un tableau en premier lieu. Puis, le Processus

de Drill-Down consiste à mieux détailler KPI, détecter la mauvaise cellule, heure de pointe et

correspondant les problèmes de QoS avec la situation du réseau [11].

Ce processus consiste donc à détecter un comportement erratique au niveau du réseau en premier

lieu, puis s'approfondir dans une analyse plus détaillée par

• déterminer les cellules avec le comportement le plus mauvais

• traquer l'évolution de toutes les heures des cellules les plus mauvaises

Donc il peut être trouvé, si le mauvais comportement du réseau résulte de quelques mauvaises

cellules ou s'il s'est étendu plus uniformément sur les cellules du réseau.

De la même façon nous pouvons donc déterminer l'heure la plus mauvaise, c’est à dire l'heure où

la cellule se comporte plus mauvais.

Une autre découverte peut être réaliser si le comportement observé se produit périodiquement ou

à un l'événement singulier.


Sebti Chouchene 40

Si un des KPI dépassent les seuils fixés par l’opérateur, le superviseur du réseau remarque qu’un

problème est parvenu au niveau de la fonctionnalité qu’assure cet indicateur. Généralement, la

cause de ce problème peut être un problème de couverture, interférence, insuffisance de capacité,

mauvais paramétrage du réseau…

Par exemple si le taux de coupure de l’appel est supérieur à 2% alors on a un problème de

maintien d’appel qui peut être causé par la mauvaise couverture, l’interférence, problème lors du

handover (dans ce cas on consultera les taux de succès de handover) ou un mauvais paramétrage

du réseau. Aussi si le taux de succès de l’établissement d’un service est inférieur à 95%, dans ce

cas on a un problème d’accès au réseau causé par la capacité, l’interférence ou un problème de

paramétrage du réseau.

Le tableau suivant illustre les seuils de quelques KPI :

Indicateurs Seuils Taux de perte des sessions < 5% Taux de retransmission des sessions < 5% Taux d’établissement des sessions > 95% Taux de coupures sessions RNC 2% Taux des sessions réussis > 95% Taux de coupures sessions radio 2% Taux de coupures d’appels (call drop) 2%

Taux d’établissement d’appels (call setup) >95%

Taux d’appels réussis (call success) >95%

Taux d’échec de handover 2%

Table III.12 - Seuils KPI

4- Processus d’analyse et d'optimisation

Après l’obtention des différents indicateurs, la phase d’analyse combinée de ceux-ci

commence et le processus de détection des anomalies se déclenche. Cette étape consiste à faire

une synthèse des différentes sources d’informations et transmettre cette synthèse au bon

intervenant pour d'éventuelles actions : maintenance, ingénierie et optimisation. Dans la figure

III.2, nous représentons les différentes étapes de ce processus.


Sebti Chouchene 41

Figure III.2 - Organigramme du processus d’analyse et d’optimisation

Dans la phase d’analyse de la performance du réseau et de la détection des anomalies, il y

a une comparaison entre les indicateurs obtenus et les paramètres seuils (fixés par l’opérateur)

qui présentent les seuils d’une qualité de service acceptable.

Il est à noter que la mesure des KPI à des intervalles réguliers, est une méthode d’assurer que la

fonction d’optimisation progresse et que la maintenance n’affecte pas négativement la

performance perçue par l’utilisateur. Le Drive Test autorise aussi l'opérateur de mesurer la

performance sur les réseaux compétiteurs qui lui permet d'être prioritaire en dirigeant ces efforts

d'optimisation.

Récupération des compteurs OMC

Traitement

Indicateurs

Actions : maintenance, densification, ajustement des

paramètres…

Caractérisation et localisation du problème

Analyse des indicateurs

Plaintes des abonnés

Mesure Drive test

Détection des anomalies

Savoir faire

Analyse


Sebti Chouchene 42

5- Analyses des paramètres Radio pour le réseau UMTS

Inversement au réseau GSM, du fait du phénomène de respiration de cellules [8], les

mesures dans le réseau UMTS doivent être effectuées à l’heure de pointe, quand le réseau est

chargé en trafic. Quand les mesures sont effectuées en période de très faible trafic, les résultats

sont différents de ceux obtenus avec des mesures réalisées pendant les périodes chargés [8].

Les données à mesurer dans un réseau UMTS pour l ‘analyse de QoS proviennent de deux

sources : les commutateurs mesurées par secteur et les données radio mesurées sur l’interface

radio. Le problème dans l’UMTS est dans la procédure d’explication des problèmes aperçus dans

les commutateurs en analysant celles des cellules. Dans le réseau UMTS, le lien montant et le

lien descendant utilisent des types de codage et de modulation différents. La conséquence est que

les performances des deux liens sont souvent décorellés. De plus, des facteurs tels que la

puissance du Node B, le nombre d’usagers actifs dans le système ont un grand effet sur un lien

particulier qui peut être soit le lien montant soit le lien descendant. D‘autre part, il faut noter que

les facteurs comme la puissance d’émission du Node B et le nombre d’usagers actifs influencent

sur le lien à un moment donné [8].

Donc pour pouvoir bien analyser la qualité dans le réseau UMTS, on doit réaliser des

mesures sur les deux liens. Au niveau du lien montant, ceci nécessite le recours à des

équipements de mesures spécifiques qui sont directement connectés à l’infrastructure du réseau

et qui permettent de récolter des données concernant un appel particulier : Eb/No, gain du canal

de trafic descendant, messages…Ces données ne sont pas accessibles à partir d’une chaîne de

mesures [8].

On peut segmenter les problèmes de performance d’un réseau CDMA en quatre causes :

mauvaise couverture en lien montant, mauvaise couverture en lien descendant, un taux

d’interférence élève en lien montent et un taux d’interférence élève en lien descendant. Mais

c’est important de réorganiser ça dans le pratique. En effet, les problèmes observés en pratique

sont dus généralement à une combinaison de ces causes. Par exemple, une combinaison de

mauvaise couverture et une interférence élèvée dans le lien montant est un problème typique qui

s’appelle « no dominant server ». Ce problème est caractérisé par la présence de plusieurs canaux

de pilotes dans la surface effectuée par le problème. Alors aucun de ces pilotes a une valeur de

Ec/Io adéquat pour être le serveur dominant. Puisque plusieurs pilotes sont présentés le résultat

est un niveau d’interférence élevé. La solution pour ce problème est

• soit augmenter le EIRP pour un Node B pour être dominant,

• ou bien d’ajouter un autre Node B,


Sebti Chouchene 43

• Ou bien ajuster la taille de fenêtre de recherche. En effet, ces pilotes qui ne sont pas

capturés dans la fenêtre de recherche de mobile, ne peuvent pas être déversés et devient

interférence pour le mobile.

5.1- Étapes de détection de problèmes

5.1.1- Détections des problèmes sur le lien descendant

La détection des problèmes sur le lien descendant se fait généralement en analysant le

taux de coupure d’appels « dropped calls », FER et la puissance reçue par le mobile.

On va analyser les causes des problèmes de couverture et d’interférence sur le lien

descendant.

En effet, une zone sans couverture se manifeste généralement par un taux élève de

« dropped calls » et une valeur élevé de FER. Une mauvaise couverture provoque une valeur

faible de Eb/No reçu sur le lien descendant.

Par définition, une mauvaise couverture sur le lien descendant est due soit au « path loss »

exagéré soit au valeur faible de l’EIRP du canal trafic.

En résume, les symptômes d’une mauvaise couverture sur le lien descendant sont une

valeur de FER élève et une faible puissance reçue par le mobile.

D’autre part, une valeur élevée du FER peut être due à un niveau d’interférence élevé. En effet

un niveau élevé d’interférence provoque une valeur faible de Eb/No reçue sur le lien descendant.

Donc, un niveau d’interférence élevé peut être traduire par une valeur élevée du FER et une

puissance élevée reçue par le mobile [9].


Sebti Chouchene 44

Figure III.3 - Organigramme de détection de problèmes sur le lien descendant

5.1.2- Détections des problèmes sur le lien montant

Comme sur le lien descendant, la détection des problèmes se fait de la même manière.

C’est à dire par le taux élevé de coupure d’appels ou bien une valeur élevée de FER.

De plus, une mauvaise couverture sur le lien montant provoque une valeur de Eb/No reçue faible

sur le lien montant. Donc une mauvaise couverture est caractérisée par une valeur élevée de FER

Début

Problème d’interférence

Oui

Non

Problème de couverture

Oui

Oui

Non

Oui

Ajuster les paramètres radio

Non

FER élevé ?

Puissance reçue faible ?

Fin

Ec/Io faible ?

Eb/No faible ?


Sebti Chouchene 45

et une puissance élevée transmise par le mobile. En effet, à cause du control de puissance sur le

lien montant, le mobile essaye de refermer le lien montant. Pour cela il augmente sa puissance de

transmission.

D’autre part un taux d’interférence élevé se caractérise par une valeur de FER élevé ou/et une

puissance élevé reçue à partir du Node B parce que la puissance reçue à partir du Node B est une

mesure de toute les puissances reçues dans la bande [9].

Figure III.4 - Organigramme de détections des problèmes sur le lien montant

Début

Problème d’interférence

Fin

Problème de couverture

Oui

Non

Oui

Ajuster les paramètres radio

Non FER élevé ?

Puissance transmise du

mobile élevée ?

Puissance reçue par la station

élevée ?

Non


Sebti Chouchene 46

5.2- Solutions

La résolution de ces problèmes reste spécifique au site concerné. Plusieurs solutions sont

envisageables :

- Problèmes de couverture

• Augmenter le EIRP ce qui signifie que le Node B transmet avec une puissance élevé

dans les canaux de trafic. Mais cette solution porte avec elle, typiquement, des

implications de la capacité. En effet, La conséquence de cette solution est

l’augmentation de l’interférence dans la cellule serveuse et les cellules voisines.

• Ajouter un autre Node B.

- Problèmes d’interférences : il y a quatre sources d’interférences et pour chaque source nous

allons donné une solution.

• Première source est la puissance de transmission du Node B. Pour diminuer ce

terme, on peut limiter le nombre des canaux de trafic dans cette cellule.

• La seconde source est la puissance de transmission des autres stations de bases.

Cette interférence est équivalente au terme Io dans l’équation de la formule du

CPICH_Ec/Io. ce type d’interférence est connu sous le nom de « pilot pollution ».

pour diminuer cette interférence, on peut diminuer la puissance d’émission des

autres stations.

• La troisième source est équivalente à It. C’est la somme des puissances transmises

par les autres stations pour des autres mobiles. Une solution pour cette interférence

est d’examiner l’orientation des antennes des cellules voisines. Par réorientation des

antennes des cellules voisines, on peut diminuer l’interférence dans la cellule

serveuse.

• La quatrième source d’interférence est les interférences d’autres origines (c’est à

dire non CDMA). Cette interférence est équivalente au terme In. Une source de

cette interférence par exemple est jammers.

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons expliqué les méthodes d’évaluation de performances et les

principaux indicateurs de qualité de service que permet d’assurer chaque méthode.

Ensuite, nous avons énuméré les divers KPI qui peuvent être affectés à un tel réseau. La

dernière partie, a été réservée à la détection des problèmes de couverture et d’interférence sur les

deux liens et les solutions d’optimisation.


Sebti Chouchene 47

L'implémentation informatique de ces algorithmes ainsi que les différentes étapes de

conception de notre outil d'analyse et d'optimisation seront présentées dans le chapitre suivant.

Projet de Fin d’Etude Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil

Sebti Chouchene 48

Chapitre IV : Conception et

présentation de l’outil

Introduction

Dans ce chapitre, nous allons présenter notre outil d’évaluation de performance du réseau

UMTS. Dans une première partie, nous allons commencer par la description de sa méthodologie

et les raisons de choix d’environnement de programmation. Dans une seconde partie, nous

présenterons le fonctionnement de notre outil avec une description de ces différentes procédures.

Enfin nous allons de valider les résultats fournis par notre application avec une étude de cas.

1- Méthodologie de l’outil

Le logiciel que nous allons concevoir sera l'outil qu'utilisera l'ingénieur pour analyser les

données recueillies dans le réseau UMTS. Ces données sont généralement stockées dans des

bases de données et des fichiers textes. Ainsi le logiciel qu'on se proposera de concevoir devra

exécuter les étapes suivantes :

• l'utilisateur présente ses paramètres d'accès pour s'authentifier.

• le logiciel récupère les données de l'utilisateur et consulte la base de données des

utilisateurs pour vérifier s'il y figure.

- s'il y figure, et selon le profil qui le décrit dans la base de données des utilisateurs,

une interface spéciale lui apparaîtra.

- s'il n'y figure pas, un message d'erreur devra apparaître.

• l'utilisateur indique le service et les paramètres à traiter et déclenche une procédure de

saisie des données.

• une fois la saisie des données terminée, la procédure d’évaluation de performances devra

prendre place en se basant sur les compteurs OMC-R et les fichiers fournis par la

procédure de Drive Test, en parallèle de laquelle se fera la détection des divers

problèmes et la génération des statistiques.

À la fin, l'utilisateur sera capable par les statistiques fournies par l’application d’évaluer la QoS

garantie par le réseau et détecter les éventuelles anomalies.

Afin de comprendre le processus d’exécution de notre application, nous avons essayé de

représenter le schéma synoptique suivant :


Sebti Chouchene 49

Figure IV.1 - Schéma synoptique de l’application

2- Choix de l'environnement de développement

Le choix des bons outils de travail est une tâche critique sur laquelle repose le bon

déroulement de l'étape de conception. Pour la réalisation de ce projet plusieurs alternatives se

sont proposées.

Pour ce qui est de la plate forme de programmation nous avons eu le choix entre JAVA et

Visual Basic.

Cette sélection est justifiée par le fait que ces deux langages :

• Utilisent le concept orienté objet et s'apprêtent parfaitement à notre cas.

• Permettent la création d'interfaces graphiques sophistiqués (menus déroulants, boutons,

cases à cocher,...) essentiels pour la conception de l'interface graphique de notre

application.

• Incluent le concept du modèle évènementiel. En effet ils sont capables de réagir à des

évènements et permettent de faire de la programmation évènementielle.

Outre sa robustesse et sa performance, JAVA présente le grand avantage d'être portable sur

plusieurs plate-formes (Windows, Linux,...). Son grand inconvénient reste sa lenteur durant la

compilation. De plus nous avons pu remarquer qu'il prend beaucoup de temps lors de la lecture

des fichiers.

Mesures Drive Test

Compteurs OMC-R Indicateurs KPI

Evaluation des performances

Bases de données

Détection des anomalies

Optimisation et proposition des solutions

Traitements

Déduction

Algorithme d’optimisation

Calcul


Sebti Chouchene 50

Visual Basic est nettement moins difficile, et permet une plus rapide et plus facile définition

des classes de travail. Du point de vue temps, les délais d'exécution qu'il offre sont acceptables.

Reste l'inconvénient qu'il n'est pas portable et doit être utilisé sur une plate-forme Windows.

Après cette étude comparative nous avons opté pour Visual Basic 6 comme plate-forme de

programmation.

2.1- Présentation de langage de programmation Visual Basic

Visual Basic est un outil développé par Microsoft dans le but de développer facilement des

applications fonctionnant sous Microsoft Windows.

Il permet de créer à l'aide de la souris des éléments graphiques (boutons, images, champs de

texte, menus déroulants...) sans avoir à programmer l'interface graphique. L'intérêt de ce langage

est de pouvoir associer aux éléments de l'interface graphique des portions de code associés à des

événements (clic de souris, appui sur une touche,...). Pour cela, Visual Basic utilise un langage de

programmation dérivé du BASIC (Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code).

Le point fort de Visual Basic est la possibilité d'utiliser des composantes (objets) déjà

construites par d'autres programmeurs. Le programmeur devient un assembleur de modules

fonctionnels et débogués, le laissant libre de se concentrer rapidement sur le résultat plutôt que

sur les moyens pour y arriver.

D’autre part, Visual Basic rendre la programmation plus simple et plus amusante en utilisant

ces contrôles. Les contrôles sont des objets réutilisables comprenant des éléments visuels et du

code. Dans Visual Basic, il est permis de créer rapidement des feuilles et des boites de dialogue.

Aussi, Visual Basic comprend des contrôles intégrés qu'il affiche dans la boite à outils de

contrôles au démarrage et qui offrent des grandes possibilités en terme d'interface graphique,

ainsi que des contrôles ActiveX qu'on peut ajouter à la boite des outils qui permettent d'avoir

accès à des fonctions avancées :

• Accès à des bases de données.

• Accès à des fonctionnalités réseaux.

• Accès à des fonctions d'entrée-sortie,...

2.2- Base de données Microsoft Access

Une base de données est un ensemble structuré de données enregistrées sur des supports

accessibles par l’ordinateur, représentant des informations du monde réel et pouvant être

interrogées et mises à jour simultanément et de façon sélective.


Sebti Chouchene 51

Microsoft Access est un système de gestion de base de données. A l’aide de ce logiciel on peut

gérer nos informations.

Dans le cadre de notre projet, nous avons choisi Microsoft Access pour stocker et gérer

des données contenues dans des fichiers indicateurs et paramètres provenant de la base de

données OMC-R (fichiers de type Excel) ou du drive test. Dans cette base on distingue toutes les

tables et les requêtes nécessaires pour l’exécution de l’application.

3- Conception

La conception représente une phase sensible et primordiale dans le cycle de

développement d'une application. Dans le cas des modèles objets, la conception joue un rôle plus

important dans la mesure où elle vise à réutiliser des composants générés.

Dans notre application la conception est assurer par le model conceptuel : Entité

Application qui est simple à comprendre et interpréter, comme l’indique la figure IV.2. Ce model

conceptuel a été effectue à l’aide du logiciel de conception WinDev.

Figure IV.2 - Modèle conceptuel de la base de données

Avec le modèle conceptuel, nous avons défini le diagramme de cas utilisation comme le

montre la figure IV.3. Ce diagramme présente les fonctionnalités des futurs systèmes selon un

formalisme sur la notion d’acteur, la notion de cas utilisation et la notion des relations.


Sebti Chouchene 52

Figure IV.3 - Diagramme uses case de l’application

4- Fonctionnement de l’outil

Cette application a été développée à l’aide de l’outil de programmation Microsoft visual

Basic avec l’utilisation du Microsoft Access. Dans ce qui suit, nous allons présenter les différents

menus de cette application.

4.1- La boîte d'authentification de l'utilisateur

Cette interface se charge avant le démarrage de l'interface principale. Elle sert à contrôler

les accès et authentifier les utilisateurs exploitants. En effet chaque agent a son compte d'accès

pour pouvoir bénéficier de ces droits d'exploitation.

En cas de succès de l'authentification la fenêtre principale de la plateforme apparaît, et

l'utilisateur peut exploiter cet outil. Si l'authentification échoue, une boite de message d'erreur

s'affiche.

Personnel

Identification Vérifier l’utilisateur et son mot de

passe

Afficher message : utilisateur non

inscrit

<<include>> <<extend>>

Ouvrir un fichier Drive

Test

Choisir un fichier

déterminé

Consulter les KPI

Afficher les KPI de la cellule

Choisir la cellule consultée

<<extend>>

<<include>> <<include>>

<<extend>>

Evaluer la performance

Consulter l’évolution de la

QoS du RNC Extraire les

cellules les plus mauvaises

Trouver une solution

Evaluer un service

<<include>>

Choisir le critère

<<include>>

Afficher la liste des cellules les plus mauvaises

<<extend>>

Choisir la cellule

concernée

<<include>>

Trouver les problèmes et les solutions

Afficher la courbe

d’évolution

<<extend>>


Sebti Chouchene 53

Il reste à signaler que la session principale contient un menu permettant d’ajouter un

nouvel utilisateur ou de changer les mots de passe donc c’est l’exploitant de l’application qui

contrôlera l’accès à son outil en permettant son utilisation par les agents désignés.

Figure IV.4 - Interface d'authentification de l'utilisateur

4.2- Session principale

Suite à l'authentification de l'utilisateur, l'interface principale de l'application se charge.

La barre de menus de celle-ci est composée des options suivantes : " File "," QoS parameters ", "

RNC QoS evolution ", " Top worst ", " Optimisation ", " Password ", " About ".

Figure IV.5 - Session principale de l’application


Sebti Chouchene 54

4.3- Menu « File »

Ce menu contient quatre sous menus :

- Open : permet d’ouvrir par une boîte de dialogue les rapports de mesure Drive Test déjà fournis

par Tems ou Agilent en tant que fichier texte, ces rapports regroupent tout les paramètres utilisés

pour l’évaluation de la QoS.

- Load : il s'agit en fait du choix de la base de données contenant les KPI que l’application va

utiliser et ce choix se fait toujours à l’aide d’une boîte de dialogue.

- Print : offre l’option d’imprimer les rapports de mesure.

- Exit : Ce menu sert à quitter l’application, mais avant de quitter, l’application videra la

mémoire utilisée par tous les fichiers manipulés par l’utilisateur (fichier Drive test, KPI) les

outputs (analyse de la qualité, détection des problèmes...).

Figure IV.6 - Consultation des fichiers de mesure DT


Sebti Chouchene 55

5- Etude de cas : résultats et interprétations

5.1- Zones d’évaluation de performances

Les parcours d’évaluation de performances sont choisis en fonction des données

obtenues. Nous avons pu avoir les informations nécessaires et complètes fournies par le drive test

et les indicateurs KPI que pour 37 sites, c’est pourquoi nous avons regroupé ces sites suivant

deux zones (zone1 et zone2) selon l’emplacement géographiques. Ces deux zones contiennent

donc respectivement 23 et 14 sites qui sont toutes reliées à un même RNC.

5.2- Processus d’analyse et d’optimisation

Le processus d'analyse comporte :

- Un ensemble d’actions systématiques qui visent à avoir une vision de la qualité du réseau, à

localiser et détecter les dysfonctionnements.

- Une analyse dite de 2ème niveau permettant de déterminer la cause exacte du problème puis de

proposer des solutions ou des actions pour résoudre les anomalies rencontrées au niveau du site.

En fonction du résultat de l’analyse, une proposition d’actions sur le réseau doit être fait

par l’entité concernée. Cette action peut être physique (ajout d’un autre Node B,...) ou logicielle

(paramétrage), cet analyse se base généralement sur les algorithmes de détections des problèmes

déjà traités dans le chapitre 3.

5.2.1- Analyse et optimisation de la couverture

En analysant les paramètres vus dans le chapitre 3, l’application développée permet de

nous informer sur les sites qui ont un problème de couverture. Le menu « Optimisation » permet

de détecter la présence d’un tel problème pour un site choisi en DL ou UL et d’essayer de

proposer une solution pour résoudre l’anomalie.


Sebti Chouchene 56

Figure IV.7 - Analyse et optimisation des problèmes

Les résultats de cette analyse montre que quatre sites parmi l’ensemble des sites étudiés

présente un problème de couverture.

Une analyse globale de la couverture de la première zone montre que 87% des points

présentent une bonne couverture, alors que 13% seulement ont des trous de couverture.

��

��

��

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Figure IV.8 - Analyse de la couverture (zone1)

Projet de Fin d’ Etude Chapitre 4 : Conception et présentation de l’outil

Sebti Chouchene 57

La deuxième zone présente une couverture UMTS très bonne (pour ne pas dire idéale). En

effet, les points de mesure où il y a des trous de couverture ne dépassent pas les 7%.

��

��

��

��

��

Figure IV.9 - Analyse de la couverture (zone2)

Avec ses résultats, on peut conclure que la couverture UMTS de la zone2 est bonne, mais

on peut améliorer la couverture dans la première zone en ajoutant un autre Node B ou en

augmentant son EIRP ce qui signifie que le Node B transmet avec une puissance élevée dans les

canaux de trafic mais cette solution peut apporter des inconvénients puisque elle aura pour

conséquence l’ augmentation de l’ interférence dans la cellule serveuse et les cellules voisines.

5.2.2- Analyse et optimisation de l’interférence

Le menu « Optimisation » permet aussi de détecter les sites interférés.

Une analyse globale de l'interférence dans la première zone à montrer que 9% des points

de parcours sont trop interférés, ce taux est élevé pour le cas de l’ UMTS.

��

��

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Figure IV.10 - Analyse de l’ interférence (zone1)


Sebti Chouchene 58

La deuxième zone, comme le montre la figure IV.11 présente aussi un taux élevé de

points interférés.

��

��

��

��

Figure IV.11 - Analyse de l’ interférence (zone2)

Ce problème d’ interférence peut être du à la puissance de transmission du Node B, la

puissance de transmission des autres Nodes B ou causé par la somme des puissances transmises

par les autres stations pour des autres mobiles.

5.2.3- Analyse de l’accès et de la congestion

Les mesures UMTS réalisées à titre expérimental montrent un bon taux accès au réseau

surtout lorsqu’ on se rapproche de la cellule. Le taux de connexions réussies au réseau UMTS est

supérieur 95% dans la majorité des cas avec un délai moyen de connexion acceptable marquant

ainsi une très bonne disponibilité du service UMTS. En plus, nous avons remarqué que le

problème de congestion ne se pose pas pour ce moment. Ces valeurs sont expliquées par le faible

nombre d’ utilisateurs UMTS qui reste au porté des professionnels ou à titre expérimental.

Notre application permet d’ analyser l’ accès en exploitant le menu « QoS parameters » qui

nous donne les valeurs du taux de succès d’ établissement RAB pour la voix et du taux de succès

de l’ établissement du service du service circuit à 64 Kbits.

Ce menu a pour objectif de consulter les paramètres de la QoS d’ une cellule choisie selon

les KPI (menu « Cell KPI ») ou suivant les indicateurs fournis par Drive Test (menu « Radio

indicators »), en plus d’ exploiter les paramètres de la QoS au niveau du RNC en choisissant la

heure désignée (menu « RNC hourly quality »).

Par exemple le menu « Cell KPI » permet d’ offrir à l’ utilisateur la possibilité de consulter un

ensemble d’ indicateurs spécifiques à une cellule qu’ il choisit comme le montre la figure IV.12

pour le site cellule technopole 2 appartenant à la zone 1.


Sebti Chouchene 59

Figure IV.12 - Analyse des KPI d’ une cellule

La zone1 a 87% de sa surface caractérisée par un taux de réussite d’ établissement

d’ appels pour le service circuit élevé, 9% un taux moyen et 4% un taux mauvais, alors que

l’ accès à la zone2 est totalement garanti avec un excellent taux d’ établissement d’ appels réussis

(=100%) pour chaque site de cette zone.

��

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�� !�� ""��

�� !�� ""��"��

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Figure IV.13 - Analyse de l’ accès au service circuit de la zone1


Sebti Chouchene 60

5.2.4- Analyse du maintien du service

L’ analyse des KPI portant sur les coupures par notre outil montre que les sites étudiés ont

un problème au niveau du maintien de l’ appel pour le service de la voix et le service paquet. Pour

la zone1 les statistiques montrent que 30% de cette zone présente un taux de coupure de la voix

élevé et 42% un taux de coupure du service paquet élevé ce qui traduit que le maintien du service

n’ est pas garanti dans cette zone.

�#�

�$�

��"�� !

��"��%� !

Figure IV.14 - Coupure des appels selon le service pour la zone1

Ces valeurs sont moins élevées pour la zone2, ils sont de 21% pour la voix et 36% pour le

service paquet. Ces statistiques ne sont pas acceptables en terme de garantie de la qualité de

service.

$��

��

��"�� !

��"��%� !

Figure IV.15 - Coupure des appels selon le service pour la zone2

L’ analyse croisée permet de conclure qu’ il y a plusieurs causes de ces valeurs élevées

comme la couverture, l’ interférence et les paramètres de l’ antenne surtout que les taux de

coupure des différents services au niveau du RNC sont acceptables puisque l’ application nous


Sebti Chouchene 61

donne des indications sur la qualité au niveau du RNC en exploitant le menu « RNC QoS

evolution ».

Ce menu permet de contrôler la QoS au niveau du RNC, en offrant sous forme de courbe

l’ évolution des indicateurs : taux de coupure de la voix et le taux de coupure du service paquet

pendant 12 heurs de la journée.

Figure IV.16 - Evolution de taux de coupure du service paquet au niveau du RNC

5.3- Processus de détection des plus mauvaises cellules

Le menu « Top worst » permet d’ indiquer à l’ utilisateur de l’ application les sites dont les

indicateurs de qualité de service ne sont pas entre les bornes acceptables. Ces sites sont listés par

nom et par valeur de l’ indicateur en mentionnant en haut le site dont la situation est la plus

critique.

Le sous menu « Service » donne le choix à l’ utilisateur de retrouver selon le critère choisi

les sites les plus mauvais en terme de maintien de l’ appel, l’ accessibilité au service circuit et le

maintien du service paquet. Ce choix se fait en analysant respectivement dropped calls de la voix,

setup success du service circuit et dropped calls du service paquet.


Sebti Chouchene 62

Figure IV.17 - La détection des mauvaises cellules selon un critère

Dans le sous menu « Indicator », le choix se fait selon un indicateur bien définit. Ces

indicateurs sont CPICH_Ec/No, CPICH_RSCP, Trsp_Ch_BLER_DL_(%),

UTRA_Carrier_RSSI, SHO_Event_Success_Rate.

Figure IV.18 - La détection des mauvaises cellules selon l’ indicateur


Sebti Chouchene 63

L’ application offre aussi la possibilité de consulter et de changer les deux bornes inférieur

et supérieur des indicateurs de qualité en exploitant le sous menu « Thresholds ». Il important de

signaler que le changement des seuils d’ un indicateur déterminé affectera automatiquement la

sélection des sites dans les deux menus « Service » et « Indicator».

Figure IV.19 - Les seuils des indicateurs

6- Les apports de l'application

Evaluer notre application revient à voir à quel degré elle est parvenue à répondre aux fins

initiales du projet. Ainsi, comme nous le savons déjà, le but de notre travail était de concevoir

une solution la plus complète possible sous forme d'un logiciel permettant une évaluation de la

qualité de service qu'offre un réseau UMTS et une présentation des solutions éventuelles aux

divers problèmes que nous pouvons rencontrer. Ceci nécessitait une bonne maîtrise des enjeux de

la QoS en UMTS.

Par la suite l'un des plus importants apports de notre application était de :

• Offrir la possibilité d'effectuer la procédure de post-traitement d'une façon automatique.

La procédure actuelle se base sur une analyse quasi manuelle (principalement, analyse

visuelle de la variation des indicateurs de qualité) ce qui s'avère très coûteux en temps.

• Eviter un traitement d'informations brutes ce qui réduit la pertinence de l’ analyse des

critères de qualité de service pour l'étendre à la détermination des statistiques plus

élaborées.


Sebti Chouchene 64

• Automatiser la procédure d’ analyse des indicateurs. Ce qui aide l’ ingénieur a gagné le

temps dans son travail.

7- Les limitations

Parler des limitations de notre application à ce stade présente une phase peu critique. En effet,

à ce niveau de test nous ne pouvons pas voir tous les cas limites de l'application. Parmi les

manques de cette application et qu’ elle ne manipule seulement que quelques KPI (à peu près de

neuf), ceci est dû au fait que nous n’ avons pas pu obtenir des valeurs de tous les compteurs

OMC-R malgré les efforts fournis. En plus, cet outil n’ est pas très fiable en terme d’ analyse à

cause de la faible charge du réseau UMTS en Tunisie limité à des professionnels, c’ est pour ceci

que les valeurs fournies restent préliminaires.

Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté notre outil d’ une façon très détaillé. L’ utilisateur

peut se baser sur ce chapitre pour comprendre comment manipuler l’ outil.

Nous avons expliqué notre choix pour le langage de programmation ainsi les différentes

étapes de la programmation surtout la conception et la réalisation.

Cet outil permet d’ analyser la performance du réseau UMTS. Nous devons mentionner aussi que

l’ analyse drive test donne une idée sur l’ état du réseau mais il ne donne pas une explication

complète et précise puisque il faut se baser aussi sur les compteurs, c’ est pourquoi nous avons

essayé par cette application d’ exploiter ces deux méthodes pour l’ évaluation de performances.

Projet de Fin d’ Etude Conclusion

Sebti Chouchene 65

��

L’ objectif principal de ce projet de fin d’ études était de concevoir et de réaliser un outil

d’ évaluation de performances du réseau UMTS.

Dans ce but, nous avons commencé tout d’ abord par une étude du réseau d’ accès de

l’ UMTS en introduisant ces éléments et ces interfaces et en définissant également l’ architecture

en couches de l’ interface radio. Ensuite, nous avons expliqué la technique d’ accès WCDMA,

ainsi que les principaux mécanismes qui la caractérisent.

Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes intéressés au concept de la qualité de

service et les paramètres qui lui sont associés. Nous avons également étudié les paramètres radio

mesurables en UMTS qui ont servi par la suite dans l’ évaluation de performances.

Dans le troisième chapitre, nous avons décrit les méthodes d’ évaluation de performances

du réseau UMTS en mettant l’ accent sur les techniques Drive Test et les compteurs OMC-R,

ainsi que les caractéristiques de chaque méthode. Puis, nous avons expliqué le rôle de l’ analyse

croisée basée sur ces deux méthodes dans la détection des problèmes dans le réseau.

Enfin, nous avons entamé le dernier chapitre par la phase de conception de l’ application.

Ensuite, nous nous sommes intéressés à une étude de cas portant sur deux zones différentes avec

une interprétation des résultats fournis par l’ application pour chaque zone.

Ces résultats basés sur l’ analyse croisée montrent qu’ il y a des cellules qui nécessitent une

intervention pour résoudre des anomalies détectées. Mais, ces résultats ne sont pas très

significatifs à cause de la faible charge du réseau UMTS qui est limité à des utilisations

professionnelles ou expérimentales. Donc, l’ outil est extensible et pourra être enrichi lors de la

commercialisation du réseau UMTS.

Projet de Fin d’ Etude

Sebti Chouchene 66

��

Architecture générale du réseau UMTS/GSM [2]

Le réseau coeur de l'UMTS est proche de la technologie GPRS, il est scindé en 2

domaines de service : le Circuit Switched (CS) domain et le Packet Switched (PS) domain.

Le domaine CS est utilisé pour la téléphonie tandis que le domaine PS permet la commutation de

paquets (utilisé pour les données, Internet...). Ainsi les téléphones de 3° génération peuvent gérer

simultanément une communication paquet et circuit. Cette notion de domaine permet de

modéliser la notion de service dans le réseau coeur et donne la possibilité de créer ultérieurement

d'autres domaines de service.

Les éléments du réseau coeur sont répartis en trois groupes, comme l'illustre la figure ci-dessous.

Le domaine CS comprend le MSC, le GMSC et le VLR. Le domaine PS comprend le SGSN et le

GGSN. Le dernier groupe comprend les éléments communs aux domaines PS et CS, le HLR,

l'EIR, et l'AuC.


Sebti Chouchene 67

Le réseau coeur de l'UMTS

Le groupe des éléments communs :

Le Home Location Register (HLR) est la base de données contenant les informations

relatives à l'abonné gérées par l'opérateur. Pour chaque abonné, le HLR mémorise les

informations suivantes :

- les informations de souscription (abonnement, souscription à tel service, débit maximal

autorisé, etc...)

- l'identité du mobile, ou International Mobile Station Identity (IMSI)

- le numéro d'appel de l'abonné.

Le Authentication Center (AuC) est un élément permettant au réseau d'assurer certaines

fonctions de sécurité, telles que l'authentification de l'abonné, le chiffrement de la

communication. Ces deux fonctions de sécurité sont activées au début de l'établissement de

l'appel avec l'abonné. En cas d'échec d'une d'entre elles, l'appel est rejeté. L'AuC est couplé au

HLR et contient pour chaque abonné une clé d'identification lui permettant d'assurer les fonctions

d'authentification et de chiffrement.

L'Equipment Identity Register (EIR) est un équipement optionnel destiné à lutter contre le vol

des terminaux mobiles. L'EIR est en fait une base de données contenant la liste des mobiles

interdits (black list). L'identification du mobile se fait grâce à son International Mobile Station

Equipement Identity (IMSEI).

Le domaine CS comprend :

- Le Mobile-services Switching Center (MSC) est un commutateur de données et de

signalisation. Il est chargé de gérer l'établissement de la communication avec le mobile.


Sebti Chouchene 68

- Le Gateway MSC (GMSC) est un MSC un peu particulier servant de passerelle entre le

réseau UMTS et le Réseau Téléphonique Commuté Public (RTCP). Lorsque on cherche à

joindre un mobile depuis un réseau extérieur à l'UMTS, l'appel passe par le GMSC, qui

effectue une interrogation du HLR avant de router l'appel vers le MSC dont dépend

l'abonné.

- Le Visitor Location Register (VLR) est une base de données attachée à un ou plusieurs

MSC. Le VLR est utilisé pour enregistrer les abonnés dans une zone géographique

appelée Location Area (LA). Le VLR contient des données assez similaires à celles du

HLR. Le VLR mémorise pour chaque abonné plusieurs informations telles que l'identité

temporaire du mobile (pour limiter la fraude liée à l'interception et à l'utilisation

frauduleuse de l'IMSI) ou la zone de localisation (LA) courante de l'abonné.

Le domaine PS comprend :

- Le Serving GPRS Support Node (SGSN) qui joue le même rôle que le VLR, c'est à dire la

localisation de l'abonné mais cette fois sur une Routing Area (RA) donc il offre une

fonction de routage en plus il offre d’ autre fonctions la sécurité, la gestion de mobilité,

l’ authentification, la gestion des sessions, la facturation.

- Le Gateway GPRS Support Node (GGSN) a une fonction identique au GMSC pour la

partie paquet du réseau, en jouant le rôle de passerelle vers les réseaux à commutation de

paquets extérieurs (Internet public, un intranet privé, etc...).


Sebti Chouchene 69

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Lors du Drive Test, l’ outil informatique (TEMS Investigation WCDMA dans notre cas)

permet d’ exploiter ces mesures en les affichant par des catégories se basant principalement sur

les canaux UMTS.

- Mesures CPICH Data : Ils sont décrit par le tableau suivant :

Mesure Description

UARFCN UMTS Radio Absolute Frequency Channel Number

SC Scrambling code number

Peak Ec/Io Le top du rapport Ec/Io

Peak Ec Le pic de Ec

Ag Ec/Io La somme des Ec/Io

Ag Ec La somme des Ec

Aggr–Peak Ec La difference in dB entre aggregate code power (Ag Ec) et peak code power

(Peak Ec)

Delay Spread durée en symboles du premier au dernier pic Ec/Io au dessus du seuil du PN

RFC Rake finger count : nombre de pics Ec/Io au dessus du seuil du PN

Time Offset Celui de la trame radio

SIR Rapport signal sur interférence

- Mesures SCH : Les mesures SCH consiste à détecter le SC (Scrambling code number), Ec,

Ec/Io des canaux de synchronisation primaire et secondaire.

- Mesures des canaux de transport

Mesure Description

TdCH ID Identité du canal de transport

Dir Uplink ou Downlink

Type type du canal de transport : DCH, RACH, ou FACH

BLER % Taux d’erreur des blocs

Error blocks Nombre total des blocs erroné

- Paramètres radio

Mesure Description

Tx power Puissance transmise

UTRA carrier RSSI Energie totale mesurée par UE dans la bande de fréquence de 5 MHz

Target SIR SIR cible

SIR Mesuré sur DPCCH


Sebti Chouchene 70

RRC state Etat du protocol RRC 0: No service 1: Idle mode 2: Connected_Cell_FACH 3: Connected_Cell_DCH 4: Connected_Cell_PCH 5: Connected_URA_PCH

RAT state

- Mesures Active set : La technique de Drive Test permet aussi d’ évaluer les performances des

cellules se trouvant dans le Active set en mesurant quelques paramètres concernant ces cellules

comme CPICH Ec/Io, CPICH RSCP…

- Mesures des cellules GSM voisines : Ceci se fait en affichant pour ces cellules quelques

paramètres comme BSIC, RxLev…

- Mesures RACH

Mesure Description

RACH Initial TX

Puissance transmise du premier préambule RACH en dBm

RACH Max Preambles

Nombre maximum de préambule varie de 0 à 64

RACH Message TX

Puissance transmise du dernier préambule RACH

RACH Transmitted Preambles

Nombre de préambules utilisés de 0 à 64

- Mesures HO

Mesure Description

HO Event Type

Type du dernier handover. 0: Unknown 1: Soft 2: Softer 3: Hard 4: Handover to UTRAN 5: Handover from UTRAN 6: GSM

SHO State

Etat Soft handover 0: Unknown 1: Soft handover 2: Softer handover

SHO Event Rate Nombre d’événement de lien radio de 0 à 50

SHO Event Success Rate Taux de succès de SHO

SHO Type Rate Mesure le montant du SHO


Sebti Chouchene 71

#�$��% ��&�

[1] Benoît Ligault et Jérome Da Costa : UMTS, Télé-Informatique 2001

[2] Javier Sanchez : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004

[3] Ericsson « WCDMA RAN Operation »

[4] 3GPP TS 25.211 Physical channels and mapping of transport channels onto physical

channels.

[5] ITU-T www.itu.int – site officiel de l’Union Internationale des Télécommunications

[6] ETSI 3GPP TS 23.107 «Quality of Service concept and architecture»

[7] Rudolf Tanner, Jason Woodard « WCDMA: Requirement and Practical Design»

Edition Wiley

[8] Sami Tabbane, ” Ingénierie des réseaux cellulaires ”, éditions HERMES, Paris, 2002

[9] Tarek THABET «Identification et Analyse des Indicateurs de Qualité Radio dans les

réseaux mobiles GSM/GPRS et UMTS », PFE, SupCom 2004/2005

[10] Alcatel University « KPI description »

[11] Alcatel University « OMC-R architecture and features »

[12] Ericsson « Tems WCDMA »

[13] www.umtsworld.org

[14] www.developpez.com

Notre projet de fin d'étude consiste à la conception et la réalisation d’ un outil

d’ évaluation de performances du réseau UMTS.

Après une description du réseau d’ accès en UMTS en termes d’ architecture et de

fonctionnalités, une présentation des principaux indicateurs de qualité de service UMTS ainsi

que les différents paramètres qui permettent la gestion de cette QoS a été effectuée.

L'originalité de ce travail vient de l'élaboration d'une méthodologie d'évaluation des

performances et d'optimisation du réseau UMTS. Cette méthodologie, permettant également de

localiser les anomalies dans le réseau, est basée sur une analyse croisée des mesures drive test

de l'interface radio UMTS et des compteurs OMC-R.

Les différentes méthodes d’ évaluation de performances et l'application de cette méthodologie

ont été l'objet de la dernière partie de ce rapport. Cette méthodologie a été validée par une étude

de cas réel.

RésuméRésuméRésuméRésumé

UMTS, WCDMA, QoS, évaluation de performances, Mesures Drive Test, Compteurs OMC-R,

KPI.

Mots clésMots clésMots clésMots clés

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