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1 Concept Cellulaire But : accéder au réseau téléphonique via un mobile Un seul

1 Concept Cellulaire But : accéder au réseau téléphonique via un mobile Un seul relais pour une zone étendue Limitation du nombre d’abonnés Problème de puissance Découper le territoire en zones appelées CELLULES 1 2 3 Grands domaines de l’Ingénierie • Propagation (modèles, planification radio, affectation de fréquences, motifs de réutilisation, antennes, …), • Algorithmes de gestion de l’interférence (handover, contrôle de puissance, saut de fréquences, …), • Gestion du trafic (sélection/resélection, handover, modèles de trafic et de mobilité, dimensionnement, contrôle d’admission et des priorités, directed retry, gestion de QoS,…) 4 Concept Cellulaire 9 Chaque cellule est couverte par un relais appelé station de base (BTS) 9 L’ensemble des cellules forme un seul réseau (la division du territoire en cellules n’est pas perceptible par les utilisateurs) 9 Les mêmes canaux (fréquences) sont réutilisées selon la capacité du système à gérer les interférences 9 Avantages : • permet de desservir de façon continue un large territoire • permet d’utiliser des puissances d’émission moins importantes 4 5 Ingénierie Cellulaire_07/08 5 Définitions Zone à couvrir = Une bande de fréquence 9 La bande est partagée en deux sous bandes: liaison montante & liaison descendante (duplexage) 9 Chaque sous bande est partagée en un nombre de porteuse (multiplexage fréquentiel) 9 Une porteuse peut écouler une ou plusieurs communication simultanément (multiplexage temporel)) 9 Zone découpée en cellules 9 Une cellule est une portion de territoire couverte par une BTS 9 A chaque cellule, on attribue un nombre de porteuses en fonction du trafic estimé dans cette cellule Il est possible de réutiliser la même porteuse dans des cellules différentes. Ce qui permet à l’opérateur de couvrir une zone géographique d’étendue illimitée. Cette réutilisation de fréquence peut causer le problème des interférences co- canal 6 La cellule Surface géographique dont les limites sont fixées par : 1. Puissance transmise et la sensibilité des récepteurs, 2. Rapport C/I fixé par le système, 3. Capacité à gérer le maximum de communications possibles sur la surface allouée avec la QoS demandée, 4. Intégration de la cellule dans l’environnement (CEM, supports matériels, …) 7 Contraintes sur les tailles de cellules • Contraintes différentes selon l’environnement : - Milieu rural : ¾ Grandes cellules (3 – 30 km), ¾ Facteurs dimensionnant : puissance, sensibilité, - Milieu urbain : ¾ Taille réduite (300 m à 3 km), ¾ Facteur limitant : rapport C/I. 8 Organisation des ressources radio 8 Ingénierie Cellulaire_07/08 8 9 Système DUPLEX (communication simultanée dans les deux sens) • sens descendant (downlink, forward) • sens montant (uplink, reverse) 9 FDD (Frequency Division Duplexing) • liaisons uplink et downlink sur des fréquences différentes • exemples : tous les réseaux analogiques et le GSM • bien adapté aux cellules de grande taille 9 TDD (Time Division Duplexing) • liaisons uplink et downlink à la même fréquence mais à des instants différents • exemples : DECT 9 Ingénierie Cellulaire_07/08 9 Multiplexage 9 Plusieurs utilisateurs sur la même ressource 9 FDMA (Frequency Division Multiple Access) • 1 canal simplex = 1 fréquence • exemples : tous les réseaux analogiques 9 TDMA (Time Division Multiple Access) • 1 canal simplex = 1 Intervalle de Temps (time slot) sur une fréquence • exemples : GSM, DECT 9 CDMA (Code Division Multiple Access) • 1 canal simplex = 1 code (toutes les fréquences, tout le temps) • exemple : IS95, UMTS 10 Canal Radiomobile 10 10 11 Propagation par trajets multiples et effet de la mobilité 11 11 Le signal reçu subit de nombreuses distorsions à cause de ces trajets multiples qui affectent: • la fréquence F par l’effet Doppler dû au mouvements des émetteurs récepteurs et différents réflecteurs • l’amplitude A par le « fading » ou évanouissement long en fonction de la distance et évanouissement rapide au cours du temps • la phase Φ par la dispersion des temps de propagation entre les trajets multiples et la modulation parasite de fréquence 12 Liaison radio : propagation 9 Puissance reçue Totale = Puissance utile + Interférences + Bruit 9 Atténuation avec la distance • α compris entre 2 et 4 suivant l’environnement 9 Effet de masque Ashadow loi LOG-NORMALE 9 Evanouissement Afading loi Exponentielle fading shadow 2 2 R E E R A A R ) 4 ( 1 G G P P α λ π = Ingénierie Cellulaire_07/08 12 12 13 Liaison radio : propagation 2 f 2 2 / x f e 1 ) x A ( σ − − = < Pb 9 Évanouissements 9 Effet de masque du Pb ∫ ∞ σ − > x 2 / u s 2 s 2 e % ) dB x dB A ( s σ entre 5 et 7 dB Ingénierie Cellulaire_07/08 13 13 14 Liaison radio : propagation Ingénierie Cellulaire_07/08 14 14 15 Puissance reçue Atténuation avec la distance Variations lentes (effet de masque) Variations rapides (trajets multiples) 15 Ingénierie Cellulaire_07/08 15 16 Interférences Interférences co-canal Interférences canaux adjacents Interférences inter-symboles Ingénierie Cellulaire_08/09 16 16 17 17 Ingénierie Cellulaire_07/08 17 Interférences co - canal 9 L’utilisation de la même ressource dans d’autres cellules sur une zone géographique limitée (ex: ville) cause de l’interférence co-canal Interférences 18 Interférences Interférences canaux adjacents Lié à la puissance émise en dehors de la bande allouée à une communication • importance de la modulation et du filtrage Ingénierie Cellulaire_07/08 18 18 19 Interférences Interférences canaux adjacents (fréquentiel) ? Ica : Ingénierie Cellulaire_07/08 19 19 20 Interférences Interférences inter-symboles (temporel) Iis : Ingénierie Cellulaire_07/08 20 20 21 Interférences et bruit • considérons un mobile dans une cellule particulière qui reçoit un signal utile de capacité C de sa BTS et des signaux perturbateur (interférences + bruit) • I est la puissance totale des interférences • N est la puissance du bruit • le rapport C/(I+N) est une caractéristique de la qualité du signal reçu • le but c’est de déterminer la taille du motif de telle sorte à ce que C/(I+N)> (C/(I+N))seuil Ingénierie Cellulaire_07/08 21 21 22 Limitation par le bruit Cas des zones rurales Grandes cellules Trafic peu important • Interférences faibles face aux divers bruits • C/N >= (C/N)seuil, (sensibilité du récepteur) • la taille de la cellule est déterminée par rapport à la sensibilité du récepteur • les mêmes fréquences peuvent être utilisées sur des sites éloignés Ingénierie Cellulaire_07/08 22 22 23 Le tableau ci-dessous résume les principales propriétés de la couche radio GSM 23 Ingénierie Cellulaire_07/08 23 23 GSM DCS Bande de fréquence 890-915 MHz (up) 1710-1785 MHz (up) 935-960 MHz (down) 1805-1880 MHz (down) Nombre d’intervalles de temps par 8 8 trame TDMA Nombre de porteuses 124 374 Fréquences porteuses fd=935+0,2.n, pour 1£ n £124 fd=1805,2+0,2.(n-512), pour 512£ n £885 Ecart Duplex 45 MHz 95MHz Rapidité de modulation 271kbit/s 271kbit/s Débit de la parole 13 kbit/s (5,6kbit/s) 13 kbit/s (5,6kbit/s) Débit après codage d’erreur 22,8 kbit/s 22,8 kbit/s Débit max de données 12 kbit/s 12 kbit/s Accès multiple Multiplexage fréquentiel et Multiplexage fréquentiel et temporel, duplexage fréquentiel temporel, duplexage fréquentiel Rayon des cellules 0,3 à 30 km 0,1 à 4 km modulation GMSK GMSK 24 Planification cellulaire Le dimensionnement des réseaux mobiles est un problème complexe qui met en jeu à la fois des aspects théoriques et pratiques. Il s’agit de trouver la meilleure architecture cellulaire au regard de plusieurs critères que l’on peut résumer comme suit : Qualité de couverture : garantir un lien radio en tout point de la zone à couvrir. Absorption de la charge : le réseau doit être capable de fournir un nombre de canaux de communication adapté à la densité de trafic associée à chaque cellule. Mobilité : Faciliter le handover lors des changements de cellules. Chaque station de base doit connaître ses voisines pour permettre à un utilisateur de se déplacer sans perte de communication. Évolutivité : un réseau cellulaire de type GSM est en perpétuelle évolution, intégrant de nouvelles stations de bases, ou simplement de nouveaux TRX associés à chaque station de base. Ingénierie Cellulaire_07/08 24 24 24 25 Bilan de liaison Quand on cherche à effectuer une transmission sans fils, on veut pouvoir évaluer la puissance captée par un récepteur en fonction de la puissance envoyée par un émetteur à une distance donnée. C’est le but de l’équation du bilan de liaison. Ce bilan tient compte de la puissance fournie, du gain des antennes, de la distance et des pertes. Ingénierie Cellulaire_07/08 25 25 26 Bilan de liaison ¾ Détermination du seuil de couverture: Puissance reçue supérieur à la sensibilité du récepteur (signal/bruit > seuil) ¾ Equilibrage de la liaison: ajuster les puissances d’émission pour avoir une bonne couverture ¾ Bilan de liaison: pertes de câbles, gains d’antennes (E/R), affaiblissement, marge de protection (pblème interférences co-canal et bruit), puissance d’émission, sensibilité du récepteur Ingénierie Cellulaire_07/08 26 26 27 Rapport Signal/Bruit La taille des cellules est limitée par la qualité du signal. En effet, du bruit s’ajoute au signal. Ce bruit est du aux autres émetteurs téléphoniques, radio et télévisuels, à la circulation automobile, à la température, etc. Estimation du bruit Estimation uploads/Management/ ing-cell-2 1 .pdf