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INGENIERIE DU WIMAX I. Introduction Le dimensionnement d'un réseau WIMAX est un

INGENIERIE DU WIMAX I. Introduction Le dimensionnement d'un réseau WIMAX est une tache liée au processus de planification de la couverture. Pour dimensionner une zone quelconque, il faut nécessairement faire une analyse du bilan de liaison en premier lieu afin d'estimer l'affaiblissement maximal du parcours entre mobile et station de base. Ensuite faire le calcul de la portée maximale ou du rayon de couverture maximale en utilisant les modèles de propagation conformément au type de terrain d'étude. Connaissant la taille de la cellule, on en déduit le nombre de Stations de Bases (BS) nécessaires pour couvrir la zone en question (Bafoussam). II. Présentation de la technologie WIMAX WIMAX, est une initiative du consortium « WIMAX Forum », créée (entre autres) pour permettre la convergence et l'interopérabilité entre deux standards de réseaux sans fils auparavant indépendants : HiperMAN proposé en Europe par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) et 802.16 proposé par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Le WIMAX est un ensemble de normes techniques basées sur le standard de transmission radio 802.16. Il est principalement utilisé pour les MAN (Métropolitain Area Network) et plus spécialement au niveau de la boucle locale radio c'est à dire entre l'abonné et le premier commutateur de rattachement. Le WIMAX a un débit théorique de 70Mbits/s avec une portée de 50 kilomètres. En pratique, les débits constatés n'excèdent pas les 12 Mbits/s sur une distance de 15 Kilomètres. i. Principe de fonctionnement du WIMAX Le principe de fonctionnement du WIMAX est simple : une antenne centrale, reliée en fibre optique au réseau des fournisseurs d'accès à Internet, envoie les paquets de données vers les antennes des abonnés ou vers une antenne intermédiaire. Ce mode de communication est appelée point-multipoints. Tout se passe par ondes radio, sans connexion filaire. Les ordinateurs qui se trouvent dans la zone couverte bénéficient alors d'une connexion à haut débit à Internet, sans fil et sans nécessité d'utiliser la ligne téléphonique. Figure I.1 : fonctionnement WIMAX III. Dimensionnement et planification Pour dimensionner et planifier un réseau WIMAX, il faut faire le choix de la bande de fréquence à utiliser, des modèles de canaux ou modèle de propagation à utiliser pour réduire la couverture d'une station de base et la couverture du système entier. i. Choix de la Bandes de Fréquences Lors de la planification d'un réseau, il faut faire un choix entre les bandes de fréquence disponibles. Un certain nombre de contraintes doivent être prises en compte avant la sélection des bandes : · Disponibilité (licence) du spectre, · Agrégation de la demande en termes de capacité dans la zone de service, · La densité des utilisateurs dans la zone de service, · Les spécificités géographiques de la zone en question, · Le niveau d'interférences dans les bandes dépourvues de licence, · Le coüt de l'équipement radio. La sélection de la bande de fréquence à utiliser a une influence capitale sur le dimensionnement et la planification du réseau. A basses fréquences, les caractéristiques de propagation du signal sont meilleures, seulement la bande passante disponible est limitée. Il est important de vérifier si le nombre d'utilisateurs se connectant à une station de base est limité par la capacité ou par la couverture de la BS. Dans les zones rurales ou à population peu dense, le nombre de clients pouvant être connectés dépend de la couverture de la station de base. En revanche, dans les zones à population dense, pour garantir une certaine qualité de service (QoS), il est nécessaire d'avoir des BS additionnels car le nombre de client de la zone de couverture sera élevé. ii. Les modèles de canaux ou modèles de propagation 1. Rôle des modèles de propagation Les modèles de propagation simulent la manière avec laquelle les ondes radio se propagent dans l'environnement d'un point à l'autre. Les caractéristiques de l'environnement telles que la topologie du terrain (appartements, collines...) doivent être prises en considération pour une modélisation exacte des ondes radio. 2. les types de modèle de propagation Les modèles de propagation varient selon que l'émetteur et le récepteur sont en ligne de vue (LOS : line-of-Sight) ou non (NLOS : Non-line-of-Sight) ; En ligne de vue, c'est le modèle Free Space qui est spécifié. En non ligne de vue, pour un réseau WIMAX, le modèle adéquat pour prédire le devenir d'un signal lors de sa transmission vers le récepteur, est le modèle d'Erceg ou le modèle SUI (IEEE 802.16). a. Le modèle de propagation Free Space Ce modèle est employé pour déterminer l'affaiblissement de parcours en situation de ligne de vue sans obstacle au niveau de la zone de Fresnel. Ce modèle se base sur l'équation de Friis qui permet d'obtenir un ordre de grandeur de la puissance radio collectée par un récepteur situé à une certaine distance d'un émetteur en espace libre. L'équation suivante montre l'affaiblissement de parcours en fonction de la distance : Avec: d = distance entre deux antennes dans l'espace libre (en m). ë = longueur d'onde (en m). Cette équation reste valable que pour des distances supérieures à la longueur d'onde. Dans le cas où la distance serait inférieure à la longueur d'onde, certains facteurs physiques comme les dimensions de l'antenne forcent l'utilisation de l'équation des champs électromagnétique. Autrement dit l'équation de Friis. Dans sa forme la plus simple, l'équation de Friis s'écrit : Avec: Pr = puissance disponible au niveau de l'antenne réceptrice. Pt = puissance délivrée par l'antenne de transmission. Gr = gain de l'antenne réceptrice. Gt = gain de l'antenne de transmission. b. IEEE 802.16 (SUI Model) Ce modèle est utile pour les systèmes WIMAX avec de petites cellules, des antennes de BS (station de base) à faible hauteur, et des hautes fréquences. Ce modèle est optimisé pour une fréquence de 1,9 GHz et est utilisé pour les réseaux qui respectent ces conditions suivantes : ? Rayon de la cellule compris entre 100 m et 8 Km ; · Les antennes sont installées sur les murs ou sur des toits avec une hauteur de 2 à 10 m au niveau du récepteur ; · Les antennes de la station de base ont une hauteur de 10 à 80m ; · Les pourcentages de couverture sont élevés (80% à 90%) ; Pour ce modèle, les types de terrains suivants sont recommandés : > Type A : Caractérisé par des collines, une densité d'arbres modérée à élevée (zones urbaines) ; > Type B : Caractérisé par des collines, une densité d'arbres faible ou nulle (vallée); > Type C : Caractérisé par des vallées plates, une densité d'arbres faible. Pour tout type de terrain, l'atténuation du parcours est donnée par la formule suivante : Avec: ë = longueur d'onde (m) ; d0 =100 m ; d = distance entre émetteur et récepteur (en m) ; = (a - b x hb + c/hb) ; hb est la hauteur de la station de base (en m). Les termes Xf et Xh sont respectivement des termes de correction pour la fréquence et la hauteur du récepteur par rapport au sol. Ces corrections sont définies par : et f = fréquence en MHz hr = hauteur du récepteur S = effet de shadowing. 8.2 < S < 10.6 a, b, c sont des constantes dépendantes de la catégorie du terrain, dont les valeurs sont données dans le Tableau suivant: PARAMETRES DU MODELE TERRAIN DE TYPE A TERRAIN DE TYPE B TERRAIN DE TYPE C A 4.6 4 3.6 B 0.0075 0.0065 0.005 C 12.6 17.1 20 Tableau Ii1 : des valeurs des constantes a, b et c selon le type du terrain c. Modèle d'Erceg Ce modèle est utilisé pour les zones urbaines, sous-urbaines et rurales. L'intervalle de fréquences est prolongé jusqu'à 2GHz avec des corrections concernant le type de terrain : · Terrain A : perte de chemin maximale, terrain avec des collines et une densité d'arbres variable. Ce modèle est utilisable en zone urbaine. · Terrain B : perte de chemin intermédiaire entre A et C. · Terrain C : perte de chemin minimale, terrain plat avec une faible densité d'arbres. La perte de chemin est donnée par : pour d>d0 est la longueur d'onde en m. = exposant de perte de chemin (exprimé précédemment). iii. Link Budget ou budget de liaison 1. Utiité L'analyse du bilan de liaison est une partie nécessaire du procédé de planification qui aide à dimensionner la couverture requise, la capacité et la qualité exigées par le réseau. Il est utile pour le calcul de l'atténuation de parcours maximale entre la station de base et le récepteur. Cette atténuation détermine la portée de chaque station de base, sa couverture et le nombre nécessaire pour couvrir une zone donnée. Le budget de liaison permet aussi d'équilibrer le uplink et le downlink. Pour déterminer l'atténuation de parcours maximale à partir du budget de liaison, plusieurs paramètres doivent être calculés. 2. Formules de calcul du budget de liaison a. Côté émetteur La Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente (PIRE) est l'élément de base à calculer pour le budget de liaison du coté émetteur. uploads/Ingenierie_Lourd/ ingenierie-du-wimax-bafoussam.pdf