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Année universitaire : . PROJET DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention du Diplôme Nati

Année universitaire : . PROJET DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention du Diplôme National d’Ingénieur Dimensionnement et planification d’un réseau Advanced-LTE (A-LTE) pour Tunisie Télécom Réalisé par : Encadré par : Mohamed Daoud Mr. Kais Ameur Mme. Jihene Ben Abderrazek Mr. Ibrahim Ben Lazreg 2012/2013 Page 1 2012-2013 Sommaire Liste des Figures ........................................................................................................................... 4 Liste des Tableaux ........................................................................................................................ 6 Liste des abbreviations ................................................................................................................. 7 INTRODUCTION GENERALE ......................................................................................................... 10 Chapitre 1: Introduction au réseau 4G......................................................................................... 11 I Introduction ............................................................................................................................. 11 I.1 L'évolution vers le 4G ............................................................................................................ 11 I.2 Architecture d’un réseau LTE ................................................................................................. 12 I.3 Les entités du réseau d'accès ................................................................................................. 12 I.4 Les entités du réseau cœur .................................................................................................... 13 I.5 Les interfaces ........................................................................................................................ 16 II Innovation technique en LTE-Advanced.................................................................................... 16 II.1 Agrégation de porteuses ....................................................................................................... 16 II.2 Le Concept Coordonné multipoints (CoMP) ........................................................................... 16 II.2.1 CB/CS (Coordinated BeamForming/Coordinated Scheduling) .............................................. 16 II.2.2 Joint Transmission ............................................................................................................. 17 II.2.3 Dynamic Cell Selection : DCS pour le sens descendant......................................................... 18 II.3 Les Nœuds Relais.................................................................................................................. 18 II.4 Les réseaux hétérogènes (HetNet)......................................................................................... 19 III La structure de la trame LTE-A ................................................................................................ 20 III.1 Les types de trame LTE......................................................................................................... 20 III.2 Physical Resource Bloc ......................................................................................................... 21 III.3 Les techniques d’accès ......................................................................................................... 23 III.3.1 OFDMA............................................................................................................................. 23 III.3.2 SC-FDMA .......................................................................................................................... 23 III.4 Les Canaux et les signaux Physiques ..................................................................................... 24 III.4.1 Les canaux radios.............................................................................................................. 24 III.5 Techniques multi-antennes : MIMO (Multiple-Input Multiple Output) .................................. 27 III.5.1 Généralités ....................................................................................................................... 27 III.5.2 Diversité de transmission .................................................................................................. 27 III.5.3 Multiplexage spatial ......................................................................................................... 28 III.6 Modulations et codage adaptatifs ........................................................................................ 28 Conclusion ................................................................................................................................. 29 Chapitre 2: Dimensionnement et Planification du réseau Mobile LTE-Advanced........................... 30 I. Introduction ............................................................................................................................ 30 II. Les étape de planification dans L'E-UTRAN .............................................................................. 30 II.1 Bandes de fréquences........................................................................................................... 31 II.2 Dimensionnement de l'eNodeB............................................................................................. 33 II.2.1 Dimensionnement orienté couverture................................................................................ 33 II.2.1.1 Bilan de liaison................................................................................................................ 33 II.2.1.2 Les Modèles de propagation ........................................................................................... 39 II.2.1.3 Détermination du nombre de sites .................................................................................. 42 II.2.2 Dimensionnement orienté capacité.................................................................................... 44 II.2.2.1 Estimation du nombre d'abonnés et modèle de trafic ...................................................... 44 II.2.2.2 Estimation de la totalité du trafic à véhiculer ................................................................... 46 2012/2013 Page 2 II.2.2.3 Calcul de la capacité moyenne de la cellule...................................................................... 47 II.2.2.4 Détermination du nombre des sites requis ...................................................................... 50 II.2.3 Nombre final d’eNodeBs requis ......................................................................................... 51 Conclusion ................................................................................................................................. 51 Chapitre 3 : Conception d’un outil de dimensionnement et planification du réseau LTE-A ........... 52 I. Introduction ............................................................................................................................ 52 I.1 Cahier de charge de l’outil ..................................................................................................... 52 I.1.1 Objectifs de l’outil de dimensionnement ............................................................................. 52 I.1.2 Paramètres de l’outil .......................................................................................................... 52 I.1.3 Paramètres d’entrée ........................................................................................................... 52 I.1.4 Paramètres de sortie........................................................................................................... 53 I.2 Analyse et conception de l’outil ............................................................................................. 53 I.2.1 Analyse .............................................................................................................................. 53 I.2.2 Spécification des besoins .................................................................................................... 53 I.2.2.1 Besoins fonctionnels ........................................................................................................ 54 I.2.2.2 Besoins non fonctionnels ................................................................................................. 54 I.2.3 Conception de l’outil........................................................................................................... 55 I.2.3.1 Détermination du nombre d’eNodeB orienté couverture ................................................. 55 I.2.3.2 Détermination du nombre d’eNodeB par capacité ........................................................... 56 I.2.4 les diagramme UML ............................................................................................................ 57 I.2.4.1 Le diagramme de cas d’utilisation..................................................................................... 57 I.2.4.2 Le diagramme de séquence .............................................................................................. 57 I.2.4.2 Le diagramme de classe ................................................................................................... 58 II Environnement Logiciel ........................................................................................................... 59 II.1 Netbeans IDE 6.7.1 ............................................................................................................... 59 II.2 Base de données : MYSQL (5.1) ............................................................................................. 60 II.3 Interfaces développées ......................................................................................................... 60 II.3.1 L’interface d’accueil ........................................................................................................... 60 II.3.2 L’interface d’authentification ............................................................................................. 61 II.3 Bilan de liason ...................................................................................................................... 61 II.3 Les interfaces du modèle de propagation .............................................................................. 63 II.4 L’interface des paramètres pour le calcul de la capacité moyenne de la cellule....................... 66 II.4 L’interface des paramètres pour le calcul du Trafic ................................................................ 67 II.5 L’interface des résultats finaux.............................................................................................. 68 III La phase de planification ....................................................................................................... 69 III.1 Présentation de l'environnement de travail.......................................................................... 69 III.2 Etape de planification Atoll .................................................................................................. 69 III.2.1 Zone de couverture........................................................................................................... 70 III.2.2 Zone géographique à planifier........................................................................................... 72 III.2.3 La position des sites après optimisation ............................................................................ 74 III.2.4 Résultat des simulation après optimisation ...................................................................... 75 Conclusion ................................................................................................................................. 76 Conclusion Générale................................................................................................................... 77 Bibliographie.............................................................................................................................. 78 2012/2013 Page 3 Liste des Figures Figure 1: Les standards 3GPP............................................................................................................ 11 Figure 2: Evolution vers LTE Rel-10................................................................................................. 12 Figure 3: Architecture de l’E-UTRAN .............................................................................................. 12 Figure 4: Architecture EPS ................................................................................................................ 14 Figure 5: Exemple de JT-CoMP ........................................................................................................ 17 Figure 6: Exemple de DCS-CoMP ..................................................................................................... 18 Figure 7:Trame LTE de type 1........................................................................................................... 20 Figure 8: Trame LTE de type 2.......................................................................................................... 21 Figure 9: Ressource bloc et ressource élément ................................................................................ 21 Figure 10: Signaux de référence......................................................................................................... 22 Figure 11: Différence entre OFDMA et SC-FDMA pour l’allocation des porteuses .................... 24 Figure 12: Les canaux radio en liaison montante et descendante ................................................... 24 Figure 13: Modèle d’un système MIMO à quatre antennes émettrices/réceptrices...................... 27 Figure 14: MISO.................................................................................................................................. 28 Figure 15: SIMO.................................................................................................................................. 28 Figure 16: Technique de modulation en LTE................................................................................... 29 Figure 17: Processus de dimensionnement radio.............................................................................. 30 Figure 18: Configuration du site ........................................................................................................ 43 Figure 19: Distribution des RE dans la trame .................................................................................. 47 Figure 20: Schéma synoptique simple de l’application .................................................................... 55 Figure 21: Diagramme de cas d’utilisation ....................................................................................... 57 Figure 22: Diagramme de séquence d'authentification.................................................................... 58 Figure 23: Diagramme de séquence................................................................................................... 58 Figure 24: Diagramme de classe ........................................................................................................ 59 Figure 25: L’interface d’accueil ......................................................................................................... 60 Figure 26: L’interface d’authentification.......................................................................................... 61 Figure 27: Echec d’authentification................................................................................................... 61 Figure 28: Bilan de liaison UL et DL ................................................................................................. 62 Figure 29: Modele Okumura Hata .................................................................................................... 63 Figure 30: Modèle Cost 231-Hata ...................................................................................................... 64 Figure 31: Modèle Walfisch-Ikegami ................................................................................................ 65 Figure 32: Les paramètres pour le calcul de la capacité moyenne de la cellule............................. 66 Figure 33: Les paramètres pour trafic total...................................................................................... 67 Figure 34: Les résultats finaux de dimensionnement....................................................................... 68 Figure 35: Type de projet dans l’Atoll .............................................................................................. 69 Figure 36: Choix du système de coordonnées ................................................................................... 70 Figure 37: Map Sfax Ville................................................................................................................... 70 Figure 38: Les paramètres généraux d’un site Zone urbaine ......................................................... 71 Figure 39: Paramètres d’émetteur et recepteur ............................................................................... 71 Figure 40: Les paramètres LTE du site............................................................................................. 72 Figure 41: Zone sélectionnée pour la planification........................................................................... 72 Figure 42: Les sites actuels ................................................................................................................. 73 Figure 43: Activation des sites............................................................................................................ 73 2012/2013 Page 4 Figure 44: Histogramme de la prédiction de couverture avant optimisation ................................ 74 Figure 45: Position des sites après optimisation ............................................................................... 74 Figure 46: Histogramme basé sur la prédiction de la couverture après optimisation .................. 75 Figure 47: L'état des abonnés............................................................................................................. 75 Figure 48: Résultat de la simulation .................................................................................................. 76 2012/2013 Page 5 Liste des Tableaux Tableau 1: Les différentes interfaces en LTE ................................................................................... 16 Tableau 2: Le nombre de PRB valables en fonction de la largeur de la bande ............................. 22 Tableau 3: Les bandes de fréquence FDD......................................................................................... 32 Tableau 4: Les bandes de fréquences TDD ....................................................................................... 32 Tableau 5: Largeurs de bande et les blocs de ressources spécifiées LTE....................................... 34 Tableau 6: Les paramètres semi-empiriques pour la liaison descendante..................................... 35 Tableau 7: Les paramètres semi-empiriques pour la liaison montante.......................................... 36 Tableau 8: IM en fonction de la charge de la cellule . ...................................................................... 37 Tableau 9: Pertes de la pénétration .................................................................................................. 38 Tableau 10: Perte selon le type de signal........................................................................................... 38 Tableau 11: Marge de Shadowing ..................................................................................................... 38 Tableau 12: Empreinte du site en fonction du nombre de secteurs ................................................ 43 Tableau 13: Exemple du modèle de trafic ......................................................................................... 45 Tableau 14: Densité de RS en fonction de la configuration MIMO............................................... 48 Tableau 15: Nombre de PRB alloués au canal PUCCH .................................................................. 48 Tableau 16: Bilan de liaison en fonction Channel Doppler ............................................................. 63 Tableau 17: Résultat Okumura Hata ................................................................................................ 64 Tableau 18: Résultat Cost-231 Hata .................................................................................................. 65 Tableau 19: Résultat des simulations ................................................................................................ 66 Tableau 20: Modèle de traffic en fonction peneration rate ............................................................. 68 Tableau 21: Résultat de LTE-Planet ................................................................................................. 69 2012/2013 Page 6 Liste des abbreviations 3GPP : Third Generation Partnership Project AMC : Adaptative Modulation Codage ARQ : Automatic Repeat Request CCCH : Common Control Channel CDMA : Code Division Multiple Access CP : Cyclic Prefix CQI : Channel Quality Indicator DFT : Discrete Fourier Transform DL : Downlink DL-SCH : Downlink Shared Channel DTCH : Dedicated Traffic Channel DVB-H : Digital Video Broadcasting Handheld DwPTS : Dowlink Pilot Time Slot EDGE : Enhanced Data Rates for GSM Evolution EIR : Equipment Identity Register eNodeB : E-UTRAN NodeB EPA : Extended Pedestrian Model A EPC : Evolved Packet Core EPS : Evolved Packet System ETU : Extended Typical Urban E-UTRAN : Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network EVA : Extended Vehicular Model A FDD : Frequency Division Duplex FDMA : Frequency-Division Multiple Access GP : Guard Period GPRS : General Packet Radio Service GSM : Global System for Mobile HARQ : Hybrid Automatic Repeat Request HLR : Home Location Register HSDPA : High-Speed Downlink Packet Access 2012/2013 Page 7 HSPA : High-Speed Packet Access HSS : Home Subscriber Server HSUPA : High-Speed Uplink Packet Access IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers IP : Internet Protocol LTE : Long-Term Evolution MAPL : Maximum Allowable Path Loss MCCH : Multicast Control Channel MCH : Multicast Channel MCS : Modulation and Coding Scheme MIMO : Multiple-Input Multiple-Output MISO : Multiple Input Single Output MME : Mobility Management Entity OFDM : Orthogonal Frequency-DivisionMultiplexing OFDMA : Orthogonal Frequency-Division Multiple Access PAPR : Peak-to-Average Power Ratio PBCH : Physical Broadcast Channel uploads/Ingenierie_Lourd/ advanced-lte-a-lte-planning.pdf