Aide_logiciel_ICS_Telecom_LTE_planning_2015.pdf

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE TOULOUSE

4me Anne IR _________

Bureau dtude Dimensionnement

d'interface radio pour rseaux mobiles

Guide de prise en main du logiciel ICS Telecom v 11.4

Design d'un rseau LTE

Alexandre Boyer [email protected]

http://www.alexandre-boyer.fr

Avril 2015

4e anne IR - BE dimensionnement d'interface radio pour rseaux mobiles

Guide du logiciel ICS Telecom 2

Sommaire

I. Prsentation du logiciel ICS Telecom ..................................................... 3 II. Structure et cration dun projet.............................................................. 4

1. Structure dun projet ............................................................................................................... 4 2. Extensions des fichiers .......................................................................................................... 5 3. Cration dun projet ................................................................................................................ 5

III. Prsentation de linterface utilisateur ...................................................... 6 IV. Affichage du modle numrique de terrain ............................................. 7

1. Vue en 2D du modle de terrain numrique ........................................................................... 7 2. Vue en 3D du modle de terrain numrique ........................................................................... 8 3. Information sur loccupation de la carte .................................................................................. 8

V. Paramtrage des modles de calcul ...................................................... 9 1. Configurations gnrales et prfrences ................................................................................ 9 2. Modles de propagation ......................................................................................................... 9 3. Clutter .................................................................................................................................. 10 4. Interfrences ........................................................................................................................ 11

VI. Placement de stations de base .............................................................12 1. Cration dun rseau de stations de base (ou fixe) .............................................................. 12 2. Gestion des proprits des stations de base existantes ....................................................... 14

VII. Profil radio et analyse de couverture .....................................................15 1. Couverture dune station ...................................................................................................... 15 2. Analyse de la couverture en un point (profil radio) ............................................................... 17

VIII. Outils associs au dimensionnement dun rseau LTE .........................19 1. Couverture radio du canal de rfrence CS-RS ................................................................... 19 2. Couverture du canal de donnes descendantes (PDSCH) - Evaluation de la capacit en lien descendant ................................................................................................................................. 20 3. Couverture du canal de donnes montantes (PUSCH) ........................................................ 23 4. Simulation Monte-Carlo ........................................................................................................ 24

IX. Edition de rapports - Impression des rsultats .......................................27 1. Rapports de rsultats ........................................................................................................... 27 2. Impression des rsultats ...................................................................................................... 27


Guide du logiciel ICS Telecom - Design d'un rseau LTE 3

Ce document a pour but de vous guider dans la cration de projet sous ICS Telecom et lors du processus de dimensionnement et planification dun rseau cellulaire LTE. Il ne vous donne que les commandes et les outils principaux ddis l'analyse et la planification de ce type de rseau. Nhsitez pas consulter le manuel de rfrence du logiciel ( ?/help) pour de plus amples informations sur le logiciel et dautres applications. Le logiciel tourne uniquement sur Windows. Il se lance par l'icne ICS Telecom x86 ou dans le menu Dmarrer/ATDI/ICS Telecom x86.

I. Prsentation du logiciel ICS Telecom

ICS Telecom est un logiciel commercial dvelopp par la socit ATDI ddi la planification de rseaux sans fil. Celui-ci supporte diffrents types de liaison (point point, rseau de diffusion, rseau cellulaire, liaison satellite), diffrentes applications (tlphonie 2G, 3G et 4G, TV mobile, WiMAX, radar) et diffrents services (voix, donnes, VoIP). Loutil de planification radio propos par ICS Telecom est adapt un nombre vari denvironnement (indoor, outdoor, zone rurale, urbaine), partir de loutil de modlisation de profil de terrain 2D et 3D. ICS Telecom propose les outils essentiels pour simuler un rseau sans fil digital :

Calcul du bilan de liaison en fonction des paramtres des metteurs-rcepteurs et du profil de terrain

Analyse de connectivit un rseau donn, dtermination du meilleur serveur Analyse de traffic Etude des interfrences intrasystme et intersystme, compatibilit lectromagntique Gestion du spectre radiofrquence Recherche prospective demplacement dmetteur .

Loutil intgre un grand nombre de modles de propagation adapts de nombreux environnements et prenant en compte les phnomnes de rflexion, diffraction par le sol et les obstacles, de rfraction, de diffusion, dattnuation par latmosphre



Fig. 1 Quelques crans du logiciel ICS Telecom

Dans le cadre de ce TP, nous nous intresserons uniquement la planification dun rseau cellulaire LTE, en mode FDD.

II. Structure et cration dun projet

Le projet est lespace de travail dICS Telecom. Il est donc ncessaire de crer et de grer correctement un projet pour raliser une planification de rseau sous ICS Telecom.

1. Structure dun projet Un projet ne contient en fait que les liens vers les diffrents fichiers qui vont tre utiliss pour lancer les calculs et les analyses dans ICS Telecom. Chaque fichier est une couche contenant en chaque point diffrentes informations prendre en compte dans les calculs : couches cartographiques pour linformation altimtrique du profil de terrain, pour le positionnement (X,Y) des sites, pour la hauteur des btiments ; couche clutter ; couche contenant le rseau (type de stations, paramtres) ; couche rsultat ; couche dobjets vecteurs. La figure ci-dessous prsente lorganisation dun projet sous la forme de couches superposes.

Fig. 2 Organisation dun projet en couches sous ICS Telecom

Chacun de ces fichiers (et de ces couches) ont donc un rle particulier, soit topographique (terrain, btiments, proprits du sol), soit fonctionnel (rseau prsent, proprits gnrales, rsultats de couverture radio). Lutilisateur est libre dajouter le nombre de couches quil souhaite. Ci-dessous, une description de chacune des couches apparaissant sur la figure 2.

Modle numrique de terrain (Digital Elevation Model) .GEO : chaque point du fichier .GEO contient une valeur sur 16 bits donnant laltitude dun point (un pixel de la carte). Eventuellement, le fichier peut intgrer laltitude des btiments. Cette couche est donc indispensable dans un projet.

Couche Indoor .IDR : cette couche permet le calcul de propagation en milieu indoor. Ce fichier remplace alors le fichier .GEO et contient des informations sur le type de cloisons rencontrs

Couche Building .BLG : cette couche contient des informations altimtriques sur les btiments. La grille sur laquelle est conue cette couche doit tre cale sur celle du fichier .GEO.

Couche Clutter .SOL : cette couche contient des informations sur la nature du sol rencontre (rural, urbain, fort, eau, route, toit ) codifies selon les rglementations UIT-R. Les informations quil contient peuvent tre utilises dans les calculs dattnuation dues loccupation des sols. De mme, la grille sur laquelle est conue cette couche doit tre cale sur celle du fichier .GEO.

Couche image .IMG : cette couche contient des donnes graphiques lies lapparence de la zone (photo arienne, cartes papiers, image satellite).

Couche Palette .PAL : cette couche est associe la couche image. Elle contient une palette de couleurs.



Couche couverture .FLD : cette couche contient les rsultats de simulation de type calcul de couverture radio (champ lectrique, puissance reue ).

Couche Objets .EWF : cette couche contient les informations lies aux lments du rseau (caractristiques techniques, positionnement) et leurs couvertures associes. Cette couche cre par lutilisateur, est ncessaire pour la planification rseau. Lutilisateur peut ajouter plusieurs couches .EWF.

Couche vecteur .VEC : cette couche contient des objets graphiques dfinis par lutilisateur (ligne, polygone pour dcrire une zone de service).

2. Extensions des fichiers Lextension dun fichier projet est .PRO. Le tableau ci-dessous liste les extensions des principaux fichiers que vous serez amens utiliser.

Extension Description .PRO Projet .GEO Modle numrique de terrain .BLG Couche btiments .SOL Couche clutter .IMG Couche image .PAL Palette graphique associe la couche image .FLD Couche couverture .EWF Couche objet, information lie aux lments du rseau .VEC Couche objets vectoriels .PRM Paramtres gnraux dun projet (modle de propagation, prise en

compte des interfrences) .P11 Palette couleur dfinie par lutilisateur (ex : code couleur pour

laffichage des rsultats) .TRX Paramtres techniques dun rseau .PLG Objet vectoriel masque polygonal .SPH, .SPV Diagramme de rayonnement 2D dans un plan horizontal ou vertical

3. Cration dun projet Il sagit de la premire tape dans lutilisation dICS Telecom. Elle se fait par lintermdiaire du gestionnaire de projet qui souvre par dfaut lors du dmarrage dICS Telecom, ou dans la barre de menu en cliquant sur File/Gestionnaire de projet. La fentre ci-dessous souvre (vide si aucun projet na t charg). Pour ouvrir un projet existant, cliquez sur le bouton Ouvrir un projet en haut gauche (*.PRO). Les diffrents fichiers points par le projet apparaissent dans le tableau Content. Pour ajouter un fichier dans le projet, cliquez sur la ligne correspondant ce fichier, puis cliquez sur le bouton Browse pour aller chercher dans lexplorateur Windows ce fichier. Si vous crez un nouveau projet, il faut pointer vers les fichiers indispensables (.GEO) et cliquez sur Sauver Projet pour donner un nom au projet. Une fois le projet slectionn ou cr, cliquez sur le bouton Load pour charger le projet dans ICS Telecom. A lissue de cette opration, linterface dICS Telecom souvre avec le modle numrique de terrain et les objets enregistrs dans la zone daffichage.



Fig. 3 Gestionnaire de projet dICS Telecom

III. Prsentation de linterface utilisateur Linterface utilisateur dICS Telecom est assez complexe. Elle donne accs de nombreuses commandes et outils. Certains dentre eux sont accessibles par diffrentes mthodes. Nous ne ferons une description exhaustive des commandes de loutil dans ce guide, seulement une description des commandes utiles pour ce TP. La figure ci-dessous prsente linterface utilisateur dICS Telecom (avec un projet charg et un modle numrique de terrain apparaissant dans la zone daffichage). Celle-ci contient diffrentes zones :

la barre de menus : elle donne accs une majeure partie des outils dICS Telecom la zone des coordonnes : elle donne les coordonnes, laltitude, le type de terrain (clutter), le

champ et la puissance reue au point sous la souris la zone daffichage : elle prsente le modle numrique de terrain en 2D. Par clic droit au

dessus de la zone daffichage, il est possible davoir accs un certain nombre doutils la barre doutil : sur la gauche de lcran, elle donne accs un certain nombre doutils

(gestion de laffichage dans la zone daffichage, gestion des stations et des subscribers, du mode dinstallation du rseau (Tx/Rx, microwave, faisceau hertzien, zoom, dessin dobjets graphiques vectoriels)

la liste des stations : sur la droite de lcran, elle donne la liste des stations mettrices/rceptrices prsentes sur le rseau (.EWF) sous la forme dune arborescence, ainsi que leur statut (activ/dsactiv).

la palette couleur : elle indique le code couleur pour les rsultats affichs la barre dtat : elle donne ltat davancement des calculs.



Barre de menus

Zones de coordonnes

Zone daffichage

Barr

e d

outil

s

Palette couleurs Barre dtat

Liste des stations

Fig. 4 Interface utilisateur dICS Telecom

IV. Affichage du modle numrique de terrain

Vue des diffrentes couches, vue 3D, zoom, contrle avec la souris, options et prfrences.

1. Vue en 2D du modle de terrain numrique Commenons par la gestion de laffichage du modle numrique de terrain en mode 2D. Celle-ci peut se faire selon 2 mthodes :

dans la barre doutils, en cliquant sur le bouton dans la barre de menu en cliquant sur Map/2D Display

Le menu droulant ci-contre saffiche, permettant de slectionner la couche afficher. Selon les fichiers slectionnes dans le projet, plus ou moins de couches peuvent tre visibles Lorsque DEM est slectionn, seul le modle numrique de terrain est affich. En slectionnant Image, on visualise limage du terrain. Clutter permet de superposer la zone daffichage les informations clutter (code couleur clutter dans Tools/Clutter Options). Building permet de superposer les informations Building. Si des calculs de couverture ont t effectu, il sera possible dafficher aussi des donnes type Field strength, Frequencies, Interferences).



2. Vue en 3D du modle de terrain numrique Il est possible de gnrer des vues en 3D du modle de terrain numrique, en superposant les diffrentes couches par-dessus (clutter, building, couverture). Pour cela, cliquez dans la barre de menu Map/3D Display et slectionnez le mode daffichage.

Fig. 5 Vue 3D du profil numrique de terrain

3. Information sur loccupation de la carte Il est possible davoir des informations dtailles sur loccupation dtaille de la carte laide du menu Map/Filter/General Filter. La fentre ci-dessous souvre. Nous reviendrons plus tard sur cet cran car il permet aussi dobtenir la surface couverte par un metteur radio. En slectionnant les clutters, ou la plage daltitude considre, puis en cliquant sur le bouton Compute, la surface occupe est indique dans le champ Total area (km).

Fig. 6 Options de filtrage pour ltude de loccupation et la couverture de la carte



V. Paramtrage des modles de calcul La simulation de la connectivit dun rseau cellulaire repose sur la prdiction de la propagation des champs lectromagntiques produits par les diffrents metteurs radio dans un environnement complexe et le niveau reu par les diffrents rcepteurs. Il est donc ncessaire de spcifier le modle de propagation, les paramtres du terrain, et la manire dont les diffrents metteurs interfrent entre eux. Lensemble des paramtres de calcul sont enregistrs dans un fichier .PRM.

1. Configurations gnrales et prfrences Dans la barre de menu, en cliquant sur File/Preferences, on a accs de nombreuses proprits daffichage, de paramtrage des stations, de la cartographie et des units, et la prise en compte des interfrences. La fentre prsente ci-dessous souvre. Elle donne accs la configuration du modle de propagation, des clutters et de la prise en compte des interfrences via les boutons Model.., Clutter et Interference restriction respectivement. Pour enregistrer les paramtres dans un fichier .PRM, cliquez sur le bouton Save, pour charger un fichier de configuration PRM, cliquez sur le bouton Load.

Fig. 7 Bote de dialogue Prfrences

Dans la barre doutils, le bouton de configuration (Settings) permet de rgler le seuil de rception (threshold) et la distance maximale de calcul (limiter cette distance pour rduire le temps de calcul).

2. Modles de propagation La bote de slection des modles de propagation peut tre ouverte depuis plusieurs crans via le bouton Model Sinon, elle est directement accessible depuis le menu Tools/Propagation Models puis le bouton Model. La fentre ci-dessous saffiche. Le modle peut tre sauvegard dans un fichier .PRM en cliquant sur le bouton Save.



Fig. 8 Bote de slection des modles de propagation

3. Clutter Les paramtres des clutters (hauteurs, attnuation, couleurs, ) peuvent tre modifis en cliquant sur le bouton Clutter qui apparat sur plusieurs fentres ou directement depuis le menu Tools/Clutter Options. Les clutters dfinissent la faon dont est occup le sol chaque pixel du modle de terrain, avec des attnuations, des hauteurs, des densits de population diffrentes. Chaque clutter est rfrenc par un code donn. Le tableau ci-contre donne les codes clutters dfinis par lITU-R et lETSI.

Fig. 9 Bote de paramtrage des clutters



L'utilisateur peut changer les paramtres de chaque clutter, en slectionnant le bouton User : Attnuation (dB) : l'attnuation supplmentaire apporte par la transmission travers le clutter la rflexion (coefficient rho) la dispersion (exemple : slow/fast fading) : paramtre Stddev (dB). La distribution considre

est une distribution lognormal.

4. Interfrences Les interfrences, cest--dire les signaux parasites issus dautres metteurs et pouvant brouills le signal utile, constituent un problme gnral en tlcommunications. Pour prendre en compte les interfrences sous ICS Telecom, il est ncessaire de dfinir quels seront les stations interfrentes et comment les interfrences seront filtres par le rcepteur. Commenons par dfinir les stations interfrentes. A partir du menu Tools/Interference restriction, il est possible de choisir les restrictions appliquer pour les calculs dinterfrences (stations appartenant au mme rseau, stations actives ou dsactives).

Fig. 10 Bote de paramtrage Restriction pour le calcul dinterfrences On trouve sur les metteurs et rcepteurs radios des filtres bande troite (filtre trs slectif dont la bande passante est gale la largeur du canal) permettant de lutter contre les interfrences hors bande ( noter quon ne peut videmment pas filtrer les interfrences co-canal). La rjection totale de ces filtres nest pas infinie, mais doit respecter des contraintes fixes par les normes des systmes des tlcommunications. Pour tenir compte de la rjection des interfrences, on dfinit sous ICS Telecom des facteurs de rjection dinterfrence (Interference rejection factor IRF), dont un exemple de gabarit est prsent ci-dessous. Celui-ci dfinit pour chaque canal situ autour du canal utile la rjection minimum que doit apporter les filtres metteurs et rcepteurs. La largeur du canal dpend du systme considr (par exemple, 1.4, 3, 5, 10, 15 ou 20 MHz en LTE). Les diffrents canaux sont reprs par des entiers. N = 0 correspond au canal utile, N = 1 aux 2 canaux adjacents. Pour N = 0, le facteur IRF = 0 puisque lon considre dans ce cas une interfrence co-canal. Il est donc impossible de la filtrer. Pour les canaux adjacents et plus loigns, le facteur IRF est ngatif et correspond une attnuation des interfrences reues lintrieur de ces canaux.



Fig. 11 Principe du gabarit IRF La dfinition du gabarit IRF peut se faire selon diffrentes manires. Nous nutiliserons que la manire manuelle, c'est--dire entrer la valeur IRF en fonction de N. Celui-ci pourra tre dfini dans diffrentes fentres, nous y reviendrons.

VI. Placement de stations de base Plusieurs types de rseau peuvent tre configurs sur ICS Telecom. Seuls les rseaux TX/RX qui utilisent un groupe de stations mettrices et rceptrices fixes seront prsents dans ce document. Ce mode permet de reprsenter un rseau de stations de base ou stations fixes sur lequel un groupe de stations mobiles (subscribers ou user equipments) peuvent se connecter. Pour sassurer que loutil est configur dans le mode TX/RX, vrifiez dans la barre doutils que le

bouton TX/RX mode est enfonc.

1. Cration dun rseau de stations de base (ou fixe ou eNode B) Les stations fixes ou stations de bases peuvent tre entres (position et paramtres) manuellement ou de manire semi-automatique partir dune base de donnes prexistantes. Nous ne prsenterons que le mode manuel dans ce document. Celui-ci consiste placer une station fixe directement sur la carte par un clic souris. En faisant un clic droit avec la souris lorsque le curseur est positionn au dessus du point dinstallation, un menu pop-up souvre. Slectionnez Ajouter une station/ Tx/Rx (Fig. 12).

Fig. 12 Positionnement manuel dune station fixe La fentre ci-dessous souvre, qui permet de configurer les diffrents paramtres de la station fixe. En

cliquant sur le bouton , il est possible de charger ou de sauvegarder les paramtres dune station fixe, via un fichier .TRX.



Fig. 13 Bote de dialogue de paramtrage dune station fixe Cette bote de dialogue contient plusieurs onglets :

Onglet General : celui-ci permet de dfinir le type de station (Tx/Rx A), de signal (FDD-LTE pour un rseau LTE multiplexage frquentiel), le statut de la station (par dfaut, Unknown), les paramtres techniques de lmetteur/rcepteur (puissance nominale, dynamique en puissance, gain antennes, pertes, hauteur par dfaut, bande passante), la possibilit de saut de frquence (Fixed frequency ou Freq hop/wideband), le numro de la station et son statut dactivation (activ ou dsactiv), et des informations administratives sur la station (call sign = paramtre didentification unique pour une station).

Onglet Patterns : celui-ci dfinit le diagramme de rayonnement de lantenne. Il est possible de slectionner un type de diagramme dans le menu droulant. Par dfaut, slectionnez 2D antenna H+V (1 polarization) , pour dfinir les diagrammes de rayonnement dans les plans horizontaux et verticaux. En cliquant sur le bouton , on peut slectionner une antenne omnidirectionnelle (Set to Omni) ou bien diter ou charger des diagrammes de rayonnement dans le plan horizontal (Edit/Select H pattern) ou vertical (Edit/Select V pattern). Vous pouvez charger des fichiers .SPH ou .SPV pour dfinir les diagrammes de rayonnement dans les plans horizontaux et verticaux respectivement, en cliquant sur le bouton Load.

Onglet Channels : celui-ci dfinit les frquences des canaux de transmission et de rception. Onglet Site : coordonnes du site dinstallation, couleur et icne associes au site. Onglet eNodeB setup : cet onglet offre des paramtres spcifiques au systme et des

paramtres de trafic, dont voici les plus importants : o kTBF : dtermine le seuil de bruit thermique du rcepteur (bruit thermique + facteur de

bruit F). A noter que l'on peut aussi y inclure les interfrences. o % Ref signal : donne le % d'utilisation des blocs de ressources pour le signal CS-RS

(4.76 % pour une antenne standard, 9.52 % pour un systme d'antenne MIMO). Il est donn comme pourcentage d'utilisation de la puissance du champ Power max (W). Ce terme va fixer la puissance moyenne attribue au canal CS-RS et interviendra dans le calcul de la puissance RSRP (VIII.1).



o % Control : donne le % d'utilisation des blocs de ressources l'ensemble des canaux de contrle. Il est donn comme pourcentage d'utilisation de la puissance du champ Power max (W). Ce terme va fixer la puissance moyenne attribue ces canaux. Il s'agit d'autant de puissance en moins pour le canal de donnes (PDSCH). Parmi les canaux de contrle considrs, on a : canaux PBCH, PDSCH, PFCICH, PHICH.

o %PDSCH : le pourcentage de blocs de ressource utiliss pour le canal de donne PDSCH. Ce pourcentage est quivalent au facteur de charge du rseau. Il est en lien avec le champ RB et les champs TX/Rx bandwidth (onglet General). En changeant %PDSCH, on met jour le nombre de RB utiliss par le canal de donnes. Les calculs de SNIR du lien descendant (voir VIII.2) tiennent compte de la puissance rellement attribue au canal PDSCH, qui dpend de la valeur du champ Power max et du champ %PDSCH.

o Power max (W) : la puissance maximale utilise pour le lien descendant. Il est en lien avec le champ Nominal Power (W) (onglet General). C'est ce dernier qui est utilis lors des simulations de couverture et rend compte de la puissance attribue au canal de donnes dans le cadre d'une simulation d'un rseau LTE. En fonction de la valeur du champ Power max, des pourcentages attribus aux canaux de contrle et CS-RS, et le nombre de RB utiliss, le champ Nominal Power (W) sera mis jour en appuyant sur le bouton upd.

Pour supprimer une station fixe, placez la souris au dessus de la station, faites un clic droit ou gauche, slectionnez le nom de la station. Une liste pop-up apparat, cliquez sur Delete. Pour sauvegarder le rseau de stations fixes que vous venez de gnrer, cliquez sur File/Save/Save network file (.EWF).

2. Gestion des proprits des stations de base existantes La liste des stations fixes prsentes dans le projet est accessible depuis loutil Database , puis Station List. La fentre ci-dessous souvre. En cliquant sur une station dans la liste et en slectionnant Parameters, il est possible de modifier individuellement les proprits dune station de base. A laide des boutons Activate et Deactivate, il est possible dactiver ou de dsactiver une station fixe (intgrer ou non une station de fixe un rseau).

Fig. 14 Liste des stations fixes prsentes Il est possible de changer les proprits dun groupe de stations fixes. Pour cela, slectionnez les stations dans la liste, puis cliquez sur un des boutons suivants : Changes (tec), Changes (gen), Changes (ant) pour modifier les paramtres techniques, les informations administratives ou les diagrammes de rayonnement respectivement. Par exemple, supposons quon souhaite modifier les paramtres techniques de toutes les stations de base, on les slectionne toutes dans la liste puis on



clique sur le bouton Change (tec). La fentre ci-dessous souvre. La plupart des champs sont -1, indiquant que lorsquon cliquera sur OK, la valeur associe ce champ ne sera pas modifie.

Fig. 15 Modification globale des paramtres des stations fixes. Laccs aux proprits des stations fixes peut se faire aussi par un clic droit sur une station, puis Parameters. La gestion des proprits daffichage des stations fixes (et des objets en gnral) se fait via le menu Object/Object properties (F5).

VII. Profil radio et analyse de couverture Dans ce chapitre, nous allons voir comment analyser la couverture radio dune ou plusieurs stations mettrices. Il sagit de dterminer le niveau de champ lectrique reu en tout point de la cartographie, ou bien le long dun lien donn. Pour mener bien cette tape, il est ncessaire davoir correctement dfini les paramtres des stations mettrices et des modles de calcul (modles de propagation, de clutter si ncessaire).

Remarque : l'amplitude des signaux reus est donn soit sous la forme d'un champ lectrique incident E (Field Strength) exprim en dBV/m, soit sous la forme d'une puissance lectrique PR induite aux bornes d'une antenne rceptrice charge par une rsistance de rception RR, exprime en dBm. La relation de passage entre E et PR est donne par :

avec GR et LR les gains et pertes du rcepteur, et f la frquence considre.

1. Couverture dune station Les outils associs lanalyse de couverture se situent dans le menu Coverage. Avant de dmarrer le calcul, activez les stations fixes que vous souhaitez faire mettre. Cliquez ensuite sur Coverage/Network calculation/TxRx FS coverage. La fentre ci-dessous souvre.

( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )MHzfdBLdBGdBmPmdBVE

MHzfdBLdBGmdBVEdBmPRRR

RRR

log202.77/log202.77/

+++=

+=



Fig. 16 Lancement du calcul de couverture radio de stations fixes Le champ Height of Rx antennas permet de dfinir la hauteur de lantenne de rception virtuelle dplace en tout point de la carte. Le but de lanalyse est de dterminer le champ lectrique en tout point de la carte. Celui-ci dpend de la hauteur du point de mesure au dessus du sol. Lantenne virtuelle considre est une antenne sans gain et sans pertes. Le champ Distance (km) dfinit le rayon de la zone de calcul autour de chaque station mettrice. Pas besoin dtendre trop cette zone, sans quoi le temps de calcul risque de devenir considrable. Le champ Wanted threshold dfinit une limite de champ lectrique pour lequel la rception sera de qualit. Les champs infrieurs cette limite ne seront pas affichs par dfaut. Le bouton Model permet de revenir aux crans de paramtrage des modles de propagation et de clutter. Le bouton Options permet de filtrer les calculs raliser (on peut slectionner sur quelle clutter ou sur quelle plage daltitude on souhaite raliser le calcul). Cliquez sur Start pour lancer le calcul. Selon le nombre de pixels de la carte, la valeur du champ Distance, le modle de calcul, la simulation peut durer quelques secondes ou plusieurs minutes. La figure ci-dessous prsente un exemple de rsultat de couverture, affich l'aide de Network Analysis/Composite coverage display. Le rsultat indique en tout point de la cartographie le champ lectrique reu et induit par l'ensemble des stations fixes actives.

Fig. 17 Rsultat de calcul de couverture radio Par dfaut, le rsultat est affich en dBV/m .La lgende est situe en bas. En passant la souris sur lcran, on peut lire dans la zone de coordonnes le signal reu en champ lectrique ou en puissance.



Remarque : toute modification des paramtres d'mission des stations fixes (puissance d'mission, diagramme d'antenne) rend le rsultat de calcul de couverture obsolte. Il est alors ncessaire de relancer ce calcul.

Le menu Coverage/Network analysis donne accs plusieurs formes daffichage des rsultats. Composite Coverage Display permet dafficher le champ lectrique reu produit par lensemble des stations mettrices. Server coverage display ou Best server/1st server permet de colorier les zones sur lesquelles un metteur est le meilleur serveur (Fig. 18). Ce type de cartographie est trs intressante pour dterminer les zones de dominance de chaque station. Un bon rseau est un rseau o chaque station prsente une zone de dominance bien dfinie, pas trop tendue ou rduite, et n'interfrant pas avec les autres. Il s'agit donc d'une visualisation qualitative du problme d'interfrences intercellulaires. L'dition d'un rapport de couverture permet d'valuer quantitativement la surface de dominance de chaque station. Des visualisations comme Best Server/Best server overlapping permettent aussi de dterminer combien de serveurs sont disponibles dans une mme rgion. Cela est intressant pour lanalyse de handover (nombre de serveurs disponibles en un point du rseau) et de l'interfrence entre site.

Fig. 18 Affichage de la couverture meilleur serveur Dans le menu Coverage/Network analysis, il est seulement possible dafficher une couverture globale provenant de lensemble des stations fixes actives. Pour visualiser la couverture dune station donne, faites un clic gauche sur une station fixe, cliquez sur le nom de la station dans le menu droulant qui saffiche, puis cliquez sur Affiche la couverture dans le nouveau menu droulant.

Il est intressant de calculer la surface couverte par les stations ou une station. Pour cela, aprs avoir effectu un calcul de couverture et lavoir affich, cliquez sur le menu Map/Filter/General Filter (voir Fig. 6). En slectionnant les niveaux de champ lectrique minimums et maximums puis en cliquant sur le bouton Compute, on obtient la surface couverte.

2. Analyse de la couverture en un point (profil radio) ICS Telecom offre aussi la possibilit danalyser le rseau en un point prcis, grce au trac de profil de champ entre deux points (deux points quelconques, stations vers un point quelconque, station vers subscriber). Il ya plusieurs moyens pour diter un profil de champ, soit depuis le menu Direct/Path Calculation, soit par le menu droulant qui apparat par un clic droit sur lcran. Nous ne les dcrirons pas tous.



Dabord, nous dcidons de calculer le profil de champ entre deux points quelconques (sur lesquels il ny a pas forcment de stations mettrices ou de subscribers). Pour cela, cliquez sur Direct/Path Calculation. Ensuite, faites un clic gauche sur la carte pour placer la position de lmetteur du lien radio que vous voulez simuler. La fentre ci-contre souvre pour indiquer les proprits de lmetteur.

Renseignez la frquence, la PIRE et la hauteur de lantenne (Tx antenna). Cliquez sur OK, puis faites un clic droit sur la carte pour reprer la position de lantenne rceptrice. Une fentre souvre pour indiquer la hauteur de lantenne rceptrice. Dans cette analyse, on considre une antenne rceptrice omnidirectionnelle (gain = 0 dB) sans pertes. Cliquez sur OK, le profil radio entre les 2 points souvre (Fig. 19). Celui-ci dcrit le parcours entre les 2 points (distance, obstacles rencontrs), la ligne de visibilit directe et le dgagement du premier ellipsode de Fresnel (ellipse bleue). La courbe rouge indique lvolution du champ lectrique en fonction de la distance prdite par la formule de Friis (cas idal dun espace libre). La courbe verte prsente lvolution du champ lectrique en fonction de la distance prdite par le modle de propagation slectionn dans Tools/Propagation Models. On voit que lvolution nest pas aussi monotone quavec celle prvue par le modle de Friis, en raison des nombreux obstacles prsents sur la ligne de visibilit directe. Les diffrents lments de la fentre indiquent lattnuation, le champ lectrique et la puissance reue.

Fig. 19 Profil radio entre 2 points quelconques Une autre manire pour faire ce type danalyse se fait directement par clic droit sur la carte. Le menu droulant offre diffrentes options pour faire du calcul de profil radio dun point quelconque de la carte vers une station fixe : path analysis, profile to, profile from



VIII. Outils associs au dimensionnement dun rseau LTE

1. Couverture radio du canal de rfrence CS-RS Le menu Coverage/Network Analysis/RSRP Coverage analysis permet d'analyser la couverture du canal physique Cell-Specific Reference signals (CS-RS), mis sur le lien downlink. Cette voie balise est indispensable pour l'estimation du canal par le mobile et la slection d'une station. La puissance de ce canal mesure par le mobile est appele Reference Signal Received Power (RSRP). Il s'agit de la puissance moyenne mesure sur un lment de ressource. Le calcul du RSRP permet donc de dterminer si en un point, un mobile sera en mesure de dtecter une station fixe. Cette simulation ncessite au pralable un calcul de type couverture radio (Coverage/Network calculation/TxRx FS coverage). Le calcul prend en compte deux paramtres des stations fixes :

la puissance mise (champ Nominal Power) le nombre de blocs de ressources attribus au canal CS-RS (champ %Ref Signal). Celui-ci

dpend de la technique d'antennes multiples choisis : 4.76 % pour un systme standard, 9.52 % en 2x2 MIMO)

Le seuil Wanted Threshold du calcul de couverture radio est utilis comme seuil de rception minimal pour le canal CS-RS. Plusieurs rsultats peuvent tre affichs, dont :

Composite coverage : la puissance totale du canal CS-RS est affiche en tout point de la carte. La puissance est la somme des signaux provenant des diffrentes stations.

Coverage probability : probabilit que la puissance RSRP dpasse le seuil de rception indiqu dans Wanted Threshold. Le calcul de couverture est un calcul dterministe, donnant l'quivalent d'une attnuation moyenne. Dans la pratique, l'attnuation est une grandeur statistique, qui varie de manire alatoire dans le temps et dans l'espace. Sous ICS Telecom, on considre une distribution statistique de type lognormal, typique d'un vanouissement de type fading lent. L'utilisateur dfinit l'cart type (standard deviation) de cette distribution, soit dans le champ ci-dessous, soit dans les paramtres clutter. La figure ci-dessous prsente un exemple de rsultat de couverture statistique du canal CS-RS.

Fig. 20 Couverture statistique radio du canal CSRS



2. Couverture du canal de donnes descendantes (PDSCH) - Evaluation de la capacit en lien descendant

Le menu Coverage/Network Interference/SNIR maps donne accs un calcul et un affichage de la couverture du rapport signal sur bruit + interfrence (SNIR) du canal de donnes descendantes (PDSCH). C'est ce rapport SNIR qui dtermine la modulation et le taux de codage employ (indice MCS) et donc la capacit du lien descendant. La figure 21 prsente la fentre permettant de paramtrer le calcul et de dfinir le rsultat afficher.

Fig. 21 Calcul de la couverture du rapport SNIR du canal PDSCH - Evaluation de la capacit du lien descendant

On ne s'intresse qu'au SNIR du canal PDSCH (case SNIR (PDSCH) cocher). Les 3 cases : Normal distrib % Throughput mapping SNIR to QCI mapping

permettent de slectionner sous quelle forme le rsultat doit tre affich. Si aucune de ces options n'est coche, le rsultat sera prsent sous la forme du rapport SNIR. Il est important de noter que ce calcul ne tient pas compte des interfrences entre stations de base, qui influent pourtant sur le rapport SNIR du canal PDSCH. Pour prendre en compte les interfrences intercellulaires, il est conseill de considrer une augmentation globale du seuil de rception des stations rceptrices (noise rise). Le champ Noise floor donne le seuil de rception d'un rcepteur fictif, dplac en tout point de la cartographie. Le champ Rx Gain permet de lui dfinir un gain ventuel. A noter que ces deux champs permettent de calculer le niveau de bruit pour dterminer le rapport SNIR. Le champ RSRP permet de dfinir le seuil de rception du canal CS-RS. Si le RSRP calcul en un point de la cartographie est infrieur ce seuil, alors le calcul du SNIR du canal PDSCH n'est pas affich. Les options MIMO adaptative switching modes (AAS) permettent de slectionner un ventuel systme d'antennes multiples. Le champ ICIC enhancement permet d'ajouter un gain apport par une technique de rduction des interfrences intercellulaires. La figure ci-dessous prsente un exemple de rsultat d'une simulation avec affichage sous la forme d'un rapport SNIR.



Les valeurs de l'chelle de couleur sont donnes sous la forme d'un rapport C/I (Carrier on Interference).

Fig. 22 Exemple de rsultat dun calcul de rapport SNIR du canal PDSCH

Si l'option Normal distrib % est coch, le rsultat sera affich sous la forme d'une probabilit que le rapport SNIR dpasse un seuil dfini par le champ Display best server if SNR >. L'option SNIR to QCI mapping permet de faire la correspondance entre le SNIR en tout point de la cartographie et l'indicateur de qualit de service QoS Class Identifier (QCI). Enfin, l'option Throughput mapping permet de faire la correspondance directe entre le SNIR et la capacit (le dbit maximal) en tout point de la cartographie. Ce lien s'appuie sur une table de correspondance (look-up table) entre l'indice MCS (Modulation and Coding Scheme) et donc la capacit, et le rapport SNIR minimal permettant de supporter cet indice MCS. Cette table de correspondance n'est dfinie par aucune recommandation 3GPP. Elle est gnralement issue de simulations complexes au niveau lien. Chaque constructeur donne des recommandations sur ces tables de correspondance. ICS Telecom propose une table de correspondance par dfaut, issue des recommandations du constructeur Huawei. Celle-ci peut tre visualise dans le menu Tools/Throughput / RB vs SNIR (Fig. 23). Cette table comporte plusieurs colonnes : la premire est le rapport SNIR (dB), les quatre autres la capacit en kbits/s et par bloc de ressources pour une valeur de SNIR donne en fonction du systme d'antennes utilis (standard, SIMO, diversit de transmission et MIMO).



Fig. 23 Table de correspondance Capacit - SNIR propose par dfaut par ICS Telecom La figure 24 prsente un exemple de rsultat de simulation affich sous la forme de capacit (kbits/s par RB). Dans les zones o le SNIR est important, la capacit en downlink est grande. Elle diminue au fur et mesure que le SNIR dcroit puisqu'il n'est plus possible de maintenir une modulation de forte valence et un faible taux de codage sans risque d'erreurs de transmission.

Fig. 24 Prdiction de la capacit du lien de donnes descendantes



3. Couverture du canal de donnes montantes (PUSCH)

Le menu Statistics/Coverage/Uplink SNIR maps fournit une cartographie du rapport SNIR du canal de donnes montantes (PUSCH). La mthode la plus simple et la plus rapide pour faire ce calcul est de supposer une augmentation globale du niveau de bruit des stations rceptrices (dans ce sens, les stations de base). Pour cela, cochez la case Global Noise Rise Method. La simulation suppose qu'un metteur mobile fictif est dplac en tout point de la cartographie. Afin de limiter le temps de simulation, on peut accrotre le pas de dplacement de cet metteur fictif (champ Grid donnant le pas en mtres). Les paramtres de cette stations mettrices fictives sont donnes en cliquant sur le bouton Parameters. Une interface similaire celle permettant de dfinir les proprits des stations fixes s'ouvre et permet de dfinir les paramtres radio de cet metteur mobile fictif. Il convient de correctement remplir les champ Nominal Power, Gain/Perte, le pourcentage de puissance attribue au canal de donnes.

Fig. 25 Calcul de la couverture du rapport SNIR du canal de donnes montantes PUSCH La figure 26 donne un exemple de rsultat affich sous la forme d'un rapport SNIR du canal PUSCH. Mme s'il est thoriquement possible de faire la correspondance entre cette cartographie du rapport SNIR et la capacit du lien montant, il n'est pas possible de le faire automatiquement sur ICS Telecom. Il est cependant possible d'obtenir un rapport de rsultat sous la forme d'un fichier .csv l'aide du menu Results/Result Report et en cliquant sur le bouton Listing.



Fig. 26 Exemple de rsultat dun calcul de rapport SNIR du canal PUSCH

4. Simulation Monte-Carlo La simulation Monte-Carlo est une mthode courante pour dterminer les proprits statistiques (distribution, moyenne, cart-type ) de systmes stochastiques complexes. Elle consiste balayer de manire alatoire une ou plusieurs variables alatoires d'entre de ce systme et observer la rponse de ce systme. Dans le cas d'un rseau cellulaire, les performances en terme de couverture et de capacit sont fortement dpendantes de la position des stations mobiles qui sont priori inconnues. ICS Telecom propose de dterminer les probabilits de couverture du canal CS-RS et des canaux de donnes montants et descendants en se basant sur une simulation Monte-Carlo. L'outil part d'une distribution alatoire de station mobile et de calcul des rapports SNIR pour chaque lien station mobile - station fixe. Ensuite, la distribution statistique de ces rapports SNIR peut tre trace et il devient possible de dduire par exemple :

la valeur moyenne, mdiane, l'cart-type de la distribution du SNIR d'un canal la probabilit que le SNIR soit suprieur un certain seuil et donc d'en dduire le

pourcentage de couverture d'une aire de service la correspondance entre la distribution statistique du SNIR des canaux PDSCH ou PUSCH et

celle de la capacit des liens montants et descendants. Cela permet de vrifier si le rseau a une capacit suffisante pour couler un trafic de donnes.

On accde cette simulation via le menu Statistics/Monte-Carlo/LTE. Trois options sont proposes : SNIR : pour le calcul du SNIR du canal PDSCH (et donc de la capacit en lien descendant) RSRP : pour le calcul de la puissance RSRP du canal CS-RS PUSCH : pour le calcul du SNIR du canal PUSCH (et donc de la capacit en lien montant)

Nous ne prsenterons que la configuration du calcul de SNIR sur la voie descendante. La figure 30 prsente l'interface de configuration du calcul.



Fig. 27 Configuration de la simulation Monte-Carlo du lien PDSCH

Les champs sous l'option Random Stations (RS) permettent de dfinir des bornes min et max pour le nombre de stations mobiles qui seront places alatoirement sur l'aire de service. L'aire de service est dcoupe en NxN cellules, o N est dfini dans le champ Number of cells per row. Il est possible de gnrer les RS dans toutes les cellules ou uniquement dans un certain nombre choisi de manire alatoire. Ce processus peut tre rpt plusieurs fois en fonction du champ Pass. Les zones dans lesquelles les RS sont places peuvent tre restreintes selon le type de clutter, l'altitude, un polygone donn, ou le niveau de RSRP. Par exemple, en cochant l'option RSRP coverage limited, les RS ne seront placs que dans les endroits o le RSRP est suprieur au seuil donn par le champ RSRP threshold (exprim en dBV/m). Les paramtres radio des RS sont dfinis en cliquant sur le bouton Station parameters. Une interface similaire celle permettant de dfinir les proprits des stations fixes s'ouvre et permet de dfinir les paramtres radio de cet metteur mobile fictif. Il convient de correctement remplir les champ Nominal Power, Gain/Loss, le pourcentage de puissance attribue au canal de donnes. L'analyse est lance en cliquant sur Start. Le temps de calcul dpend du nombre de RS gnr chaque passe et du nombre de passe. Plus ces deux nombres sont grands, plus la distribution statistique dtermine en fin de calcul devrait converger vers "la ralit". Durant la simulation, pour chaque RS plac, le simulateur calcul la puissance reue par chaque station de base. On en dduit ainsi la puissance issue de la station fixe avec laquelle le RS est connect, et celles issues de toutes les autres stations fixes (l'interfrence intercellulaire). Le calcul prend donc en compte l'interfrence intercellulaire ! La figure 28 prsente un exemple de rsultat de simulation Monte-Carlo. Le graphique de la partie suprieur prsente l'volution du SNIR du lien PDSCH en fonction des RS gnrs. Le SNIR varie alatoirement. Il est possible de lire sur l'interface les valeurs min, max, mdiane et l'cart type de cette distribution statistique. En entrant une valeur dans le champ SNIR PDSCH dB puis en cliquant sur le bouton Rafrachir, on peut lire le pourcentage de RS ayant eu un SNIR suprieur ou infrieur ce seuil (champs % sample < et % sample >). Dans l'exemple ci-dessous, on voit que 76.7 % des RS ont un lien PDSCH avec un SNIR < 10 dB. Si le nombre de positions de RS simules est suffisamment grand, ce pourcentage est similaire une probabilit de couverture du rseau, pour un seuil de SNIR donn.



Fig. 28 Rsultat de la simulation Monte-Carlo du lien PDSCH

Ce graphique peut tre export au format .csv en cliquant sur le bouton Export TXT. Une autre faon d'afficher les rsultats consiste tracer la distribution statistique des rapports SNIR. Pour cela, on clique sur le bouton Distribution et la fentre ci-dessous s'affiche. Le rsultat s'affiche sous la forme d'une distribution cumule. Par exemple, il y a 0.64 % de chance d'avoir un SNIR infrieur -12 dB, alors qu'il y a 67.81 % de chance d'avoir un SNIR infrieur 8.43 dB. En cliquant sur le bouton List, on obtient un fichier .csv contenant la distribution statistique sous la forme d'une densit de probabilit et d'une distribution cumule (Figure 30). Il est ainsi possible de traiter cette distribution sous un tableur de type Excel.

Fig. 29 Distribution statistique du SNIR du lien PDSCH



Fig. 30 Export de la distribution statistique Remarque : partir de la distribution statistique du SNIR et de la table de correspondance SNIR-capacit, il est possible d'en dduire la distribution statistique de la capacit du lien PDSCH. La valeur moyenne de la capacit ou la probabilit d'obtenir une capacit suprieure un seuil donn peuvent alors tre extraite.

IX. Edition de rapports - Impression des rsultats

1. Rapports de rsultats Le menu Options/Report donne accs des outils fournissant diffrents types de rapports au format CSV sur les rsultats de simulation. Deux outils sont dtaills ici :

Coverage report : aprs une analyse de couverture radio (Coverage/Network calculation par exemple), le rapport donne la surface couverte par chaque metteur

Result report : les rsultats affichs sur une carte (couverture, nombre de serveurs, rapport signal bruit ...) sont indiqus laide dun code couleur. Ce rapport donne la surface occupe par chaque zone avec un code couleur donn. Cet outil est donc plus gnral que Coverage report.

2. Impression des rsultats Le menu File/Print propose diffrents outils dimpression des rsultats. Le menu File/Print/Print map permet dimprimer la cartographie, avec ou sans les objets superposs. Le menu File/Print/Print layout propose une interface permettant de construire des rapports sur mesure, intgrant cartographies, lgendes, commentaires, images Le principe consiste choisir les lments imprimer et les positionner sur la page par une action de drag-and-drop. Un clic droit sur les objets placs ouvre une fentre pop-up afin de modifier leurs proprits.



Fig. 31 Fentre Print layout

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