Pfe Daya Imen

RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES

Filière

Ingénieurs en Télécommunications

OptionIngénierie des Réseaux

Planification radio d’une solution decouverture indoor GSM

Elaboré par :

Imen DAYA

Encadré par :

M. Taieb MASMOUDIM. Mohamed Tahar MISSAWI

Année universitaire : 2004/2005

Table des matières

Introduction générale .....................................................................................................1

Chapitre 1 : Le concept GSM ......................................................................................3

Introduction ......................................................................................................................3

I. Le concept cellulaire......................................................................................................4

I.1 La division cellulaire ...................................................................................................4

I.2 Techniques de densification .......................................................................................5

I.2.1 Cell splitting .......................................................................................................5

I.2.2 La sectorisation...................................................................................................6

I.2.3 Le déploiement d’une couche pico cellulaire.......................................................6

I.3 La réutilisation de fréquences ....................................................................................6

II. La structure du réseau.................................................................................................8

III. Architecture................................................................................................................9

III.1 Architecture générale ..............................................................................................9

III.2 Le sous système radio BSS (Base Station System) ................................................10

III.2.1 Le mobile .......................................................................................................10

III.2.2 La station de base BTS (Base Tranceiver Station)...........................................10

III.2.3 Le contrôleur de station de base BSC (Base Station Controller) ......................10

III.3 Le sous système réseau NSS (Network Sub System) .............................................11

III.3.1 Le centre de commutation mobile MSC (Mobile Switching Center) ...............11

III.3.2 L’enregistreur de localisation HLR (Home Location Register)........................11

III.3.3 L’enregistreur de localisation des visiteurs VLR (Visitor Location Register) ..12

III.3.4 L’enregistreur de l’identité des équipements EIR (Equipment Identity Register)

.................................................................................................................................12

III.4 Le centre d’opération et de maintenance OMC (Operation and Maintenance Center)

.....................................................................................................................................12

IV. Les services du GSM ................................................................................................12

IV.1 Les services support..............................................................................................13

IV.2 Les téléservices.....................................................................................................13

IV.3 Les services Supplémentaires................................................................................13

V. L évolution de la couverture en GSM .......................................................................14

Chapitre 2 : La propagation radio en environnement indoor ..........................16

Introduction ....................................................................................................................16

I. Caractéristiques des environnements indoor .............................................................16

I.1 La propagation extérieur - intérieur..........................................................................17

I.2 La propagation intérieur- intérieur ...........................................................................18

II. Les phénomènes de propagation ...............................................................................18

II.1 La diffraction..........................................................................................................18

II.2 La réflexion............................................................................................................19

II.3 La diffusion............................................................................................................19

II.4 Les multi trajets......................................................................................................20

III. Paramétrage des équipements indoor .....................................................................20

IV. Prédiction de la propagation radio indoor ..............................................................21

IV.1 La propagation en espace libre : ............................................................................22

IV.2 Les modèles de propagation indoor .......................................................................22

IV.2.1 Les modèles empiriques .................................................................................22

IV.2.2 Les modèles déterministes..............................................................................25

IV.2.3 Les modèles hybrides ou semi déterministes...................................................25

Conclusion.......................................................................................................................26

Chapitre 3 : Principes de planification d une solution indoor .........................27

Introduction ........................................................................................................................27

I. Les techniques de couverture indoor..........................................................................27

II. Techniques de câblage indoor ...................................................................................28

III. Appréciation de la qualité de la couverture ............................................................29

IV. Le processus de planification ...................................................................................30

IV.1 Les étapes du processus de planification indoor ....................................................30

IV.1.1 Description du bâtiment .................................................................................30

IV.1.2 Estimation et dimensionnement du trafic ........................................................31

IV. 1.3 La méthode Drive Test ..................................................................................31

IV.1.4 Prédiction de la couverture.............................................................................34

IV.1.5 Choix des équipements :.................................................................................34

IV.1.6 Le plan de fréquence ......................................................................................37

IV.1.7 Optimisation ..................................................................................................37

Conclusion.......................................................................................................................40

Chapitre 4 : Proposition d une solution de couverture indoor ........................41

Introduction ....................................................................................................................41

I. Plan de la foire.............................................................................................................42

II. La couverture.............................................................................................................43

II.1 Mesures sur terrain .................................................................................................43

II.2 Le bilan de puissance..............................................................................................44

III. L étude du trafic.......................................................................................................47

IV. Le design ...................................................................................................................48

IV.1 Mesures des simulations .......................................................................................48

IV.2 Configuration des BTS..........................................................................................52

IV.3 Choix des antennes ...............................................................................................54

IV.3.1 Caractéristiques des antennes Kathrein 742 149 [10]......................................55

IV.3.2 Caractéristiques des antennes DB770TB5NPXS [11] .....................................56

V. Le plan de fréquence ..................................................................................................57

Conclusion.......................................................................................................................58

Conclusion générale ......................................................................................................59

Bibliographie...................................................................................................................61

Table des figures

Figure 1: Division cellulaire 1:3..............................................................................................6

Figure 2: Interférence co-canal ...............................................................................................7

Figure 3: Modèle d'un réseau hiérarchique..............................................................................8

Figure 4: Architecture générale d’un réseau GSM...................................................................9

Figure 5: Principe de la diffraction........................................................................................19

Figure 6: Principe de la réflexion..........................................................................................19

Figure 7: Principe de La diffusion.........................................................................................20

Figure 8: Solution de câblage pour un bâtiment à 5 étages ....................................................28

Figure 9: Système de mesure ................................................................................................33

Figure 10: Azimuth et Elévation ...........................................................................................35

Figure 11: Exemple d’antenne respectivement omnidirectionnelle et directionnelle ..............36

Figure 12:Processus de planification indoor..........................................................................39

Figure 13:Schéma de la foire du Kram..................................................................................42

Figure 14:Mesure du niveau de champ dans la foire..............................................................43

Figure 15:Positions des différentes antennes .........................................................................49

Figure 16:Niveau de champ induit par la position à 65°de l’antenne au niveau du Hall 1 .....50

Figure 17:Niveau de champ induit par la position à 65°de l’antenne au niveau du Hall 2 ......50

Figure 18:Niveau de champ induit par la position à 65°de l’antenne au niveau du Hall 3 .....51

Figure 19: Niveau de champ induit par la position verticale de l’antenne au niveau du Hall 3

.............................................................................................................................................51

Figure 20:Configuration des BTS GSM................................................................................53

Figure 21: Configuration des BTS DCS................................................................................53

Figure 22 : Configuration combinant les BTS GSM et DCS .................................................54

Figure 24:Antenne Kathrein 742 149 ....................................................................................55

Figure 25:Diagramme de rayonnement d’une antenne Kathrein 742 149...............................56

Figure 26:Antenne DB770TB5NPXS ...................................................................................56

Liste des tableaux

Tableau 1:Pertes apportées par les différents matériaux de construction................................17

Tableau 2:Données sur les différents niveaux de champ reçus ..............................................32

Tableau 3:Correspondance entre niveaux de qualité et taux d’erreurs binaires ......................32

Tableau 4:Caractéristiques des câbles coaxiaux ...................................................................36

Tableau 5:Liste des équipements utilisés ..............................................................................45

Tableau 6:Calcul de PIRE pour la bande 900 ........................................................................46

Tableau 7:Calcul de PIRE pour la bande 1800 ......................................................................47

Tableau 8:Correspondance entre trafic écoulé et configuration choisie..................................48

Tableau 9:Dimensionnement du trafic généré dans la foire ...................................................48

Tableau 10:Caractéristiques d’une antenne Kathrein 742 149 ...............................................55

Tableau 11:Principales caractéristique de l’antenne DB770TB5NPXS .................................57

Tableau 12:Stratégie du plan de fréquences pour les sites de la foire.....................................58

Introduction générale

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Après sa commercialisation en 1992, le réseau GSM ne cesse d’évoluer, le nombre

d’abonnés ne cesse d’augmenter pour atteindre 1392,9 millions [1] en 2003 et continue à

croître de façon considérable. La couverture est quasi mondiale et les services de plus en plus

nombreux, utiles et conformes aux désirs des abonnés qui ne cessent d’évoluer et de se

diversifier.

La téléphonie mobile est basée sur la radiotéléphonie c'est-à-dire la transmission de la

voix sous forme d’une onde radio entre la station mobile et une base couvrant un rayon de

plusieurs kilomètres. Un tel service permet d’assurer une mobilité en cours de communication

avec une certaine qualité de service requise.

Le souci principal des opérateurs était d’assurer une couverture outdoor au niveau des

axes routiers, des avenues, des parcs,…, à fin de maintenir la communication en cours de

déplacement des abonnés. La planification de telles solutions repose sur l’utilisation de

modèles efficaces de prédiction de couverture qui permettent de définir les paramètres

principaux : puissance d’émission, sensibilité de réception, type d’antenne à utiliser,

emplacement des antennes, etc. De tels modèles permettent d’estimer les affaiblissements

causés par différents facteurs à savoir les trous de fading, les trajets multiples et ce pour

assurer une certaine qualité du signal reçu selon les exigences et éviter une éventuelle

dégradation de qualité ou même une coupure de la communication.

De nos jours, la planification en outdoor est devenue une tâche assez maîtrisée et la

couverture est quasi-totale que se soit en milieu urbain ou rural.

Le défi pour les opérateurs réside à assurer la couverture en indoor surtout pour les

Hots spots. En effet, les Hots spots constituent des zones de densité de trafic tel que les

centres commerciaux, les foires, les musées, etc. La planification de telles solutions est une

tâche assez difficile car il faudra d’une part tenir compte des atténuations supplémentaires

apportées par les bâtiments et les matériaux qui les constituent. D’autre part, il faut

dimensionner et gérer une capacité importante tout en essayant de trouver un compromis entre

couverture, capacité et interférence.

Il est possible d’utiliser des modèles de prédiction de propagation qu’il faudra valider

par des mesures. En effet, la propagation en indoor dépend du câblage, des atténuations

apportées par les constructions et de l’influence des sites outdoor. Par ailleurs, la planification


PFE 2004-2005 2

doit tenir compte des sites outdoor qui ne doivent pas interférer avec les sites intérieurs et

s’assurer qu’un terminal en indoor doit être rattaché au site indoor.

Parmi les défis qui se posent aussi en indoor nous trouvons le problème de disponibilité

des fréquences et comment les attribuer. Faudra-t- il réserver une sous bande pour les pico

cellules ou bien utiliser la technique de scan de fréquences via des logiciels appropriés ?

Le processus de planification en indoor est donc assez complexe. Plusieurs facteurs

entrent en jeu et il est nécessaire de bien définir et ajuster les différents paramètres pour

assurer le déploiement d’une solution efficace qui tient en compte à la fois de l’importance du

trafic, l’efficacité de la couverture et la qualité de service convenue.

Dans ce contexte se situe le présent projet dans le cadre du mémoire de fin d’étude au

sein de l’opérateur Tunisie Télécom qui s’intéresse à proposer une solution de planification

radio pour la couverture de la foire du Kram destinée à accueillir un nombre assez important

d’invités. Nous espèrons assurer une couverture indoor à la surface des différents sites avec

une bonne qualité de service.

Ce mémoire sera divisé en quatre principaux chapitres : le premier sera dédié au concept

du réseau GSM, le second s’intéresse à la propagation radio dans les environnements indoor,

le troisième présente les règles d’ingénierie pour les solutions de planification indoor et enfin

le dernier chapitre traite un cas pratique de planification radio pour un Hot spot.

Le Concept GSM

PFE 2004-2005 3

Chapitre 1 : Le concept GSM

IntroductionLe GSM est le premier service de téléphonie mobile universel, efficace et satisfaisant les

exigences d’interconnexion et de mobilité tout en divisant le terrain en zones de couverture

dites cellules.

Le réseau GSM possède certaines caractéristiques qui lui sont propres. A commencer, il

faut garantir une qualité suffisante de la liaison radio entre le terminal mobile et le réseau.

Pour ce faire, des stations de base sont placées sur les zones de couverture pour que le

terminal soit toujours à moins de quelques kilomètres de l’une d’elles. Pour assurer la

mobilité, les terminaux ne doivent pas être physiquement reliés au réseau. L’interface radio

permet la connexion sans fil entre la station mobile et le réseau. Elle est constituée de

mécanismes permettant l’émission et la réception de signaux de radiofréquence de manière

sure et efficace, quelles que soient les conditions de propagation [2]. Cette couche physique

englobe tous les moyens pour transmettre et recevoir des signaux radio.

Pour éviter la collision entre les signaux radio issus des différents abonnés, plusieurs

techniques d’accès sont possibles. La technique d’accès au support utilisée en GSM est

l’AMRT (Accès Multiple à répartition dans le Temps) connu en anglais sous le nom TDMA

(Time Division Multiple Access) qui constitue à répartir les communications dans le temps

selon des intervalles dits Time slot. Un canal est identifié par un numéro de time slot dans une

fréquence. Les voies montantes et descendantes sont séparées en fréquence d’un écart duplex

de 45 MHz pour la bande 900 MHz et de 75 MHz pour la bande 1800 MHz.

Chaque trame TDMA est divisée en huit time slots numérotés de zéro à sept. La durée

d’un slot est de 0,577ms et celle de la trame est de 4 ,615 ms. Les fréquences centrales des

slots sont positionnées à des intervalles de 200 KHz. Le débit binaire sur cette trame est de

270 Kbit /s assuré par une modulation non linéaire : GMSK (Gaussian Minimum Shift

Keying).

Au cours de son déplacement, l’abonné peut normalement appeler et être appelé sans

qu’il y ait des problèmes. Nous devons donc assurer la gestion de l’itinérance. De plus, il est

Le Concept GSM

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préférable d’assurer la continuation du service avec la qualité requise tout au long de la

communication et en cours de déplacement sans qu’il y ait de coupure ou de dégradation de

la qualité. Il est donc important de gérer les différents types de Hand over. La gestion du

Handover et de l’itinérance nécessite de nouveaux équipements qui ne sont pas présents au

niveau du RTCP (Réseau Téléphonique Commuté Publique). Ces équipements ainsi que les

stations de base ont été regroupé dans un réseau dit PLMN (Public Land Mobile Network) qui

assure un accès radio au réseau téléphonique général.

I. Le concept cellulaire

I.1 La division cellulaire

Le concept de base d'un réseau cellulaire est d'une part la division du territoire en un

ensemble d'espaces appelés cellules et d'autre part le partage des canaux radio entre les

cellules à fin d’éviter les interférences. Dans chaque cellule d'un réseau de seconde

génération, il y a une station de base, c'est un émetteur récepteur qui constitue le point d’accès

au réseau.

La taille d'une cellule varie en fonction d'un ensemble de contraintes parmi lesquelles

nous trouvons : le relief de territoire (plaine, montagne), la localisation (urbaine, rurale,

suburbaine), la densité d'abonnés, la nature des constructions (maisons, pavillons, tours), etc.

Nous pouvons ainsi distinguer plusieurs types de cellules :

§ Les macro cellules : Ce sont des cellules de taille importantes allant jusqu'à 35

Km, adaptées aux zones rurales faiblement peuplées. Vu leur taille les émetteurs

doivent fournir de puissances très grandes ;

§ Les micro cellules : adaptées aux zones urbaines denses, ce sont des cellules de

très petites tailles de quelques centaines de mètres de rayon. Elles permettent

d’écouler un trafic important par unité de surface ;

§ Les pico cellules : de rayon de quelques dizaines de mètre et adaptées à la

propagation à l’intérieur des bâtiments.

Un groupe de fréquences radio définissant les canaux de communication est dédié à une

cellule. Deux cellules adjacentes n'ont pas de canaux de communication communs. Pour

protéger une cellule des interférences de co-canal, une distance minimale de deux cellules

sépare deux cellules utilisant les canaux de communication.

Le Concept GSM

PFE 2004-2005 5

La cellule est l'unité géographique d'un réseau. L'unité d'utilisation des fréquences radio

définissant les canaux de communication, est un motif de sept cellules, le cluster.

Le planificateur réseau doit tenir compte de la contrainte qu'est le nombre limité de

canaux radio disponibles, il doit savoir quand il peut réutiliser un canal.

La division cellulaire a pour but :

- Garantir l’itinérance : le réseau GSM doit reconnaître à tout instant la localisation de

l’abonné .C’est ce qu’on appelle : gestion d’itinérance ou roaming. Le numéro du terminal

devient du point de vue réseau fixe et il correspond à une adresse physique qui, elle, varie.

- Garantir la mobilité : par des procédures automatiques dite de transfert ou de hand

over, la communication doit être maintenue en cours de déplacement du mobile.

I.2 Techniques de densification

Les réseaux cellulaires sont en plein essor et évolution. Pour cela, les opérateurs ont

recours à des techniques de densification parmi lesquelles on cite :

I.2.1 Cell splittingL’utilisation d'une cellule de petite dimension fait augmenter la capacité de trafic.

Cependant, une cellule de plus petite dimension veut dire plus de sites et un coût plus élevé

pour l'infrastructure.

Il est donc préférable de ne pas travailler inutilement avec une cellule de plus petite

dimension.

Ce qui est demandé c’est une méthode qui réalise un compromis entre les dimensions

cellulaires et les exigences de la capacité. Le système commence par utiliser une grande

dimension cellulaire. Ensuite, quand la capacité augmente, la dimension cellulaire est

diminuée pour satisfaire aux nouvelles exigences (figure 1).

Le Concept GSM

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Figure 1: Division cellulaire 1:3

La division cellulaire (Cell Split) un à trois exige trois fois beaucoup plus de cellules.

Après la division, la capacité est trois fois par unité plus haut, et la région est trois fois plus

petite.

I.2.2 La sectorisationNous appelons site le lieu physique où sont installées une ou plusieurs stations de

base. Le coût d’exploitation d’un réseau est essentiellement lié au nombre de sites installés.

Pour minimiser le nombre de sites, pour un nombre donné de cellules, les opérateurs utilisent

la sectorisation. Au lieu d’une antenne omnidirectionnelle, nous utilisons un ensemble

d’antennes dont le diagramme de rayonnement couvre un secteur angulaire restreint.

I.2.3 Le déploiement d une couche pico cellulaire

Cette solution est adaptée aux environnements indoor. Elle tient compte des

performances de ces zones en y augmentant la capacité tout en assurant la qualité de service

requise. Elles sont adaptées aux conditions de propagation indoor où l’affaiblissement est

assez important.

I.3 La réutilisation de fréquencesNous appelons motif cellulaire ou motif de réutilisation le plus petit groupe de cellules

contenant l’ensemble des canaux une seule fois. Ce motif est répété sur la totalité de la surface

à couvrir.

La distance minimale entre deux émetteurs utilisant la même fréquence est dite distance

de réutilisation. Plus le motif est grand, plus la distance de réutilisation est grande.

Le Concept GSM

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Pour déterminer le motif minimal à utiliser pour un système donné, nous étudions le

rapport entre la puissance du signal utile et la puissance des perturbations qui sont de deux

types : interférences soit des interférences co-canal soit des interférences dues aux canaux

adjacents et le bruit essentiellement le bruit de fond du récepteur.

Le seuil C/ (I+N) au-delà duquel la réception est correcte est une des caractéristiques

essentielles d’une interface radio. Plus ce seuil est bas, plus la distance de réutilisation est

faible.

Figure 2: Interférence co-canal

Cette figure [2] montre que les cellules A et B utilisent la même fréquence f1. Ceci est

acceptable tant que le rapport C/I entre la puissance du signal de B et la puissance du signal

de A enregistrée au sein de la cellule B dépasse la valeur minimale que le système peut

tolérer.

Ce rapport peut être amélioré par plusieurs procédés à savoir :

- Le saut de fréquence : Cette technologie permet un lissage du signal de réception

sur un réseau de téléphonie mobile. Ce résultat est atteint en changeant rapidement

la fréquence de transmission au cours de la conversation. Ceci a pour effet d'éliminer

les effets d'évanouissement dus à la propagation et à l'utilisation de fréquences fixes.

Cela permet aussi de répartir les interférences afin d'en annuler les effets néfastes.

- Le contrôle de puissance : le principe du contrôle de puissance consiste à ajuster la

puissance d’un émetteur radio à fin de minimiser la puissance nécessaire tout en

assurant la qualité de parole requise essentiellement pour diminuer les interférences

co-canal.

Le Concept GSM

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II. La structure du réseauIl serait extrêmement coûteux pour un opérateur d’assurer une couverture continue

d’une ville, seulement avec des microcellules. L’opérateur garde une couverture avec des

cellules classiques (antennes au dessus des toits) et place des microcellules aux seuls endroits

nécessaires. Le réseau comporte alors deux couches (microcellulaire et macrocellulaire) ; il

est appelé réseau hiérarchique : Hierarchical Cell Structures (HCS). Les couches hautes sont

utilisées pour les cellules larges et les couches basses pour les cellules de taille réduite. Les

cellules larges fonctionnent comme parapluies pour les cellules de taille moyenne. En outre,

les microcellules peuvent être ajoutées dans le réseau cellulaire afin d’avoir une bonne

capacité de couverture.

En effet, Un abonné traversant de très petites cellules engendre un nombre important de

handover. Afin de résoudre ce problème, le concept de cellules parapluies a été introduit. La

cellule parapluie couvre plusieurs autres. Pour ce faire la puissance dans la cellule parapluie

est plus élevée et les fréquences utilisées différentes de celles des microcellules couvertes.

Quand la vitesse du mobile est très élevée, le mobile est transféré sur la cellule parapluie pour

y rester le plus longtemps possible. Cela réduira le nombre de handover et, partant, le trafic

interne du réseau. Le nombre élevé de demandes de handover et les caractéristiques de

propagation des signaux peuvent aider à détecter sa vitesse de déplacement. La figure 3

illustre le principe de cette structure cellulaire hiérarchique :

Figure 3: Modèle d'un réseau hiérarchique

Le Concept GSM

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III. Architecture

III.1 Architecture généralePour gérer les spécificités des communications avec les mobiles, de nouveaux

équipements ont été introduits par rapport au RTCP et sont regroupés au niveau du PLMN

comme l’indique la figure 4.

Circuit de parole

Signalisation

Figure 4: Architecture générale d’un réseau GSM

BSC

BSC

OMCMSC

GMSC

RTC

Abis

UmA

BTS

BTS

BTS

BTS

Sous système BSS Sous système NSS

VLR

HLR

Le Concept GSM

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III.2 Le sous système radio BSS (Base Station System)

Le sous système radio gère la transmission radio. Il comprend les parties suivantes :

III.2.1 Le mobile

Le téléphone et la carte SIM (Subscriber Identity Module) sont les deux seuls éléments

auxquels un utilisateur a directement accès. Ces deux éléments suffisent à réaliser l'ensemble

des fonctionnalités nécessaires à la transmission et à la gestion des déplacements.

III.2.2 La station de base BTS (Base Tranceiver Station)

Les BTS sont des points d’accès au réseau GSM des abonnés. Ce sont des antennes

situées en haut des immeubles ou sur les bords de routes. Elles prennent en charge l’accès

radio des mobiles dans la zone de couverture ce qui englobe les opérations de modulation,

démodulation, codage correcteur d’erreur et estimation du canal. Elles diffusent les

informations générales concernant la cellule et qui sont utiles aux mobiles et remontent les

mesures sur la qualité de transmission dans la cellule au BSC.

III.2.3 Le contrôleur de station de base BSC (Base Station Controller)

Le contrôleur de station de base gère une ou plusieurs stations de base et communique

avec elles par le biais de l'interface Abis. Ce contrôleur remplit différentes fonctions au

niveau de la communication et au niveau de l'exploitation.

Pour les fonctions des communications des signaux en provenance des stations de base,

le BSC agit comme un concentrateur puisqu'il transfère les communications provenant des

différentes stations de base vers une sortie unique. Dans l'autre sens, le contrôleur commute

les données en les dirigeant vers la bonne station de base.

Dans le même temps, le BSC remplit le rôle de relais pour les différents signaux

d'alarme destinés au centre d'exploitation et de maintenance. Il alimente aussi la base de

données des stations de base. Enfin, une dernière fonctionnalité importante est la gestion des

ressources radio pour la zone couverte par les différentes stations de base qui y sont

connectées. En effet, le contrôleur gère les transferts intercellulaires des utilisateurs dans sa

Le Concept GSM

PFE 2004-2005 11

zone de couverture, c'est-à-dire quand une station mobile passe d'une cellule dans une autre. Il

doit alors communiquer avec la station de base qui va prendre en charge l'abonné et lui

communiquer les informations nécessaires tout en avertissant la base de données locale VLR

de la nouvelle localisation de l'abonné.

III.3 Le sous système réseau NSS (Network Sub System)

Le sous-système réseau joue un rôle essentiel dans un réseau mobile. Alors que le sous

réseau radio gère l'accès radio, les éléments du NSS prennent en charge toutes les fonctions de

contrôle et d'analyse d'informations contenues dans des bases de données nécessaires à

l'établissement de connexions. Le NSS comprend les parties suivantes :

III.3.1 Le centre de commutation mobile MSC (Mobile SwitchingCenter)

Le centre de commutation mobile est relié au sous-système radio via l'interface A. Son

rôle principal est d'assurer la commutation entre les abonnés du réseau mobile et ceux du

réseau commuté public (RTC) ou de son équivalent numérique, le réseau RNIS. Les

commutateurs MSC d'un opérateur sont reliés entre eux pour la commutation interne des

informations via l’interface E. Des MSC servant de passerelle (Gateway Mobile Switching

Center, GMSC) sont placées en périphérie du réseau d'un opérateur de manière à assurer une

interopérabilité entre réseaux d'opérateurs.

III.3.2 L enregistreur de localisation HLR (Home Location Register)

Le HLR est une base de données contenant toutes les informations relatives aux abonnés

d’un PLMN: le type d'abonnement, la clé d'authentification Ki (cette clé est connue d'un seul

HLR et d'une seule carte SIM), les services souscrits, le numéro de l'abonné (IMSI), etc.

III. 3.2.1 Le centre d authentification AuC (Authentication Center)

Lorsqu'un abonné passe une communication, l'opérateur doit pouvoir s'assurer qu'il ne

s'agit pas d'un intrus. Le centre d'authentification remplit cette fonction de protection des

communications.

L’AuC mémorise pour chaque abonné une clé secrète utilisée pour authentifier les

demandes de services et chiffrer les communications.

Le Concept GSM

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III.3.3 L enregistreur de localisation des visiteurs VLR (VisitorLocation Register)

Le VLR est une base de données où sont stockées les informations relatives à une région

particulière. Nous y trouvons les mêmes informations que dans le HLR avec en plus l’identité

temporaire de l’utilisateur TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) et sa zone de

localisation (ensemble de cellules où se trouve l’abonné). En pratique, le VLR est souvent

associé au MSC. Il permet d’alléger le trafic de signalisation en cas d’un appel sortant où il

n’est pas nécessaire de consulter le HLR contrairement au cas d’un appel entrant.

III.3.4 L enregistreur de l identité des équipements EIR (EquipmentIdentity Register)

Malgré les mécanismes introduits pour sécuriser l'accès au réseau et le contenu des

communications, le téléphone mobile doit potentiellement pouvoir accueillir n'importe quelle

carte SIM de n'importe quel réseau. Il est donc imaginable qu'un terminal puisse être utilisé

par un voleur sans qu'il ne puisse être repéré.

Pour combattre ce risque, chaque terminal reçoit un identifiant unique IMEI

(International Mobile station Equipment Identity) qui ne peut pas être modifié sans altérer le

terminal.

III.4 Le centre d opération et de maintenance OMC (Operation andMaintenance Center)

Cette partie du réseau regroupe trois activités principales de gestion: la gestion

administrative, la gestion commerciale et la gestion technique.

Le réseau de maintenance technique s'intéresse au fonctionnement des éléments du

réseau. Il gère notamment les alarmes, les pannes, la sécurité, etc. Ce réseau s'appuie sur un

réseau de transfert de données, totalement dissocié du réseau de communication GSM.

IV. Les services du GSM

Les services en GSM sont de trois types : les services support, les téléservices et les

services supplémentaires.

Le Concept GSM

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IV.1 Les services support

Le GSM offre à ses abonnés des services supports, lesquels permettent les transferts de

données de bout en bout à travers le réseau. Les attributs techniques définissent les services,

tels qu'un usager les voit depuis un point d'accès au réseau. Un service support particulier

s'identifie par ses attributs. La norme définit trois catégories d'attributs :

§ Les attributs de transfert d'information : Ces attributs caractérisent les possibilités de

transferts d'informations d'un réseau depuis un point d'origine vers un ou plusieurs

destinataires ;

§ Les attributs d'accès : ces attributs définissent les moyens d'accéder aux fonctions et

aux services supplémentaires d'un réseau (Canal et débit d'accès, Protocole d'accès (pour

l'information, pour la signalisation) ;

§ Les attributs généraux : ces attributs concernent l'ensemble des services

supplémentaires (Qualité de service, Possibilité d'interfonctionnement).

IV.2 Les téléservices

Les téléservices sont les applications opérationnelles offertes par le réseau à ses abonnés. Ces

derniers utilisent les possibilités offertes par les services supports. Ils permettent la

transmission d'informations d'usager à usager, dans le cadre d'une application. La téléphonie

est le service le plus important des télé-services. Elle permet les types de communications

suivants :

§ communications entre deux postes mobiles,

§ communications entre un poste mobile et un poste fixe, à travers un nombre

quelconque de réseaux.

IV.3 Les services Supplémentaires

Les services supplémentaires permettent une amélioration des téléservices et des

services support. Ils sont de deux types : essentiels (ceux nécessaires et doivent êtres présents

dans tous les PLMN) et additionnels tel que le double appel, l’appel en conférence, la

restriction d’appels, etc.

Le Concept GSM

PFE 2004-2005 14

V. L évolution de la couverture en GSMLe réseau GSM n’a cessé d’évoluer depuis sa commercialisation et ce sur différents

plans parmi lesquels nous citons la couverture. En effet, la réussite d’un opérateur dépend

étroitement de la qualité de couverture qu’il propose à ses abonnés. Le souci principal était

d’offrir une couverture quasi-totale en milieu outdoor pour maintenir les communications en

cours de déplacement des abonnés. En s’aidant de modèles de prédiction de la propagation à

grande échelle d’observation et en utilisant des équations permettant de définir les

affaiblissements dus aux différentes diffractions, réfractions,effets de trajets multiples,…, les

opérateurs sont parvenus à maîtriser la couverture outdoor qui est actuellement quasi totale.

Actuellement, l’évolution se fait en faveur des solutions indoor qui constituent le nouvel

défi des opérateurs. Réussir à assurer une couverture indoor avec une qualité de service

convenable pour un Hot spot est une tâche assez complexe qui préoccupe les opérateurs.

En effet, les Hots spots sont des zones très fréquentées donc à forte densité de trafic

(foire, gare, hôtels, centres commerciaux, etc.) ce qui nécessite un effort supplémentaire de

dimensionnement. De plus, nous devons estimer le signal radio minimum reçu à l'extérieur du

bâtiment permettant d'assurer une couverture à l'intérieur du bâtiment. Il est calculé en

soustrayant à la sensibilité du mobile différentes marges dont la marge de pénétration qui

correspond à l'affaiblissement moyen du signal radio dû à la traversée des murs.

Cette marge de pénétration est très difficile à estimer car elle dépend de plusieurs paramètres

(fréquence, architecture du bâtiment, matériel de construction des murs et meubles traversés,

profondeur du bâtiment, angle d'incidence du trajet du signal, ...) et nécessite la réalisation de

plusieurs mesures. Ses mesures permettent de bien choisir les emplacements des antennes et à

assurer un niveau de champ suffisant à l’intérieur.

Ainsi, comme nous pouvons le constater, la planification des solutions indoor nécessite

des règles d’ingénierie et un processus différent de celle en outdoor.

ConclusionLe concept GSM n’est pas compliqué mais il est nécessaire de comprendre tous les

éléments le constituant.

Dans ce chapitre, nous avons présenté le concept GSM dans sa totalité à commencer par

son architecture générale et l’interaction entre ses différents composants jusqu’à présenter les

différents services offerts par le réseau.

La mise en uvre de solutions de couverture en indoor, précisément pour les Hots spots

est le nouveau souci des opérateurs qui tendent à réaliser un compromis entre couverture,

Le Concept GSM

PFE 2004-2005 15

capacité et interférence et ce en utilisant des règles d’ingénierie de planification autres que

celles utilisées en outdoor.

La propagation radio en environnement indoor

PFE 2004-2005 16

Chapitre 2 : La propagation radio enenvironnement indoor

IntroductionL’ingénierie radio constitue l’un des aspects les plus importants lors du déploiement

d’un réseau cellulaire dans la mesure ou elle est responsable du niveau de la qualité de

service offerte aux abonnés. L’opérateur doit bien définir ses objectifs (type de couverture,

nombre d’abonnés, type de terminaux, matériel,…) pour une bonne planification. Il doit

effectuer un bilan de liaison pour pouvoir définir les paramètres généraux tel que le type

d’antenne, les différents seuils d’ingénierie, les puissances, etc.

Les solutions indoor sont basées sur des règles d’ingénierie différentes qui s’intéressent

à la puisse émise par les antennes indoor et l’ajustement de la puissance reçue par calcul de

PIRE, l’emplacement des antennes et le paramétrage des cellules de couverture

outdoor/indoor.

I. Caractéristiques des environnements indoorEn indoor le signal subit des affaiblissements supplémentaires qui peuvent aller jusqu’à

30 dB. En effet, Le canal de propagation en indoor induit une marge critique

d’affaiblissement du signal.

La propagation en indoor dépend de plusieurs caractéristiques à savoir les données

architecturales des bâtiments c'est-à-dire les types des matériaux de constructions utilisés, la

taille des fenêtres, le type des bâtiments eux-mêmes : est ce qu’il s’agit d’espaces larges

(salles d’aéroports, de musées,..), de bureaux rapprochés, à quelle niveau nous nous situons :

étages supérieurs, sous- sols, halls,… En effet, l’emplacement des antennes et la puissance

émise diffèrent selon la position dans laquelle nous nous trouvons. De plus la couverture

change, à titre d’exemple elle est généralement bonne au niveau des halls si nous savons

maîtriser les interférences. Contrairement, au niveau des sous-sols et des caves des


PFE 2004-2005 17

affaiblissements importants ont lieu. Idem, le nombre diffère selon la position à l’intérieur des

bâtiments.

Tous ces facteurs sont importants et à tenir en compte pour réaliser une bonne

planification.

Le tableau 1[4] illustre les différentes pertes apportées par les matériaux de

construction.

Matériaux Pertes (dB)

Béton poreux 6,5

Béton (30 cm) 9,5

Mur de béton épais (25 cm) sans vitres 13

Mur de béton épais avec grandes vitres 11

Mur de béton peu épais (10 cm) 6

Mur double de béton (2*20 cm) 17

Mur très peu épais (brique < 14 cm) 2,5

Vitre 2

Vitre renforcée 8

Bois 1,5

Plaque en plâtre 1,5

Brique 2,5

Dalle 23

Tableau 1:Pertes apportées par les différents matériaux de construction

I.1 La propagation extérieur - intérieur

La propagation extérieur - intérieur est caractérisée par le fait que l'émetteur est

constitué d'une antenne utilisée pour les communications extérieures et le récepteur est situé à

l'intérieur du bâtiment. Dans ce cas, l'atténuation est la somme d'un terme d'affaiblissement du

signal provenant de l'environnement extérieur auquel s'ajoute un terme représentant les pertes

subies par le signal lors de sa pénétration dans le bâtiment.

L'estimation de ces pertes de pénétration est rendue très difficile car elle dépend à la fois

de la fréquence, de l'angle d'incidence, de la distance, du type de façade et de l'environnement


PFE 2004-2005 18

et de l'architecture intérieure. Une solution efficace se base sur un ensemble de mesures.

Celles-ci ont pour principal objectif de trouver des valeurs d'ingénierie permettant d'effectuer

le dimensionnement du réseau de manière à permettre la communication pour un mobile se

trouvant à l'intérieur d'un bâtiment.

Pour ce faire, nous définissons deux types de valeurs:

- le soft indoor, représentant l'atténuation en façade, et

- le deep indoor, représentant l'atténuation dans des endroits reculés du bâtiment.

Des valeurs typiques sont de 10 dB pour le soft indoor et de 20 dB pour le deep indoor à

900 MHz. Ces valeurs interviendront lors de l'établissement du bilan de puissance. La hauteur

de l'étage où se situe le récepteur influence également ces pertes: les pertes de pénétration

diminuent approximativement de 1, 5 dB par étage.

I.2 La propagation intérieur- intérieur

Pour la propagation intérieur - intérieur, l'émetteur et le récepteur sont tous deux situés

dans le bâtiment, nous parlons de pico cellule. L'environnement étant impossible à

caractériser analytiquement ou empiriquement de manière précise.

II. Les phénomènes de propagationLe canal de propagation est un élément important duquel dépend la qualité du signal

qui subit le long de son trajet des distorsions et des affaiblissements. Plusieurs phénomènes

sont à l’origine de la dégradation du signal. Nous en citons la diffraction, la réflexion, la

réfraction et la diffusion qui sont plus accentuées en indoor.

II.1 La diffractionLa diffraction apparaît lorsque le trajet d'une onde électromagnétique entre un émetteur

et un récepteur est perturbé par la présence d'obstacles qui présentent des formes irrégulières

(arête d'un immeuble par exemple).


PFE 2004-2005 19

Figure 5: Principe de la diffraction

II.2 La réflexion

La réflexion d'une onde électromagnétique apparaît lorsque cette dernière heurte un

objet dont les dimensions sont importantes comparées à sa longueur d'onde. Ainsi, si une onde

se propageant dans un milieu se heurte à un autre milieu ayant des propriétés électriques

différentes, l'onde est partiellement réfléchie et partiellement réfractée.

Figure 6: Principe de la réflexion

II.3 La diffusion

Quand une réflexion se produit sur un objet dont la surface présente des rugosités dont

les dimensions sont comparables ou supérieures à la longueur d'onde, la réflexion devient

diffuse. C'est-à-dire que l'énergie incidente est rayonnée dans toutes les directions.


PFE 2004-2005 20

Figure 7: Principe de La diffusion

II.4 Les multi trajets

Les divers phénomènes évoqués précédemment sont tous présents dans un cas réel de

propagation. Il s'ensuit que l'onde incidente sur l'antenne de réception est une combinaison

d'un grand nombre de répliques de l'onde émise, plus ou moins décalées dans le temps selon

les différences de trajets parcourus et plus ou moins atténuées selon la distance parcourue et

les phénomènes rencontrés. Ceci crée une dispersion temporelle dans le canal. Nous

qualifions de "multi trajet", ce mode de propagation

III. Paramétrage des équipements indoorL’emplacement des antennes dans un milieu indoor est très important pour l’obtention

d’un signal de qualité requise. En effet, le nombre et le positionnement des antennes dépend

de la zone dans laquelle nous désirons assurer la couverture. Généralement, en Tunisie, nous

pouvons diviser les bâtiments en quatre parties : les étages supérieurs, les étages inférieurs, les

halls au niveau de rez-de-chaussée et les sous-sol. Nous essayons de tenir en compte l’effet

des sites macro outdoor, les interférences causées sur le lien montant par les terminaux

outdoor et la puissance avec laquelle émettent les terminaux indoor.

- Les étages supérieurs : ces étages sont en visibilité directe avec les sites macro,

donc le niveau d’interférence est assez élevé. Le mobile indoor doit émettre avec le

minimum de puissance pour éviter les interférences. Dans ce cas, les antennes

émettent avec un niveau de puissance assez élevé ;


PFE 2004-2005 21

- Les étages inférieurs : dans ces étages la couverture est influencée par les sites

micro. L’augmentation de la puissance émise par les antennes indoor induit une

interférence sur le lien montant avec les mobiles outdoor. Pour cela, la puissance

émise doit être limitée au maximum au sein de l’immeuble ;

- Les halls : l’architecture de ces zones (espaces grands, portes ouvertes, grandes

fenêtres,…) permet d’avoir une bonne couverture. Cependant, il faut bien répartir les

fréquences outdoor et indoor pour éviter les interférences.

- Les sous-sols : ces zones présentent un affaiblissement important de l’ordre de 30

dB entre l’indoor et l’outdoor. Par conséquent, l’emplacement des antennes ne

devrait pas causer des problèmes d’interférences.

IV. Prédiction de la propagation radio indoor

La propagation des ondes radio est similaire à celle de la lumière et s’effectue à vue et

en ligne droite. Des transmissions peuvent toutefois êtres réalisées sans être dans ce cas idéal,

en utilisant des modes de propagations particuliers : Réflexions, diffraction, diffusion, etc.

Mais dans ces cas, les atténuations de propagation deviennent vite très importantes et il

convient d’en tenir compte lors d’une étude de faisabilité. Des modèles efficaces permettent

de définir les paramètres principaux : puissance d’émission, sensibilité de réception, type

d’antenne à utiliser, emplacement des antennes, etc. Quelque soit la distance entre sites, il est

impératif de bien connaître le profil du terrain pour pouvoir définir les caractéristiques du

matériel à utiliser.

Plusieurs modèles de prédiction de propagation ont été mis en uvre : des modèles

macrocellulaires comme le modèle Okumura-Hata élaboré au Japon, des modèles

microcellulaies et des modèles adaptés aux milieux indoor. Ce qui nous intéresse dans cette

partie c’est les modèles indoor. En effet, la traversée des bâtiments induits des atténuations

supplémentaires qui dépendent de la nature des murs (briques, bétons,…). Nous déduisons

que les phénomènes d’évanouissement sont plus sévères en indoor. Des études à 900 MHz

font apparaître une perte supplémentaire de 12 dB à moins de 1 mètre d’une fenêtre et une

perte moyenne de 18 dB à l’intérieur des bâtiments avec des variations allant de -8 dB à 37

dB. Des études à 1800 MHz font apparaître des pertes de 12 à 17 dB avec une valeur typique

de 15 dB pour les bâtiments en béton [3].


PFE 2004-2005 22

IV.1 La propagation en espace libre :

Nous parlons de propagation en espace libre quand il y a visibilité directe entre les

antennes d'émission et de réception et qu'aucun obstacle ne se trouve sur le trajet des ondes

dans un volume donné. L’affaiblissement est donné par la formule suivante [3] :

L = 32,4 + 20 log (f) + 20 log (d) (2.1)

Avec f : la fréquence exprimée en MHz

d : la distance entre l’émetteur et le récepteur exprimée en Km

En s’inspirant de ce modèle, les autres modèles prédisent l’affaiblissement par l’ajout de

coefficients correctifs.

IV.2 Les modèles de propagation indoorUn modèle de propagation est un ensemble d’expressions mathématiques, de

diagrammes et d’algorithmes employés pour donner une représentation des conditions de

propagation d’une onde électromagnétique dans un site ou environnement donné [5]. Dans le

cas de notre étude, il s’agit de l’environnement indoor.

Trois types de modèles sont disponibles à savoir les modèles empiriques, les modèles

déterministes et les modèles semi déterministes

IV.2.1 Les modèles empiriquesDe tels modèles reposent sur la collection d’un nombre assez important de données.

Après une analyse statistique de ces données on extrapole les équations donnant une moyenne

d'affaiblissement à une distance donnée. Les équations qui en sont déduites comportent

généralement moins d'une dizaine de paramètres. Elles sont donc faciles à mettre en uvre et

rapides à implémenter dans un programme.

Leur principal avantage est que nous n'avons pas besoin d'une représentation précise de

la zone à couvrir.

De tels modèles induisent une imprécision de calcul car ils ne prennent pas en compte la

zone à couvrir. Cette imprécision relative est la raison pour laquelle nous les utilisons pour

des cellules de grandes tailles.


PFE 2004-2005 23

Ces modèles présentent également le danger de pouvoir s'appliquer dans toutes les

situations ; la pertinence des résultats est fonction de la bonne application du modèle. Il faut

que la zone traitée corresponde bien à celle qui a servi à la modélisation.

Parmi ces modèles nous citons :

IV.2.1.1 Modèle d affaiblissement Log-distanceL’affaiblissement dans un milieu indoor peut est une fonction directe de la distance

séparant l’émetteur du récepteur. L’affaiblissement en dB est défini par [6] :

L (d) [dB] = L (d0) [dB] + 10 * n log10 (d/d0) + X (2.2)

Avec :

- d0 : distance de référence généralement prise 1m.

- d : distance entre l’émetteur et le récepteur.

- n : facteur d’atténuation qui dépend du milieu de propagation.

- L (d0) : généralement calculé par des mesures ou en appliquant les conditions

de l’espace libre.

- X : représente une variable aléatoire de variation standard dB et suivant une

loi normale de moyenne nulle et d’écart type .

IV.2.1.2 Modèle d affaiblissement des étagesC’est un modèle qui a été décrit par Seidel pour estimer l’affaiblissement dans un

environnement indoor formé par plusieurs étages. L’affaiblissement en dB est estimé à partir

de l’équation suivante [6] :

L (d) [dB] = L (d0) [dB] + 10 nsf log (d/d0) + FAF [dB] (2.3)

Avec:

- d0 : distance de référence généralement prise 1m.

- d : distance entre l’émetteur et le récepteur.

- nsf : c fficient appliqué pour les mesures faites au sein du même étage.

- FAF : coefficient qui peut être remplacé par un facteur qui tient en compte

l’effet de la séparation des planchers multiples.

L’efficacité de ces modèles est souvent jugée moins performante que celle des modèles

déterministes mais reste satisfaisante [6]. En fait, ce type de modèles a pour principaux


PFE 2004-2005 24

avantages sa simplicité et sa généralité. Ainsi, il est facilement possible d’analyser les

performances d’une solution sans fil, par exemple, pour une classe de sites de propagation.

Dans la majorité des cas, les modèles empiriques pour les milieux confinés peuvent être

exprimés par la formule générique suivante :

L (d) [dB] = L (d0) [dB] + 10 * n log10 (d/d0) + X (2.4)

IV.2.1.3 Modèle de La Fortune :C’est un modèle empirique basé sur la simulation des phénomènes de propagation.

L’algorithme permettant d’évaluer l’affaiblissement aboutit à [7]:

L = L0 +Lob + Grm (2.5)

Tel que :

L0 = 32,4 + 20 Log (d) + 20 Log (f) (2.6)

- 3,7 + 1,5 n + 10,7 Log (d) si d > 4 m

Lob = - 3,7 + 1,5 n + 10,7 Log (d) + 7,8 – 15,3 Log (d’) (2.7)

0 dans le cas général

Grm =

- 0,2 – 1,5 Log (d) dans le couloir principal (2.8)

Avec :

- L0 : affaiblissement en espace libre ;

- Lob : affaiblissement du aux obstacles ;

- Grm : gain du aux réflexions multiples ;

- d : distance qui sépare l’émetteur du récepteur ;

- f : fréquence en GHz ;

- n : nombre de murs séparants l’émetteur du récepteur ;

- d’ : distance entre l’émetteur et le premier mur en mètre.

IV.2.1.4 Modèle de Keenan- MotleyC'est un modèle exclusivement indoor. En plus de la fréquence et de la distance, il tient

compte de l'architecture du bâtiment modélisé : nombre de murs ou de plafonds traversés,


PFE 2004-2005 25

atténuation du matériau. Il intègre également un coefficient stochastique déterminé de façon

empirique et propre à chaque "type" de bâtiment.

Ce modèle ne prend pas en compte l'influence des rayons sortants qui reviennent par

réflexion sur un autre immeuble.

IV.2.2 Les modèles déterministes

Les modèles déterministes donnent des résultats beaucoup plus précis mais requièrent

une quantité importante d'informations sur la zone où il vont être appliqués. De plus ils

demandent beaucoup de temps de calcul. Ils sont généralement réservés à des lieux

particuliers où les autres modèles ne peuvent être utilisés. Ils reposent sur des calculs

d'optique géométrique (réflexion, diffraction,..) : c'est la méthode des rayons.

Il s’agit d’effectuer en sens inverse de la réalité le parcours des rayons lumineux. Ainsi,

nous traversons l'écran depuis l' il de l'observateur de manière à déterminer de quels objets

les rayons proviennent, et ainsi, à déterminer leurs caractéristiques chromatiques. Nous

traitons le rayon primaire passant par l’observateur et chaque pixel de l'écran de manière à

déterminer si ce rayon intercepte un objet de la scène. Deux cas sont alors possibles:aucun

objet n'intercepte le rayon et dans ce cas la couleur est celle du fond ou bien des objets

interceptent le rayon. Nous devons alors trouver l'objet le plus proche de l'observateur. En

fonction des caractéristiques de cet objet vis à vis de la lumière, la teinte du pixel est calculée

à partir des composantes de lumière diffusée, réfléchie et transmise par l'objet au point

d'intersection.

L’utilisation d’un tel modèle requiert l’élaboration d’une base de données ce qui est souvent

un handicap puisqu’elle est généralement difficile à constituer. Dans le cas où cet argument ne

serait pas avéré, sa grande taille la rend difficilement exploitable.

IV.2.3 Les modèles hybrides ou semi déterministesL’idée principale de ce type de modèles est de combiner les avantages de chacun des

deux types précédents. C'est un bon compromis complexité et précision par rapport aux

modèles précédents. Ils allient à la fois des aspects théoriques et des mesures. Ils prennent en

compte la topologie de la zone à couvrir.

Ces types de modèles se révèlent généralement plus légers en terme de calcul que les

modèles théoriques et plus performants en terme d’estimation de l’atténuation de puissance


PFE 2004-2005 26

induit par un site de propagation. Leur usage pour la validation d’une solution sans fil pour un

site de propagation tel qu’en indoor, reste relativement peu fréquent en raison de son degré de

complexité.

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté les caractéristiques des évènements indoor et les

principaux phénomènes de propagation qu’on peut y rencontrer.

Nous avons aussi analysé les caractéristiques de la propagation extérieur – intérieur,

intérieur – intérieur, ainsi que l’effet des sites macro et ce dans le but d’en tirer le meilleur

emplacement des antennes et ce pour avoir la meilleure qualité du signal.

Pour améliorer ces positions, les opérateurs ont recours à des modèles de prédiction de

propagation qui permettent de prédire la puissance reçue en indoor.

Ces modèles dépendent des caractéristiques des zones à simuler et les résultats qu’ils

fournissent présentent des incertitudes. Nous pouvons toutefois procéder à des mesures sur

terrain pour valider les résultats obtenus par simulation.

Dans le chapitre suivant, nous allons étudier les règles de planification nécessaires au

déploiement d’une solution de couverture indoor.

Principes de planification d’une solution indoor

PFE 2004-2005 27

Chapitre 3 : Principes de planificationune solution indoor

IntroductionLa planification constitue l’une des étapes les plus importantes pour le déploiement d’un

réseau GSM. Il s’agit d’une collecte des informations utiles et nécessaires à la mise en uvre

du réseau tout en garantissant une optimisation des ressources utilisées et en maintenant une

qualité de service acceptable.

La planification s’intéresse non seulement à l’état actuel mais aussi se préoccupe de

l’état futur en permettant une évolutivité du réseau en terme de débit, capacité, etc. Elle

conditionne de façon très importante la qualité de service offerte aux utilisateurs. L’opérateur

doit assurer une couverture selon ses objectifs et doit effectuer un bilan de liaison pour ajuster

tous les paramètres entrant en jeu.

Dans le cas de la planification d’un Hot spot il est nécessaire de trouver un compromis

entre augmenter la capacité, diminuer les interférences et assurer une couverture adéquate.

I. Les techniques de couverture indoorLa couverture à l’intérieur des bâtiments peut être assurée de deux manières :

- La couverture peut être assurée à partir des sites extérieurs. Dans ce cas, il ne s’agit

pas d’écouler un trafic important.

L’emplacement d’une BTS avec des antennes directives sur l’un des bâtiments

voisins permet d’améliorer le niveau de signal.

Généralement, l’affaiblissement pour ce cas de figure n’est important mais cette

solution n’est pas adéquate pour les grands bâtiments.

- La couverture peut être assurée à partir des sites internes. Il est nécessaire de

confiner le signal à l’intérieur à fin d’éviter les interférences avec les sites outdoor.

Cette solution est adéquate pour les Host spots : elle permet d’augmenter la capacité

et d’améliorer la qualité du signal reçu à l’intérieur.


PFE 2004-2005 28

II. Techniques de câblage indoorPlusieurs techniques de câblage sont possibles à l’intérieur d’un bâtiment.

En effet, en indoor, plusieurs antennes sont interconnectées à une station de base. Cette

connexion peut se faire à travers des équipements passifs tels que les feeders, les diviseurs de

tension (splitter), les coupleurs, les diplexeurs,…Toutefois, il est nécessaire de tenir compte

des pertes apportées par ces équipements lors de l’élaboration du bilan de puissance.

En effet, le choix de feeder est en fonction de la longueur nécessaire de façon à ce que

l’atténuation totale portée par le feeder est < 3 dB (900) et < 4.5 dB (1800).

Le combiner permet de combiner les signaux délivrés par deux ou plusieurs TRX pour

être acheminés vers l’antenne dans un seul câble feeder. Le combineur empêche les signaux

sortant d’un TRX de retourner sur un autre TRX. L’atténuation du signal portée par un

Combiner est de 3-5 dB (selon la technologie utilisée)

Le diplexeur est un bloc permettant de séparer l’émission de la réception => il permet

d’utiliser le même feeder comme TX/RX. L’atténuation apportée par un diplexeur est de

l’ordre de 0,5 dB.

La figure 8 [8] illustre un exemple de solution de câblage pour un bâtiment composé de

cinq étages et mettant en uvre les éléments pré cités.

Figure 8: Solution de câblage pour un bâtiment à 5 étages

Parmi les solutions de câblage utilisées en indoor, nous citons les solutions optiques. En

effet, les fibres optiques engendrent des pertes minimes par rapport aux autres types de câbles


PFE 2004-2005 29

et elles offrent une transmission sécurisée. Cette solution est surtout efficace pour des

bâtiments comportant un nombre assez important d’étages.

III. Appréciation de la qualité de la couverture

La qualité de service est un ensemble de caractéristiques de performance de service,

perçue par l’utilisateur, fournie par l’opérateur et se manifeste par un ensemble de paramètres

pouvant prendre des valeurs qualitatives ou quantitatives.

L’usager du réseau s’intéresse à des aspects tel que le taux de réussite des appels, le taux

de coupure, la qualité de la communication, etc.

- Le taux d’efficacité permet de déterminer le pourcentage des appels ayant réussi par

rapport aux tentatives ayant été entamées. Il ne tient pas compte des cas de faux numéros,

numéros occupés, etc. Un appel est réussi quand il n’est pas bloqué qu’il trouve un canal de

signalisation pour l’établissement de la communication et un canal de trafic pour écouler la

communication.

- Le taux de coupure : il est certainement gênant pour un abonné d’être interrompu en

pleine communication c’est pourquoi l’opérateur doit connaître les origines de ce phénomène

pour pouvoir y remédier et ce à travers des indicateurs pouvant non seulement évaluer le taux

de coupure mais aussi distinguer les différentes causes.

Un opérateur s’intéresse essentiellement à des indicateurs concernant la congestion, le

Handover, l’interférence, etc. En effet, l’opérateur utilise les chaînes de mesures indoor dans

le but de remédier aux problèmes de couverture et d’interférence.

- La congestion représente le pourcentage des appels qui ne sont pas satisfaits. Deux

types de blocage peuvent être détectés dans le réseau à savoir sur le canal SDCCH et sur le

canal TCH. Le blocage SDCCH se passe lorsque le mobile veut entrer en communication

mais n’arrive pas à le faire à cause de l’absence d’un canal SDCCH disponible à cet instant.

Pour le blocage TCH, il se produit quand l’abonné se connecte au réseau mais ne trouve

pas un canal de trafic TCH disponible pour écouler la communication.

- Le Handover

Plusieurs cas peuvent avoir lieu à savoir :


PFE 2004-2005 30

§ Handover sur qualité : il se produit lorsque la qualité du signal émis ou reçu dans une

cellule voisine est meilleure à celle de la cellule en cours. Il peut être dans le sens

montant ou descendant de la liaison.

§ Handover sur niveau : les indicateurs donnent le pourcentage des Handover qui se sont

produits lorsque le niveau du signal émis ou reçu dans une cellule voisine est supérieur à

celui de la cellule serveuse. Il peut être dans le sens montant ou descendant de la liaison.

§ Handover sur interférence : les indicateurs donnent le pourcentage des Handover qui

se sont produits à cause des interférences.

Dans ce qui suit, nous nous intéressons au processus de planification indoor.

IV. Le processus de planificationLe processus de planification commence par une étude de la couverture et du trafic. Il

s’agit soit de densifier un réseau déjà existant soit de planifier un nouveau réseau.

La planification et le dimensionnement nécessitent de prévoir l’évolution du trafic et

l’affectation des cellules en fonction du motif retenu.

Le processus de planification comporte plusieurs étapes.

IV.1 Les étapes du processus de planification indoor

IV.1.1 Description du bâtimentLa collection des informations relatives au bâtiment à couvrir constitue une étape très

importante qui permet de dégager les caractéristiques utiles à notre étude.

En effet, une équipe doit se rendre au bâtiment et faire un survey consiste à :

- étudier la localisation du bâtiment : centre ville, bord d’autoroute,…, la

nature : centre commercial, foire, hôtel, …et ce à fin d’estimer la charge de

trafic potentielle ;

- étudier la structure des matériaux de construction et dégager leurs

caractéristiques (béton, brique, plâtre,…). Ceci est utile pour prédire la

propagation et calculer la PIRE ;

- Déterminer les emplacements potentiels des antennes pour pouvoir estimer

les pertes dues aux câbles de connexions entre les antennes et les stations de

base. Ces emplacements seront validés avant l’installation par une série de

mesures.


PFE 2004-2005 31

IV.1.2 Estimation et dimensionnement du traficAyant estimé la capacité à gérer, l’étape suivante est le dimensionnement du trafic.

Dans les systèmes de transmission en mode circuit, le trafic est mesuré par le taux

d’occupation des circuits par rapport à une période d’observation bien déterminée.

Généralement, la période d’observation est considérée une heure. Pour la planification,

l’heure d’observation est l’heure de pointe (Busy Hour). L’unité de trafic est l’Erlang.

Le trafic total dans une cellule GSM est la somme de trafic moyen des abonnés a

l’écoute de son canal de diffusion BCCH.

Dans un système de transmission en mode circuit la qualité de service peut être mesurée

par le taux de blocage. Une demande de communication est bloquée quand il n’y a pas de

ressources libres. Plus le trafic est important, plus le risque de congestion est grand.

Pour les canaux TCH, la probabilité de blocage est de 2%.

En pratique généralement, le trafic de signalisation As est calculé à partir statistiques.

Typiquement As=25% A (cette valeur dépend des caractéristiques des réseaux).

Quand nous dimensionnons les canaux SDCCH le facteur principal est d’avoir une

estimation de la charge de trafic des deux canaux SDCCH et TCH pour pouvoir calculer la

proportion SDCCH/ TCH. Après avoir calculé la proportion SDCCH / TCH, nous devons

choisir à partir de tables bien définies la configuration convenable et le nombre de TRX tout

en respectant la proportion calculée précédemment.

IV. 1.3 La méthode Drive Test

Ø Paramètres à mesurer

Pour évaluer effectivement le niveau de champ et la qualité du signal reçu sur terrain,

nous introduisons deux paramètres essentiels à savoir :

§ RXLEV: Mesure quantitative d'1/2 seconde, effectuée par le mobile du niveau de

champ reçu sur un canal. La mesure est codée sur 64 niveaux par pas de 1 dBm : 0 à 63

(>-110 à -48 dBm). Le RXLEV ne donne pas une valeur absolue, mais une mesure entre

deux valeurs. .

Le tableau suivant permet de donner une idée sur les différents niveaux de champ.


PFE 2004-2005 32

Distribution CouvertureRxLev>=-60dBm Deep indoorRxLev>=-71dBm IndoorRxLev>=-77dBm Incar

RxLev>=-88dBmBonne couvertue

dans la rueRxLev>=-99dBm Faible couverture

RxLev>=-100dBm Faible couverture

Tableau 2:Données sur les différents niveaux de champ reçus

Nous remarquons que pour les environnements indoor, le niveau de champ se situe aux

alentours de -70 dB.

§ RXQUAL : il permet d’apprécier la qualité du signal reçu en quantifiant le taux

d’erreur binaire sur huit niveau : [0..3] : bonne qualité, [4..5] : qualité moyenne et

[6..7] : mauvaise qualité selon le tableau suivant :

Niveau de Qualité BER (%)

0 <0,2

1 [0,2..0,4[

2 [0,4..0,8[

3 [0,8..1,6[

4 [1,6..3,2[

5 [3,2..6,4[

6 [6,4..12,8[

7 >12,8

Tableau 3:Correspondance entre niveaux de qualité et taux d’erreurs binaires

Ø Composition et principes de la chaîne de mesure

Une chaîne de mesure est composée essentiellement d’un ordinateur portable sur lequel

nous installons un logiciel spécifique (Test Mobile Software) et qui peut être connecté à deux

mobiles via son interface série.


PFE 2004-2005 33

Cette même chaîne peut être raccordée à un équipement de localisation par satellite de

type GPS.

Figure 9: Système de mesureAprès avoir sélectionné le type de mobile à contrôler, une connexion est établie. Ainsi,

en cours de communication ou d’établissement de communication, le mobile réalise des

mesures via sa cellule serveuse ainsi que sur les cellules voisines prises dans la liste qui lui est

communiquée sur son canal SACCH descendant. Les mesures sont communiquées au BSC

par le mobile dans un message appelé « Measurment Report » via son canal SACCH montant

au rythme du bloc SACCH c’est à dire toutes les 480 ms. Il est à noter que les mesures sont

seulement effectuées sur les six meilleures cellules voisines et qu’elles seront communiquées

au BSC. Les mesures permettent d’évaluer les paramètres de type RXLEV et RXQUAL. Elles

seront moyennées par le BSC et utilisées dans la mise en uvre des algorithmes de contrôle

de puissance et de Handover.

L’évaluation du niveau de signal et de sa qualité constitue une étape importante pour le

déploiement d’un réseau efficace où nous essayons de minimiser au maximum les coupures,

la dégradation de la qualité et tous les aspects indésirables en cours de communication.

Ainsi, à travers la chaîne de mesure et en utilisant les paramètres RXQUAL et RXLEV

nous pouvons déterminer le niveau de champ et la qualité du signal indoor et les ajuster selon

nos besoins.


PFE 2004-2005 34

La méthode de Drive Test permet de nous donner une idée sur la couverture actuelle

avant la mise en place de la solution de planification.

IV.1.4 Prédiction de la couvertureLes opérateurs utilisent des outils de prédiction pour avoir une idée sur la couverture et

l’état des interférences. Cependant, ces outils ne prennent pas en considération les reliefs et

les typologies des constructions.

Parmi ces outils nous pouvons citer le TEMS’ Light, PLANET et Best Server (permet

d’indiquer la meilleure serveuse).

TEMS’ Light est un logiciel graphique conçu par Ericsson, facile à utiliser. Il aide

l'opérateur dans un nombre de tâches complexes tel que le dimensionnement du réseau,

l’allocation et l'organisation des fréquences, la configuration des sites et l'organisation des

antennes et ce pour s’approcher des conditions r réelles. Les différentes étapes de panification

nécessitent l’adoption de techniques de mesure ainsi que des logiciels d’analyse de la

propagation des ondes radios.

L’outil de planification TEMS’, inclut un module de prédiction qui fournit:

§ Les prédictions de la couverture ;

§ Les prédictions sur l’interférence co-canal ;

§ Les prédictions sur l'interférence du canal adjacent.

IV.1.5 Choix des équipements :Dans cette partie, nous nous intéressons au choix des équipements de déploiement des

solutions indoor.

Ø Choix des antennes

Les antennes indoor sont caractérisées par leur taille réduite relativement à celle des

antennes outdoor. Elles sont sensées améliorer les performances des réseaux cellulaires

indoor.

Le choix d’une antenne dépend de plusieurs facteurs à savoir :

§ Le diagramme de rayonnement : il est défini comme étant une représentation

graphique des propriétés de rayonnement de l’antenne à l’aide d’une fonction d’espace à

l’aide des coordonnées polaires classiques et . Ces angles sont couramment appelés


PFE 2004-2005 35

azimut et élévation comme l’indique la figure 10. Les propriétés de rayonnement

renferment : l’intensité de rayonnement, la valeur du champ, la phase ou la polarisation ;

Figure 10: Azimuth et Elévation

§ Le gain : Le gain d'une antenne est généralement donné en décibels isotrope (dBi),

c'est en fait le gain de puissance par rapport à une antenne isotrope (antenne rayonnant

avec la même puissance dans toutes les directions). Certains constructeurs donnent le

gain en dBd, c'est le gain par rapport à une antenne dipôle (rayonnement dans l'axe du

dipôle), il faut dans ce cas ajouter 2,14 dB pour avoir son gain isotropique (dBi). Le gain

d'une antenne est le même à la réception qu'à l'émission ;

§ La polarisation : Rectiligne (Horizontale, Verticale, etc.) ou circulaire (Droite ou

Gauche). Pour une bonne qualité de transmission il faut que les antennes (émission,

réception) aient la même polarisation. ;

§ La bande passante d’une antenne : c’est l’intervalle de fréquence dans lequel la

performance de l’antenne respecte les normes spécifiées dès le début.

Les antennes GSM utilisées pour les solutions de couverture indoor sont de deux types :

- Les antennes omnidirectionnelles qui sont généralement placées sur les

faux plafonds et qui rayonnent dans toutes les directions ;

- Les antennes directionnelles qui sont caractérisées par un rayonnement

directif qui permet d’améliorer la couverture d’une zone bien définies. Elles


PFE 2004-2005 36

peuvent être placées au niveau des façades des murs, des cages d’escaliers,

etc.

Figure 11: Exemple d’antenne respectivement omnidirectionnelle et

directionnelle

Ø Choix des câbles coaxiauxLe choix des câbles coaxiaux dépend de leurs performances : malléabilité, coût,

longueur, etc.

Les caractéristiques de certains types de câbles sont données par le tableau suivant [9] :

Diamètre des câbles 7/8 1/2 3/8 5/8

Pertes (dB) 4,1 7,2 11,3 2,5

Prix cher moyen moyen moyen

Tableau 4:Caractéristiques des câbles coaxiaux


PFE 2004-2005 37

IV.1.6 Le plan de fréquence

Le spectre radioélectrique est devenu une ressource extrêmement précieuse, en raison de

son exploitation massive par des systèmes de communication de toutes sortes.

En GSM, l’opérateur dispose d’une bande de fréquences partagée en deux sous bandes :

l’une pour la voie montante et l’autre pour la voie descendante. Chacune est partagée en un

certain nombre de porteuses qui peuvent écouler une ou plusieurs communications en même

temps. A chaque cellule nous attribuons un certain nombre de porteuses en fonction du trafic

prévu.

La bande de fréquence occupée par Tunisie Télécom est répartie comme suit :

- les fréquences [1,23] sont allouées aux fréquences BCCH ;

- Les fréquences [25,62] sont allouées aux fréquences TCH.

Deux techniques peuvent être utilisées pour l’allocation des fréquences.

- L’opérateur peut garder une bande de fréquences qu’il dédie pour la couche

micro cellulaire. Ceci facilite la tâche de planification et minimise les

risques d’interférences. Le nombre des fréquences à allouer est donc limité.

- L’opérateur peut utiliser les fréquences libres dans la bande qui lui est dédié

en veillant à ce qu’elles n’interférent pas sur le mobile à l’intérieur du

bâtiment puisque certaines fréquences sont utilisées par la couche macro.

Nous devons ainsi, avec le déploiement de chaque site, s’assurer qu’il

n’interfère pas avec l’indoor. L’utilisation d’un scan de fréquences permet

de dégager les ressources libres. Le nombre des fréquences à allouer n’est

donc pas limité. C’est une technique efficace puisqu’il n’est pas rentable de

monopoliser une bande dédiée à la couche micro dont la surface est

généralement réduite.

IV.1.7 OptimisationCette partie du processus de planification a lieu après l’implantation de la solution de

couverture et a pour objectif de vérifier et ajuster les différents paramètres entrant en jeu et les

optimiser pour assurer le bon fonctionnement du réseau au meilleur des coûts. Il s’agit de


PFE 2004-2005 38

faire les différents tests et mesures afin de valider les modèles de planification et les adapter à

la réalité.

Le système est évalué continuellement pour anticiper d’éventuels problèmes. Cela est

appelé le réglage du système. Il implique les conditions suivantes :

§ Vérifier que le plan cellulaire définitif a été rendu effectif avec succès;

§ Évaluer les réclamations des clients ;

§ Vérifier que la performance du réseau est acceptable ;

§ Changer les paramètres et prendre d'autres mesures (si nous avons besoin).

Le système a besoin d'une révision permanente à cause de l’augmentation continuelle du

nombre des abonnées et pour éviter d’éventuelles congestions.

Ø Validation et réglage par RNO

Le RNO est un serveur conçu pour la Validation et le réglage du réseau GSM. Il est

situé au niveau du centre RNE (Radio Network Engineering), c’est-à-dire entre l’ OMC

(réseau d’exploitation et de maintenance) et le RNP (réseau de planification radio). Ses

principaux buts sont les suivants :

§ La fédération des données de mesure du paramètre QoS ;

§ L’amélioration facile et rapide de la performance du réseau ;

§ La découverte des régions du réseau ayant une pauvre qualité de service (les

cellules congestionnées, les cellules ayant un haut taux d’appel, les problèmes de

handover, les cellules ayant un pauvre taux de réussite des appels) ;

§ L’anticipation des problèmes de qualité, de capacité ou de couverture.

§ L’assurance du bon usage de l’équipement GSM.

Finalement, le processus de planification peut être repris par le schéma suivant :


PFE 2004-2005 39

Figure 12:Processus de planification indoor

Description détaillée dutrafic

Réalisation des séries demesures

Estimation du trafic Etudier le type dematériaux de constructionutilisés (Béton, briques,..)

Dimensionnement dutrafic

Détection des problèmes(interférence,

affaiblissement,…)

Emplacement potentieldes antennes

Calcul de PIRE

Validation des résultatset implantation de la

solution

Optimisation


PFE 2004-2005 40

Conclusion

La planification d’un réseau GSM indoor est une étape nécessaire à la mise en place

d’un réseau fonctionnel et efficace. Il est nécessaire de tenir compte de tous les éléments

entrant en jeu : la localisation géographique, le trafic, les équipements, les fréquences

allouées, etc.

La solution préliminaire obtenue suite au processus de planification doit être ajustée et

optimisée pour s’adapter à la situation réelle.

Planifier en indoor est une tâche plus difficile vu les différentes atténuations apportées

par les immeubles et les matériaux qui les forment.

Nous nous intéressons dans le chapitre suivant à présenter une solution de planification

indoor où nous essaierons de mettre en uvre les règles d’ingénierie que nous avons cité.

Proposition d’une solution de couverture indoor

PFE 2004-2005 41

Chapitre 4 : Proposition d une solutionde couverture indoor

IntroductionLa couverture indoor est une tâche assez difficile et constitue un défi pour les opérateurs

surtout pour les Hots spots où il faut gérer une capacité de trafic assez importante.

En effet, il est nécessaire de tenir compte de tous les aspects du terrain à couvrir à savoir

la morphologie, la nature des matériaux de construction et les différents affaiblissements

qu’ils induisent, etc. Proposer donc une solution de planification de couverture radio indoor

est une tâche délicate mais primordiale pour le déploiement d’u réseau performant, efficace et

satisfaisant à la qualité de service requise. Il s’agit en fait de trouver un compromis entre

proposer une solution de couverture efficace qui permet de gérer une certaine capacité de

trafic tout en essayant de minimiser le facteur d’interférence.

Tout ceci a suscité notre intérêt pour les solutions de planification radio indoor pour un

Hot spot.

Le but de ce présent projet est donc d’étudier la planification radio de la foire Kram

prévue pour accueillir 35000 invités.

Il sera demandé dans le cahier de charge de :

- Assurer une couverture indoor 100% de la surface des différents sites ;

- Une bonne qualité de service avec :

§Un taux de blocage <= 2% ;

§Un rapport signal à bruit > 9 dB.

Les parties auxquelles s’intéressent notre projet sont : la collecte des informations

relatives à la foire (plan, matériel utilisé,…), étude de la couverture (mesures du niveau de

champ, calcul de PIRE), étude et dimensionnement du trafic, design et motivation des choix

des antennes et élaboration du plan de fréquence.


PFE 2004-2005 42

I. Plan de la foireLa foire est composée d’un hall d’entrée qui héberge une coupole dans laquelle nous

trouvons deux salles VIP, une salle de conférence, des salles d’administration et un local

technique. Via trois passages, nous pouvons accéder à trois autres halls qui hébergent les

salles d’exposition et où le trafic est très dense. La foire est munie aussi d’un parking

extérieur comme indiqué dans la figure 13.

Figure 13:Schéma de la foire du Kram


PFE 2004-2005 43

II. La couvertureNotre but est d’offrir une couverture radio indoor de 100%. Il est nécessaire de tenir

compte du facteur d’interférence qui influe sur le niveau et la qualité du signal reçu. Pour

ceci, il est nécessaire de mesurer le niveau de champ reçu sur terrain

II.1 Mesures sur terrainAvec l’outil TEMS’ Light d’Ericsson, nous avons effectué des mesures pour vérifier le

niveau de champ reçu à l’intérieur de la Foire.

La figure15 présente les résultats des mesures numériques effectuées dans les

différentes salles.

Figure 14:Mesure du niveau de champ dans la foire


PFE 2004-2005 44

Nous remarquons que le niveau de champ moyen reçu dans les quatre salles est aux

alentours de -60 dBm et -80 dBm provenant d’un site extérieur. Ce site sera complètement

enlevé et la couverture sera assurée par les sites indoor et ce pour éviter les interférences avec

ces derniers. En tenant compte de la marge d’interférence, nous espérons avoir un niveau de

champ de -70 dBm à l’intérieur de la foire.

II.2 Le bilan de puissanceLa couverture est déterminée à partir des modèles de propagation qui permettent de

prévoir les atténuations possibles ; elle tient aussi compte des différentes pertes dues aux

câbles et aux connecteurs.

Le bilan de puissance permet d’ajuster la puissance reçue à fin d’assurer une bonne

couverture.

Les câbles utilisés sont malléables, non rigides et dont les longueurs sont assez

importantes. Les antennes choisies permettent d’offrir simultanément un gain de 5 et 7 dBi

pour la bande 900 MHz et 7 et 8 dBi pour la bande 1800 (une étude du choix de ces antennes

sera présentée ultérieurement).

Pour assurer la couverture de la foire, la liste des équipements suivants sera utilisée :


PFE 2004-2005 45

Description Supplier Référence Quantité

Antenne Kathrein K742149 4

Antenne Décibel

products

DB770TB5NPXS 7

Câble coaxial 7/8 RFS LCF78 523m (Hall 1) +453m (Hall 2)

+730m (Hall 3) + 94m

Jumper 2m 7/16

Male/N-Male

RFS 7MNMS12-

0200PM

10

Jumper 2m 7/16-Male/

7/16-Male

RFS 7M7MS12-

0200PM

20

Connector N Female

7/8

RFS NF-LCF78 20

Diplexer Kathrein 793532 10

Combiner GSM Kathrein K637067 10

Combiner DCS Kathrein K793006 10

Tableau 5:Liste des équipements utilisésLes stations de base utilisées par Tunisie Télécom sont de type Evolium 9100 [9] ayant

les caractéristiques radio suivantes :

- Sensibilité de réception : -110 dBm ;

- Puissance de sortie : GSM 900 : 35 W ou 45,44dBm, (+ou-) 5dB,

DCS : 35 W ou 45,44dBm, (+ou-) 5dB.

Pour effectuer le calcul, nous notons que les atténuations apportées par les câbles de

diamètre 7/8 sont de 4,4 dB chaque 100 mètres pour la bande 900 et d’environ 6,1 dB chaque

100 mètres pour la bande 1800. Les diplexeurs induisent une perte de 0,5 dB et les pertes

apportées par les splitter sont négligeables.

Les tableaux suivants permettent le calcul de PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée

Equivalente) pour chaque bande au niveau de chaque secteur (ultérieurement, nous


PFE 2004-2005 46

présenterons la configuration et le nombre de secteurs dans chaque zone de la foire). Il est à

noter que :

PIRE = Puissance rayonnée + gain d’antennes – pertes dues aux câbles (4.1)

Diplexeur Connecteurs

Câbles

7/8 Pertes Pertes Pertes Pertetotale

Gain Puissance

(m) (dB) (dB) (dB) (dB) Antenne Reçue

Hall Numérodu

secteur

Unité

dBi (BTS)

PIRE

0 1 80 3,52 0,5 4 0,4 4,42 7 37 39,581 1 150 6,229 0,5 4 0,4 7,129 7 33,4 33,2711 2 150 6,229 0,5 4 0,4 7,129 5 33,4 31,2711 3 150 6,229 0,5 4 0,4 7,129 5 33,4 31,2712 1 130 5,455 0,5 4 0,4 6,355 7 33,4 34,0452 2 130 5,455 0,5 4 0,4 6,355 5 33,4 32,0452 3 130 5,455 0,5 4 0,4 6,355 5 33,4 32,0453 1 210 8,551 0,5 4 0,4 9,451 5 33,4 28,9493 2 210 8,551 0,5 4 0,4 9,451 5 33,4 28,9493 3 210 8,551 0,5 4 0,4 9,451 5 33,4 28,949

Tableau 6:Calcul de PIRE pour la bande 900


PFE 2004-2005 47

Câbles Diplexeur Connecteurs

7/8 Loss Loss Loss TotalLoss

Gain Puissance

(m) (dB) (dB) (dB) (dB) Antenne Reçue

Hall Numérodu

secteur

Unité

dBi (BTS)

PIRE

0 1 80 5,204 0,5 4 0,4 6,104 7 37 37,8961 1 150 9,215 0,5 4 0,4 10,115 7 33,4 30,2851 2 150 9,215 0,5 4 0,4 10,115 8 33,4 31,2851 3 150 9,215 0,5 4 0,4 10,115 8 33,4 31,2852 1 130 8,069 0,5 4 0,4 8,969 7 33,4 31,4312 2 130 8,069 0,5 4 0,4 8,969 8 33,4 32,4312 3 130 8,069 0,5 4 0,4 8,969 8 33,4 32,4313 1 210 12,653 0,5 4 0,4 13,553 8 33,4 27,8473 2 210 12,653 0,5 4 0,4 13,553 8 33,4 27,8473 3 210 12,653 0,5 4 0,4 13,553 8 33,4 27,847

Tableau 7:Calcul de PIRE pour la bande 1800

III. L étude du trafic

Nous considérons comme hypothèses de dimensionnement que la foire permet

d’accueillir environ 35 000 invités. La moyenne de trafic pour chaque invité est de 25

mErlang ; nous aurons donc comme trafic global écoulé 875 Erlang. Nous supposons que

pour chacun des halls 1, 2 et 3 nous avons une capacité approximative de 10 000 invités. Au

niveau de la coupole, nous estimons avoir une capacité de 2000 invités. Le taux de

pénétration est considéré 100%. Nous dimensionnons en full rate avec un taux de blocage de

2%.

Nous remarquons que la capacité à gérer est très importante ce qui nous fais penser à

utiliser les configurations maximales disponibles pour les bandes de fréquences utilisées pour

dimensionner le trafic à savoir S6 (GSM) et S8 (DCS). Nous supposons aussi que le trafic au

niveau du hall d’entrée (hall 0) est moins dense que celui dans les trois autres halls.

Nous notons que pour chaque configuration correspond un trafic bien déterminé comme

indiqué dans le tableau 8 :


PFE 2004-2005 48

Configuration Trafic écoulé (Erlang, FR)

S4 21,04

S6 34,68

S8 48,7

Tableau 8:Correspondance entre trafic écoulé et configuration choisie

Le tableau 9 propose une solution de dimensionnement du trafic pour chacune des

zones de la foire.

Zone Nombre de secteurs Configuration Trafic (Erlang, FR)

Hall 0 1 secteur dual band S4 GSM+ S4 DCS 2*21,04=42,08

Hall 1 3 secteurs dual band S6 GSM+ S8 DCS 3*(34,68+48,7)=250,14

Hall 2 3 secteurs dual band S6 GSM+ S8 DCS 3*(34,68+48,7)=250,14Hall 3 3 secteurs dual band S6 GSM+ S8 DCS 3*(34,68+48,7)=250,14Total 10 secteurs 792,5

Tableau 9:Dimensionnement du trafic généré dans la foireLe FR (Full Rate ou codage plein débit) est le codage standard des mobiles. Il a une

qualité honnête mais se dégrade vite si les conditions radio sont mauvaises.

Si nous choisissons de travailler en FR nous aurons pour la configuration choisie un

trafic global de 792,5 Erlang ce qui correspond à un nombre d’invités de 31 700.

Pour assurer la couverture du parking, un pylône monopole sera utilisé.

IV. Le design

IV.1 Mesures des simulationsPour assurer une bonne couverture, il est nécessaire de bien choisir l’emplacement

adéquat des antennes. Pour ce faire, nous procèdons à un « site survey » qui consiste à choisir

les positions candidates pour y placer les antennes et ce conformément aux conditions du

terrain. Nous procèdons ensuite à des mesures de simulation avec l’outil TEMS’ Light pour

valider ses positions et retenir les meilleurs emplacements qui assurent qu’un mobile indoor

peut être connecté au site indoor sans être interféré.

La figure 15 montre les emplacements potentiels susceptibles d’héberger les antennes.


PFE 2004-2005 49

Figure 15:Positions des différentes antennes

Pour valider ces positions, il est nécessaire de procéder à des mesures.

Chaque fois, nous choisissons une position bien déterminée d’antenne et nous essayons

de vérifier le niveau de champ reçu dans chacune des zones à couvrir.

Les résultats des simulations sont reportés par les figures suivantes.


PFE 2004-2005 50

Figure 16:Niveau de champ induit par la position à 65°de l’antenne au niveau du Hall 1



PFE 2004-2005 51


Figure 19: Niveau de champ induit par la position verticale de l’antenne au niveau du Hall 3

Nous remarquons d’après les mesures et les niveaux de champ enregistrés qu’il n’y a à

priori aucun problème de couverture et que le nombre d’antennes indoor est suffisant pour

assurer la couverture demandée qui consiste en :


PFE 2004-2005 52

§ Le secteur dans le hall d’entrée sera connecté à une antenne dualband directive pour

couvrir le hall et les salles de VIP ;

§ 3 secteurs dans hall 1, chacun connecté à une antenne dualband directive pour couvrir

le hall en question et les passages vers hall2 et hall 3. Les azimuts des antennes seront

ajustés comme dans la figure ci-dessus ;

§ 3 secteurs dans hall 2 chacun connecté à une antenne dualband directive pour couvrir

le hall en question et le passage vers le hall d’entrée. Les azimuts des antennes seront

ajustés comme dans la figure ci-dessus ;

§ 3 secteurs dans Hall 3 chacun connecté à une antenne dualband directive pour couvrir

le hall en question et le passage vers le hall d’entrée. Les azimuts des antennes seront

ajustés comme dans la figure ci-dessus.

IV.2 Configuration des BTSComme nous l’avons déjà indiqué, la configuration finale est de 9 secteurs 6 TRX GSM

,8TRX DCS et un secteur à l’entrée de la foire 4 TRX GSM et 4 TRX DCS.

Les BTS seront utilisées de la façon suivante :

§ Dans le hall d’entrée (Hall 0) : une BTS 2 secteurs :

-1 GSM (1*4) ;

-1 DCS (1*4).

§ Dans chacun des trois autres Hall, nous utilisons 4 BTS avec la configuration

suivante :

-Pour GSM : - 1BTS 2 secteurs (1*6, 1*6) ;

- 1 BTS un seul secteur (1*6).

-Pour DCS : 2 BTS (3*4) avec cell split.

Nous notons que les BTS seront raccordées aux 2 BSC de la Marsa et du Kram.

Les configurations des BTS utilisées sont données par les figures suivantes.


PFE 2004-2005 53

Figure 20:Configuration des BTS GSM

Figure 21: Configuration des BTS DCS


PFE 2004-2005 54

Figure 22 : Configuration combinant les BTS GSM et DCS

Il est à noter que ANC et ANY sont des systèmes de couplage.

IV.3 Choix des antennesLe choix des antennes est une tâche très importante. En effet, nous devons tenir compte

de plusieurs facteurs à savoir les dimensions des salles, les zones à couvrir, le gain, le

diagramme de rayonnement,… et trouver un compromis entre tout ceci et le coût à dépenser.

Dans notre cas, les antennes doivent pouvoir fonctionner dans les deux bandes, avoir un

gain aux alentours de 7dBi, elles doivent être directives et polarisées verticalement comme

nous l’avons l’a déjà indiqué dans les schémas précédents. Les antennes doivent avoir un tilt

assez grand pour garder le signal à l’intérieur de la zone à couvrir et ne pas causer des

interférences.

Ce qui a motivé notre choix pour les modèles Kathrein 742149 et DB770TB5NPXS de

Décibel Products est qu’elles tiennent compte de tous les éléments précités, elles sont

performantes en indoor, faciles à installer et relativement moins chères.


PFE 2004-2005 55

IV.3.1 Caractéristiques des antennes Kathrein 742 149 [10]

Figure 23:Antenne Kathrein 742 149

Ce modèle d’antennes est adéquat pour les solutions indoor et dont les principales

caractéristiques sont reprises dans le tableau suivant :

Référence 742 149

Bande de fréquence 824-960 MHz/ 1710-2170 MHz

Polarisation Verticale

Rayonnement Horizontal 90°

Gain 7dBi

Impédance 50

Puissance maximale 50 W (à température ambiante 50°)

Poids 500 g

VSWR 870-960 MHz et 1710-1900 MHz < 1,6

824- 960 MHz et 1710- 2170 MHz <2

Hauteur 205 mm

Largeur 155 mm

Profondeur 42 mm

Tableau 10:Caractéristiques d’une antenne Kathrein 742 149


PFE 2004-2005 56

Le diagramme de rayonnement dans le plan horizontal de cette antenne est donné parla figure 25 :

Figure 24:Diagramme de rayonnement d’une antenne Kathrein 742 149

IV.3.2 Caractéristiques des antennes DB770TB5NPXS [11]

Les antennes DB770TB5NPXS permettent d’assurer une couverture pour de multiples

applications. Elles sont très adaptées pour la couverture indoor. Elles sont faciles à installer et

relativement pas chères.

Figure 25:Antenne DB770TB5NPXS


PFE 2004-2005 57

Les principales caractéristiques de cette antenne sont résumées dans ce tableau :

806-960 MHz 1710-1990 MHz 2000-2200 MHzGain 2,5 dBd (4,6 dBi) 6,3 dBd (8,4 dBi) 8,3 dBd (10,4 dBi)

Horizontal Beamwidth 65° ± 10° 70° ± 10° 61° ± 3°Vertical Beamwidth 70° ± 7° 36° ± 5° 36° ± 3°

VSWR 1,8 1,6 1,6Polarisation Vertical

Max input power 50 WImpedance 50

Weight 0,68 Kg

Tableau 11:Principales caractéristique de l’antenne DB770TB5NPXS

V. Le plan de fréquence

Les fréquences radioélectriques sont des ressources rares. L'expansion rapide,

notamment des services de communications mobiles, rend plus difficile la gestion du spectre

radioélectrique. Chaque opérateur dispose d’un certain nombre de porteuses pour les bandes

qu’il utilise pour déployer son réseau. Tunisie Télécom dispose de 62 porteuses pour la bande

900 MHz à savoir 38 canaux TCH et 23 canaux BCCH (ce qui correspond à 5 TRX) et de 75

porteuses pour la bande 1800 MHz partagées en 60 canaux TCH et 15 canaux BCCH (ce qui

correspond à 8 TRX).

Vu la capacité importante à gérer à l’intérieur de la foire, il est nécessaire d’utiliser le

saut de fréquence. Plus précisément, nous utilisons le saut de fréquence synthétisé. Cette

technologie permet un lissage du signal de réception sur un réseau de téléphonie mobile. Ce

résultat est atteint en changeant rapidement la fréquence de transmission au cours de la

conversation. Ceci a pour effet d'éliminer les effets d'évanouissement dus à la propagation et à

l'utilisation de fréquences fixes. Cela permet aussi de répartir les interférences afin d'en

annuler les effets néfastes. Cette méthode ne doit pas dépasser le seuil de charge radio qui

correspond au rapport du nombre de TRX par Le nombre de fréquences. Dans le cas contraire,

nous verrons les interférences augmenter.

En effet le saut de fréquence synthétisé repose sur deux paramètres à savoir :

§ Hopping Sequence Number (HSN) : nombre entier (0 à 63) servant à la

définition du saut de fréquence lent.


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§ Mobile Allocation Index Offset (MAIO) : tout comme le HSN, il entre dans la

définition du Saut de fréquence en indiquant au mobile la valeur de décalage pour

effectuer le saut.

Nous notons que nous n’utilisons pas de saut de fréquence pour les canaux BCCH.

Concernant la bande GSM, nous utilisons une fréquence BCCH dans la bande dédiée

aux fréquences BCCH GSM et les cinq TRX restant feront du hopping sur la bande de 38

fréquences GSM.

Pour les cellules DCS, trois fréquences fixes seront utilisées 1 BCCH et 2 TCH dans la

bande dédiée aux fréquences BCCH DCS et les cinq TRX restant feront du hopping sur une

séquence de 50 fréquences DCS.

En conclusion notre plan de fréquence sera comme suit :

Sites DCS à 8 TRX Sites GSM à 6 TRX Sites à 4 TRX (salles VIP)

-1 BCCH dans la bande

BCCH ;

-2 fréquences TCH fixes

dans la bande BCCH ;

-5 TRX sauteront sur 50

fréquences DCS.

-1 BCCH dans la bande

900 (1à 23) ;

-5 TRX sauteront sur 38

fréquences (25 à 62).

-1 BCCH dans la bande BCCH 900

(1à 23) ;

-Les TRX restant feront du Hopping

sur les fréquences BCCH GSM (1 à

23).

Tableau 12:Stratégie du plan de fréquences pour les sites de la foire

Conclusion

Tout au long de ce chapitre, nous avons essayé de présenter les règles d’ingénierie

relatives à la solution de couverture radio indoor de la foire du Kram à savoir la prédiction de

la couverture, le dimensionnement du trafic, le plan de fréquence, etc.

Il est à noter que les paramètres trouvés feront l’objet d’une étude d’optimisation

concernant les tilts électriques et mécaniques, le plan de fréquence et les paramètres de type

RNO. Cependant, à ce stade de l’étude, la solution n’a pas été complètement mise au point

(antennes non installées,…) ce qui ne nous permet pas malheureusement de réaliser cette

étude.

Conclusion générale

PFE 2004-2005 59


Le but de ce mémoire est de recenser les caractéristiques des solutions de couverture

indoor. En effet cet environnement se caractérise par divers phénomènes de propagation et

d’atténuations supplémentaires apportées par la nature différente des matériaux de

construction. Ceci rend la tâche de planification plus difficile et nécessitant une connaissance

approfondie des ces environnements et des règles d’ingénierie qui les gouvernent.

La première partie de ce rapport était dédiée au concept GSM. Nous y a présenté le

concept cellulaire, la structure du réseau son architecture canonique et les différentes parties

qui le composent. Nous nous sommes aussi intéressés brièvement aux techniques de

densification des réseaux cellulaires.

Au niveau du second chapitre, nous nous sommes intéressés à la propagation radio

indoor. Nous avons présenté les atténuations apportées par les différents matériaux de

construction (béton, vitre,…) et les différents modes de propagation indoor à savoir la

diffraction, les trajets multiples, etc. Dans une troisième partie, nous avons présenté les

différents modèles de prédiction propagation à savoir les modèles empiriques, les modèles

déterministes et les modèles hybrides ainsi que des exemples de chacun de ces modèles.

Le chapitre suivant était dédié aux principes de planification des solutions indoor. Nous

y avons présenté les techniques de couverture et de câblage indoor et ainsi que les étapes du

processus de planification. Nous y avons montré le choix des équipements, l’emplacement

des antennes et les techniques d’allocation des fréquences.

Au niveau du dernier chapitre, nous avons proposé les différentes étapes du processus de

planification radio indoor réalisé au niveau de la foire du Kram au sein de l’opérateur Tunisie

Télécom. Cette partie pratique nous a permis de mettre en évidence les règles d’ingénierie

citées au niveau du chapitre précédent. Par une série de mesure, nous nous sommes assurés

du déploiement d’une bonne couverture. Seule la partie optimisation des paramètres n’a pas

été effectuée vu que les antennes n’ont pas été installé à ce stade de l’étude. Ainsi, des

mesures doivent être réalisées après l’implantation de la solution pour ajuster et raffiner les

paramètres réseaux.


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Nous notons aussi que les solutions indoor ne sont pas des solutions standard

applicables dans tous les cas. Le choix d’une solution au lieu d’une autre dépend des

conditions de planification, de la politique de l’opérateur et de l’importance de la solution.

En conclusion, l’objectif essentiel de l’opérateur est de réaliser une bonne couverture,

d’augmenter la capacité et de réduire les interférences. La réalisation de ce compromis dépend

étroitement des règles d’ingénieries utilisées et de la validation des résultas obtenus par des

mesures réelles.

L’évolution du réseau GSM vers les réseaux 2,5 G et 3 G incitent les opérateurs à

adapter leurs solutions de planification pour permettre le déploiement de ces réseaux selon les

règles d’ingénierie précitées.

Bibliographie

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Bibliographie

[1]: www.journaldunet.com.

[2]: Xavier Lagrange, Philippe Godlewski, Sami Tabbane, "Réseaux GSM", Hermes

Science Publications, Paris 2000.

[3]: www.ericsson.com

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[5]: Neskovic A., Paunovic G., "Modern Approaches in Modelling of Mobile Radio

Systems Propagation Environment", IEEE Communications Surveys, Third Quarter

2000, http://www.comsoc.org/pubs/surveys.

[6]: Theodore S Rappaport, " Wireless Communications: principles and practice", Ed:

Prentice Hall, 2002.

[7]: P.Smulders, M. Jevrosimovic, M Herben, S. Savov, E. Martijin, "State of the art",

TUE- WP2-PUB-01- Channel Models.

[8]: Mohamed Taher Missawi, Support de cours, "Planification Radio".

[9] : Manuel d’utilisation des produits Alcatel.

[10] : www.kathrein.com.

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