Projet pratique

A travers un réseau VSAT, notre réseau verra son trafic y transiter et il nous faut fixer la bande passante allouée. A partir du schéma ci-dessous, il sera calculé :

I- Bilan de liaison : Relation linéaire entre le débit et la puissance

Considérons une antenne d’un satellite géostationnaire qui émet avec une puissance rayonnée de 100 Watts (20 dBW) avec un gain de 17 dB.

1°) Calculer la PIRE ?Réponse : est alors égale à 37 dBW.

L'antenne de réception est une parabole de 3 mètres de diamètre avec une efficacité de 50%. La fréquence porteuse est égale à 4 GHz. Rappel :

Le gain de l'antenne de la station terrienne est donc égal à Gr = 39 dB

La perte en espace libre est égale à Ls = 195.6 dB. On suppose qu'il n'y a ici aucune autre perte atmosphérique à prendre en compte.

2°) Calculer la puissance reçue ?

La puissance reçue est égale donc à :(Pr )dbW = 20 + 17 + 39 - 195.6(Pr ) dbW = -119.6 dBW

La température de bruit du récepteur est égale à 300 K. La densité de bruit est alors de :N0 = 4,1.10-21W Hz ou encore -203 dBW / HzD'où :

Supposons que le rapport

Le débit maximum sera alors égal à :(Rb )dB = 84.3 - 10 = 74.3 dBHz

D'où :

Donc, avec ces antennes et avec cette puissance d'émission, ce satellite Géostationnaire peut transmettre au plus 26.9 Mbit/sec. Si l'on souhaite augmenter cette valeur, on peut augmenter la puissance émise par le satellite, augmenter la taille de l'antenne du satellite ou enfin augmenter la taille de l'antenne de la station terrienne.Les calculs de bilan de liaison effectués lors du paragraphe précédent, tendent à donner une relation linéaire entre le débit et la puissance. Ceci est exact en première approximation. Cependant le débit ne va pas exactement croître linéairement en fonction de la puissance.En effet, en 1948 Claude E. Shannon a démontré un théorème prouvant que l'on pouvait transmettre des données à un débit Rb (bits/sec) sur un canal de taille W (Hz) avec un taux d'erreurs aussi faible que l'on désire à condition de ne pas dépasser la capacité C (bits/sec) du canal. Shannon a déterminé la capacité C d'un canal additif gaussien blanc (AWGN). Cette capacité s'écrit :

La planification d’un réseau cellulaire 2G puis 3G tout en respectant les données marketing et les contraintes techniques :

Données marketing :

1ère période : Dimensionnement et déploiement d'un réseau 2G

La densité d'abonnés à desservir suivant les zones est de :

2000/km2 en dense urbain

1000/km2 en urbain

500/ km2 en suburbain

100/ km2 en rural

Couverture en capacité.

Technologie : GSM 900

Canaux: 1 à 62

Service offert : deep indoor

Part de marché = 35%

Probabilité de blocage : 2%

Consommation moyenne d'un abonné : 25mErl

2ème période : Densification d'un réseau 2G

La densité d'abonnés à desservir suivant les zones est de :

4000/km2 en dense urbain

2000/km2 en urbain

1000/ km2 en suburbain

500/ km2 en rural

Couverture en capacité.

Technologie : DCS1800 + GSM 900 (répartition équilibrée entre les deux technos).

Canaux : 527 à 645

Service offert : deep indoor

Part de marché = 30%

Probabilité de blocage : 2%

Consommation moyenne d'un abonné : 25mErl

3ème période : Dimensionnement et déploiement d'un réseau 3G

La densité d'abonnés à desservir suivant les zones est de :

5000/km2 en dense urbain

2500/km2 en urbain

1200/ km2 en suburbain

500/ km2 en rural

Profil moyen de consommation des abonnés :

Voix à 12,2kbps, 25mErl / abonné (facteur d'activité = 0,65)

Data à 64kbps : 25kbps / abonné

Data à 144kbps : 40 kbps / abonné

Data à 384kbps : 50 kbps / abonné

Données constructeurs pour utilisateur de type piéton 3km/h :

Technologie : UMTS (2 porteuses)

Service offert : indoor daylight (20% à 12,2kbps, 40% à 64kbps, 30% à 144kbps, 10% à 384kbps)

Part de marché = 30%

Charge totale des cellules = 60%

II- Couches haute et basse du réseau mobile   :

Pour mettre en exergue toutes les données nécessaires pour la couche haute du réseau à déployer, il y a à faire le bilan de liaison. Nécessairement par la théorie et avec l’aide d’un logiciel de simulation. Le modèle numérique de terrain de cet outil renseigne sur les zones dense, moyennement dense, industrielle et commerciale, ouvert intra-urbain, ouverts, etc.Donc une capture de la zone d’étude via satellite est nécessaire. Son analyse à partir de cet outil permet d’avoir des résultats comparables avec un modèle de calcul comme celui d’OKUMURA-HATA.Pour le cas d’étude, la zone de travail est d’environ de 16 Km2

VUE SATELLITE DE LA ZONE D’ETUDE

VUE SOUS LOGICIEL DE PLANIFICATION D’UN RESEAU CELLULAIRE DE LA ZONE D’ETUDE

Outil : http://GPSFrance.net

Le logiciel permet de réaliser entre autres de multiples prédictions :- Couverture par niveau de champ- Couverture par émetteur- Zone de recouvrement- Etude de trafic- Couverture par niveau de C/I

BILAN DE LIAISON

C’est une étape indispensable pour le dimensionnement de notre réseau. En effet, il permet de déterminer la taille des cellules et donc d’avoir une bonne approximation du nombre de station de base qu’il va falloir déployer.Pour déployer un réseau de téléphonie+data, il est nécessaire d’étudier l’ensemble des atténuations que peut subir la propagation de l’onde. Cette première analyse consiste à faire un bilan de liaison pour un site qui nous donnera le maximum d’atténuation possible entre l’émetteur et le récepteur que ce soit sur une voie montante ou une voie descendante. C’est ainsi qu’on définit le MAPL que l’on calcul de la manière suivante :

On réalise le bilan de la liaison en voie descendante et en voie montante pour ensuite les équilibrer :

Downlink Omni Directive FormulaPuissance émission BTS Dbm 43 43 aPertes câbles + connecteurs Db 3 3 bGain Antenne BTS Dbi 12 17 cPerte Combiner Db 0-3 0-3 dPIRE BTS Db 49 54 e=a+c-b-dSensibilité des terminaux Dbm -102 -102 fGain Antenne Mobile Dbi 0 0 gBody Loss Db 3 3 hMin Signal into MS Dbm -99 -99 iMarge Slow fading (Log-normal) Db 7 7 jMarge Fast Fading (Mobility) Db 5 5 KMarge de pénétration Db 20 20 lMAPL Dbm 116 121 m=e-f+g-h-j-k-l

Vu que la zone à couvrir a de nombreux bâtiments, notre choix s’est porté sur des antennes directives qui sont plus appropriées pour lutter contre les réflexions multiples. De plus, nous avons choisi les caractéristiques des terminaux portatifs (catégorie 1) et des stations de base (catégorie 1) les plus utilisés. La densité d’abonnés étant très faible, chaque cellule peut fonctionner avec un seul TRX, il ne sera donc pas nécessaire d’insérer de coupleur.

Uplink Omni Directive FormulaPuissance du mobile Dbm 33 33 aBody Loss Db 3 3 bGain Antenne Dbi 0 0 c

PIRE du Mobile Db 30 30 d = a-b+cSensibilité BTS Dbm -104 -104 eGain Antenne BTS Dbi 12 17 fPertes câbles + connecteurs Db 3 3 gMHA Db 5 5 hMin Signal into BTS Dbm -113 -118 iMarge Slow fading (Log-normal) Db 7 7 jMarge Fast Fading (Mobility) Db 5 5 kMarge de pénétration Db 20 20 lMAPL Dbm 116 121 m= d-e+f-g+h-j-k-l

m= d-e+f-g+h-j-k-l = 30-(-104)+12-3+5-7-5-20 = 116

En général les opérateurs orientent leurs choix d’antennes pour du tri-sectoriel qui permet des portées plus importantes et une très bonne directivité. Pour l’étude, on utilise des terminaux mobiles de classe 4 avec une puissance de 33 dbm (2W) et des BTS de classe 5 avec une puissance de 43 dbm (20W).

Pour un service deep indoor, un utilisateur doit pourvoir communiquer à l’intérieur d’un bâtiment. L’atténuation induit par les parois d’un bâtiment est approximée à 20 dbm dans le pire des cas.

DIMMENSIONNEMENT DES CELLULES

A partir de la valeur du MAPL, on peut déduire la taille de cellule nécessaire pour assurer la propagation du signal. Pour se faire on applique dans le cas du GSM900 un modèle de propagation OKUMURA-HATA qui nous donne les dimensions d’une cellule (rayon hexagonal)

Dimensionnement des cellules ValeurMAPL deep indoor Dbm 121Lu Dbm 126,41 + 35,2 log dDmax Km 0,702Rayon cellule = Dmax/2 Km 0,351Distance Intersite (% à 1 BTS 3 secteurs) Km 1,053Distance de réutilisation de fréquence (K=7) Km 1,608Surface cellule : S = (3√3/2) * R2 Km2 0,320Nombre de cellules: Szone=Scellule 50Nombre de sites 17

Rappel :AB=3 * RSurface = (3√3/2) * R2

Zone de travail est d’environ de 16 Km2 on en déduit donc : la surface d’une cellule le nombre de cellules nécessaires (50) ; ce qui nous donne 17 sites tri-sectoriels.

Première phase : Gestion du modèle GSM 900

Pour l’étude on a choisi de placer les émetteurs GSM à une hauteur initiale de 30 m.

Après avoir dimensionné le réseau il faut le déployer avec le logiciel en paramétrant les caractéristiques d’un site de la manière suivante, grâce au modèle « GSM900 Urbain » prédéfini.

Après avoir défini une zone de calcul par rapport au projet, on établit une génération automatique des sites basés sur le modèle paramétré précédemment.

Avec un positionnement automatique on s’aperçoit qu’on obtient légèrement plus de site qu’en théorie. Ceci est normal car le logiciel ne prend pas en compte le modèle de terrain il se contente de combler la zone de calcul avec des sites tri sectoriel. En effet on voit déjà que certains émetteurs sont inutiles et pourront être supprimés par la suite. Ici on a 23 sites.

La génération automatique des sites ne prenait pas en compte le terrain et on retrouvait des sites en plein milieu des rues et aussi à l’intérieur même des bâtiments. C’est la qu’intervient le paramétrage du système de coordonnées WGS (World Geodetic System 1984 : Système géodésique mondial, révision de 1984. La version antérieure date de 1972) qui nous a permis via le site http://GPSFrance.net de replacer nos stations dans des endroits plus approprié tel que les toits des bâtiments ou des endroits éventuellement louables par l’opérateur.

Le GPS privilégie la notation en D.d degrés-décimaux avec le point comme indicateur décimal pour sa plus grande précision, et aussi dans le but d'assurer la compatibilité avec la majorité des logiciels de gestion et de conversion des coordonnées et des Points dans le site.

!

 

Il va de soi, que tout autre notation est acceptée si elle est écrite sans équivoque, en cas de doute l'utilisateur précisera DMS, D.d, DM.d ou DMS.d

Convertir les degrés sexagésimaux en degrés décimaux :

Les coordonnées géographiques sont souvent données en degrés sexagésimaux, c'est-à-dire, en degrés, minutes et secondes. Cependant, les ordinateurs préfèrent le système décimal et il est nécessaire de convertir les degrés sexagésimaux en degrés décimaux.

Exemple : Soit une latitude de 45° 53' 36" (45 degrés, 53 minutes et 36 secondes). Exprimée en degrés décimaux, la latitude sera égale à :

latitude = 45 + (53 / 60) + (36 / 3600) = 45.89

Méthode de conversion :

latitude (degrés décimaux) = degrés + (minutes / 60) + (secondes / 3600)

Pour la longitude, la méthode est exactement la même :

longitude (degrés décimaux) = degrés + (minutes / 60) + (secondes / 3600)

Tous les méridiens ayant la même longueur, 1 minute de latitude = 1852 mètres (1 mille marin). Tous les parallèles ayant des longueurs différentes, une minute de longitude, en mètres = 1852 x Cosinus de la latitude, soit par exemple à une latitude de 45° 0' 0'', une minute de longitude est égale à 1852 x cos 45° = 1852 x 0,7071 = 1309,56 mètres.

WORLDWIND utilise le système Degrés-décimaux (D.d). Les latitudes Nord (N) et les longitudes Est (E) sont positives. Les latitudes Sud (S) et les longitudes Ouest (W) sont négatives. Pour convertir facilement les Degrés sexagésimaux (DMS) en Degrés décimaux (D.d), et inversement.

Exemple :

On a choisi le DEGRE comme unité de mesure des coordonnées symbole (°) Les sous-multiples du degré sont: la minute (') et la seconde ("). Il y a 60' dans 1° et 60" dans 1' soit 3600" dans 1°. On peut aussi utiliser la division décimale ou centésimale (base 10) du degré.

Exemple: 1 degré 15 minutes (1° 15') est identique à 1,25 degré (1 degré 25 centièmes) tout comme 1 heure 15 minutes = 1,25 heures.

Le système de notation des unités de mesures en FRANCE est basé sur la VIRGULE décimale. La plupart des autres pays utilise le POINT décimal, parce que les programmes informatiques de fonctions arithmétiques sont conçus pour le point décimal.

Degrés-Minutes-Secondes * DMSPrécision ~30,8 mètres à l'équateurE 26° 42' 54"

Degrés-Minutes décimales * DM.dW -42° 35.865'

Degrés-Minutes-Secondes décimales * DMS.dAvec 3 décimales de secondes, précision à ~3 centimètres.N 126° 45' 23.123"

Degrés-Décimaux * D.dPrécision jusqu'au millimètre.S -4.5678343

CONVENTIONS : Le méridien de Paris est situé 2° 20' 14.025" à l'Est du méridien de Greenwich.

On peut donc voir ci-dessous les nouveaux emplacements des sites :

Pour illustrer la relocalisation voici la photo du site 4 :

La prochaine étape consiste à réaliser les différentes prédictions de couverture pour constater les éventuelles anomalies qui devront être corrigées.

Prédictions avec un positionnement automatique des sites

1- Couverture par niveau de champ :

La prédiction de couverture par niveau de champ permet de comparer les niveaux mesurés avec plusieurs seuils que l’on peut définir manuellement selon nos besoins. Ici il est intéressant d’étudier les niveaux de champs par rapport aux seuils outdoor et deep indoor.

On constate que les seuils ne sont pas respectés :

-dans les zones denses urbaines les mobiles ne peuvent capter le signal qu’à l’extérieur des bâtiments. En effet on a un seuil de -87dBm dans la majorité des zones d’habitations ce qui correspond au seuil outdoor. Pour assurer une communication dans un bâtiment on a vu qu’il fallait un niveau de champ avoisinant le seuil deep indoor de -67dBm- on constate aussi que les niveaux dans les zones non habitées sont trop élevés.

Le placement automatique ne permet pas d’assurer le niveau de champ deep indoor.

2- Prédiction de couverture par émetteur :

Cette prédiction permet d’avoir une vue globale de toutes les cellules du réseau qui sera très utile pour cibler les émetteurs inutiles. De plus cette étude nous donne des informations directes sur la propagation des ondes sur le terrain. Ainsi on peut voir sur la carte suivante l’effet de guide d’onde à travers les différentes infrastructures du milieu (les bâtiments, les routes, les parkings, …)

On constate sur cette carte qu’en réalité on est loin des schémas hexagonaux calculés en théorie, en effet la hauteur des infrastructures du terrain est le paramètre le plus contraignant quand il s’agit de déployer un réseau cellulaire. Surtout si l’opérateur exige une certaine homogénéité des cellules. On peut voir ici l’importance de l’étape d’optimisation du réseau.

Dans la déclaration de voisinage, l’abonné GSM doit pouvoir passer d’une cellule à l’autre sans que sa communication ne soit coupée. Pour que le handover puisse se réaliser, il faut déclarer à l’OMC les cellules voisines de celle ou la communication se déroule. En effet, un HO se prépare de la manière suivante :- La BTS transmet au mobile le numéro de BCCH de ses cellules déclarées voisines.- Le mobile effectue des mesures de niveau de champ sur ces fréquences.- Le mobile transmet à la BTS ces mesures.- La BTS transmet au BSC ces valeurs.- Le BSC décide ou non le handover.

Dans cet exemple, les cellules 1 à 7 doivent être déclarées voisines réciproques (entrantes et sortantes) de la cellule 0. Dans certains cas, il sera également nécessaire de déclarer C8 et C9 voisines réciproques.Enfin, il arrive que la cellule couvre au-delà de sa zone théorique. Dans ce cas :- si la tache est importante (C0’), elle sera déclarée voisine réciproque de C8, C11, et C12.- si la tâche est petite (résurgence R0), il faudra déclarer les relations uniquement sortantes vers C8, C9, C10, C11, afin d’empêcher le mobile de rentrer dans cette résurgence et, si c’est le cas, lui éviter d’y rester piégé.

Rappel :

Le timeslot0 de la fréquence balise est réservé à la diffusion (BCCH). Certains timeslots peuvent être réservés à la signalisation (SDC), mais sont surtout alloués aux utilisateurs (TCH).

3- Couverture par recouvrement

La prédiction de zone de recouvrement permet d’estimer le nombre de cellules disponibles pour un utilisateur. On peut grâce à cette prédiction prévoir les zones où s’effectueront les handovers.

Apparemment la totalité de la zone est couverte par un seul serveur. En bordure de cellule on a deux, ou trois serveurs ce qui correspond aux zones d’intersection des cellules. Certaines intersections présentes plus de trois serveurs comme en bas de la carte ceci s’explique par l’absence d’émetteurs en limite de carte.Le placement automatique semble efficace pour ce type de prédiction mais l’ajustement de quelques sites permettra de supprimer ces zones de recouvrement.

4- Couverture par niveau de champ

Le principal défi pour l’opérateur est d’assurer, malgré la difficulté liée au terrain, une bonne couverture deep indoor dans les zones denses en habitations. Pour se faire plusieurs paramètres liés aux émetteurs vont permettre d’atteindre les objectifs.Le tilt : qui peut être soit électrique, soit mécanique. Il permet d’ajuster l’inclinaison du lobe principal de l’émetteur par rapport à la verticale.L’azimut : il permet d’ajuster l’orientation de l’antenne sur un plan horizontal pour mieux cibler la zone à couvrir.La hauteur des émetteurs : en ajustant la hauteur des émetteurs, on permet à l’onde de se propager au delà des bâtiments voisins et donc éviter les effets « d’écran ».

Voici le résultat obtenu lors de la simulation :

Grâce à l’optimisation on voit que l’on respecte bien le seuil deep indoor dans les zones d’habitation denses.

5 - Couverture par émetteur

La couverture par émetteur nous a posé beaucoup de problèmes notamment de par la complexité de la carte numérique de terrain mais aussi pour le respect des seuils deep indoor imposés.

Finalement nous sommes arrivés à un bon compromis respectant l’homogénéité des cellules et on peut constater que le nombre de résurgences à sensiblement diminuées.

6- Carte de recouvrement

La carte de recouvrement nous permet de distinguer les zones ou le mobile sera couvert par un ou plusieurs émetteurs. Autrement dis ces zones correspondent à l’endroit ou s’effectuent les handovers et pour simplifier la procédure de sélection de cellules il est impératif de limité la couverture à 3 serveurs maximums.

L’optimisation des sites nous a permis de supprimer les zones où l’on a dépassé une couverture de 3 serveurs simultanément.

7- Trafic GSM

Le réseau étant bien déployé et optimisé, il reste à attribuer les canaux sur chaque émetteur. Il est même possible d’ajuster le nombre de TRX en fonction de la charge de la cellule. Il suffit pour se faire de créer une carte d’environnement qui définit les densités de population cliente de l’opérateur en fonction de différentes zones. On peut observer ces zones sur la carte d’environnement ci-dessus.Pour exploiter au mieux l’étude de trafic nous avons multiplié les densités par 10. Une fois les densités de population paramétrées, le logiciel d’aide permet de simuler du trafic sur le réseau déployé. Ainsi grâce à cette simulation le logiciel calcul donne plusieurs paramètres de dimensionnement tel que le nombre de TRX nécessaires pour assurer les demandes de connexions des clients, etc. Voici les résultats de cette simulation :

Observations :

- D’après ces résultats on s’aperçoit que la charge des émetteurs est comprise entre 20% et 80%.- Et on voit que la demande de trafic est toujours satisfaite avec un taux de blocage qui ne dépasse pas les 1,8%.- Aussi on remarque que le nombre de TRX requis pour assurer le trafic monte à 8 dans certains sites ce qui était prévisible puisque que nous couvrons une zone très dense.

Cela permet de tirer profit de l’analyse de trafic pour repartir l’ensemble des canaux disponible par l’opérateur, et cela en fonction des distances de réutilisation et de la charge de trafic.

8- Couverture par niveau de C/I

En ce qui concerne la couverture par niveau de C/I il est important de bien définir à quoi correspondent les interférences I.

Ainsi sur le schéma on s’aperçoit qu’on définit deux type d’interférences : interférences co-canal et interférences avec canal adjacent.Sachant que la différence de niveau de deux canaux adjacents ne dépasse jamais le seuil de 41dB, les interférences ne peuvent donc provenir que des interférences co-canal.

Ainsi d’après la norme le niveau C/I doit être supérieur au seuil de 9dB pour permettre une communication de qualité acceptable.On voit sur la carte que l’optimisation est une réussite. Les niveaux de C /I sont dans la totalité supérieur à 17dB.

9- Conclusion

Le déploiement du réseau GSM dans cette première étude nous a permis de nous familiariser avec le logiciel d’aide à la planification et son environnement. De plus on a réalisé la difficulté que pose l’optimisation d’un réseau de téléphonie dans des conditions s’approchant de la réalité. Après avoir observé les différentes prédictions de couverture nous sommes plus à même de comprendre les différentes spécificités de la norme GSM.En ce qui concerne nos objectifs nous avons couvert en deep indoor la totalité des zones d’habitations.Avec une charge moyenne de 65% de nos installations, on peut dire que le réseau est plutôt bien dimensionné et permet donc de satisfaire tous nos clients en leurs offrant un service voix de très bonne qualité.

Deuxième phase : GSM 1800

Une étude démographique sur la population de la zone étudiée prévoit une augmentation du nombre d’habitant pour les prochaines années. Elle sera pratiquement le double. Il est donc nécessaire d’augmenter la capacité du réseau pour satisfaire l’ensemble des utilisateurs.D’après certaines statistiques on estime que notre part de marché sera de 30%. On doit prévoir une couverture de 1200 habitants par km² dans les zones denses urbaines, 600 h/km² dans les zones urbaines, 300 h/km² en zone suburbaine et 150 h/km² en zone rural. Sachant que notre réseau GSM déjà installé couvre déjà une partie des habitants, la densification par le DCS devra couvrir 500 h/km² en zone dense urbaine, 250 h/km² en zone urbaine, 125 h/km² en zone suburbaine et 115 h/km² en zone rurale.

A) Dimensionnement

1- Bilan de liaison

Comme en GSM 900 on équilibre les bilans de liaison en voie descendante et voie montante du DCS 1800.

Downlink Omni Directive FormulaPuissance émission BTS Dbm 43 43 APertes câbles + connecteurs Db 3 3 BGain Antenne BTS Dbi 12 17 CPerte Combiner Db 3 3 DPIRE BTS Db 49 54 e=a+c-b-dSensibilité des terminaux Dbm -102 -102 FGain Antenne Mobile Dbi 0 0 GBody Loss Db 3 3 HMin Signal into MS Dbm -99 -99 IMarge Slow fading (Log-normal) Db 7 7 JMarge Fast Fading (Mobility) Db 5 5 KMarge de pénétration Db 20 20 LMAPL Dbm 116 121 m=e-f-h-j-k-l

Uplink Omni Directive FormulaPuissance du mobile Dbm 30 30 aBody Loss Db 3 3 bGain Antenne Dbi 0 0 cPIRE du Mobile Db 27 27 d = a-b+cSensibilité BTS Dbm -104 -104 eGain Antenne BTS Dbi 12 17 fGain diversité spatiale Db 3 3 gPertes câbles + connecteurs Db 3 3 hMHA Db 5 5 iMin Signal into BTS Dbm -113 -118 jMarge Slow fading (Log-normal) Db 7 7 kMarge Fast Fading (Mobility) Db 5 5 lMarge de pénétration Db 20 20 MMAPL Dbm 116 121 n = d-e+f+g-h+i-k-l-m

n = d-e+f+g-h+i-k-l-m = 27–(-104)+12+3-3+5-7-5-20 = 116

A noter qu’on utilise des BTS de classe1 d’une puissance de 43dBm et des terminaux mobiles de classe1 de puissance 30dBm.On utilise des antennes directives avec un tilt prédéfinis pour mieux couvrir entre les bâtiments.

Cette fois ci pour dimensionner la cellule DCS, le modèle le plus approprié est COST231-HATA. On fixera les émetteurs à une hauteur initiale de 33 m.

L‘affaiblissement est donc plus fort d’environ 6 dB lorsqu’on passe de 900 MHz à 1 800 MHz en milieu rural et de 10 dB en milieu urbain.

Modèle de propagation : COST231-HATA Unités

Valeur

Fréquence MHz 1800

MAPL deep indoor Dbm 121Lu Dbm 136,41 + 35,2 log dDmax Km 0,370Rayon cellule = Dmax/2 Km 0,185Distance Intersite (% à 1 BTS 3 secteurs) Km 0,555Distance de réutilisation de fréquence (K=7) Km 0,847Surface cellule : S = (3√3/2) * R2 Km2 0,089Nombre de cellules: Szone=Scellule 180Nombre de sites 60

Pour couvrir notre zone on a besoin de déployer 60 sites tri-sectoriels ce qui correspond à 3 fois plus de sites qu’en GSM. Le retour d’investissement du GSM nous permet de financer l’installation des sites DCS et de plus on pourra réutiliser les sites GSM existant pour poser 1/3 des émetteurs DCS.

2- Gestion du modèle GSM 1800

On passe donc par le paramétrage du modèle DCS 1800, on positionne bien les émetteurs à environ 3m au dessus des émetteurs GSM.

B) Prédictions avec un positionnement automatique des sites

1- Couverture par niveau de champ

Comme pour le GSM le placement automatique des sites ne permet pas de respecter les seuils demandés par l’opérateur. Mais on peut déjà voir que la densité de sites DCS permettra de résoudre les éventuels problèmes de couverture rencontrés en GSM.

2- Couverture par émetteur

On constate que le déploiement du réseau DCS va demander un gros travail d’optimisation pour supprimer au maximum les résurgences et obtenir des tailles de cellules homogènes.

C) Relocalisation des sites

1- Relocalisation

De par la petite taille des cellules la relocalisation des sites DCS est une étape assez délicate. En effet il est assez difficile de trouver des endroits pour placer les pylônes, ce qui nous a amené à placer des sites en bordure de route.

On s’est arrangé pour réutiliser les sites GSM déjà implantés, en respectant une hauteur de 3m au dessus des antennes GSM.

Pour illustrer la relocalisation voici le site 89 :

2- Couverture par niveau de champ

L’étape la plus difficile concerne le respect des seuils outdoor et indoor. C’est pour cette raison que l’on a opté pour des antennes directives avec un tilt prédéfini de 6°.

L’optimisation de la hauteur, de l’azimut ainsi que le tilt des antennes, nous a permis d’approcher au mieux nos objectifs avec une couverture deep indoor sur presque la totalité des zones d’habitations.Il y a certaines zones qui n’ont qu’une couverture outdoor qui correspondent aux voix ferrées, aux axes routiers et aux zones rurales.D’autres zones ne sont pas couvertes en deep indoor comme certains parkings surélevés et de grosses infrastructures comme le stade. Ce problème est souvent résolu par l’installation de micro BTS.

3- Couverture par émetteur

Après relocalisation des sites et optimisation des paramètres d’antenne on obtient une couverture par émetteur acceptable. Certains émetteurs jugés inutiles ont été supprimés.

4- Carte de recouvrement

La carte de recouvrement nous permet de vérifier les zones ou le mobile serait éventuellement couvert par plusieurs émetteurs.

La carte est parfaite et ne présente aucune anomalie. Le réseau supportera les handovers entre chaque cellule qui le compose.

5- Trafic DCS

Le réseau étant bien déployé et optimisé, il reste à attribuer les canaux sur chaque émetteurs. Il est même possible d’ajuster le nombre de TRX en fonction de la charge de la cellule. Les densités de population ont doublées depuis la première période d’où l’installation du réseau DCS. On décide de garder la même charge de trafic en ce qui concerne le GSM ainsi le DCS aura pour objectif de couvrir la variation de population entre la première et seconde période. Il nous faut donc revoir la carte d’environnement et redéfinir les nouvelles densités qui s’appliquent au DCS 1800. La part de marché de notre opérateur a diminué de 5% pour la nouvelle période ce qui nous donne la répartition suivante de nos clients.

Pour exploiter aux mieux l’étude de trafic nous avons multiplié les densités par 10. Une fois les densités de population paramétrées, ATOLL permet de simuler du trafic sur le réseau déployé. Ainsi grâce à cette simulation le logiciel calcule plusieurs paramètres de dimensionnement tel que le nombre de TRX nécessaires pour assurer les demandes de connexions des clients.Voici les résultats de la simulation :

Observations :

- D’après ces résultats on s’aperçoit que la charge des émetteurs est comprise entre 20% et 50%.- Et on voit que la demande de trafic est toujours satisfaite avec un taux de blocage qui ne dépasse pas les 1,8%.- Aussi on remarque que le nombre de TRX requis pour assurer le trafic monte à 2 dans certains sites contrairement au GSM qui utilise parfois 8TRX. Ceci est parfaitement normal étant donné qu’une cellule DCS est beaucoup plus petite qu’une cellule GSM donc elle couvre moins de population.

L’AFP permet de tirer profit de l’analyse de trafic pour repartir l’ensemble des canaux disponible par l’opérateur, et cela en fonction des distances de réutilisation et de la charge de trafic.

6- Couverture par niveau de C/I

Après avoir affecté les canaux à chaque émetteur en respectant en autre la distance de réutilisation des porteuses, on peut analyser les niveaux d’interférences sur le réseau.

On rappelle que la norme DCS utilise les mêmes paramètres que le GSM en ce qui concerne la largeur des canaux qui est de 200KHz ainsi que les mêmes gabarits.

Le respect de ces paramètres est primordial pour le fonctionnement du réseau et permet de limiter les interférences co-canal.

7- Conclusion

Après le succès que procure le réseau GSM à un opérateur, le chiffre d’affaire de la société permet de financer l’installation de nouveaux équipements liés aux nouvelles gammes de fréquences DCS. Avec l’allocation d’une nouvelle partie du spectre radio, l’opérateur en cas de saturation de la bande GSM peut désormais attribuer des canaux de la gamme DCS aux utilisateurs de terminaux bi-bande.Avec une charge moyenne du réseau DCS d’environ 40%, il semble que l’objectif de densification du réseau est atteint. En effet de par l’augmentation de la population, la technologie DCS permet entretenir l’image de marque de l’opérateur avec des services voix de bonnes qualités et une couverture de la totalité du territoire.

Dimensionnement et déploiement du réseau 3G

A) Rappel théorique sur le réseau 3G

1. Rappel théorique sur le réseau 3G

UMTS, "Universal Mobile Telecommunications System" désigne une norme cellulaire numérique de troisième génération.Atteignant 384 kbps en situation de mobilité et 2 Mbps en situation fixe , les vitesses de transmissions offertes par les réseaux UMTS seront nettement plus élevées, que celles des réseaux GSM de seconde génération, qui plafonnent vers 150 kbps avec GPRS.Cette technologie est basée sur la technique d’accès WCDMA avec une largeur de canal de 5MHz. Elle occupe la bande de fréquences des 2GHz (1960-1980 MHz en downlink et 2110-2170 MHz en uplink en technologie UTRA-FDD).La technologie UMTS présente une interopérabilité maximale avec le GSM, de façon transparente.

2. Dimensionnement du réseau 3G

Cette troisième phase de déploiement consiste en un déploiement d’un réseau 3G reposant sur la technologie UMTS à 2 porteuses (DL : 2110Mhz ; 2115Mhz) et suivant un cahier des charges comme suit.

3. Cahier des Charges

La densité de population à desservir par notre opérateur représente 30% du marché et se repartit suivant les zones comme suit :

Remarque : Changement dans le cahier de charge au niveau de nombre d’abonnés par km² pour limiter les taux rejets de connexions.

Profil de consommation des abonnésVoix à 12.2kbps : 25mErl /abonne (facteur d’activité =0.65)Data à 64kbps: 25kbps/abonnéData à 144kbps: 40kbps/abonnéData à 384kbps: 50kbps/abonné

Nous chargerons la cellule à 60% au maximum.

4. Bilan de liaison

Nous effectuons le bilan de liaison Uplink qui représente le cas le plus défavorable.

5. Gestion du modèle 3G

La gestion des modèles en UMTS se fait à partir de l’icône « gérer les modèles », comme en GSM, excepté que dans cette partie, nous définissons les porteuses disponibles le débit maximum en voie montante et descendante.

Nous utilisons une antenne de 18dBi pour cette étude avec un angle « tilt » vers le bas de 4° afin d’optimiser la couverture dès le début de l’étude. De plus nous utiliserons le rayon de cellule le plus faible afin de pouvoir garantir un service data 384kbps à tous nos clients (environs 180m).Le modèle de propagation utilisé en UMTS sera le Cost-Hata.

Nous prendrons un facteur de bruit de 8dB, se rapprochant plus à un système réel.

B) Déploiement du réseau 3G :

1. Prédiction automatique

Du fait de l’interopérabilité de l’UMTS avec le GSM, de façon transparente, on pourrait réutiliser l’emplacement des sites GSM pour placer les antennes UMTS à 1.5m plus bas au minimum.Après avoir géré les modèles et définies les services, nous avons lancé une planification automatique sur une zone de calcul (même zone que GSM).

Remarque : le nombre de cellules dans la zone de calcul est environ de 228.

2. Carte par niveau de champ

Nous avons lancé une prédiction du niveau de champ sur cette planification.Nous définissons le seuil de couverture daylight indoor :

Cette première prédiction nous permet de dire qu’il faut optimiser la couverture radio afin de pouvoir couvrir au mieux, les collectivités denses en daylight indoor.

3. Carte de couverture par émetteur

La carte de couverture par émetteur nous permet d’observer les zones de résurgence. Il y en aurait particulièrement dans les zones denses urbaines.Cela s’explique du fait que ces zones-ci regorgent d’infrastructures urbaines (rues, boulevards, building …).

C) Relocalisation des sites

Voici la carte des différents émetteurs, avec la relocalisation, nous allons nommer les sites par les noms des rues correspondantes.

1. Allocation des codes de brouillageOn effectue une allocation automatique des codes de brouillage, en définissant un code par cellule.

2. Carte par niveau de champ

Dans cette partie, nous allons optimiser la couverture Radio (niveau de champ) dans toutes les zones correspondantes soit par ajouter des nouveaux émetteurs, comme le montre la carte suivante jusqu’à avoir 4 émetteurs par site ou supprimer certains émetteurs en bordure de la zone du calcul, ou en agissant sur l’azimut et le tilt électrique, nous avons fixé le tilt mécanique à 6 degré dès le départ.

Nous avons ajouté 72 émetteurs, nombre total après optimisation est de 300 émetteursDonc on a 31% d’augmentation de site.Remarque : chez les opérateurs on est en général entre 30% à 40%.Dans la zone danse urbain, pour mieux d’améliorer la couverture il faut, en effet mettre en place des Micros BTS (NodeB).

3. Carte par zone de recouvrement

A partir de cette carte des zones de recouvrement, on remarque que l’active_set des mobiles est limité à 2 au maximum.Active_Set <= 2

Remarque : Dans notre cas d’étude, on a remarqué qu’on peut avoir au maximum 2 serveurs.

4. Carte d’analyse de réception pilote (Ec/I0)

Cette carte nous permet de visualiser le niveau d’interférences entre les cellules.On observe un niveau d’Ec/I0 de -9dB à l’intérieur des cellules et en bordure, un niveau allant jusqu’à -15dB.Pour ce niveau de réception pilote de -15dB, la connexion à la NodeB est quasi-impossible.Pour une bonne réception pilote, on devrait avoir : Ec/I0> -12dB

5. Carte de simulation de trafic et zone de service

La simulation du trafic nous permet de visualiser le taux de connexion des clients au réseau à un instant donné.Nous définissons tout d’abord les services que notre réseau peut offrir (ventilation par service):

Nombre total d'utilisateurs tentant de se connecter à cet instant est de 671 utilisateurs.Le nombre total de cellules actives en Downlink est de 433, en Uplink de 100 et en Downlink + Uplink de 9.Le nombre de cellules inactives est de 129.Débit total offert en Downlink: 149,02 Mbps et en Uplink: 5,47 Mbps.

Nombre d'itérations: 20Nombre total d'utilisateurs non connectés (rejetés ou en attente): 41 (6,1%)

Pmob > PmobMax: 0Ptch > PtchMax: 0Ec/Io < (Ec/Io)min: 1Saturation charge UL: 0Saturation CEs: 16Saturation charge DL: 24Causes multiples: 0Saturation codes: 0Rejet admission: 0En attente HSDPA: 0Saturation scheduler HSDPA: 0Saturation scheduler HSUPA: 0

La simulation de trafic à cet instant nous donne un rejet (ou attente) de connexion de 6.1%, ce qui est très raisonnable. Toutefois, à d’autre instant, ce taux pourrait être très élevé, du fait d’une congestion du réseau (si tous nos utilisateurs font du data à 384kbps en même temps).

6. Vérification des débits

D) Conclusion

Dans ce projet, nous avons dimensionné et déployer un réseau cellulaire sur une zone géographique.Notre étude s’est déroulée en 3 phases, la première avec le dépoilement d’un réseau GSM900 offrant la voix deep indoor comme service, la deuxième phase consiste à densification du réseau GSM900, en utilisant la technologique DCS1800, afin de faire face à l’augmentation de nombre d’abonnés qui est de plus en plus important. Enfin une troisième phase avec le déploiement d’un réseau 3G, afin d’offrir le service data avec différents débits.Le travail a été effectué en plusieurs étapes.Le calcul théorique, qui avait pour but d’estimer la taille, la surface, la distance entre intersites, et le nombre de cellules nécessaire à déployer, à partir du bilan de liaison.Une estimation de nombre de TRX a été faite à partir de nombre d’abonnés à servir.Après une génération automatique des sites et certaines prédictions comme, la couverture par émetteur, couverture par niveau de champ, nous avons obtenu certaines

cartes, que nous avons optimisé à partir de tilt mécanique électrique, Azimut, augmentation de l’hauteur des certaines antennes.Nous avons aussi placé les sites sur des endroits acceptables.Couverture l’outil Atoll, c’est un outil théorique, donc nous avons ajouté des émetteur pour mieux couvrir la zone correspondante dans la pratique on a toujours une augmentation de 30%de nombre de cellules.Ce projet nous a donc permis de mettre en pratique nos connaissances acquises lors cette formation de Master Telecom, ce travail fait partie d’un travail d’ingénieur Telecom chez les opérateurs téléphonique, nous avons essayé de comprendre le fonctionnement de ce logiciel Atoll qui utilisé chez les différents opérateurs.

ANNEXE

Cellule Hexagonale

Un hexagone est constitué de 6 triangles équilatéraux. La longueur de chacun des côtés des triangles est R. Par application du théorème de la hauteur dans l’un des 6 triangles équilatéraux, on obtient donc la demi-hauteur de l’hexagone :

Surface d’une cellule hexagonale : S = (3√3/2) * R2

Réseaux GSM

Un TRX peut être vu comme un couple de fréquences (fmontante ; fdescendante) sur lequel 8 communications bidirectionnelles simultanées peuvent être écoulées.

Suivant la nature de l'information à transmettre, les messages d'information n'ont pas la même longueur ni la même protection.

Pour chaque cellule, il faut réserver une voix balise qui contient les canaux de synchronisation (FCH, SCH, BCCH) : ces canaux permettent aux mobiles de détecter la présence des stations de base. Lors de l’attribution d’un certain nombre de fréquences à une station de base, il faut donc éliminer une des fréquences pour compter les ressources radio.D’autre part, chaque canal en fréquence est susceptible de fournir 8 canaux de données TCH (chaque trame contient 8 slots multiplexés) : le nombre total de canaux est donc égal à 8 fois le nombre de canaux en fréquence.Cependant, certains canaux communs, et en particulier la voix balise, nécessitent des ressources. On considère en général, qu’1/8ième des ressources est utilisé pour els canaux communs (y compris la voix balise). Ainsi pour N canaux attribués à une station de base, le nombre de TCH est donné par :

N * TCH = N * 7/8Ci-dessous le tableau montrant le nombre canaux voix en fonction du nombre des porteuses attribuées à une cellule :

Nbre fréquence 1 2 3 4 5 6 7 8canal physique 8 16 24 32 40 48 56 64Nbre TCH 7 14 21 28 35 42 49 56

COST 231 HATA

Dans le cas du GSM 900 et de DCS 1800 pour une antenne mobile à 1,5 m, l’affaiblissement moyen en fonction de la distance se mesure comme suit :

La distance d est exprimée en kilomètres.Les fréquences choisies correspondent au milieu de la bande de chaque système.L‘affaiblissement est donc plus fort d’environ 6 dB lorsqu’on passe de 900 MHz à 1 800 MHz en milieu rural et de 10 dB en milieu urbain.