1. 1
Densification des
Réseaux Cellulaires
Sami Tabbane
2
Introduction (1)
Différentes étapes de l’étude de
densification :
) Définition d’une période d’observation,
) Déterminer le facteur de croissance,
) Déterminer le trafic écoulé et la
congestion,
) Etablir un planning en phases,
) Etablir des estimations de trafic cible,
) Identifier les techniques de densification
à déployer.
3
Introduction (2)
Détermination du facteur de
croissance :
Méthode 1 : Estimation marketing
Facteur de croissance = Population
cible/Population actuelle
Méthode 2 : Progression observée
Pente de la courbe d’évolution du
trafic journalier à l’heure chargée.
4
Exemple (1)
Hot spots :
) Zones où le trafic est plus élevé que dans les
autres zones du réseau,
) Villes où le trafic est très élevé : Beyrouth,
Canton (Chine), Hong Kong, Melbourne, Paris.
Trafic total dans le réseau (Erlang) 9 700
Densité de trafic dans la ville (Erlang/km2) 350
Densité de trafic dans les hot spots (Erlang/km2) 416
Zones hot spot/ville 83 %
5
Exemple (2)
Nombre d’abonnés/km2 10 000 10 000
Utilisation maximum 20 % 20 %
Efficacité spatiale 30 % 20 %
Efficacités diverses (ex. MAC) 40 % 30 %
Débit moyen du service (kb/s) 128 1 000
Capacité requise (Gbit/s/km2) 2,13 33,33
Bande disponible (MHz) 50 100
Performances radio requises (bit/s/Hz/km2) 42,7 333,3
Capacité cible :
) 3G avec HSDPA et MIMO : 10 bit/s/Hz/km2.
6
Méthodes de densification
Principaux types de méthodes :
) Techniques de gestion
d’interférence,
) Architecture cellulaire.
2. 7
A. Gestion
d’’interférences
8
Porteuses supplémentaires dans la même bande
Augmentation du nombre de porteuses par cellule sans
modification du plan cellulaire, du motif de
réutilisation et de la qualité de service.
f3 f5 f3, f4 f5, f6
f13 f1 f13, f14 f1, f2
f7 f7, f8
f11 f9 f11, f12 f9, f10
Situation initiale Situation après adjonction de canaux
9
Multiples codeurs de parole
FR (Full Rate) ou EFR (Enhanced Full Rate) Â HR ou
AMR.
) HR (Half Rate) : Doublement de capacité mais
possibilités de dégradation de qualité.
) AMR (Adaptive Multi Rate codecs) : Codeurs de
parole à débit adaptatif. Fonctionnement dynamique en
plein ou demi-débit. Adaptation conjointe des débits de
codage source et de codage canal en fonction de la
qualité de réception.
ª Minimisation de l’occupation du canal radio avec
maintien de la qualité de parole ⌦ Gain en capacité.
10
Amélioration de capacité avec l’’AMR
200
150
100
50
0
Erlang/secteur
BCCH + Canaux en SFH
Canaux en SFH
GSM EFR GSM AMR
Amélioration de capacité pour 10 MHz
Augmentation de capacité :
- avec AMR-FR : 30 – 40 %,
- avec AMR-HR : 100 – 110 %.
11
Antennes adaptatives (1)
Principes
Switched-beam antenna Adaptive Beam Forming
12
Antennes adaptatives (2)
Améliorations :
) Augmentation portée et couverture,
) Réduction de coûts et des contraintes de
puissances,
) Meilleures qualité/performance des
liaisons,
)Meilleure efficacité spectrale.
Pour un taux d’équipement de 20 % : gain en
capacité de 100 %.
3. 13
Gestion de l’’interférence
Amélioration de la capacité par combinaison des
techniques suivantes :
) SFH (Slow Frequency Hopping),
) VAD (Voice Activity Detector) et DTX
(Discontinuous Transmission),
) PC (Power Control),
) Antennes adaptatives.
Méthodes permettant d’obtenir des gains de
l’ordre de 200%.
14
Avantages du saut de
fréquence
Introduit de la diversité de
fréquences :
 Réduction des call drop,
 Amélioration de la qualité
vocale.
15
Types de saut de fréquences (1)
Fréquences
Temps
Saut de fréquences cyclique
Fréquences
Temps
Saut de fréquences aléatoire
16
Types de saut de fréquences (2)
• Saut de fréquence en bande de
base,
• Saut de fréquence synthétisé,
• Saut de fréquence généralisé.
17
SF en Bande de Base
• Les TRX ne sautent pas.
• Nombre de fréquences de saut = nombre de
TRX.
• IT 0 du TRX 1 pour le BCCH ne saute
jamais.
• Chaque communication saute sur les TRX
en fonction des séquences de saut.
• Maximum 10 fréquences pour le saut (gains
minimes à partir de 6-8 fréquences).
18
SF Synthétisé
• Les TRX sautent en fonction des
séquences.
• Nombre de fréquences de saut ≥
Nombre de TRX.
• Le TRX du BCCH ne saute pas.
• Nombre de fréquences maximum = 8
pour une bonne diversité de canal.
4. 19
Gains avec le SF : Diversité
de fréquences
• Mobiles lents (indoor et piétons) se déplaçant à
moins de λ/2 pendant la transmission d’un
burst, soit v < 50 km/h.
• Pas de gain pour les mobiles rapides.
• Loi de saut : aucune fréquence privilégiée pour
combattre les trous de fading, écart minimal en
fréquences de 800 kHz à 1MHz pour décoreller
les effets du fading.
• Nombre de fréquences de saut optimal = 5.
• Moyennage des interférences : gain en capacité (toutes les
fréquences et tous les ITs sont utilisables).
• Décodage et désentrelacements plus efficaces : meilleur
FER.
• Gains : entre 2 et 3 dB.
20
Gains avec le SF : Diversité de brouilleurs
BER FER
Désentrelacement Décodage
Sans SFH
Avec SFH
21
Gains avec le SF : Configuration du brouillage
C/Imoyen α
C/Iseuil
1 2 3 4 5 6 7 8 9 N° de MS
C/Imoyen
C/Iseuil
α
1 2 3 4 5 6 7 8 9 N° de MS
22
Saut de fréquences dans GSM
Définitions :
- MA (Mobile Allocation) : groupe de
fréquences utilisées pour le saut (la même MA
est utilisée pour tous les TRX d’une BTS)
- HSN (Hopping Sequence Number) : Séquence
de saut de 0 à 63 (0 : cyclique, à éviter, 1-63 :
pseudo-aléatoire, probabilité de collision 1/N).
- MAIO (MA Index Offset) : Offset de décalage
en fréquences de 0 à N-1 (N nombre de
fréquences dans le MA). Garantit la séparation
des canaux dans la même cellule.
23
Paramètres caractéristiques (1)
• Diversité des brouilleurs : MA la plus grande possible.
• Bande : BCCH, TCH, Micro.
• HSN : définit la loi de saut.
• MAIO : définit la fréquence de départ dans la MA list à
partir de laquelle est réalisée la HSN.
• Si MA identique pour tous les secteurs : Motif 1x1 ou
Motif à 1 (même HSN mais MAIO différents dans chaque
secteur). Intérêt : ne nécessite pas de modèle de propag.
• Pour motif à 1 : synchronisation nécessaire au niveau site
pour éviter les collisions co-canal et canal adjacent.
• Si MA différente sur chaque secteur : Motif 1x3. Nécessité
de HSN différents pour limiter les brouillages sur canal
adjacent.
24
Paramètres caractéristiques (2)
Affectation de la MAlist
Objectif : Maitriser l’interférence inter-cellu laire
Affectation du HSN
Objectif : Réduire l’interférence inter-cellulaire
Affectation du MAIO
Objectif : Réduire l’interférence intra-cellulaire
6. 31
Réduction de la taille du motif (2)
Exemple :
• Réseau GSM avec un facteur de
réutilisation de 15 à 12 (utilisation de FH,
PC et DTX) avec micro-cellules (max. 3
TRX),
• Après densification : facteur de réutilisation
de 9 à 6 (cellules concentriques, MRP, …)
et micro-cellules jusqu’à 4 TRX.
32
Microcellules et sectorisation (1)
f1 f2
f3
Situation après division
Situation initiale en cellules plus petites
33
Microcellules et sectorisation (2)
34
Cellules concentriques
1' 2'
4' 3'
1' 2'
7 5
4' 3'
3
1' 2'
4' 3'
3
1' 2'
4' 3'
1'
3'
4
5 1 2 4
1 2
7
6
6
6
7 5
3
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 : Cellules du motif à 7 (1)
1', 2', 3', 4' : Cellules du motif à 4 (2)
35
Avantages de l’’architecture en
cellules concentriques
Couronne extérieure : couverture, indoor,
urgences.
zCouronne intérieure : réduction du
recouvrement entre cellules.
¾ Réduction de puissance (8 à 12 dB),
¾ Réduction de l’interférence,
¾ Réduction du motif de réutilisation,
¾ Concentration du trafic dans la zone
intérieure.
36
Cellules étendues
• Dans le cas du GSM :
permet de s’affranchir
de la limite des 35 km
de rayon.
• Deux slots consécutifs
sont alloués au RACH :
permet d’étendre le
rayon à 100 km.
• Les canaux SDCCH,
BCCH et CCCH
doivent également
utiliser des slots
consécutifs.
Zone étendue
Zone normale
7. 37
Multi-couches (1)
BS
...
. . .
< ^>
..
...
. . .
< ^>
..
...
. . .
< ^>
..
...
. . .
< ^ >
..
...
. . .
< ^ >
..
Micro-cellule
Macro-cellule
Pico-cellules
38
Multi-couches (2)
Couche supérieure : Cellules parapluie.
¾ Puissance importante,
¾ Antennes au dessus des toits,
¾ Couverture globale,
¾ Desservent les mobiles rapides.
z Couche basse : Micro-cellules.
¾ Puissance faible,
¾ Antennes en dessous des toits,
¾Couverture des zones à fort trafic,
¾Desservent les mobiles lents (piétons).
39
Multi-couches (3)
Micro-cellules
2 implantations possibles :
¾ Le long des rues : Street BTSs,
¾ Dans les carrefours : Crossroads BTS. Meilleure
couverture mais problèmes de congestion et
d’interférences.
Corner effect :
Affaiblissement brutal de la puissance du signal au
coin de la rue : ajustement des paramètres de HO
pour éviter la coupure de communication.
40
Multi-couches (4)
¾ Multi-band cell ½
...
. . .
<^ >
..
...
. . .
<^ >
..
1 800 MHZ
900 MHZ
¾ Multi-band BSS ½
...
. . .
<^ >
..
...
. . .
<^ >
..
1 800 MHZ
BSC 900 MHZ
41
Multi-couches (5)
¾ Configuration en Multi-band cell ½
ƒ Une même cellule avec des porteuses des deux bandes
(900 et 1800),
ƒ BCCH sur des porteuses 900,
ƒ Configuration en cellules concentriques,
Avantages :
- Réduction du nombre de cellules à gérer,
- Meilleure gestion du HO (moins de BCCH à mesurer),
- Planification des fréquences plus simple (un seul plan
BCCH nécessaire),
- Meilleure qualité vocale (moins de HO inter-cellulaires).
42
Multi-couches (6)
¾ Configuration en Multi-band BSS ½
ƒ Cellules différentes pour les deux bandes (900 et 1800),
ƒ BCCH pour chaque type de cellules,
ƒ Co-localisation possible.
Avantages :
- Flexibilité permettant une gestion séparée et optimisée,
- Gestion du trafic plus simple entre les bandes,
- Possibilité de gestion 4 types de couches (macro 900,
macro 1800, micro 900, micro 1800).
8. 43
Réseaux bi-bandes
• Gestion du trafic :
– Favoriser l’accès et le maintien des MS bi-bandes sur les
cellules 1800,
– Maximiser le trafic 1800 en veille et en établissement de
communications,
– Activation du Directed Retry des cellules 1800 vers toutes
les autres cellules. Les cellules micro 900 peuvent également
effectuer un Directed Retry vers une cellule 1800.
– Objectif : La couche 1800 absorbe 60% du trafic des
mobiles bi-bandes en mode communication et 80% en mode
veille.
• Paramétrage :
– En moyenne, le 1800 est pénalisé de 10 à 15 dB par rapport
au 900.
44
-3- Exemple
45
Processus global
-1- Implantation et installation
du réseau,
-2- Mesures, amélioration de la
QoS, Optimisation du réseau,
-3- Augmentation de la capacité.
46
Implantation et installation du réseau
a Fonctions de base mises en oeuvre
et activées : PC, DTX, FR, …
€ Sites non chargés à 100% : permet
un augmentation aisée de la capacité à
court terme,
Macro-cellules : pour assurer la
couverture au démarrage (pylônes
élevés, puissance importante, …).
47
Mesures, amélioration de la QoS,
Optimisation du réseau
Observation du réseau,
Correction des problèmes de couverture,
Activation de certaines fonctionnalités :
directed retry, traffic HO, …
Equilibrage de trafic : changement des valeurs
de paramètres (cell access, HO margins, …).
² Ajout de TRXs dans les cellules
congestionnées.
48
Augmentation de capacité
Conditions : Couverture complète,
QoS stable et de bonne qualité,
 Activation de fonctions avancées (“software
changes”): SFH, cellules concentriques, HR, …
 Changement de l’architecture du réseau
(“hardware changes”): micro-cellules dans les
hot spots, ingénierie radio (réduction de taille des
motifs, changement des tilts et azimuts, partage
de la bande, …), couches, antennes adaptatives,
sectorisation, abaissement des hauteurs
d’antennes, …
9. 49
Conclusions
Différentes techniques sont utilisées pour
la densification d’un réseau cellulaire,
) L’activation de certaines fonctions
nécessite d’avoir une bonne QoS,
 Problèmes d’interférence et de couverture
doivent être résolus avant de réaliser toute
activation de nouvelle fonctionnalité.