1 Introduction à Introduction à l’Ingénierie des l’Ingénierie des Réseaux Cellu

1 Introduction à Introduction à l’Ingénierie des l’Ingénierie des Réseaux Cellulaires Réseaux Cellulaires Sami Tabbane 2 Sommaire Sommaire • Fondements des réseaux cellulaires • Eléments d’ingénierie cellulaire • Le concept cellulaire 3 Fondements des Réseaux Cellulaires Fondements des Réseaux Cellulaires • Problème fondamental : Comment desservir le maximum d’abonnés mobiles avec une ressource limitée et de mauvaise qualité et difficilement contrôlable ? 4 Interface radio mobile Interface radio mobile Caractéristiques : - Complexité, - Diffusion. Environnement de transmission : - Changeant, - Emetteurs/Récepteurs mobiles, - Multitrajets, - Limitation du spectre. Réflexion Diffraction Diffusion Transmission (espace libre) Transmission 5 Le canal radio Le canal radio- -mobile mobile 6 Canal de Propagation Radio Canal de Propagation Radio- -Mobile: Mobile: Grande, Moyenne et Petite échelles Grande, Moyenne et Petite échelles Effet Effet à à grande grande é échelle : Perte de propagation ( chelle : Perte de propagation (Path Path Loss Loss) ) 90 m 90 m 10 m 10 m 100 m 100 m Effet Effet à à moyenne moyenne é échelle: Effet de Masque (Shadowing) chelle: Effet de Masque (Shadowing) ~ 5 à 10 m ~ 5 à 10 m Effet à petite échelle : Evanouissements de Rayleigh Effet à petite échelle : Evanouissements de Rayleigh (Rayleigh Fading) (Rayleigh Fading) Agrandissement Agrandissement Effet à petite échelle, Agrandissement Effet à petite échelle, Agrandissement ~ 7.5 cm ~ 7.5 cm 7 Canal de Propagation Radio Canal de Propagation Radio- -Mobile: Mobile: Sélectivités en Temps et en Fréquence Sélectivités en Temps et en Fréquence Fréquence Fréquence Temps Temps Carré du Module de la Fonction de Transfert du Canal Carré du Module de la Fonction de Transfert du Canal Temps de Temps de Cohérence Cohérence Bande de Bande de Cohérence Cohérence 8 Architecture cellulaire Architecture cellulaire • Réutilisation des fréquences : - Plus de capacité, - Plus de couverture. .. < > ^ ... . . . .. < > ^ ... . . . .. < > ^ ... . . . . . . C I1 I2 I3 f1 f1 f1 f1 .. < > ^ ... . . . 9 Objectifs Objectifs • Augmenter la capacité pour C/I > Seuil C/I > Seuil. Moyens : - « Paramétrage physique » (antennes, liaisons, …), - « Paramétrage logique » (transmission, gestion de l’interférence, …). 10 Méthodes d’accès multiple Méthodes d’accès multiple • FDMA et TDMA : Concentration du brouillage sur certains canaux. • CDMA : Etalement du brouillage sur tous les canaux. Fréquences Temps Codes/Puissance f t f1 . . . fi f t f1 . . . fj 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 Trame TDMA Intervalle de temps ou time slot 11 Canal de Propagation Radio Canal de Propagation Radio- -Mobile: Mobile: Diversité en Temps et en Fréquence Diversité en Temps et en Fréquence Densité Spectrale de Puissance de l'AMRC Densité Spectrale de Puissance de l'AMRC- -SD en Fonction du Temps SD en Fonction du Temps AMRC AMRC- -SD (DS SD (DS- -CDMA) CDMA) SD : Séquence Directe Fréquence Fréquence Temps Temps 12 Canal de Propagation Radio Canal de Propagation Radio- -Mobile: Mobile: Diversité en Temps et en Fréquence Diversité en Temps et en Fréquence Densité Spectrale de Puissance de l'AMRT en Fonction du Temps Densité Spectrale de Puissance de l'AMRT en Fonction du Temps AMRT (TDMA) AMRT (TDMA) Fréquence Fréquence Temps Temps 13 Canal de Propagation Radio Canal de Propagation Radio- -Mobile: Mobile: Diversité en Temps et en Fréquence Diversité en Temps et en Fréquence Densité Spectrale de Puissance de l'AMRC Densité Spectrale de Puissance de l'AMRC- -SF en Fonction du Temps SF en Fonction du Temps AMRC AMRC- -SF (FH SF (FH- -CDMA) CDMA) SF : Saut de Fréquence Fréquence Fréquence Temps Temps 14 Spécificités des systèmes Spécificités des systèmes cellulaires cellulaires •Gestion de la mobilité des abonnés, •Gestion de l’interface radio. 15 Gestion de la mobilité Gestion de la mobilité  Mobile actif (état dédié) : ⌦Handover  Mobile inactif (état de veille) : deux processus ⌦Sélection/re-sélection de cellules ⌦Gestion de la localisation (roaming). 16 Handover Handover Station A Station B Station A Station B Avant le handover Après le handover .. < > ^ ... . . . .. < > ^ ... . . . - Mesures, - Critères, - Exécution. 17 Sélection/ Sélection/Resélection Resélection de cellules de cellules Objectif : Permet au mobile de choisir une cellule particulière du réseau pour : ) Enregistrer les informations diffusées par le réseau aux mobiles, ) Etre prêt à se connecter au réseau en cas de communication, ) Signaler ses mouvements au réseau.  Nécessite l’écoute permanente des stations de base voisines. 18 Interface radio Interface radio • La chaîne de transmission (ex. GSM) Bits d'information (émission) Codage en blocs Codage convolutionnel Segmentation Entrelacement Chiffrement Constitution des paliers Codage différentiel Modulation Transmission Antenne Interface Radio Multiplexage des paliers • Mécanismes de gestion de l’interférence : CP, SF, DTX/DRX, Concentric cells, HO, HR, … 19 Ingénierie Ingénierie • Problématique : Comment designer/paramétrer/optimiser le réseau pour : 1. Qu’il écoule le maximum maximum de trafic (pour répondre à la demande des abonnés), 2. En satisfaisant les contraintes de QoS, 3. Tout en minimisant minimisant les investissements ? 20 Cycle de Vie Cycle de Vie Phase 1 Faisabilité technico-économique - Plan d'affaires - Dimensionnement - Stratégie de l'opérateur Phase 2 Obtention de la licence - Schéma de financement - Dossier de candidature - Choix de fournisseurs Phase 3 Déploiement du réseau - Surveys - Planification - Installation et mise en service Phase 4 Optimisation, extension, densification - Optimisation - Apprentissage - Densification et extension Phase 5 Evolution des services - Développement de services - Introduction de nouvelles fonctions - Actions commerciales Phase 6 Transition vers une nouvelle technologie - Choix d'une nouvelle technologie Décision d'investir Lancement du projet Exploitation initiale Stabilisation et croissance Nouveaux besoins et Mort du réseau évolutions technologiques 21 Importance de l’ingénierie Importance de l’ingénierie • Compromis entre : 1. Flexibilité/niveau de service, 2. Complexité du système dans un environnement complexe et en constants changements. 22 Grands domaines de l’Ingénierie 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, …) 23 L’Avenir L’Avenir • Complexification des tâches d’ingénierie : 2G Î 3G - Demande en augmentation (problèmes de densification), - Interface WCDMA complexe, - Trafic de données (QoS, débits, …). email email 24 Concept Concept Cellulaire Cellulaire 25 Historique (1) Historique (1) Concept cellulaire : ¾ Fin des années 1940 (Bell Labs). ¾ Problème de congestion de fréquences.  1940-50 : Réseaux mobiles ⊂Systèmes de diffusion (radio et TV). ⌦Emetteurs couvrant plusieurs dizaines de kilomètres :  puissants,  sites élevés.  Premiers systèmes semi-cellulaires : pas de handover, grandes cellules, faible capacité, ... ⌦Génération « 0 » 26  1960-70 : Augmentation de la demande  Densification Æ Utilisation poussée du concept cellulaire. ÆIntroduction du handover. Æ « The Cellular Concept », V.H. Mac Donald, Bell System Technical Journal, January 1979. Systèmes de première génération (AMPS, NMT, R2000, ...)  1980-90 : Evolutions technologiques et demande exponentielle Î Miniaturisation (embarqués Æ portables Æ portatifs) - Services plus évolués. Systèmes numériques de deuxième génération (GSM, IS-95)  2000 : Service universel ¾ anyone, anywhere, anytime ¾ multimédia mobile (large bande, QoS, …) Troisième génération (UMTS, FPLMTS/IMT2000) Historique (2) Historique (2) 27 Concept Cellulaire Concept Cellulaire ™ Problème de base = Comment : n Desservir une région de taille importante (pays, continent) o Avec une bande de fréquences limitée, p Avec une densité de trafic importante, qui varie dans le temps et dans l’espace et pouvant augmenter, q Offrir des services téléphoniques et autres à des usagers fixes et mobiles ?  Concept cellulaire avec réutilisation des fréquences. Mécanisme de réutilisation des fréquences : Î Repose sur la propriété d’atténuation des signaux avec la distance. Î Cellules utilisant la même fréquence. 28 Réutilisation de fréquences Réutilisation de fréquences Définition : La réutilisation des fréquences est l’utilisation de canaux radio sur les mêmes fréquences porteuses pour couvrir des zones différentes séparées les unes des autres par des distances suffisantes pour que l’interférence co-canal ne soit pas trop importante. Mobile Site C Site B Site A .. < > ^ ... . . . C I I’ f 1 f 1 f 1 29 Notion de motif (cluster) c 1er cas : R = 10 km avec N = 7 fréquences. ⌦7 communications simultanées. d 2ème cas : r = 500 m ⌦(R/r)2 = 400 d’où 400.1 = 400 communications simultanées. ∆ f5 f1 ∆ f2 ∆ f3 ∆ f7 ∆ f4 Zone A Zone A R r F ∆ ∆ ∆ f6 F = ∆ ∆ f1 + ∆ f2 +∆ f3 +∆ f4 +∆ f5 + f6 + f7 Cluster ∆ ∆ 30 Motif hexagonal (1) Motif hexagonal (1) uploads/Management/ intro-ingenierie.pdf

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  • Publié le Aoû 16, 2021
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