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Ingénierie des réseaux 3G et 4G Dr. Soumaya HAMOUDA Maître-assistante en Téléco

Ingénierie des réseaux 3G et 4G Dr. Soumaya HAMOUDA Maître-assistante en Télécommunications Faculté des Sciences de Bizerte Formation CIFODECOM Sousse du 29 Nov. au 2 Déc. 2011 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 2 Plan de la formation • 1ère Journée : – Evolution des réseaux cellulaires – Rappel sur des notions fondamentales en réseaux cellulaires • 2ème Journée : – Spécifications du système UMTS de la 3G • 3ème Journée : – Spécifications des systèmes HSPA – Spécifications du système LTE et au-delà pour la 4G • 4ème Journée : – Dimensionnement et planification radio des réseaux cellulaires 3G et 4G CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 3 Evolution des réseaux cellulaires CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 4 Plan I. Evolution des standards et des technologies d’accès dans les systèmes mobiles et sans fil II. Evolution des performances des systèmes mobiles et sans fils III. Evolution des releases des systèmes 3GPP IV. Evolution des performances des systèmes 3GPP V. Evolution des marchés des réseaux radio mobiles CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 5 I. Evolution des standards et des technologies d’accès dans les systèmes mobiles et sans fil • De la 2G à la 4G CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 6 II. Evolution des performances des systèmes mobiles et sans fil • Débit théorique et mobilité CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 7 III. Evolution des releases des systèmes 3GPP • De la R3 (R99) à la R10 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 8 IV. Evolution des performances des systèmes 3GPP • Releases vs. débits CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 9 V. Evolution des marchés des réseaux radio mobiles • Evolution du nombre des pays déployant la 3G dans le monde CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 10 V. Evolution des marchés des réseaux radio mobiles • Evolution du nombre d’abonnés la 3G dans le monde CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 11 V. Evolution des marchés des réseaux radio mobiles • Evolution du marché mondial des services mobiles CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 12 V. Evolution des marchés des réseaux radio mobiles • Estimation de l’évolution du taux de pénétration et des abonnés 3G+ au USA CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 13 Rappel sur des notions fondamentales en réseaux cellulaires CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 14 Plan I. Architecture des systèmes 2G II. Les techniques d’accès multiples III. Modes FDD et TDD IV. Propagation en environnement radio mobile CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 15 I. Architecture des systèmes 2G : GSM (1/4) Réseau radio mobile Réseau d’accès radio Réseau coeur Réseau fixe ou mobile (RTC ou RNIS) Réseau fixe ou mobile (RTC ou RNIS) contrôle MS : reçoit et transmet des donnés du réseau d’accès radio BSS : gère les ressources radio et la mobilité des communications et les achemine depuis le terminal mobile jusqu’au réseau cœur et vis versa. NSS : assure l’établissement des appels et l’acheminement des communications vers le réseau fixe ou mobile CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 16 I. Architecture des systèmes 2G : GSM (2/4) Um Abis A Système basé sur la commutation de circuit CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 17 I. Architecture des systèmes 2G : GSM (3/4) • Quelques spécifications : – Spectre RF du GSM 900 et DCS 1800 (ou GSM 1800) Bandwidth = 2 x 25 MHz 124 porteuses Bande Duplex = 45 MHz Bandwidth = 2 x 75 MHz 374 porteuses Bande Duplex = 95 MHz CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 18 I. Architecture des systèmes 2G : GSM (4/4) • Quelques spécifications : – La capacité maximale d'une BTS est de 16 TRX : • Un TRX (Transmission/Reception Unit) est un émetteur récepteur qui gère une paire de fréquences porteuses (UL/DL). – La puissance maximale de transmission d’une BTS est de 5 W, 10 W ou de 20 W (classe 5, 6 ou 7). – La puissance maximale d’émission d’un mobile GSM 900 est de 2 W (classe 4). – La puissance minimale d’émission d’un mobile GSM 900 est de 2 mW. – La sensibilité (sensitivity) d’un mobile GSM 900 (puissance minimale de réception) est de – 102 dBm) CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 19 I. Architecture des systèmes 2G : GPRS Introduction de la commutation de paquet CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 20 I. Architecture des systèmes 2G : Comparaison GPRS et EDGE Évolutions des stations de base! Interface radio (changement de la modulation) et des terminaux Paquet 274 kbps EDGE (2.75G) Évolution logicielle, mise en place d’un réseau dorsal IP, évolution du réseau d’accès et des terminaux Paquet 170 kbps GPRS (2.5G) Evolution par rapport au GSM Type de commutation Débit Réseau CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 21 II. Les techniques d’accès multiples : FDMA • Partage temps/ fréquences : – La bande de fréquences est découpée de manière à attribuer en permanence une partie du spectre à chaque utilisateur. • Avantages : – Transmission continue : pas de problème de synchronisation. – Faible complexité du terminal mobile. • Inconvénients : – Faible largeur de bande : canaux étroits (30 kHz ou 10-15 kHz). – Coûts important au niveau infrastructure. temps fréquences Utilisateur 4 Utilisateur 3 Utilisateur 2 Utilisateur 1 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 22 II. Les techniques d’accès multiples : F/TDMA (1/4) • Partage temps/ fréquences en TDMA – La bande de fréquences est partagée par plusieurs utilisateurs tel que chaque utilisateur occupe un intervalle de temps particulier. – Le slot est l’intervalle de temps occupé par un utilisateur. temps fréquences Utilisateur 4 Utilisateur 3 Utilisateur 2 Utilisateur 1 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 23 II. Les techniques d’accès multiples : F/TDMA (2/4) • F/TDMA en GSM : – Nombre de slots par trame : 8 (8 utilisateurs par trame) – Durée de la trame est de 4.615 ms – Application du saut de fréquences Trame TDMA temps fréquences Canal physique sans saut de fréquences f1 f2 f3 f4 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 24 II. Les techniques d’accès multiples : F/TDMA (3/4) • Avantages : – Meilleure capacité que la technique FDMA : plusieurs utilisateurs partagent un même canal fréquentiel. – Interférences inter-utilisateurs réduite (faible contrainte de contrôle de puissance). – Conservation de batterie pour un utilisateur (exemple en GSM transmission de 1/8 du temps). – La transmission discontinue rend le Handover (mobilité entre cellules) plus simple. CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 25 II. Les techniques d’accès multiples : F/TDMA (4/4) • Inconvénients : – Complexité d’allocation des fréquences et slots : • Planification cellulaire du réseau. • Chaque utilisateur occupe un emplacement de slot bien déterminé dans une trame : contrainte lors d’un handover dans un système chargé. – Mode de transmission par burst (ou "slot") => nécessité de resynchronisation à chaque burst. – Sensibilité au effet des trajets multiples => Temps de garde nécessaire pour séparer les slots. – Faible largeur de bande : canaux étroits (200 kHz). CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 26 II. Les techniques d’accès multiples : WCDMA (1/6) • Partage des ressources radio : – Tous les utilisateurs transmettent sur la même bande en même temps. On alloue aux utilisateurs différents codes orthogonaux (appelés codes d’étalement) afin de séparer leurs signaux à la réception. temps Puissance fréquences Utilisateur 4 Utilisateur 3 Utilisateur 2 Utilisateur 1 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 27 II. Les techniques d’accès multiples : WCDMA (2/6) • Principe de l’étalement et du desétalement (Domaine fréquentiel) Données f P Utilisateur 1 f P Utilisateur 2 f P Transmission f P f P f P Données étalées C1 C2 Étalement Désétalement au récepteur de l’Utilisateur 1 C1 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 28 II. Les techniques d’accès multiples : WCDMA (3/6) • Principe de l’étalement et du desétalement (Domaine temporel) : – Exemple d’étalement d(t) c(t) s(t) Tb Tc = Tb/10 s(t) = d(t) x c(t) CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 29 II. Les techniques d’accès multiples : WCDMA (4/6) • Facteur d’étalement : – On définit le facteur d’étalement SF (Spreading Factor) comme le rapport entre le débit chip et le débit symbole suivant : avec Bs = 1/Ts (resp. Ts) le débit symbole (resp. temps symbole) et le débit chip – Exemple (UMTS) : • Service voix à débit 30 kbps (après encodage et entrelacement) • Débit chip à 3.84 Mcps => SF = 128 c s s c s c T T T T B B SF = = = / 1 / 1 CIFODECOM - 2011 Dr. Soumaya Hamouda 30 II. Les techniques d’accès multiples : WCDMA (5/6) • Avantages : – A l’origine, la technique CDMA a été développé par les militaires pour sa résistance au brouillage et pour sa faible probabilité de détection et d’interception. – Le CDMA présente une meilleure efficacité spectrale (“capacité“) que le TDMA. – La possibilité d’intégrer plusieurs services et débits variables selon les utilisateurs. – L’étalement sur une large bande permet de mieux lutter contre la sélectivité en fréquences du canal radio uploads/Ingenierie_Lourd/ ingenierie-des-reseaux-mobiles-3g-4g-pdf.pdf