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T able de matière 1 Chapitre I : Etat de l’art sur le WIMAX....................

T able de matière 1 Chapitre I : Etat de l’art sur le WIMAX.....................................................................................6 Introduction.............................................................................................................................7 I.1 Définition et Apport du WIMAX......................................................................................7 I.2 L’Architecture du réseau WIMAX....................................................................................7 I.3 Principe de fonctionnement du WIMAX..........................................................................8 I.3.1 Le mode desserte........................................................................................................9 I.3.2 La collecte avec WiMAX...........................................................................................9 I.3.3. Le multipath............................................................................................................10 I.4 Les types de WIMAX :...................................................................................................10 I.4.1 Le WIMAX fixe.......................................................................................................10 I.4.2 Le WIMAX mobile..................................................................................................10 I.5 Les normes de WIMAX..................................................................................................11 I.6 Rapport avec d'autres technologies sans fil.....................................................................11 I.6.1 Comparaison entre WiMAX et WiFi.........................................................................12 I.6.2 Comparaison entre WIMAX et UMTS....................................................................12 I.6.3 Comparaison entre WiMAX et LTE.........................................................................12 I.7 Domaine d’application du WIMAX...............................................................................13 Chapitre II : étude technique du Wimax...................................................................................14 Introduction...........................................................................................................................15 II.1. L’architecture en couche................................................................................................15 II.1.1. La couche physique...................................................................................................15 II.1.2. Les Techniques de Multiplexage................................................................................16 II.1.2.1. Le multiplexage par répartition orthogonal de fréquence (OFDM).....................16 II.1.2.2. La technique OFDMA.........................................................................................17 II.1.3. Modulation adaptative................................................................................................17 II.1.4. Techniques de Duplexage...........................................................................................18 II.1.4.1. TDD.....................................................................................................................18 II.1.4.2. FDD......................................................................................................................19 II.2. La couche MAC.............................................................................................................19 II.2.1. La couche de convergence......................................................................................19 II.2.2 La sous-couche CPS...............................................................................................20 II.2.3 La sous-couche PS..................................................................................................20 2 II.3. La qualité de service......................................................................................................20 Conclusion.............................................................................................................................21 Chapitre III : Dimensionnement et planification du réseau WiMAX...................22 Introduction...........................................................................................................................22 III.1 Dimensionnement.........................................................................................................23 III.1.1 Dimensionnement orienté couverture.......................................................................23 III.1.1.2 l’estimation de l’affaiblissement de parcours......................................................23 III.1.1.2.1 modèle de propagation en espace libre.............................................................23 III.1.1.2.2 calcule de bilan de liaison.................................................................................23 a. Puissance émise équivalente.........................................................................................23 b. Puissance reçue.............................................................................................................24 III.1.1.3 Détermination du nombre de stations de base....................................................24 III.1.2 Dimensionnement orienté capacité.....................................................................................25 III.1.3 Nombre final de stations de base................................................................................27 III.2 planification et optimisation :........................................................................................27 III.2.1 Utilisation de l’outil de planification ATOLL.......................................................27 III.2.1.1 Etude de prédiction.............................................................................................28 a. Analyse et interprétation de résultat..............................................................................29 b. Matrice des interférences...............................................................................................30 c. Le module AFP :...........................................................................................................30 III.2.1.2 Optimisation........................................................................................................31 a. Le module ACP.............................................................................................................31 b. Résultat de l’optimisation.............................................................................................32 c. Interprétation..................................................................................................................34 III.2.1.3 Simulation d’un clients.......................................................................................34 Conclusion.........................................................................................................................35 3 4 Liste des abbreviations WIMAX World Interoperability for Microwave Access ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line WLL Wireless Local Loop BS Base Station SS Subscriber Station NLoS Non-Line of Sight. LoS Line of Sight OFDM Ortogonal Frequency Division Multiple OFDMA Ortogonal Frequency Division Multiple Access UMTS Universal Mobile Telecommunication Systems 2G deuxième Génération 3G troisième Génération 4G Quatrième Génération GSM Global System for Mobile Communications WiFi Wireless Fidelity IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers L TE Long Term Evolution RAN Radio Access Network VOIP Voice over Internet Protocol MAC Multiple Access Controlee SC Single Carrier FFT Fast Fourier Transformer. SNR Rapport Signal sur Bruit BPSK Binary Phase-Shift Keying QPSK quadrature phase shift keying QAM Quadrature Amplitude Modulation TDD Time Division Duplex FDD Frequency Division Duplex ATM Asynchronous Transfer Mode QoS Quality of Service 5 SSCS Service Specific Convergence Sublayer. CPS Common Part Sublayer. PS Privacy Sublayer. IP Internet Protocol. PDU Protocol Data Units. SDU Service Data Unit. PL Path Loss PIRE Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente. AFP Automatic Cell Planification 6 Liste des figures Figure I.1 Architecture d’un réseau WiMAX………………………………………………. Figure I.2: Mode de fonctionnement du WIMAX……………………………………… Figure I.3 : Illustration du phénomène de Multipath ……………………………………. Figure I.4 : L’influence du multipath…………………………………………………… Figure II.1: Architecture en couche de la norme 802.16 ………………………………. Figure II.2 : les principes du multiplexage OFDM ………………………………….. Figure II.3: Différence entre les signaux SC et OFDM reçus ………………………. Figure II.4 : le principe de multiplexage OFDMA…………………………….. Figure II.5: la variation de rayon selon la modulation adoptée en fonction du SNR Figure II.6: Duplexage TDD…………………………………………………………. Figure II.7 : la trame correspondante au mode FDD………………………………. Figure II.8 : la trame de la couche MAC PDU………………………………………. Figure III.1: interface graphique pour calculer le bilan de liaison…………………. Figure III.2 : Interface graphique pour calculer le nombre de station de base ………….. Figure III.3 : Interface calculatrice des paramètres de dimensionnement suivant la capacité. Figure III .4: la carte géographique d’Alger sur atoll…………………………………… Figure III.5 : Introduction des propriétés des sites dans ATOLL………………………… 7 Figure III.6: l’emplacement des sites sur la carte géographique…………………….… Figure III.7: prédiction de la couverture par niveau de puissance dans la région d’Alger Figure III .8 : matrix d’interférence……………………………………………. …….. Figure III .9 : le résultat de l’utilisation de module AFP…………………….. ………… Figure III .10: fenêtres sur atoll pour fixer les objectifs de l’optimisation……………. Figure III .11: l’onglet secteur de l’optimisation………………………………………….. Figure III.12 : l’évolution de la couverture et la qualité du signal en fonction des itérations. Figure III.12 : la simulation d’un client………………………………………… Figure III.13 : la liste de secteurs récepteurs du client……………………………. 8 Introduction générale La demande croissante d’accès à Internet haut débit et le besoin de surmonter les limites relatives au débit et à la couverture que présente la technologie la plus utilisée de nos jours l’ADSL, c’est ainsi que le WIMAX est apparu comme étant une nouvelle technologie sans fil qui fournit une connectivité avec un débit très important sur une zone de couverture de plusieurs kilomètres. Dans le cadre de notre projet de fin d’études, nous allons présenter tout processus effectué avant et après le déploiement d’un réseau WIMAX, dans ce contexte, un dimensionnement selon la capacité et la couverture ainsi que la planification et l’optimisation de réseau WIMAX dans la région d’Alger seront effectuées en utilisant deux outils MATLAB pour le dimensionnement et ATOLL pour la planification et l’optimisation. Le premier chapitre sera destiné à la description générale de la technologie WIMAX et son principe de fonctionnement, nous ferons un état de l’art sur les différentes normes de WIMAX, ainsi qu’une comparaison entre le WIMAX et les réseaux sans fil les plus concourants. Le deuxième chapitre sera une étude technique du standard IEEE 802.16 en spécifiant la différente couche de la pile protocolaire de ce standard et les techniques de modulation, multiplexage, et duplexage utilisés. Le troisième chapitre étant le cœur de notre mémoire sera consacré au dimensionnement et la planification du réseau WIMAX en utilisant les outils MATLAB et ATOLL. 9 Chapitre I : Etat de l’art sur le WIMAX 10 Introduction Dans ce premier chapitre, nous discuterons l’état de l’art de la technologie Wimax en axant particulièrement notre réflexion sur le principe de fonctionnement, le mode de couverture et les architectures, ainsi que les applications de cette technologie. Nous finissons par une comparaison entre le Wimax et les réseaux sans fil les plus concurrents. I.1 Définition et Apport du WIMAX Le WIMAX est un acronyme pour World Interoperability for Microwave Access. C’est avant tout une famille de normes, définissant les connexions à haut-débit sur une grande distance par voie hertzienne. C'est également un complément indispensable à l’ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line ) pour permettre la couverture des zones éloignées[1]. WIMAX décrit des technologies hertziennes destinées à des architectures point-multipoint : à partir d'une antenne centrale on cherche à toucher de multiples terminaux, il possède l'avantage de permettre une connexion sans fil entre une station de base et des milliers d'abonnés sans nécessiter de ligne visuelle directe. Le déploiement du WIMAX permet à des zones isolées, mal desservies par le câble, où nous souhaitant tirer profit d'une connexion sans fil et de disposer d'un accès Internet large bande, il pourrait donc jouer un rôle important dans l'aménagement numérique du territoire. Le débit et la portée présentent les atouts du WiMAX. Il fonctionne à 70 Mbit/s maximum théoriquement dans des conditions extrêmement favorables, 12 Mbits/s pratiquement et peut couvrir des zones de rayon allant jusqu'à 50 Km. [2] I.2 L ’Architecture du réseau WIMAX Le WIMAX permet de mettre en place une boucle locale radio (WLL), c’est- à-dire un lien par ondes radio entre l’utilisateur et le point de collecte qui assure la liaison avec le réseau internet mondial (figure I.1) 11 Depuis le cœur du réseau et en descendant vers l’utilisateur, on trouve les éléments suivants :  Une liaison a un haut débit par fibre optique ou par faisceau hertzien alimentant l’émetteur wimax.  Une station de base BS (base station) placée sur un point haut afin d’assurer la couverture maximale .elle permet d’atteindre des milliers d’utilisateurs sur plusieurs kilomètres.  La station d’abonné SS (subcriber station) qui assure la liaison entre la station d’émission et l’équipement connecté. [3] Figure I.1: Architecture d’un réseau WiMAX I.3 Principe de fonctionnement du WIMAX Le principe de fonctionnement du WIMAX est simple : une station émettrice (station de base) émet des ondes radio, dans la bande de fréquence de 3,5 GHZ, qui sera captée par plusieurs antennes d’abonnés, ainsi que par d’autres stations WIMAX conçues pour jouer le rôle de relais. Dans un système WIMAX, la station de base est connectée au réseau public en utilisant la fibre optique, le câble, la liaison à ondes radio, ou n’importe autre connexion point à point haute vitesse. 12 Figure I.2: Mode de fonctionnement du WIMAX Le WIMAX est une technologie WMAN (wireless metropolitan area network) de connexion haut débit à large bande d'accès. Il a deux modes de fonctionnement : la desserte et la collection. I.3.1 Le mode desserte Le but de la desserte est de relier le client final à un réseau donné afin qu'il puisse accéder à Internet et/ou aux autres services. Pour cela, le client doit posséder un récepteur WIMAX et se trouver dans le champ d'action d'un émetteur WIMAX. La transmission entre le client et son hot spot WIMAX est dite en « non ligne de vue » (NLoS), uploads/Management/ wimax-meme.pdf