Etude et dimensionnement d’un réseau WiMAX fixe.pdf

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIREMINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUEUNIVERSITE ABOU-BEKR BELKAID TLEMCEN

Dpartement de Gnie Electronique et ElectriqueMEMOIRE

Prsent parMELLOUK SANAA

Pour obtenirLE DIPLOME DE MASTER

Spcialit : Tlcommeunications

Intitul :

Option : RMS(Rseaux Mobiles et Services)

Devant les membres du jury:

Mr MERZOUGUI Prsident Universit Abou-bekr Belkaid Tlemcen

Melle DJELTI MCB Universit Es-Snia Oran (Encadreur)

Melle BENMOSTEFA MAA Universit Aboubekr Belkaid Tlemcen

(Examinateur)

Anne Universitaire : 2013/ 2014

Etude et dimensionnement dun rseau WiMAX fixe

iDdicace

A ma chre mre qui ma mis au monde et

Qui ma tant donn pour faire de moi ce que

je suis

A mon mari A mes deux soeurs

Ma grande mre a

mes oncles

et surtout a nounou

a mes tantes a mes beaux parants

et a ma trs chere petite fille serine

A tous ceux qui comptent pour moi,

A tous ceux pour qui je compte.

Je leur ddie ce modeste travail en guise

de reconnaissance

MelloukSanaa

ii

Remerciements

Cest un devoir bien agrable que de venir rendre hommage, au terme de ce

travail, ceux sans lesquels il naurait pas pu tre ralis.

Je tiens tout dabord adresser mes remerciements les plus sincres Melle

DJELTI Hamida, pour son encadrement, sa disponibilit et ses conseils

fructueux quil ma prodigus le long de mon projet.

Je tiens en outre remercier Mr MERZOUGUI Rachid, davoir accept de

prsider le jury de ce mmoire et pour son estimable aide et ses prcieux

conseils.

Je voudrais aussi adresser mes plus vifs remerciements Melle BENMOSTEFA

Naima, davoir accept lvaluation de ce travail.

Je ne manquerais pas de saluer tous ceux qui ont de prs ou de loin particip

laccomplissement de ce travail.

iii

Table des matiresDdicace........................................................................................................................... i

Remerciment ................................................................................................................... ii

Table des matires.......................................................................................................... iii

Liste des figures ............................................................................................................. vi

Liste des tableau........................................................................................................... viii

Rsum........................................................................................................................... ix

Introduction gnrale ...................................................................................................... 1

Chapitre I :Gneralits sur le rseau WiMAX

I.1 Introduction ............................................................................................................... 4

I.2 Lhistorique du WiMAX .......................................................................................... 4

I.2.1 Origines du WiMAX .......................................................................................... 4

I.2.2 Les diffrentes normes ....................................................................................... 5

I.2.3 Apport de WiMAX............................................................................................. 6

I.3 Architectures du rseau WiMAX .............................................................................. 6

I.3.1 Le sous systme radio : Accs Service Network (ASN) ..................................... 8

I.3.2 Le CSN: Connectivity Service Network ............................................................. 8

I.3.3 Principe de fonctionnement du WiMAX............................................................ 8

I.4 Les Types du WiMAX ........................................................................................... 10

I.4.1 WIMAX fixe..................................................................................................... 10

I.4.2 WiMAX mobile ............................................................................................... 10

I.5 Les applications du WiMAX................................................................................... 11

I.6 La desserte avec WiMAX....................................................................................... 12

I.7 WiMAX face WiFi ............................................................................................... 13

I.8 Conclusion .............................................................................................................. 14

iv

ChapitreII :Etude technique de la technologie Wimax

II.1 Introduction ............................................................................................................ 16

II.2 Etude technique de WiMAX.................................................................................. 16

II.2.1 La couche MAC .............................................................................................. 17

II.2.2 La couche physique......................................................................................... 18

II.3 Les techniques de multiplexage ............................................................................. 18

II.3.1 Le multiplexage par rpartition orthogonale de frquence ............................. 18

II.3.2 Les avantages de lOFDM .............................................................................. 20

II.3.3 Les inconvnients de lOFDM ........................................................................ 21

II.3.4 LOFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)..................... 21

II.3.5 MIMO : Multiple Imput Multipe Output ....................................................... 24

II.3.6 Modulation adaptative..................................................................................... 24

II.4 Techniques de Duplexage ..................................................................................... 25

II.4.1 TDD (Time Division Duplexing) :.................................................................. 25

II.4.2 FDD (Frequency Division Duplexing) ........................................................... 26

II.5 Architecture en couche de la norme 802.16e ou WiMAX mobile ........................ 27

II.5.1 La couche Physique........................................................................................ 27

II.5.1 La couche MAC ............................................................................................. 27

II.5.1.1 Contrle de puissance............................................................................... 27

II.5.1.2 Hand Over ........................................................................................... 28

II.6 Conclusion.............................................................................................................. 29

ChapitreIII :Dimentionnement dun rseau Wimax

III.1 Introduction........................................................................................................... 31

III.2 Dimensionnement dun rseau WiMAX .............................................................. 31

III.2.1 Processus de dimensionnement du rseau WiMAX.................................... 31

III.2.2 Choix de la bande de frquence ................................................................... 31

III.2.3 Choix du type de Dimensionnement............................................................ 32

III.3 Modles de propagation ...................................................................................... 32

vIII.3.1 Rle des modles de propagation ................................................................ 32

III.3.2 Types de modles de propagation................................................................ 33

III.3.2.1 Le modle de propagation (Espace libre) ............................................. 33

III.3.2.2 Modle COST 231 Hata ........................................................................ 34

III.3.2.3 Modle dErceg ..................................................................................... 35

III.4 Bilan de Liaison ................................................................................................... 37

III.4.1 Puissance mise .......................................................................................... 37

III.4.2 Sensibilit de rception ............................................................................... 38

III.4.3 Affaiblissement maximum tolrabsle ......................................................... 39

III.5 Dimensionnement suivant la porte ou la couverture.......................................... 39

III.5.1 Dtermination de la porte dune cellule ................................................... 39

III.5.2 Dimensionnement suivant la capacit ......................................................... 40

III.5.2.1 Dtermination du Trafic par abonn .................................................... 40

III.5.2.2 Dtermination du Trafic agrg pour une zone donne....................... 41

III.5.2.3 Dtermination de la capacit moyenne par secteur .............................. 41

III.6 Dbit - Porte ...................................................................................................... 42

III.7 Conclusion ........................................................................................................... 43

ChapitreIV :Rsultats du dimensionnement

IV.1 Introduction.......................................................................................................... 44

IV.2 Outil de dimensionnement................................................................................... 44

IV.3 Dimensionnement orient couverture ou porte ................................................. 44

IV.3.1 calcul de pertes du chemin .. ..................................................................... 44

IV.3.2 Calcul de la porte de la station de base ....................................................... 47

IV.4 Dimensionnement orient capacit...................................................................... 53

V.5 Conclusion ........................................................................................................... 55

Conclusion gnrale..................................................................................................... 56

Bibliographie................................................................................................................ 58

viii

Liste des tableaux

Tableau I.1 : Les diffrentes normes dIEEE 802.16x ............................................................. 5

.Tableau I.2 : Paramtres techniques dIEEE 802.16d. ........................................................ 10

Tableau I.3 : Comparaison entre WiMAX et WiFi ........................................................... 13

Tableau III.1 : Spcificits techniques des diffrentes normes IEEE 802.16x ............................ 32

Tableau III.2 : Paramtres de validit du modle Hata-Okumura. ......................................... 35

Tableau III.3: Valeurs des paramtres en fonction du type de terrain. .................................... 36

Tableau IV.1: Pertes du chemin pour une frquence de 1,9 GHz, l hauteur de lantenne rceptriceest de 2 m. ....................................................................................................................... 45

Tableau IV.2: Pertes du chemin pour une frquence de 3,5 GHz, lhauteur de lantenne rceptriceest de 6 m. ....................................................................................................................... 46

Tableau IV.3: Les valeurs de la sensibilit et laffaiblissement selon la modulation.................. 49

vi

Liste des figuresFigure I.1 : Historique du WiMAX. .................................................................................. 5

Figure I. 2 : Exemple dun rseau WiMax ........................................................................ 7

Figure I. 3 : Architecture du rseau Wimax ...................................................................... 8

Figure I. 4 : LOS & NLOS ................................................................................................. 9

Figure I. 5 : Exemple dun rseau WiMAX avec les deux variantes fixe et mobile ............. 11

Figure I. 6 : La desserte avec WiMAX . ................................................................................ 12

Figure II. 1 : Couches protocolaires dIEEE 802.16 ............................................................ 16

Figure II. 2 : Le multiplexage par rpartition orthogonale de frquence............................. 18

Figure II. 3 : Transmission des donnes par bloc dans lOFDM. ....................................... 19

Figure II. 4 : Diffrence entre les signaux SC et OFDM reus............................................. 19

Figure II. 5 : Composants frquentiels (ou sous porteuses) du symbole OFDM-256 .......... 20

Figure II. 6 : Description frquentielle de lOFDMA .......................................................... 21

Figure II. 7 : Exemple de slot dans lOFDMA ...................................................................... 23

Figure II. 8 : Trame OFDMA avec diffrentes zones de permutations ................................. 23

Figure II.9 : Schma simplifi dun systme MIMO ............................................................. 24

Figure II. 10: Couche physique adaptative ........................................................................... 25

Figure II. 1 : Duplexage TDD, (figure extraite de la norme) .............................................. 26

Figure II.12: duplexage FDD, extraite de la norme ............................................................. 26

Figure III.1: Equilibrage des liens montants et descendants................................................ 37

Figure IV.1 : Interface calculatrice des pertes du chemin.................................................... 45

Figure IV. 2: Variation du path loss en fonction de la porte. ............................................ 47

Figure IV. 3: Exemple de bilan de liaison............................................................................. 48

Figure IV. 4 : Variation de laffaiblissement en fonction de la porte. ............................... 50

Figure IV. 5: Variation du path loss en fonction de la hauteur dantenne rceptrice .......... 50

vii

Figure IV. 6: Variation de laffaiblissement en fonction de lhauteur de lantennerceptrice, pour diffrentes porte (2000, 3000 et 4000 m). ................................................... 51

Figure IV.7: Evolution du dbit en fonction de la porte. .................................................... 52

Figure IV. 8: Interface calculatrice du nombre de station de base ...................................... 53

Figure IV. 9: Interface calculatrice du nombre de la capacit. ........................................... 54

Introduction gnrale

1

Introduction gnrale

De nos jours la demande de connexions Internet haut dbit se fait croissante.

Conjointement, les accs de type ADSL se multiplient, mais ces technologies prsentent

certaines limites relatives aux dbits et la porte, et ne permettent pas la souplesse qu'offre

une connexion sans fil.

En effet, il existe aujourd'hui de nombreuses technologies sans fil standardises, chacune

prsente un quilibre entre diffrents facteurs (porte, dbit, capacit, services, niveau

d'interfrencesetc.

Depuis quelques annes, le Wifi rvolutionne les rseaux mais on parle dj dune

nouvelle technologie : le WiMAX, qui est bas sur les standards IEEE 802.16x. Bien que les

connexions haut-dbit de type ADSL se multiplient dans le monde, elles ne permettent pas la

souplesse dutilisation que procure par exemple un rseau sans fil Wifi. Cependant, le Wifi ne

permet quun dbit et une porte trs faibles rendant par la mme occasion son utilisation

limite. Plusieurs kilomtres et est donc destin principalement aux rseaux mtropolitains.

En effet, la porte prvue des ondes est denviron 50 km. Nanmoins cette porte est

thorique et la porte relle devrait se situer plutt aux alentours de 8 ou 10 km. Ce qui reste

nanmoins suffisant pour proposer une connectivit lchelle dune ville.

Le WiMAX offre la possibilit de couvrir une large bande dondes soit de 2 a 66 GHz. Avec

ce grand choix de frquences, il est plus facile dinteragir avec divers types de produits

existant sur le march. Les technologies cellulaires, Wifi, Bluetooth et autres types dondes a

courte porte pourront ainsi tre relayes des antennes qui ont une porte thorique de 50

Km et un dbit de 75Mbit/s.

Les entreprises de tlcommunications esprent ainsi faire dimportantes conomies en

ayant la possibilit dinstaller rapidement des antennes qui pourraient raccorder environ 60

entreprises avec des lignes de type T1 et des centaines de mnages avec des liens de type

DSL- 1Mbit/s. Mais ces espoirs sont limits par quelques ralits physiques du terrain, la

couverture efficace dans une rgion densment peuple tant denviron 3 Km a 10 Mbit/s. La

porte des ondes est affecte par les objets pouvant se trouver entre les antennes, les

interfrences radiolectriques ainsi que le dplacement trop rapide des utilisateurs. Ladoption

du Wi MAX risque donc dtre freine par lmergence de technologies par cble comme

Introduction gnrale

2

lADSL2+ qui sera en mesure datteindre un dbit de 30 Mbit/s. Avec les services actuels

comme le modem cble Internet haute vitesse extrme le dbit offert est de 6,5 Mbit/s.

Le dimensionnement dun tel rseau WiMAX est une phase hyper importante pour le

dploiement des rseaux. En effet, elle sert prvoir les ressources ncessaires (quipement,

frquence, bande passante,) pour servir un ensmble dabonns, ainsi, elle permet de grer la

qualit de services.

Ce mmoire se divise en quatre chapitres :

Le premier chapitre est destin la description gnrale du rseau sans fil WiMAX et son

principe de fonctionnement, il tablie un tat de lart des diffrentes normes WiMAX.

Le second chapitre, est consacr ltude technique du standard IEEE 802.16 ainsi qu la

description de diffrentes techniques de multiplexages.

Le troisime chapitre traite les donnes indispensables au processus de dimensionnement.

Le quatrime chapitre expose les rsultats obtenus de dimensionnement orient couverture et

capacit du standard IEEE 802.16.

Chapitre I Gnralits sur le rseau WiMAX

4

I.1 IntroductionLe WiMax (pour Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une solution

hertzienne des rseaux WMAN (Wireless Metropolitan Area Network). Cest une technologie

prometteuse alliant porte, haut dbit, diffrents services supports, qualit de service,

interoprabilit, efficacit en termes de cot, mobilit...

Ce chapitre tablit une prsentation dtaille de WiMAX en explorant les diffrentes

technologies utilises dans ce rseau, pour passer aprs une comparaison entre le WiMAX et

son concurrent le WiFi pour finir par spcifier ses avantages et ses inconvnients.

I.2 Lhistorique du WiMAXI.2.1 Origines du Wimax

Le rseau WiMAX a t, a lorigine, cre par les socits Intel et Alvarion en 2002 [1],

pouss par un consortium d'une cinquantaine de membres, dont Intel, Nokia, Fujitsu

Microelectronics et China Motion Telecom et ratifi par l'IEEE (Institute of Electrical and

Electronics Engineer) sous le nom de IEEE 802.16 . Plus exactement, WiMax est le label

commercial dlivr par le WiMax Forum aux quipements conformes la norme IEEE

802.16 qui est apparue en 2001.

La norme 802.16 a connu de nombreuses volutions au fur et mesure quelle gagne en

popularit. Destines originellement a desservir les zones les plus loignes en haut debit en

tant que rseau daccs, cette norme soriente de plus en plus vers la mobilit notamment dans

la version 802.16 e.

Le WiMAX est principalement fond sur une topologie en toile bien que la topologie

maille soit possible. La communication peut tre ralise en ligne de vue (LOS : Line Of Sight)

ou non (NLOS). La dernire mouture du standard qui nous intresse ici est le standard IEEE

802.16 2005 qui couvre les terminaux mobiles et dfinit des mcanismes volus de gestion des

handovers [1].

Il est noter que linfrastructure point-Multipoints de la boucle locale radio, bien

qu'utilisant les technologies LMDS (Local Multipoint Distribution System) et MMDS

(Microwave Multipoint Distribution System) dans les bandes 3,5 et 26 GHz a souffert d'un

manque de standardisation de l'ensemble du dispositif. Les candidats ont peu peu dclar

forfait.


5

Figure I.1 : Historique du WiMAX.

I.2.2 Les diffrentes normesLe WiMAX est une famille des normes, qui dfinit des connexions haut dbit

par voie radio. Le dveloppement des normes de 802.16 et leurs spcificits techniques

sont expliqus dans le tableau I.1 [2] :

Tableau I.1 : Les diffrentes normes dIEEE 802.16x.


6

D'abord conu pour la partie 10-66 GHz en 2001 ddi aux systmes LOS, 802.16 s'est

intress par la suite aux bandes 2-11 GHz pour donner naissance en 2003 802.16a pour les

systmes NLOS. En Europe, c'est autour des 3,5 GHz que 802.16a peut se dployer ; aux

tats-Unis, c'est dans des bandes proches de celles utilises par le Wi-Fi, 2,4 et 5 GHz. Cette

partie de la bande est celle qui a le plus d'activits au sein du WiMAX Forum aujourd'hui.

802.16a a t amend depuis, par 802.16-2004, et en tout rigueur on ne devrait plus parler de

cette version a. Conduite par le groupe de travail IEEE 802.16 d, cette version amende est

parfois galement appele 802.16d. ct de 802.16-2004, qui est le WiMAX de lanne

2005, on trouve galement 802.16.2, qui dfinit l'interoprabilit entre toutes les solutions

802.16 et les solutions (comme Wi-Fi) qui sont prsents sur les mmes bandes de frquence.

Le standard IEEE 802.16 e est la version la plus avanc et la plus intressant. Cette version

apporte la mobilit.

I.2.3 Apport de WiMAXL'objectif du WiMAX est de fournir une connexion Internet haut dbit sur une zone

de couverture de plusieurs kilomtres de rayon. Le standard WiMAX possde l'avantage de

permettre une connexion sans fil entre une station de base et des milliers d'abonns sans

ncessiter de ligne visuelle directe (en anglais Line Of Sight, parfois abrge LOS) ou NLOS

pour Non Line Of Sight). Dans la ralit le WiMAX ne permet de franchir que de petits

obstacles tels que des arbres ou une maison mais ne peut en aucun cas traverser les collines ou

les immeubles. Le dbit rel lors de la prsence d'obstacles ne pourra ainsi excder 20 Mbit/s.

Les premiers dploiements en WiMAX devraient permettre des zones isoles, mal

desservies par le DSL ou le cable ou souhaitant tirer profit dune connexion sans fil, de

disposer dun acces Internet large bande. Le developpement du WiMAX pourrait donc jouer

un role important dans lamenagement numerique du territoire.

Le dbit et la porte prsentent les atouts du WiMax. Il fonctionne 70 Mbit/s

maximum thoriquement dans des conditions extrmement favorables, 12 Mbits/s

pratiquement et peut couvrir des zones de rayon allant jusqua 50 Km.

I.3 Architectures du rseau WiMAXLarchitecture de la technologie WiMax se compose principalement de stations de base

(BS, Base Station), et des stations mobiles (SS, Subscriber Station). La station de base joue le

rle dune antenne centrale chargee de communiquer et de desservir les stations mobiles qui,


7

leur tour, servent les clients utilisant le WIFI ou lADSL. La figure (I.2) reprsente

larchitecture gnrale dun rseau daccs large bande :

Figure I.2 : Exemple dun rseau WiMax

La Figure I.2 illustre un exemple dun rseau WiMAX avec ses deux variantes, savoir

fixe et mobile. Tel que le montre la figure I.2, ce rseau se compose essentiellement dune

station de base, qui joue le rle dun nud metteur, et des stations rceptrices qui jouent le

rle des clients WiMAX. Nous allons ultrieurement prsenter le principe de fonctionnement

dun tel type de rseau.

Au dpart dans la version 802.16a et 802.16d il sagissait de liaisons point multipoints qui

offrent la possibilit de se dplacer dans un secteur donn. Des extensions sont tudies en

particulier partir de la naissance de 802.16e pour permettre de se dplacer entre secteurs ou

entre stations de base. Ceci correspond des applications nomades (on est mobile, mais lors

de la transmission de donnes on est fixe) ou mobiles (on est mobile aussi en cas de

transmission de donnes) [3].


8

I.3.1 Le sous systme radio : Accs Service Network (ASN)

Cest le rseau daccs radio du WiMAX, il regroupe un ou plusieurs passerelles et des

stations de base BS. LASN assure la couverture radio et la gestion des fonctionnalits

daccs MAC comme le paging, la gestion des ressources radio (RRM Radio Ressource

Management) et la mobilit entre les BS (pour la norme 802.16 e). Les passerelles ASN-GW

assurent linterconnexion avec le CSN.

I.3.2 Le CSN: Connectivity Service Network

Cest un ensemble de fonctionnalits assurant la connectivit IP aux stations dabonns

WiMAX. Le CSN regroupe des passerelles pour laccs Internet, des routeurs, des serveurs et

des proxy de scurit ainsi que des bases de donnes. Il permet galement le contrle

dadmission et gre la mobilit inter-ASNs (pour la norme 802.16e). La figure I.3 illustre

larchitecture complte dun rseau WiMAX, ainsi que son interconnexion avec un rseau IP.

Figure I.3 : Architecture du rseau Wimax [4].

I.3.3 Principe de fonctionnement du WIMAXLe principe de fonctionnement du WIMAX est simple : une station mettrice (station

de base) met des ondes radio (hertziennes), dans la bande de frquence de 2,5 GHZ (3,5

GHZ en Europe), qui sera capte par plusieurs antennes dabonns, ainsi que par dautres

stations WiMAX conues pour jouer le rle de relais.


9

Dans un systme WiMAX, la station de base est connecte au rseau public en utilisant la

fibre optique, le cble, la liaison ondes radio, ou nimporte autre connexion point point

haute vitesse, connu sous le nom de backhaul. Dans certains cas comme dans les rseaux de

topologie maille, la connexion PMP (Point Multipoint) est aussi utilise comme La station

de base sert ses abonns en utilisant des connexions point multipoints. Elle utilise la couche

MAC pour leur allouer des liens montants, entre les stations clients SSs et la BS, et des liens

descendants, reliant la BS aux SSs, selon les besoins en bande passante. Les SSs peuvent

reprsenter un seul utilisateur, comme elles peuvent former un rseau sans fil ou filaire.

Le mode Ligne Of Sight (LOS) utilise une antenne qui pointe directement la station de

base du WiMAX. Dans ce cas, les hautes frquences sont utilises. Celles-ci peuvent atteindre

les 66 MHZ o il y a moins dinterfrences et plus de bande passante (Pareek 2006).

Un signal mis par une station de base peut franchir de petits obstacles, tels que les

maisons et les arbres. On parlera alors dune communication NLOS (Non Line Of Sight). Une

communication NLOS connat une diminution en termes de dbit, qui pourra atteindre les

20Mbits/s. En outre, les grands obstacles tels que les collines et les grands immeubles ne

peuvent malheureusement pas tre franchis par les signaux WiMAX. Les connexions LOS

sont donc plus puissantes et plus stables que les connexions NLOS, qui connaissent un taux

derreur plus lev [5].

Figure I.4 : LOS & NLOS

Une station de base (Base Transceiver Station : BTS) permet datteindre des milliers

dutilisateurs quipe par des antennes situ sur un le toi dun immeuble.


10

Le WiMax a la possibilit de franchir de petits obstacles comme des collines ou des

arbres. Diffrents moyens sont mis en uvre afin de pouvoir envoyer un signal :

NLOS (Non-line-of-sight)

LOS (Line-of-sight)

I.4 Les Types du WIMAXI.4.1 WIMAX fixe

Le standard IEEE 802.16-2004 est prvu pour un usage fixe, c'est--dire un usage via

une antenne fixe sur le toit par exemple, semblable aux antennes TV. Le Wimax opre dans

les bandes de frquence 2.5 GHz et 3.5 GHz, pour lesquelles une licence d'exploitation est

ncessaire, ainsi que la bande libre des 5.8 GHz. Le dbit thorique est de 75 Mbits par

seconde sur une porte de 10 km. Le tableau I.2 rsume les principales proprits du standard

IEEE 802.16d.

Tableau I.2 : Paramtres techniques dIEEE 802.16d.

I.4.2 WIMAX mobile

En anglais Wimaxtable, cest le standard IEEE 802.16e. Il prvoit la possibilit de

connecter des clients mobiles au rseau internet. On peut ainsi imaginer terme la possibilit

pour les tlphones mobiles de se connecter ce rseau haut dbit. Le dbit thorique est plus

faible que le Wimax fixe mais permettra nanmoins datteindre 30 Mbits par seconde sur une

distance de plus de 3 km [6].


11

Figure 1.5 : Exemple dun rseau WiMAX avec les deux variantes fixe et mobile

La figure I.5 illustre un exemple dun rseau WiMAX avec ses deux variantes, savoir

fixe et mobile. Tel que le montre la figure, ce rseau se compose principalement dune station

de base, qui joue le rle dun noeud metteur, et des stations rceptrices qui jouent le rle de

clients WiMAX. Nous allons ultrieurement prsenter le principe de fonctionnement dun tel

type de rseau.

I.5 Les applications du WIMAXCt application, la couverture et les dbits rendus possibles, le caractre terme de

mobilit, et des cots de production et de dploiements qu'on espre rduits ouvrent la voie

de nombreuses applications. Citons-en quelques-unes :

Couvertures classiques de hotzones : zones d'activit conomique, parcs touristiques... ;

Dploiements temporaires : chantiers, festivals, infrastructure de secours sur une

catastrophe naturelle ;

Offres triple play : donnes, voix, vido la demande ;

Gestion des transports intelligents ;

Systmes d'information gographique dports ;

Notion d'hpital tendu ;

Scurit maritime et scurit civile


12

I.6 La desserte avec WiMAXLa desserte a pour objectif de relier le client final un rseau mtropolitain afin qu'il

puisse accder Internet. Ce service est habituellement effectu par les DSLAM ou les hot

spots Wiski. Pour cela, le client doit possder un rcepteur WiMAX (une puce intgre ou une

borne) et se trouver dans le champ d'action (jusqu' 5 km) d'un metteur. La transmission

entre le client et son hot spot WiMAX est dite en "non ligne de vue" (NLOS), c'est--dire que

le client ne se trouve pas en vue directe avec l'antenne. En effet, les btiments ou la vgtation

que l'on trouve dans les villes "forcent" le signal tre dtourn grce l'utilisation de la

modulation de frquence OFDM. C'est ce niveau (la desserte) que se joue l'avenir du

WiMAX mobile [7].

Figure I.6 : La desserte avec WiMAX .

Le standard WiMax permet une connexion sans fil entre une station de base et des

milliers d'abonns sans ncessiter une ligne visuelle directe (LOS, Line Of Sight ou NLOS

pour Non Line Of Sight). Dans un rseau, la collecte consiste relier les points d'accs au

backbone de l'oprateur (dorsale) assurant ainsi la connexion avec Internet. On appelle ce

mcanisme le backhauling de hotspots. La transmission se fait en "ligne de vue" (LOS),

grce des metteurs WiMax placs suffisamment haut (sur des antennes).


13

I.7 WiMAX face WiFiLe WIMAX pourrait venir en complment du WIFI pour couvrir des zones plus larges,

rendant ainsi possible la concentration des hotspots WIFI et donc la cration de hot-zones

Lutilisateur se connecterait toujours en WIFI (identification et facturation) et le WIMAX

viendrait renforcer la connexion en termes de capacit de dbit et de couverture. Un point sur

le WIMAX par rapport WIFI.

Daprs Intel, WiMAX forme la continuation du Wi-Fi dans la chane de connexion vers

lInternet.

Tableau I.3 : Comparaison entre WiMAX et WiFi [8]


14

I.8 ConclusionDans ce chapitre, nous avons prsent le WiMAX qui est un standard mergeant dIEEE

et promet des performances et des possibilits de services impressionnantes en mesure de

rpondre des besoins actuels.

En effet, laccroissement de la demande concernant laccs Internet sest accru

considrablement dans ces dernires annes. Lmergence de standard tel que le 802.16

devrait encourager cette tendance et dvelopper considrablement les accs sans fil au

dtriment des infrastructures filaires en apportant la mobilit et la flexibilit pour les usagers.

Du fait de sa couverture, son trs haut dbit, ses cots rduits, et sa varit dutilisation,

WiMAX promet donc une volution surprenante pour les utilisateurs particuliers, les

entreprises, les universits et naturellement pour les oprateurs de tlcommunication.

Le second chapitre sera consacr ltude technique du WiMAX.

Chapitre II Etude technique de la technologie WiMAX

16

II.1 IntroductionLe standard WiMax permet une connexion Internet haut dbit entre une station de

base et des milliers d'abonns sans ncessiter une ligne visuelle directe (LOS, Line Of Sight

ou NLOS pour Non Line Of Sight).Donc ce standard a t dvelopp en suivant une

architecture en couches.

Ce chapitre prsente une vue dtaille sur cette architecture ainsi que les techniques de

Multiplexage et de modulation utilises dans ce rseau.

II.2 Etude technique de WiMAXLa figure II.1 reprsente larchitecture en couches de la norme IEEE 802.16. Elle est

constitue de deux couches : La couche physique (PHY) et la couche MAC (Media Access

Control).

Figure II.1 : Couches protocolaires dIEEE 802.16 [9]


17

II.2.1 La couche MACLa couche MAC prend en charge le transport des cellules ATM (Asynchronous Transfer

Mode) mais aussi celui des paquets IP et joue un rle important dans la gestion de la qualit de

service (QoS). Elle est compose principalement de trois sous-couches :

- La sous-couche de convergence spcifique (Service Specific Convergence Sublayer :

SSCS),

- La sous-couche commune (MAC Common Part Sublayer: CPS),

- La sous-couche scurit (Privacy Sublayer : PS).

La sous-couche SSCSLa SSCS fournit toute transformation de toutes les donnes externes du rseau, reues

par la CPS. Pour le raccordement de rseaux externes, la SSCS fournit 2 sous couches de

convergence (CS : convergence sublayer ) :

Pour les rseaux ATM : il sagit dune interface qui associe les diffrents services ATM

avec la couche MAC CPS.

Pour les rseaux base de paquet : il est utilis pour le mappage de tout protocole base de

paquet, tels que Ethernet, et les protocoles Internet tels que IPv4, IPv6

En plus de ces fonctions basiques, les sous couches de convergence peuvent aussi mettre

en uvre des fonctions plus sophistiqus, telles que ladministration de la charge utile via la

suppression des enttes, puis leurs reconstructions pour amliorer lefficacit du lien hertzien.

La sous-couche CPSCette sous-couche forme le noyau de la couche MAC, tant donn quelle contient les

fonctions cls relatives au contrle du lien radio. La CPS fournit les rgles et les mcanismes

daccs, lallocation de la bande passante, ltablissement et la maintenance des connexions.

Elle reoit les donnes des sous couches de convergence. En outre, cest la sous couche CPS

qui gre les mcanismes de qualit de service (QoS).

La sous-couche PSLa PS est le lien qui runit la couche MAC la couche physique (PHY). Elle fournit la

scurit travers le rseau sans fil large bande en cryptant la connexion entre la station de

base et labonn au service. De plus, la couche PS est utilise pour lauthentification et

lchange de clefs de scurit.


18

II.2.2 La couche physiqueLa couche physique pour la spcification 11-66 GHZ se base sur une propagation en

ligne de vue (LOS) cest--dire les stations qui communiquent ensemble sont visible lune

de lautre directement sans obstacles. Pour la spcification 2-11 GHZ, la couche physique a

t implmente pour rpondre au cas o les stations communiquent en non ligne de vue

(NLOS), dans le cas des environnements urbains avec la prsence dobstacles entre deux

stations. Pour rpondre ces spcifications, trois types dinterfaces de transmission ont t

dfinies :

SC (Single Carrier): elle dfini une transmission sur un seul canal de frquence. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) : cette interface utilise

plusieurs bandes de frquence quelle divise en plusieurs porteuses pour la transmission

dun signal. Chaque bande est utilise des fins diffrentes.

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) : similaire lOFDM, cette interface offre un plus grand nombre de porteuses du fait du multiplexage

effectu sur la frquence. Dans ce qui suit, nous allons aborder les diffrentes techniques

de multiplexage et duplexage qui peuvent tre mises en oeuvre au niveau de la couche

physique de la norme 802.16.

II.3 Les techniques de multiplexageII.3.1 Le multiplexage par rpartition orthogonale de frquence

La norme 802.16-2004 utilise le multiplexage par rpartition orthogonale de la

frquence (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ou OFDM). Cest est une technique

de modulation multi-porteuses base de transforme de Fourier rapide. Autrement dis, cette

modulation emploie beaucoup de sous porteuses orthogonales et chacune de ces sous porteuse

sera module avec une partie des donnes.

Figure II.2: Le multiplexage par rpartition orthogonale de frquence.


19

Dun point de vue implmentation numrique (figure II.2), les systmes OFDM transmettent

les donnes par blocs. Le flux originel de donnes de dbit R est multiplex en N flux

parallles de dbit R/N. Il s'agit bien d'un multiplexage frquentiel puisque les donnes sont

transmises

N canaux diffrents. Afin deffectuer cette transmission, au lieu de transmettre les donnes en

srie comme le font les systmes mono-porteuses (Single Carrier), la technique OFDM

consiste transmettre les donnes par bloc, o un vecteur de N symboles de donnes est

transport par un seul symbole OFDM [10].

Figure II.3 : Transmission des donnes par bloc dans lOFDM.

Grce la sparation orthogonale des porteuses, il est plus facile la rception de faire

lgalisation des sous-porteuses chacune part, au lieu de faire lgalisation dun signal une

porteuse unique.

Figure II. 4 : Diffrence entre les signaux SC et OFDM reus [11].


20

Le WMAN-OFDM utilise lOFDM 256 porteuses. Les symboles sortant de la constellation

attaquent lIFFT (Transforme de Fourrier Inverse) et le premier symbole qui sort de la

modulation numrique doit tre port par la sous porteuse de donnes ayant le plus petit

indice doffset.

Chaque sous porteuse est rfrencie par un indice doffset indiquant sa position dans le

symbole (entre -128 et +127). Nous distinguons 3 types de sous porteuses :

Sous porteuses de donnes (192 sous porteuses)

Sous porteuses pilotes: pour des buts destimation (8 sous porteuses).

Sous porteuses nulles: (56 sous porteuses) pas de transmission, pour les bandes de

garde (55 sous porteuses), et la sous porteuse DC.

Figure II. 5 : Composants frquentiels (ou sous porteuses) du symbole OFDM-256 [12].

Alors il y en a, en tout, 256 sous porteuses. Le DC est la frquence du signal portant le

symbole OFDM, dindice doffset gale 0. Les sous porteuses de la bande de garde sont des

porteuses nulles insres aux 2 cots du symbole OFDM, pour lutter contre le phnomne

CCI (Carrier to Carrier Interference).

II.3.2 Les avantages de lOFDMLes avantages de la technique OFDM sont nombreux :

1. Efficacit de lutilisation du spectre et de puissance (utilisation de N porteuses

orthogonales trs proche lune de lautre).

2. Grande immunit contre la propagation multi trajets, o certains symboles dune

prcdente transmission peuvent arriver en retard.

3. Immunit contre linterfrence entre les canaux (insertion des porteuses nulles chaque

extrmit du symbole) ;


21

4. Facilit de synchronisation, et destimation du canal grce aux sous porteuses pilotes.

La diffrence que prsente la couche physique de la norme 802.16e par rapport au 802.16-

2004, rside dans lutilisation de lOFDMA comme technique de multiplexage.

II.3.3 Les inconvnients de lOFDMLes principaux inconvnients de lOFDM sont :

Trs sensible la dsynchronisation

Facteur de crte

Gestion de la diversit

II.3.4 LOFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)Cette technique de modulation -comme lOFDM- utilise lIFFT (Transforme de

Fourrier Inverse) pour gnrer un symbole OFDMA contenant : des porteuses de donnes,

des porteuses pilotes, et des porteuses nulles pour la bande de garde et la frquence DC.

Dans la technique OFDMA, les sous porteuses actives sont diviss en des sous

ensembles de sous porteuses (subchannels). Dans le sens descendant (downlink), un

subchannel peut tre prvu pour diffrents groupes de rcepteurs ; dans le sens montant

(uplink), un metteur peut attribuer un ou plusieurs subchannels, et plusieurs metteurs

peuvent transmettre simultanment.

Les sous porteuses formant un seul subchannel, mais nont pas besoin dtre adjacents. Le

concept est illustr dans la Figure II.5.

Figure II.6: Description frquentielle de lOFDMA [13].


22

Le symbole OFDMA est divis en des sous canaux (subchannels) logiques afin

dattribuer les ressources radio aux utilisateurs dune manire dynamique, de supporter

laccs multiple, et pour une meilleure adaptation aux techniques avances des antennes.

Pour le downlink on dispose de deux modes dutilisation des subchannels :

FUSC (Full Usage of Subchannels) : tous les subchannels sont attribus lmetteur, dans

Ce mode on attribue dabord les porteuses nulles de la bande de garde et les pilotes, ensuite

on fait la partition des porteuses restantes en des subchannels (La partition des porteuses en

des subchannels est nomme permutation), cela signifie quon a un seul ensemble des pilotes

commun toutes les porteuses du symbole.

PUSC (Partial Usage of Subchannels) : quelques subchannels sont attribus lmetteur.

Dans ce mode la partition se fait de la faon suivante : dabord on fait attribuer les porteuses

nulles de la bande de garde, ensuite on fait la partition des sous porteuses restantes en des

subchannels (permutation), et dans chaque subchannel on fait lattribution des pilotes et des

porteuses des donnes, cela signifie que chaque subchannel a son propre ensemble de

porteuses pilotes.

Pour luplink, on fait la permutation premirement (partition en des subchannels), ensuite

on fait lattribution des porteuses pilotes et des porteuses donnes dans chaque subchannel.

Dautres types de permutation peuvent tre aussi utilises, dont on peut citer lAMC

(Advanced Modulation and Coding) qui consiste utiliser les sous porteuses adjacentes pour

former les subchannels (peut tre utilis en uplink et en downlink) et le TUSC (Tile Usage of

Subchannels) qui ne peut tre utilise quen downlink.

Un slot dans lOFDMA est la plus petite unit dallocation des donnes possible. Pour

quil soit bien dfini, il exige les 2 dimensions : temps et subchannels. La dfinition des slots

OFDMA dpend de la structure du symbole OFDMA, qui varie pour luplink et le downlink,

pour le FUSC et le PUSC, et pour les permutations des sous porteuses. Par exemple si on

utilise le mode PUSC pour luplink avec une certaine permutation, le slot utilis est gal 1

subchannel x 3 symboles OFDM.

Un exemple des slots physiques est illustr dans la figure II.6, cette figure montre 2 types

de slots utiliss dans le downlink. Le changement du type du slot correspond au changement

du mode dutilisation du canal (de PUSC FUSC).


23

.

Figure II.7 : Exemple de slot dans lOFDMA [14].

Plusieurs slots sont attribus un mme utilisateur pour faire sa transmission des

donnes, et les modes dutilisation des subchannels peuvent varier au sein dune mme

trame OFDMA.

Figure II.8: Trame OFDMA avec diffrentes zones de permutations.

II.3.5 MIMO : Multiple Imput Multipe OutputMIMO est un type de multiplexage spatial, cest une technique trs puissante pour les

systmes multiple-antenna. En principe, MIMO augmente le dbit des donnes dans la

proportion du nombre dantennes de transmission du faite que chaque antenne porte un flux

unique des symboles de donnes. Par consquent, si le nombre des antennes de transmission

est M et le dbit des donnes par chaque flux est R alors le dbit total du systme est M*R.

MIMO fournit un accroissement multiplicatif du dbit, en comparaison avec larchitecture

Single Input Single Output (SISO), tout en codant soigneusement le signal transmis travers

les antennes, les symboles OFDM, et les frquences.


24

Il existe plusieurs types de rcepteurs pour le MIMO, mais une restriction pour tous ces

rcepteurs est que le nombre des antennes de rception doit tre plus grand, ou au moins gal,

au nombre des antennes de transmission, mais pas plus petit, sinon les donnes ne peuvent

tre dcodes correctement au niveau de la rception.

Figure II.9 : Schma simplifi dun systme MIMO [15]

En voici quelques avantages de lutilisation de la technologie MIMO dans les systmes de

transmission :

Array Gain : cest le gain obtenu en utilisant des antennes multiples, alors le signal

sadditionne dune faon cohrente.

Diversity Gain : cest le gain obtenu en utilisant des trajets multiples, alors sil y en a un

trajet bruit, cela ne va pas limiter la performance du systme.

II.3.6 Modulation adaptativeLa modulation adaptative est adopte dans le standard 802.16. Il sagit dajuster la

modulation du signal par rapport au SNR (rapport signal sur bruit) du signal radio. Quand le

lien radio est de trs bonne qualit, le plus haut plan de modulation est utilis. Ce qui

augmentera la capacit du systme. Si non, on dgrade la qualit de la modulation pour garder

la mme qualit de connexion et la stabilit de lien.


25

Figure II.14 : Couche physique adaptative

Figure II.10 : Couche physique adaptative

II.4 Techniques de DuplexageLe duplexage est le processus utilis pour crer des canaux bidirectionnels pour la

transmission des donnes en uplink et downlink, sachant que le multiplexage utilis est du

type TDM (time division multiplexing). Le standard 802.16 2004 supporte 2 techniques de

duplexage [16]:

1- TDD (Time Division Duplexing) : les transmissions downlink et uplink se font sur lemme canal (mme frquence porteuse), mais des priodes temporelles diffrentes. La

trame utilise pour lchange des donnes est dune dure fixe et contient 2 sous trames, lune

est utilise pour le downlink, et lautre pour luplink. Elle est forme dun nombre entier de

PSs (Physical Slot : unit de temps, dpendant de la spcification PHY, utilise pour

lallocation du canal), ce qui facilite la partition du canal. Un systme TDD peut diviser le

canal entre les 2 sens downlink et uplink dune faon adaptative, selon la quantit du trafic

chang. Ce transfert asymtrique est appropri au trafic Internet o de grandes quantits de

donnes peuvent tre tires travers le downlink. La Figure II.8 rsume le principe de TDD.


26

Figure II.11: Duplexage TDD, (figure extraite de la norme) [17]

2- FDD (Frequency Division Duplexing) : dans FDD les canaux uplink et downlink sontlocaliss dans 2 bandes de frquence diffrentes. Une dure fixe de trame est utilise pour le

downlink et luplink, ce qui facilite lutilisation des diffrents types de modulation, et

simplifie lalgorithme dallocation des canaux. Deux types de duplexage FDD sont prvus

dans 802.16-2004 [17] :

a) FDD full-duplex : une full-duplex SS (Subscriber Station) est capable dcouter

continuellement le canal downlink, ce qui lui permet de transmettre et de recevoir

simultanment.

b) FDD half-duplex : une half-duplex SS peut couter le canal downlink seulement

lorsquelle ne transmet pas sur le canal uplink, donc elle nest pas capable de transmettre et de

recevoir simultanment. Une half-duplex SS est moins couteuse, moins complexe quune

fullduplex SS, mais elle na pas la meme efficacit quune full-duplex SS.

La Figure II.11 reprsente le duplexage FDD dans ses 2 variantes.

Figure II.12 : duplexage FDD, extraite de la norme [18]


27

II.5 Architecture en couche de la norme 802.16e ou WiMAX mobileLe 802.16e est une version amliore du standard 802.16-2004, et est considre

comme la version mobile du standard. De plus cette version porte des nouvelles amliorations

pour les couches Physique et MAC du standard 802.16.

L'enjeu du WiMAX mobile consiste introduire la gestion de la mobilit entre des stations de

base WiMAX et des terminaux nomades quips d'un client radio ad hoc. Ainsi des nouvelles

applications peuvent tre envisages, allant jusqu' la possibilit d'exploiter ce rseau pour de

la tlphonie sur IP . Le dbit maximum thorique est de 30 Mbit/s pour une porte de 2 4

kilomtres sans obstacles.

II.5.1 La couche PhysiqueLe WiMAX mobile porte des nouvelles amliorations pour la couche physique :

lOFDMA, connue dans 802.16e sous le nom de SOFDMA (Scalable OFDMA), et porte des

caractristiques importantes pour les rseaux fixes et mobiles. SOFDMA introduit beaucoup

de variations linterface WirelessMAN-OFDMA du standard 802.16-2004, non pas

seulement pour amliorer sa fonction mais aussi pour tre capable de supporter la mobilit des

utilisateurs (Effet Doppler, Handover). Une des plus importantes caractristiques introduites

par 802.16e est que SOFDMA supporte les NFFT suivants : 2048, 1024, 512, 128, dans le but

daccommoder avec les diffrentes largeurs du canal possibles.

Le nouveau standard introduit un autre type de codage correcteur derreurs, optionnel, qui

est le codage LDPC (Low Density Parity Check Code). Il dfinit aussi des nouvelles

mthodes pour lattribution des sous porteuses dans les subchannels [19].

II.5.1 La couche MACDautres tches supplmentaires, relies la gestion de la mobilit, sont associes la

couche MAC dans la norme 802.16e.

II.5.1.1 Contrle de puissanceLa gestion des ressources radio est ncessaire pour remdier leffet du bruit du canal

afin daboutir une bonne qualit de signal ainsi qu un dbit lev, tout en conomisant la

puissance des stations mobiles le plus possible.

Le WiMAX mobile supporte deux modes pour un contrle efficace de la puissance, le

mode sleep et le mode idle .


28

Le mode sleep est un tat au cours duquel le MS mne des priodes, pr ngocies,

dabsence par rapport linterface air de la station de base. Ces priodes sont caractrises par

l'indisponibilit du MS en point de vue trafic ascendant ou descendant. Ce mode vise

conomiser la puissance au niveau du MS ainsi que les ressources au niveau de la BS (Base

Station). Aussi, le mode sleep fournit une flexibilit pour les MS, en les permettant de

parcourir d'autres stations de base pour rassembler de l'information afin dassurer le

handover .

Le mode idle fournit un mcanisme de disponibilit priodique pour le trafic

downlink en diffusion, sans que le MS soit inscrit au niveau dune station de base

spcifique.

II.5.1.2 Hand Over Trois mthodes de handover sont supportes par le standard 802.16e, savoir : le

Hard handoff (HHO), le Fast Base Station Switching (FBSS) et le Macro Diversity

Handover (MDHO). De ceux-ci, le HHO est obligatoire alors que FBSS et MDHO sont

deux modes optionnels.

Le WiMAX forum a dvelopp plusieurs techniques pour lamlioration du HHO au

niveau du standard 802.16e. Ces amliorations ont t dveloppes dans le but de garder un

dlai handover infrieur 50 millisecondes.

Quand il sagit dun FBSS, la station mobile (MS) et la station de base (BS) maintiennent

une liste des BSs impliques dans le FBSS avec le MS. Cet ensemble est appel un Ensemble

Actif (ou Active Set). Le MS suit de prs les stations de bases inclues dans le Active Set .

Le BS avec lequel le MS schange les donnes (en UL et DL) sappelle un BS relais, ainsi le

MS communique seulement avec le BS relais de lActive Set.

La transition dun BS relais un autre se fait sans aucune invocation de messages de

signalisation dun HO explicite. Un FBSS est dclench par une dcision dun MS dchanger

du trafic avec un BS relais qui peut changer au sein du Active Set. Le MS commence dabord

par balayer les BS voisines et choisit celles qui sont susceptibles dtre inclues dans le Active

Set, puis signale les BSs slectionnes, et la procdure de mise jour du Active Set est

excute par le MS et les BSs. Une exigence importante du FBSS cest que les donnes sont

transmises simultanment tous les membres d'un Active Set qui sont capables de servir le

MS. Lorsquil sagit dun MDHO, le BS maintient un Active Set contenant les BSs

Impliques avec le MS. Parmi les BS de lActive Set, une station de base est choisie comme

un BS relais. Lorsquil sagit dun MDHO, le MS communique avec toutes les stations de

bases dans lActive Set. Un MDHO est dclench quand un MS dcide de transmettre ou


29

recevoir des messages de trafic et de la part de plusieurs stations de bases dans le mme

intervalle de temps.

II.6 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons prsent le standard 802.16 du point de vue technique. En

effet, ce standard qui est une technologie de communication numrique sans fil daccs au

rseau mtropolitain prsente de nombreux avantages tels que son accessibilit longue

distance, son trs haut dbit, son faible cot et sa varit dutilisation. Donc, nous avons

prsent les couches protocolaires et les diffrentes techniques de multiplexage et de

modulation de la norme IEEE 802.16.

Le chapitre suivant sera consacr au dimensionnement de ce standard.

Chapitre III Dimensionnement dun rseau WiMAX

31

III.1 IntroductionLe dimensionnement dune zone quelconque ncessite en premier lieu lanalyse du

bilan de liaison afin destimer laffaiblissement maximal du parcours entre abonn et station

de base. Ce chapitre dcrit les fondements du dimensionnement des rseaux large bande

WiMAX. En effet, il dtermine la porte maximale en utilisant les modles de canaux

(modles de propagation) conformment au type de terrain dtude pour prdire la couverture

dune station de base, le bilan de liaison est aussi examin. Enfin, le chapitre se termine par le

dimensionnement par rapport la capacit.

III.2 Dimensionnement dun rseau WiMAXIII.2.1 Processus de dimensionnement du rseau WiMAX

Le but de dimensionnement dun rseau sans fil est, tant donn une rpartition

dabonns, une situation gographique et des donnes de propagation, dassurer la

minimisation du cot de la liaison radio et de linfrastructure du rseau, en tenant compte de

la couverture radio, de la taille des cellules et de la topologie du rseau sous rserve de

contraintes de la QoS.

Ltape de dimensionnement constitue une tape primordiale dans la conception dun tel

rseau cellulaire. Cette phase permet aux concepteurs de trouver une disposition optimale des

sites radio.

Etant donn les caractristiques de lenvironnement couvrir, les caractristiques des abonns

desservir en termes de densit et de demande en trafic, les spcifications des quipements et

la bande de frquence, notre objectif cest de dimensionner le rseau en essayant de concilier

le cot et les contraintes de QoS.

Lopration de dimensionnements se base sur des donnes de dpart obtenues suite des

statistiques et estimations pour aboutir des rsultats permettant au rseau de couvrir la

totalit de la zone considre en divers services.

III.2.2 Choix de la bande de frquenceLa slection de la bande de frquence utiliser a une influence capitale sur le

dimensionnement et la planification dun tel rseau. A basses frquences, les caractristiques

de propagation du signal sont meilleures, seulement la bande passante disponible est limite.

Le choix entre les bandes avec et sans licence nest pas facile faire. La nature des bandes

sous licence 3.5 GHz, 10.5 GHz et 26 GHz protge le rseau des interfrences inter systmes


32

et limite le nombre doprateurs une certaines zone gographique. Les bandes sans licence

prsentent des niveaux dinterfrences difficilement prdictibles pouvant constituer des

problmes dans certaines zones [20].

Les spcifications de la norme

Tableau III.1 : Spcificits techniques des diffrentes normes IEEE 802.16x [20]

III.2.3 Choix du type de DimensionnementLe dploiement du rseau peut tre limit par la capacit, ou par la porte. Pour les

services fixes, d aux attributions licencies avec un spectre limit, la plupart des

dploiements seront limites par la capacit plus que la porte, a lexception des zones rurales

o on a une faible densit, et surtout les zones o on a une grande perte de propagation.

Cependant, gnralement les oprateurs la premire phase du rseau essayent d'assurer la

couverture la plus complte possible vue le nombre faible d'abonns et le non pertinence des

prdictions faites. Une fois, la demande en trafic augmente, l'oprateur passe l'tape de

densification et ce en ajoutant des canaux (si le spectre le permet) ou des stations de bases

supplmentaires.

III.3 Modles de propagationIII.3.1 Rle des modles de propagation

Les modles de propagation simulent la manire avec laquelle les ondes radio se

propagent dans l'environnement d'un point l'autre. Afin de modliser exactement le

comportement des ondes radio, les caractristiques de l'environnement telles que la topologie

du terrain (par exemple, colline ou appartement) doivent tre prises en considration. La

couverture au sol telle que des btiments et des arbres doit galement tre explique (connue


33

en tant que sursol ou clutter ) : Un modle de propagation modlise la manire avec

laquelle les ondes radio ragissent aux changements d'altitude et au sursol (rflexion,

diffraction, et dispersion) [21].

III.3.2 Types de modles de propagationDans ce paragraphe, nous commenons par rappeler plusieurs modles de propagation

applicables larchitecture multi cellules.

Typiquement, le scnario est le suivant :

Les cellules < 10 Km de rayon, diffrents types de terrains et de densit des arbres.

Des antennes directionnelles ou omnidirectionnelles sont installes, au dessous des toits (2-

10 m), au rcepteur.

15 40 m antennes de BS.

Condition dune grande couverture de cellule (80-90%)

Le canal sans fil est caractris par :

Perte due au chemin (effet de masque inclus).

Caractristiques dvanouissement.

Interfrence Co-canal et entre les canaux adjacents.

noter que ces paramtres sont arbitraires, et seulement une caractrisation statistique est

possible. Typiquement, la moyenne et la variance des paramtres sont spcifies.

Les paramtres des modles de propagation ci-dessus dpendent de : terrain, densit des

arbres, hauteurs dantennes et largeur du faisceau, vitesse du vent, et saison (t ou hiver).

Les modles de propagation varient selon que lmetteur et le rcepteur seraient ou non en

ligne de vue ou en dautres termes en environnement LOS ou NLOS.

III.3.2.1 Le modle de propagation (Espace libre)Le modle de laffaiblissement du parcours espace libre est habituellement le point de

rfrence duquel tout les modles de propagation prennent origine, il est employ pour

dterminer laffaiblissement de parcours en espace libre. Ce modle se base sur lquation de

Friis qui montre que la puissance reue chute beaucoup et elle est calcule comme tant la

carr de la distance sparent metteur et rcepteur (20dB/decade).

En envoronnement LOS ; le modle Free Space ou modle de Friis est spcifi.

Lquation suivante montre le path loss en fonction de la distance :


34

(III.1)

Avec :

d : distance entre deux antennes dans lespace libre (m)

: Longueur donde (m)

Ou encore [22] : (III.2)

Avec :

d : distance en Km

fc : frquence en MHz

III.3.2.2 Modle COST 231 HataCe modle est utilis pour les macros cellules. Il est essentiellement fait pour les

frquences infrieures 2 GHz. Dans le but de lutiliser pour des frquences suprieures

(jusqu 6GHz), on lui a introduit des corrections.

Le rsultat est donn par lquation suivante [23] :

(III.3)

Avec:

fc: frquence porteuse du signal en MHz

hbs : hauteur de la BS en mtres

hss : hauteur de la SS en mtres

d : distance entre la BS et SS en Km

C : terme constant (C=0 dB pour les zones sous urbaines, C=3 dB pour les zones urbaines)

A(hss) : est un terme correctif dpendant de la hauteur de lantenne de SS.

Pour les villes de taille moyenne ou petite :

A(hss)= (1.1*log (fc)-0.7)*hss-(1.56*log(fc)-0.8)dB

Pour les villes de grande taille :

A(hss)=3.2*log (11.75*hss)-4.97 dB

PL(d) = 20Log (4d/)

PL(d)=32.4+20Log(d)+20Log(fc)

Lh(db)= 46.3+33.9 Log(fc)-13.2Log(hbs)-A(hss)+(44.9-6.55Log(hbs))Log(d)+Cm


35

III.3.2.3 Modle dErcegEn environnement NLOS, le modle adquat pour prdire ce quadviendra au signal

lors de sa transmission vers le rcepteur au niveau dun rseau WiMAX fixe est le modle

dErceg connu sous le nom SUI model .

Le modle dErceg est utilis pour les zones urbaines, sous urbaines et rurales. Il

reprsente une modification du modle de Hata-Okumura. Ce dernier est le modle de perte

de chemin le plus utilis pour la prdiction de lintensit du signal et la simulation dans des

environnements macros cellulaires.

Le modle de Hata-Okumura est valide pour les valeurs des paramtres du tableau suivant :

Paramtres Valeurs

Frquence 500-1500 MHz

Distance de lantenne de BS >1 Km

Hauteur de lantenne de BS >30 m

Tableau III.2 : Paramtres de validit du modle Hata-Okumura.

La modification propose au modle de Hata-Okumura donne un nouveau modle, souvent

avec des corrections concernant le type de terrain. Trois catgories de terrain sont dfinies :

Catgorie A : perte de chemin maximal, terrain avec collines, et une densit darbres

variable (modre grande densit).

Catgorie B : perte de chemin intermdiaire entre A et C.

Catgorie C : perte de chemin minimal, terrain plat, avec une faible densit darbres.

Pour une distance proche de d0, la perte du chemin est donn par (frquence=1.9 GHz) :

(III.4)

pour d> d0, d0 = 100 m

(III.5)

Avec :

est la longueur donde en m

est lexposant de perte de chemin.

(III.6)

L= A+10**log(d/d0)+s

A=20 log (4 d0/)

= (a-b*hb+c/hb)


36

Avec hb est la hauteur de la BS entre 10 et 80 m, a, b et c sont des constants dpendant de la

catgorie du terrain, dont les valeurs sont donnes dans le tableau suivant :

Paramtres du

modle

Terrain de type A Terrain de type B Terrain de type C

A 4.6 4 3.6

B 0.0075 0.0065 0.005

C 12.6 17.1 20

Tableau III.3: Valeurs des paramtres en fonction du type de terrain.

Leffet de masque est donn par le paramtre s, qui suit une distribution log normale. La

valeur typique de lcart type de s est entre 8.2 et 10.6, dpendant du type de terrain et densit

darbres.

Termes de correction de frquence et de la hauteur dantenne rceptrice

Le modle ci-dessus est valable pour des frquences proches de 2GHz, et pour des hauteurs

dantennes rceptrices proche de 2 m. dans le but dutiliser ce modle pour autres frquences

plus leves et pour des hauteurs dantennes 2 et10 m, on ajoute au modle ci-dessus des

corrections concernant la frquence et la hauteur de lantenne rceptrice.

Le modle de propagation (en dB), avec les termes de correction, sera :

(III.7)

L : est la perte de chemin prcdemment donn.

Lf : est le terme de correction frquentielle (en dB) donn par :

Lf =6*log (f/2000) ou f est la frquence en MHz,

Lh =-10.8log (h/2) pour les catgories A et B,

Lh =-20log (h/2) pour la catgorie C.

Avec : h est la hauteur de lantenne entre 2 m et 10 m.

Lp=L+Lf+Lh


37

III.4 Bilan de Liaison [24]Un quilibrage de puissance est ncessaire pour les liaisons montantes et

descendantes, pour cela un ajustement des paramtres des liaisons est ncessaire pour les

quilibrer. Une liaison quilibre signifie un fonctionnement symtrique du systme en tout

point de la couverture, comme il est illustr dans la figure suivant :

Figure III.1: Equilibrage des liens montants et descendants.

Le but de bilan de liaison est de calculer lattnuation de parcours maximale permise entre la

station de base et le rcepteur pour un service donn. Lattnuation de parcours maximale est

alors employe pour choisir des antennes et des configurations pour les stations de base, et

pour la planification de la puissance de sortie sur les diffrents canaux des stations de base.

Lattnuation de parcours maximale dtermine la porte de chaque BS et ainsi sa couverture

et le nombre requis de station de base pour couvrir une zone donne.

III.4.1 Puissance miseLlment de base qui doit tre calcul pour le bila de liaison du cot de lmetteur est

la Puissance Isotrope Rayonne Equivalente ou (PIRE), elle dpend de la chane appareil-

cble-antenne.

Donc, lappareil metteur met le signal avec une certaine puissance note Pe, le cble reliant

lappareil lantenne en perd une partie note L, et lantenne fournit elle aussi une puissance

supplmentaire note Ge.

En exprimant ces puissances en dB, la PIRE sobtient par simple addition :

PIRE= Puissance dmission - Perte de cble + Gain dantenne mettrice


38

Soit :

Dans des systmes de radiocommunication, le PIRE est la qualit de puissance qui devrait tre

mise par une antenne isotrope (qui distribue de faon gale la puissance dans toutes les

directions) pour produire la densit de puissance maximale observe dans la direction du gain

maximum dantenne.

Pour le dcibel cest une unit exprimant un rapport, autrement dit un gain. Pour des

puissances, le calcule est le suivant :

(III.9)

Pour lappareil metteur, il sagit de dcibel par rapport au milliwatt (dBm) : dans la formule

prcdente, P2 = 1 mW et P est la puissance dmission doit tre aussi transforme en mW de

lappareil.

Pour l'antenne, il s'agit de dcibel par rapport un isotrope (dBi). L'isotrope est une antenne

thorique parfaite qui met de faon homogne dans toutes les directions. Le dBi est donc le

gain de l'antenne par rapport un isotrope qui met la mme quantit d'nergie. Les pertes

cbles sont exprimes en dcibel par mtre (dB/m), donc les pertes totales dues au cble sont

calcules ainsi :

Pertes cble = longueur cble * perte par mtre.

III.4.2 Sensibilit de rceptionPour que le signal reu soit intelligible par le rcepteur, il faut que celui-ci ait une

sensibilit suffisante. L encore, c'est l'ensemble appareil-cble-antenne qu'il faut prendre en

compte.

La sensibilit effective Rx est une addition de la sensibilit de l'appareil Sx (une autre

caractristique avec la puissance) et du gain de l'antenne Gs, auxquels on retranche les pertes

de cble L.

Le gain de l'antenne et les pertes de cble sont ceux utiliss dans les calculs de puissance

prcdents.

La puissance effective du signal reue doit tre suprieure la sensibilit de l'ensemble, faute

de quoi le signal ne pourra pas tre utilis.

Donc, llment de base qui doit tre calcul pour le bilan de liaison du ct du rcepteur est

la puissance ou la sensibilit minimum reue de rcepteur. La sensibilit du rcepteur est

PIRE= Pe - L + Ge

dB = 20log(P1/P2)

(III.8)


39

dfinie comme la quantit de puissance en dBm qu'un dtecteur doit recevoir pour raliser une

performance spcifique en bande de base, comme un taux d'erreurs sur les bits spcifi ou un

radio du signal sur bruit.

Cette sensibilit de rcepteur (en dBm) sera calcule en utilisant la formule suivante:

Avec: (III.10)

Rx : La sensibilit du rcepteur.

Eb/N0 : Ratio du signal sur bruit (en dB)

W : Bande passante du systme (MHz)

Rb : dbit symbole (bps)

NW : Puissance de bruit thermique ; et NF : Bruit au niveau du rcepteur.

III.4.3 Affaiblissement maximum tolrableLa diffrence entre la puissance de l'metteur et la sensibilit du rcepteur donne

l'affaiblissement maximum qu'on peut tolrer. Comme il y a 2 stations qui sont la fois

mettrices et rceptrices, on fait ce calcul pour les 2 cas, et on prend le plus petit des deux.

On prend en considration le marge de liaison MGlink, le marge de fading MGfade,

laffaiblissement d au shadowing LSH, et laffaiblissement d aux caractristiques de

lenvironnement Lenv, qu'on retranche l'affaiblissement maximum tolrable, et on obtient

l'affaiblissement en ligne dterminant PL, pour "Pertes en Ligne".

(III.11)

III.5 Dimensionnement suivant la porte ou la couvertureIII.5.1 Dtermination de la porte dune cellule

Pour couvrir une surface, on doit dterminer le nombre de stations de base requises,

pour cela le rayon de couverture ou la porte dune station de base doit tre calcule. Il sagit

en premier temps destimer laffaiblissement de parcours maximum en utilisant le bilan de

liaison. Ensuite, Il est question de calculer la porte maximale ou le rayon de couverture

maximale en utilisant les modles de propagation conformment au type de terrain dtude.

Ltape suivante consiste dterminer le nombre de stations de base donne par la formule

suivante :

Rx = (Eb / N0) - 10Log (W/Rh) + NW+NF

PL = PIRE Rx + GSS LSH - Lenv - Lr MGlink Mgfade


40

O : (III.12)

NBS : est le nombre de stations de base requise pour la couverture

Ctotal : est la surface totale couvrir

CBS : est la couverture dune station de base basee sur la puissance maximale telle que :

Ou encore

Remarque

Au final le nombre de stations de base serait le maximum du nombre issu de la mthode

oriente capacit et de celle oriente porte ou bien oriente couverture.

III.5.2 Dimensionnement suivant la capacitPour un dploiement limit par la capacit, il est ncessaire de dployer les BS avec un

espacement entre les BS suffisant de servir tous les utilisateurs dans le systme. Les services

supposs tre offerts sont [25] :

Type dutilisateur Description du service

Rsidentiel 128 Kbps

Rsidentiel VOIP 256 Kbps

PME (Petites et Moyennes 0.5 Mbps

Entreprises)

Grandes entreprises et 1 Mbps

Professionnels

III.5.2.1 Dtermination du Trafic par abonnGnralement, les problmes de capacit sont inhrents la liaison descendante (DL),

vue l'asymtrie qui domine la plupart des services paquet hauts dbits, c'est pour cela que

nous nous intressons au lien descendant lors de l'valuation des besoins en trafic. Pour une

classe donne l'estimation de la bande requise par abonn est donne par :

(III.15)

Avec :

NBS = Ctotal/CBS

CBS = (3*31/2*R2)/2

CBS = 2.6R2

TDL/abonn= Ds DL TC/service

(III.13)

(III.14)


41

TDL/abonn : Trafic moyen par abonn pour le lien descendant (Kb/s).

DS-DL: Dbit moyen par service.

TC/service : Taux de contention du service.

Ns : Nombre de services dans la classe.

Remarque

La notion de taux de contention pour un service donn est introduite afin de tenir compte

du fait que certains types de service prsentent un trafic en rafale ce qui est le cas de l'internet.

Ce taux dpend des applications et des services demands par les clients.

Si ces services se limitent la consultation des emails et la navigation web, un taux de

contention lev peut tre pris et ce l'encontre des applications gourmandes en bande

passante comme la vidoconfrence. Par exemple, si un service est dfini avec TC = 1/10,

alors la bande passante offerte est partage entre 10 utilisateurs.

III.5.2.2 Dtermination du Trafic agrg pour une zone donneSoit p le taux de pntration de la technologie WiMAX pour l'oprateur X dans la zone

d'tude, Il reprsente le ratio entre le nombre d'abonns potentiels et le nombre total

d'habitants dans la zone. Soit i le pourcentage d'abonns de chaque classe d'usagers dans

l'ensemble N d'abonns dans la zone. Nous pouvons alors dterminer le trafic total sur le lien

descendant (DL) comme suit:

Avec : (III.16)

D DL : Dbit total requis sur le DL

TDL/ab : Dbit total requis par abonn appartenant la classe de service i.

III.5.2.3 Dtermination de la capacit moyenne par secteurVu que chaque modulation se caractrise par une efficacit spectrale diffrente, la

capacit effective du canal ne peut tre dtermine qu'en connaissant le profil (couple

modulation codage) utilis par chaque client partageant ce canal ce qui est difficile relever.

La difficult de prvoir la distribution des abonns dans la zone surtout avec l'introduction des

concepts de nomadisme et de mobilit nous supposons lors de notre dimensionnement que les

Nsecteur=

D DL=p*N*


42

abonns sont distribus uniformment dans la zone objet d'tude et qu'ils utilisent tous le

mme type d'quipement indoor ou outdoor. Si on suppose que :

Le nombre maximum d'usagers pouvant se connecter un secteur serait calcul de la manire

suivante :

(III.17)

Nmax_usages/secteur : Nombre maximum d'usagers support par secteur

DRmoy/sect: Capacit moyenne par secteur

DDL: Besoin en trafic sur le DL

Nous pouvons partir de cette quation dduire le nombre total de secteurs ncessaires grce

la formule suivante:

(III.18)

Avec :

Nsecteur: nombre total de secteurs requis

Nusagers tot: Nombre total d'abonns dans la zone de service

Nusagers tot: nombre maximum d'usagers par secteur

A partir du nombre total de secteurs requis et de la configuration de la BS nous pouvons

dduire le nombre ncessaire de stations de base :

(III.19)

III.6 Dbit - PorteDans cette section on va utiliser les quations dfinies prcdemment savoir le path loss et

quelques quations du bilan de liaison pour dterminer une rlation reliant le dbit et la

porte.

Lquation correspondante pour d>d0 est :

PL = [A+10Log10(d/d0)] + Xf + Xh + s (III.20)

Les paramtres numriques choisis sont consigns dans le tableau ci-aprs;

Et ainsi, le path loss en fonction de la distance se prsente de la manire suivante :

Pour un terrain du type A ;

PLA(d) = 47.95Log10(0.01d) + 94.76 (dB)

Pour un terrain type B ;

PLB(d) = 43.75Log10(0.01d) + 94.76 (dB)

Nmax_usages/secteur= /

Nsecteur= /

NBS= /


43

Pour un terrain du type C ;

PLC(d) = 41.16Log10(0.01d) + 94.76 (dB)

III.7 ConclusionDans ce chapitre, nous avons abord les principes du dimensionnement (modles de

propagation, bilan de liaison), prsent les concepts de base dun trafic dune zone donne,

do nous dduisons que la prdiction de la couverture et le dimensionnement du trafic sont

deux tapes essentielles et complmentaires pour la dtermination du nombre des

quipements ncessaires pour le dploiement dun rseau WiMAX.

Chapitre IV Rsultats de dimensionnement

44

IV.1 IntroductionLe dimensionnement dun tel rseau WiMAX permet dune part, dassurer la

meilleure couverture possible de la zone de dploiement et dautre part rpondre aux

exigences de capacit et du trafic pour les diffrents services, tout en gardant un bon

compromis qualit/cout.

Dans le chapitre prcdant, il tait question de prsenter les tapes gnrales de

dimensionnement du rseau WiMAX, afin de parvenir des rsultats fiables pouvant tre

judicieusement interprts.

Donc, aprs ces phases traites dans le chapitre prcdent, nous entamons ltape

finale de notre travail, en prcisant tout dabord le langage de programmation adopt, ainsi

que lenvironnement utilis pour llaboration de notre outil de dimensionnement.

Ensuite, nous prsenterons nos rsultats de simulation avec le simulateur Matlab et analys en

termes de couverture et capacit.

IV.2 Outil de dimensionnementNous avons utilis comme outil de dimensionnement le simulateur Matlab, il permet

de raliser des interfaces graphiques (GUI : Graphical User Interface) en disposant l'aide de

la souris des lments graphiques (boutons, images, champs de texte, menu droulants,...). En

effet, il aide loprateur calculer et vrifier les paramtres du dimensionnement de rseau

WiMAX et par consquent de garantir une meilleur qualit de services aux clients.

IV.3 Dimensionnement orient couverture ou porteIV.3.1 calcul de pertes du cheminLa figure IV.1 reprsente linterface calculatrice des pertes de chemin, en calculant ces pertes

par un simple clique sur le bouton calculer.

En utilisant les quations (III.1), (III.3) et (III.4) du chapitre III pour le calculer les pertes du

chemin pour les diffrents modles de propagation.


45

Figure IV.1: Interface calculatrice des pertes du chemin

Les tableaux IV.1 et IV.2 rsument les valeurs de ces pertes pour les frquences 1.9 GHz et

3.5 GHz respectivement.

Les valeurs quavec lesquelles on a fait les calcules sont :

Hauteur dantenne dmission : 20 m,

Distance Emetteur/Rcepteur : 2000 m, 3000 m et 4000 m,

Effet de masque : 6.

Pertes du chemin en (dB)

Distance

Emetteur /Rcepteur

Modle

Espace libre

Modle

COST231

Zone

Urbaine

Zone

S-Urbaine

Zone

Rurale

2000 104.037 226.572 144.109 139.491 136.563

3000 107.559 232.978 153.055 147.811 144.487

4000 110.058 237.523 159.401 153.714 150.11

Tableau IV.1 : Pertes du chemin pour une frquence de 1,9 GHz,

l hauteur de lantenne rceptrice est de 2 m.


46

Pertes du chemin en (dB)

Distance

Emetteur /Rcepteur

Modle

Espace libre

Modle

COST231

Zone

Urbaine

Zone

S-Urbaine

Zone

Rurale

2000 109.344 225.046 174.045 169.427 162.11

3000 112.866 231.452 182.991 177.747 170.034

4000 115.364 235.997 189.338 183.65 175.656

Tableau IV.2 : Pertes du chemin pour une frquence de 3,5 GHz,

lhauteur de lantenne rceptrice est de 6 m.

Pour le modle Espace libre : On remarque que les perte du parcours sont faible, ce

qui prouve une situation de (LOS) sans obstruction bas sur lquation de friis qui

montre que la puissance reue chute beaucoup.

Pour le modle SUI (Erceg) : On remarque que pour tous les types de terrains les

pertes du chemin augmentent par rapport au modle prcdent, ce qui confirme une

situation (NLOS) cause des effets dobstruction.

Pour le modle Cost 231-Hata : On remarque une augmentation de pertes du trajet,

alors que lemetteur et le rcepteur seraient en environnement (NLOS).

Daprs lanalyse des rsultats, on constate que pour un environnement (LOS) le modle

Espace libre est spcifi, alors que pour un environnement (NLOS) les modles SUI

(Erceg) et Cost 231-Hata sont adquats pour prdire ce quadviendra au signal lors de sa

transmission vers le rcepteur au niveau dun rseau WIMAX.

La figure IV.2 illustre la variation des pertes de chemin (path loss) en fonction de la porte et

ceci pour les modles dErceg et de propagation en espace libre.


47

Figure IV.2 : Variation du path loss en fonction de la porte.

Lallure des courbes de la figure IV.2 est croissante. En effet, lorsque la distance entre

lmetteur et le rcepteur augmente laffaiblissement du parcours augmente pour les diffrents

modles de propagation. Ceci est du aux diffrents phnomnes physiques radio, tels que le

shodwing, la diffraction, la rflexion labsorption aux quels le signal est sujet lors de sa

propagation entre lmetteur et le rcepteur.

IV.3.2 Calcul de la porte de la station de base Bilan de liaison

Pour un utilisateur dsirant commencer par un dimensionnement radio dune zone bien

prcise, il est invit commencer par une tape primordiale qui est lvaluation du bilan de

liaison. Ceci a pour but de dterminer les affaiblissements maximaux tolrs entre la station de

base et le rcepteur pour un service donn, selon les caractristiques des quipements quil

compte utiliser et les marges daffaiblissement estimes.

On est amen alors saisir les paramtres du bilan de liaison savoir :

102 103 10480

100

120

140

160

180

200

220

Distance (m)

Pat

hlo

ss(d

B)

Zone urbaineZone sous urbaineZone ruraleEspace libre


48

Au niveau de lmetteur : la puissance dmission, le gain de lantenne mettrice, et

les pertes dues aux cbles.

Au niveau du rcepteur : sa sensibilit, le gain de lantenne rceptrice, les pertes dues

aux cbles et le facteur de bruit.

Les marges : la marge dinterfrence, la marge de Fading et les pertes dues aux

pntrations.

On a introduit les donnes suivantes afin de calculer le bilan de liaison,

- La puissance dmission = 3.2 W

- Le gain de lantenne rceptrice = 13dB

- Les pertes dues aux cbles = 0.5 dB

- Le gain de lantenne mettrice = 18 dB ainsi que les paramtres de lOFDM.

Figure IV. 3: Exemple de bilan de liaison.


49

Dans linterface graphique du bilan de liaison de figure IV.3, on a calcul laffaiblissement

maximum tolrable la et sensibilit pour chaque modulation selon le type de codage. Les rsultats

de simulation sont illustrs dans le tableau IV.3.

Modulation Rapport

signal/bruit (dB)

Sensibilit

(dBm)

La valeur du perte de

chemin maximale (dB)

BPSK-1/2 6.4 -74.5288 102.08

QPSK-1/2 9.4 -87.8288 115.38

QPSK-3/4 11.2 -86.0288 113.58

QAM-16-1/2 16.4 -80.8288 108.38

QAM-16-3/4 18.2 -79.0288 106.58

QAM-64-2/3 22.7 -74.5288 102.08

QAM-64-3/4 24.4 -72.8288 100.38

Tableau IV.3 : Les valeurs de la sensibilit et laffaiblissement selon la modulation.

La porte dune cellule diffre pour chaque modle de propagation utilis. Elle dpend fortement

de lenvironnement de transmission, par exemple pour un environnement rural, o il ny a pas

beaucoup dobstacles entre la BS et les SS, le modle de propagation se rapproche de la

propagation LOS o on na pas que la perte du chemin en espace libre (et celui de pluie sil

existe). Ainsi, on note laffaiblissement maximum tolrable dtermine la porte de chaque station

de base et donc la couverture et le nombre requis de station de base pour couvrir une zone donne.

La figure IV.4 montre limpact de la hauteur de station de base sur laffaiblissement et la

porte pour trois hauteurs de station de base (5 m, 10 m et 30 m).

On constate une nette augmentation de laffaiblissement en augmentant la porte, on

remarque aussi cet affaiblissement diminue lorsquon augmente la hauteur de la station de

base, ce qui montre l'effet de la hauteur de la station de base sur l'affaiblissement subi par le

signal. En fait, la structure super-cellules, gnralement utilise dans les zones rurales faible

densit dabonnes, se base sur un nombre limit de sites qui sont hauts, le principal objectif

tant dassurer la plus grande couverture possible. Pour les zones urbaines denses, les

supports sont gnralement les plus courts afin de limite l'effet d'interfrence.


50

Figure IV.4 : Variation de laffaiblissement en fonction de la porte.

La figure IV.5 reprsente la variation de l

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