Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés
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  1. 1. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien i Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Dédicaces DEDICACES A Toute la Famille KAYO
  2. 2. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien ii Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Remerciements Ce document est le fruit des efforts croissants et coordonnées de plusieurs personnes. C’est ainsi l’occasion pour nous de remercier du fond du cœur : o Le SEIGNEUR, tout puissant pour tous les biens faits qu’il ne cesse de faire à notre égard. o M. Paul NGUIMEZAP, fondateur de l’IUC pour avoir eu l’idée et la volonté de mettre à la disposition des jeunes, un cycle de formation en ingénierie informatique en partenariat avec 3IL France. o Le directeur de 3IAC M. Artur MANGAMTCHEUTH, pour les efforts qu’il n’a cessé de fournir pour que notre formation soit optimale. o Mme. DJIKA Blandine, Chef de département 3I-AC, pour tous les efforts consentis à notre égard. o Dr FOTSING Christian, notre encadreur académique et nouveau directeur de 3IAC qui nous a guidés dans l’accomplissement et l’élaboration de ce travail. o M. PANDJA Arsène. PDG de TELIS Ltd, pour nous avoir donné la possibilité d’effectuer notre stage dans les meilleurs des conditions qu’il pouvait offrir, pour l’esprit pragmatique et dynamique qu’il n’a cessé de nous impulsé. o M. Yves MAKEMTA, Directeur Technique de TELIS Ltd, et encadreur professionnel, pour son apport incommensurable et sa disponibilité malgré ses multiples occupations. o A la famille NZEUKOU pour tout leur soutien inconditionnel et leur sacrifice consenti à mon égard ; o A mes frères et sœurs notamment Audrey KAYO, Marlyse KAYO, Christian KAYO, Georges KAYO, Edith KAYO et Irène KAYO pour leur soutien moral et leur encouragement o Tous nos enseignants, qui ont donnés le meilleur d’eux pour nous aider à être des hommes utiles à la société o Nos camarades de promotion, pour les moments que nous avons passés ensemble. o A tous le personnel de TELIS Ltd, pour avoir été d’un grand support dans l’acquisition de certains concepts relatifs aux installations en télécommunications. o Tous ceux qui de près ou de loin ont participé à l’édification de ce travail. REMERCIEMENTS
  3. 3. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien iii Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Tables des matières Dédicaces ...............................................................................................................................i Remerciements.....................................................................................................................ii Tables des matières.............................................................................................................iii Liste des Tableaux ..............................................................................................................ix Liste des figures ................................................................................................................... x Glossaire .............................................................................................................................xii Résumé................................................................................................................................ xv Abstract .............................................................................................................................xvi Introduction générale.......................................................................................................... 1 Première Partie : Etat de l’art............................................................................................ 6 Chapitre 1 : Généralités sur les systèmes de transmission ............................................. 7 Généralités sur les systèmes de transmission ................................................................. 7 I. Généralités sur les systèmes de téléphonie mobile : Cas du GSM ........................ 8 1. Présentation du GSM ............................................................................................ 8 a) Vue globale.......................................................................................................... 8 b) Architecture du réseau....................................................................................... 8 c) Les différents sous-systèmes retrouvés dans le GSM...................................... 9 2. Concept cellulaire................................................................................................ 12 II. Généralités sur les systèmes de transmission par faisceau hertzien ................... 13 1. Présentation des liaisons par faisceau hertzien................................................. 13 2. Principe de fonctionnement des faisceaux hertziens......................................... 14 3. Structure d’un faisceau hertzien ........................................................................ 15 TABLE DES MATIERES
  4. 4. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien iv Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO 4. Caractéristiques des faisceaux hertziens............................................................ 19 5. Mode de transmission.......................................................................................... 20 a. PDH (Plesiochronous Digital Hierachy)......................................................... 20 b. SDH (Synchronous Digital Hierachy) ............................................................ 22 6. Comment se propage les ondes ........................................................................... 23 a. Propagation en espace libre............................................................................. 23 b. Propagation en visibilité .................................................................................. 24 c. Propagation en non visibilité........................................................................... 25 7. Facteur influençant la propagation des ondes................................................... 25 a. Réfraction atmosphérique ............................................................................... 25 b. Diffraction......................................................................................................... 26 c. Réflexion............................................................................................................ 26 d. Absorption......................................................................................................... 26 e. Guidage du faisceau hertzien et précipitations.............................................. 26 8. Dispositifs de contre-mesure des liaisons hertziennes ...................................... 27 1. Protection Hot Stand-By.................................................................................. 28 2. Diversité de fréquence et d’espace.................................................................. 28 III. Modèle de propagation........................................................................................ 29 1. Rôle .................................................................................................................... 29 2. Type de modèle de propagation ...................................................................... 29 a. Modèle de l’affaiblissement en espace libre (modèle de FRIIS) [19] ...... 30 b. Modèle COST 231 Hata [19]........................................................................ 30 c. Modèle d’Erceg [19] ..................................................................................... 31 IV. Equipements utilisés en transmission par faisceau hertzien............................ 31 1. Equipements utilisés en InDoor.......................................................................... 31 a. Rack FH ............................................................................................................ 31
  5. 5. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien v Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO b. TRU (Top Rack Unit) ...................................................................................... 32 c. Système d’alimentation.................................................................................... 32 d. Chassis MSS (Microwave Service Swicth)..................................................... 32 e. Modules du MSS et leurs rôles........................................................................ 33 f. Câble MIC......................................................................................................... 34 2. Equipements utilisés en OutDoor....................................................................... 35 a. Tours ou pylônes............................................................................................... 35 b. ODU................................................................................................................... 35 c. Câble IF ou câble coaxial................................................................................. 35 3. Antennes paraboliques ........................................................................................ 36 a. Diagramme de rayonnement........................................................................... 37 b. Angle d’ouverture ............................................................................................ 37 c. Gain et directivité............................................................................................. 38 Chapitre 2 : Présentation de l’existant logiciel ............................................................... 39 Présentation de l’existant logiciel .................................................................................. 39 I. Présentation du logiciel de dimensionnement PATHLOSS................................. 40 1. Applications proposées par PATHLOSS........................................................... 40 II. Veille technologique................................................................................................. 42 II.1. Description de MATLAB ................................................................................... 42 III. Méthode de conception........................................................................................ 42 1. RAD....................................................................................................................... 42 2. DSMD.................................................................................................................... 43 3. UP .......................................................................................................................... 44 4. RUP ....................................................................................................................... 44 5. XP .......................................................................................................................... 44 Conclusion ....................................................................................................................... 45
  6. 6. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien vi Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Deuxième partie : Apports et contributions.................................................................... 45 Chapitre 3 : Analyse de l’outil.......................................................................................... 47 Analyse du processus de dimensionnement................................................................. 47 I. Analyse...................................................................................................................... 48 A. Description du projet........................................................................................... 48 1. Contexte............................................................................................................. 48 2. Présentation du projet ..................................................................................... 48 3. Justification du choix de conception d’un utilitaire de dimensionnement.. 48 4. Equipe projet .................................................................................................... 49 5. Objectifs et finalités du projet......................................................................... 49 a. Objectifs......................................................................................................... 49 b. Finalités du projet......................................................................................... 49 B. Description des fonctionnalités à satisfaire........................................................ 49 1. Besoins fonctionnels ......................................................................................... 49 2. Besoins non fonctionnels.................................................................................. 50 C. Planification du projet......................................................................................... 50 1. Diagramme des taches ..................................................................................... 50 2. Planification des taches.................................................................................... 51 D. Diagrammes UML ............................................................................................... 52 1. Représentation des diagrammes de cas d’utilisation (uses case) ................. 52 2. Description des différents uses cases .............................................................. 53 3. Environnement de travail................................................................................ 54 I. Spécifications système ............................................................................................. 54 1. Moyens humains................................................................................................... 54 2. Equipements ......................................................................................................... 54 3. Analyse des couts.................................................................................................. 55
  7. 7. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien vii Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO II. Dimensionnement .................................................................................................... 55 1. Processus de dimensionnement........................................................................... 55 2. Outil de dimensionnement .................................................................................. 56 3. Méthodologie de dimensionnement.................................................................... 56 a. Détermination des caractéristiques géographiques des stations à interconnecter .......................................................................................................... 56 b. Dégagement du rayon de l’ellipsoïde de FRESNEL ..................................... 57 c. Bilan de liaison.................................................................................................. 59 d. Etapes de calcul de la distance et de l’orientation de chaque site................ 62 Conclusion ....................................................................................................................... 64 Chapitre 4 : Conception et Implémentation.................................................................... 65 Conception et Implémentation de l’outil ...................................................................... 65 I. Conception de l’outil .............................................................................................. 66 1. Choix d’une méthode de conception ................................................................. 66 2. Application de ce choix à notre modélisation................................................... 66 3. Architecture de la plateforme ............................................................................. 67 II. Mise en œuvre de l’outil .......................................................................................... 69 1. Outils informatiques ............................................................................................ 69 2. Réalisation des différentes maquettes ................................................................ 69 III. Résultats du dimensionnement ........................................................................... 71 1. Fenêtre principale ................................................................................................ 71 2. Calcul de la portée entre deux stations .............................................................. 71 3. Calcul du bilan de liaison radio .......................................................................... 72 Conclusion ....................................................................................................................... 74 Conclusion générale et perspectives................................................................................. 75 Bibliographie.....................................................................................................................xiv
  8. 8. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien viii Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Annexes..............................................................................................................................xvi
  9. 9. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien ix Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Liste des Tableaux Tableau 1: Largeur de bande en fonction du débit et de la modulation utilisée [10] ...... 19 Tableau 2: Tableau récapitulatif des débits de la norme SDH [7].................................... 22 Tableau 3: Zones hydrométéorologiques des Intensités des chutes de pluie dépassées (mm/h) [1]............................................................................................................................... 27 Tableau 4 : Tableau des couts ............................................................................................... 55 Tableau 5 : Coordonnées géographiques des sites à interconnecter. ................................ 57 Tableau 6: Tableau équipe projet........................................................................................xvi Liste des tableaux
  10. 10. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien x Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Liste des figures Figure 1 : Vue globale Architecture GSM ............................................................................. 8 Figure 2 : Architecture détaillée du GSM (1) .......................................................................... 9 Figure 3 : Schéma d'un réseau cellulaire [15].................................................................... 12 Figure 4 : Schéma d’un système de transmission par Faisceau hertzien [10] .................. 14 Figure 5 : Emission/réception par faisceau hertzien [10] .................................................. 15 Figure 6 : Modulation du signal............................................................................................ 18 Figure 7 : Chaîne de transmission PDH [7] ......................................................................... 21 Figure 8 : Ellipsoïde de Fresnel............................................................................................. 24 Figure 9 : Schéma illustratif d’un rack FH.......................................................................... 31 Figure 10 : Schéma d’un TRU .............................................................................................. 32 Figure 11 : Schéma d’un Switch à 8 slots............................................................................. 33 Figure 12 : Schéma d’un Switch à 4 slots............................................................................. 33 Figure 13 : Carte Core-E....................................................................................................... 34 Figure 14 : Représentation des différents équipements utilisés en transmission hertzienne(1) ............................................................................................................................. 36 Figure 15 : Exemple d’antennes utilisées en transmission hertzienne .............................. 37 Figure 16 : Angle d'ouverture d'une antenne [14] .............................................................. 38 Figure 17 : Diagramme des taches........................................................................................ 51 Figure 18 : Diagramme de Gantt.......................................................................................... 52 Figure 19 : Diagramme des Uses Cases................................................................................ 53 Figure 20 : Vue Google Earth des sites à interconnecter.................................................... 57 Figure 21 : Présentation du profil d'élévation du lien Bassa_Viettel – Franqueville ...... 58 Figure 22 : Architecture des éléments présents dans un bilan de liaison [6].................... 60 Figure 23 : Calcul du bilan de liaison radio......................................................................... 61 Figure 24 : Représentation de la distance entre deux points.............................................. 63 Figure 25 : Matérialisation de l'azimut entre deux points. ................................................ 63 Figure 26 : Architecture de la plateforme............................................................................ 67 Figure 27 : Maquette module Calcul Coordonnées GPS.................................................... 70 Liste des figures
  11. 11. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien xi Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Figure 28 : Page d’accueil de notre outil.............................................................................. 71 Figure 29 : Bilan de liaison.................................................................................................... 72
  12. 12. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien xii Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Glossaire A : Alu : Alcatel-Lucent Equipementier de l’opérateur téléphonique Orange Cameroun ART : Agence de Régulation des Télécommunications ANTENNE ISOTROPE : Il s'agit d'une antenne qui est capable d'irradier (faire propager) ou de recevoir également dans toutes les directions Atténuation : perte d’amplitude du signal à travers les lignes et les équipements de transmission (mesurée en décibels). AZIMUT: C'est la direction principale d'émission d'une antenne. Il est exprimé en degrés et est compté positivement dans le sens horaire, en partant du nord (azimut 0°). B : BOND: expression utilisée en transmission pour désigner une liaison hertzienne entre une station émettrice et réceptrice. BTS : Base Station Transceiver : c’est un ensemble d’émetteurs/récepteurs BSC : Base Station Controller : contrôleur de station de base C : CCIR : (Comité Consultatif International des Radiocommunications) D : DIS : Document d’Installation Site, contient toutes les informations relatives à la mise en service d’une liaison. E : E1 : lien synchrone à 2048 kb/s pour passer jusqu'à 30 communications numériques à 64 kb/s chacune (une communication de parole est codée sur 8bits à 8kHz soit 64kb/s). Ellipsoïde de FRESNEL : Délimite la région de l'espace où est véhiculée la plus grande partie de l'énergie du signal. Glossaire
  13. 13. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien xiii Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO F : FH : Faisceau hertzien : Conduit permettant le transport des données d’un point à un autre G : GPS : Géo-Positionnement par Satellite ; outil utilisé pour déterminer les coordonnées géographiques de l’endroit où on se trouve. GSM: Global System for mobile Communication. Réseau de téléphonie mobile. I: IDU : InDoor Unit : équipement utilisé pour le multiplexage dans les faisceaux hertziens ISDN: International Integreted Service Digital Network. L: LOS: Line of Sight, terme utilisé en télécommunications pour signifier que deux antennes sont en visibilité. M : MIC: Modulation d’Impulsion Codée, lien synchrone à 2048 kb/s pour passer jusqu'à 30 communications numériques à 64 kb/s chacune. N: NLOS: Non Loss of Sight terme utilisé en télécommunications pour signifier que deux antennes sont en non visibilité. O : OCM : Operating Center and Maintenance Centre de d’opération et de maintenance. ODU : OutDoor Unit : équipement utilisé pour la transposition entre haute fréquence. P : PATHLOSS : Logiciel de simulation des transmissions par faisceau hertzien. PCM: Pulse Code Modulation, appellation Anglaise de la MIC.
  14. 14. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien xiv Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO PDH : Plésiochronous Digital Hierachy : mode de transmission de données synchrone. PSK: Phase Shift Keying. Q: QAM : Quadrature Amplitude Modulation : technique de modulation. QPSK: Quadrature Phase Shift Keying. S: SDH : Synchronous Digital Hierachy : mode de transmission de données synchrone à haut débit STM-1: Synchronous Transfert Module ou Mode de Transfert Synchrone de niveau 1, définit une capacité de transmission de données égale à 63E1 soit 63 x 2048 kbit. SURVEY DE TRANSMISSION: C'est une sortie sur le terrain avec des outils comme la boussole, les jumelles, le récepteur GPS, afin de déterminer les coordonnées géogra- phiques, les distances, et autres caractéristiques intrinsèque d'un milieu. U : UIT : Union Internationale des Télécommunications
  15. 15. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien xv Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Résumé En informatique en général, et dans les réseaux de télécommunications en particulier, la transmission d’une information est un facteur primordial et déterminant. Ceci est beaucoup plus perceptible en téléphonie où les moindres imperfections sont ressenties et peuvent aboutir à des désagréments entraînant la perte du signal. L’une des parties indexées est sans doute la transmission qui permet de transporter le signal d’un nœud à un autre. Une bonne maîtrise du processus de transmission permettra alors déterminer et de dimensionner les équipements d’extrémité à prendre en considération afin d’éviter tout désagrément. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons abordé les transmissions sans support physique et plus précisément celle à base de faisceau hertzien. Pour ce faire, nous avons défini dans un premier temps, le concept du GSM dans lequel s’appliquent les faisceaux hertziens, ensuite nous avons étudié le fonctionnement des faisceaux hertziens ainsi que les équipements qu’elles utilisent. En seconde partie, nous avons conçu un utilitaire dénommé MWDT V1.0 pour MicroWave Dimensioning Tool dans sa version 1.0 qui permet d’étudier la fiabilité et la qualité d’une liaison par faisceau hertzien et dimensionner les éléments d’extrémités à prendre en compte afin d’assurer la qualité et la fiabilité de celle-ci. Mots clés : GSM, Faisceau hertzien, Dimensionner, Transmission. RESUME
  16. 16. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien xvi Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Abstract In computer science in general and in particular in telecommunications networks, the transmission of information is an essential and determining factor. This is much more noticeable in telephony where the smallest imperfections are felt and can lead to discomfort resulting in loss of signal. One of the parts is probably indexed transmission that can carry the signal from one node to another. In order to avoid any inconvenience, good control of the transmission process would then determine the size and end devices to consider. As part of this memory, we addressed transmissions without physical support and more specifically those based on radio beam. To do this, we first defined the concept of time in GSM which applies the microwave, and then we examined the operation of radio as well as the equipment used beams. In the second part, we designed a MWDT called V1.0 for MicroWave Dimensioning Tool version 1.0 utility that will examine the reliability and quality of a microwave link dimensioning and end elements to consider to ensure the quality and reliability thereof. Keywords : GSM, radio beam, Dimensionning, Transmission. ABSTRACT
  17. 17. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 1 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Introduction générale 1. Motivations du choix du thème. Le secteur des télécommunications connaît une évolution exponentielle avec l’avènement des systèmes numériques dû à l’augmentation des abonnées et des demandes en capacité de plus en plus importante. Cette évolution se traduit par le développement de différents systèmes offrant de plus en plus de services à l’utilisateur, une meilleure qualité de fonctionnement et de gestion. Ainsi, les systèmes radio mobiles vont connaitre le plus grand essor dans le domaine des télécommunications et par ricochet, cela entrainera l’avènement de nouvelles techniques permettant le transport de l’information d’où l’importance et la nécessité de nouveaux systèmes de transmission. Les opérateurs des réseaux mobiles doivent entamer pour cela des procédures et démarches qui sont à la fois simples, peu coûteuses et robustes, tout en tenant compte des tendances de la technologie. De même, les équipementiers tels qu’Alcatel-Lucent, Huawei Technologies, Ericsson, etc…, ne seront pas épargné de ce vent de changement qui soufflait et qui souffle encore. C’est pour s’arrimer à cette évolution que plusieurs types d’équipements aux capacités aussi variées les unes des autres, vont être produits par ces firmes. Au stade actuel du développement des télécommunications, les systèmes de transmission les plus utilisés sont les transmissions à base de faisceau hertzien et ceux à base de fibres optiques. Dans le souci de permettre aux populations de communiquer et d’échanger partout et en temps réel, bon nombre d’opérateurs téléphoniques s'interrogent sur les infrastructures et les technologies qui permettront de répondre à ces exigences. Ainsi, la nécessité d’avoir, une connaissance sur les différents équipements utilisés, une maitrise de la chaine de transmission et des techniques de transport utilisées dans les systèmes de transmission sont d’une importance capitale. Afin de comprendre le fonctionnement de ces systèmes de transmission, le thème intitulé « Conception et Implémentation d’un outil pour le dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien » nous a été soumis. Il s’agira en fait pour nous, de concevoir un outil attrayant qui pourra effec- Introduction générale
  18. 18. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 2 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO tuer le calcul du bilan de liaison, générer automatiquement et en fonction de données re- cueillies, une liste de matériels nécessaires à la mise en place d’une liaison et, moyennant en entrée d’un certain nombre de paramètres concernant les sites à interconnecter . 2. Contexte Dans le but d’étendre leurs réseaux dû à l’augmentation de la densité de la population et de répondre aux attentes de leurs clientèles, les opérateurs de téléphonie mobile (Orange et MTN) ont recours à des sociétés externes pour effectuer une partie de leurs travaux. Celles-ci sont des sous-traitances et TELIS LTD en fait partie. TELIS Ltd (Télécommunication et Informatique Service Limited) est une entre- prise spécialisée dans les prestations de services en Télécommunications, Informatique et les solutions bancaires. Dans le cadre des prestations dans le domaine des télécom- munications, et plus particulièrement celles liées aux installations et mises en service, aux affinages des liaisons et aux maintenances des équipements de transmission par faisceaux hertzien (FH) de l’équipementier Alcatel-Lucent sur le réseau de Orange Cameroun, ou encore des équipementiers Huawei et Ericsson pour le cas de MTN Cameroun, il est parfois demandé aux entreprises sous-traitantes comme TELIS LTD, d’intervenir afin de pallier aux problèmes qui s’y trouve. Pour la réalisation de ces différentes tâches, il existe au sein de TELIS LTD, un service technique où nous avons été affectés afin de mieux nous familiariser aux différentes activités de l’entreprise, d’enrichir nos connaissances dans le domaine des télécommunications et de mieux appréhender le monde professionnel. Ainsi, c’est dans l’optique d’appréhender le principe de fonctionnement des liaisons par faisceau hert- zien, qu’il nous a été demandé, dans le cadre de notre thème de fin d’étude d’ingénieur informatique, de concevoir un utilitaire qui nous permettra , non seulement d’étudier la faisabilité d’une liaison en établissant un bilan de liaison cohérent, mais aussi, de pouvoir déterminer à priori quels seront les équipements à utiliser en fonction des données recueillies sur le terrain et du résultat obtenu lors du calcul du bilan de liaison. 3. Problème A mon arrivée à TELIS Ltd au mois de mars 2014, l’entreprise était en plein déploiement massif dans les SURVEY de transmission (voir liste des abréviations) dans les différentes régions du Cameroun, dans l’optique de pouvoir installer et de
  19. 19. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 3 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO mettre en service plus tard, de nouvelles liaisons utilisant les systèmes de transmission par faisceau hertzien. Ces Survey ont été effectués dans le but de déterminer les caracté- ristiques des équipements à installer sur les sites à interconnecter En effet, l’ensemble des opérations visant à effectuer ces travaux ne connait aucun incident majeur vue que l’entreprise traine derrière elle, une forte expérience dans le domaine des transmissions par faisceau hertzien. Mais force a été de constater que, pour la réalisation de ces travaux, l’entreprise requiert un certain nombre d’informations qui leur permettra de réaliser les installations et d’aboutir à un bon résultat de transmis- sion ; ces éléments résident dans le Document d’Installation Site (DIS) qui ressort les renseignements sur les différents sites à installer et le bilan de liaison radio. Il est à noter que ce document, réalisé par Alcatel-Lucent et validé par Orange Cameroun est fourni à TELIS LTD sous la base des différentes SURVEYS effectuées et ce après une étude minutieusement faite. Or, La mise à disposition de ces informations n’étant toujours pas effective au moment attendu, et Orange Cameroun mettant la pression pour que les installations soient faites dans les bref délais posent donc un problème à TELIS, qui se retrouve parfois sur le terrain, dans l’optique d’installer et de mettre en service la liaison sans avoir la totalité des informations dont elle a besoin. C’est par ces multiples expériences dans le domaine et des réalités dont elle a déjà pu faire face, qu’elle réussit parfois à s’en tirer et à se hisser au rang de meilleur. Face à cette situation, et vue que l’entreprise ne possède pas le logiciel de dimensionnement utilisé par Alcatel-Lucent, se pose donc la question de savoir « quels sont les moyens qui nous permettront en fonction des données recueillies sur le terrain d’étudier la faisabilité d’une liaison, la réalisation du bilan de liaison et des profils de liaison ». Ainsi, la problématique qui a été décelée dans ce cas peut être résumée en quelques interrogations énoncées de la manière suivante: - Quelle pourra être la solution la mieux appropriée pour permettre à TELIS de faire ce que l’on pourra designer comme étant un pré-dimensionnement en fonction des particularités de chaque site ? - Quel sont les équipements de transmission que propose Alcatel Lucent pour la mise en service des liaisons. - Quels sont les critères qui permettent de définir les équipements à utiliser.
  20. 20. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 4 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO La réponse à ces questions nécessite l’élaboration d’une bonne méthodologie de travail qui ressortira tous les éléments constitutifs de notre travail. 4. Méthodologie L’approche utilisée dans la résolution d’un problème peut fournir un résultat meilleur en fonction de la nature et la qualité des moyens mis en œuvre. Cette partie présente la méthode d’approche que nous avons utilisée pour résoudre le problème posé. Étudier le cadre théorique relatif à la thématique. Cette étude passera par :  Une étude globale et brève du réseau de téléphonie mobile : cas du GSM ;  Une étude du système de transmission par faisceau hertzien. Analyser, concevoir et mettre en place notre application qui permettra :  D’étudier la faisabilité d’une liaison en établissant un calcul du bilan de liaison par faisceau hertzien ;  La réalisation du profil de liaison toujours en faisceau hertzien avec les informations sur chaque site tel que : l’azimut (voir liste des abréviations), les coordonnées géographiques du site, la hauteur base antenne etc…  L’enregistrement du bilan de liaison dans un fichier Excel.  Le listing des différents équipements qui seront utilisés. Effectuer des tests de vérification des résultats fournis par notre application avec ceux contenues dans le bilan de liaison du client. La phase d’analyse passe par l’élaboration d’un cahier de charges dans lequel l’on exprimera les besoins, les spécifications, recadrage, etc… . Et la phase de conception par l’illustration et l’explication des différentes fonctionnalités. 5. Organisation et structure du manuscrit Le présent mémoire, qui résume le travail effectuée s’articule autour de deux parties contenant chacune deux chapitres comme suit :  La première partie intitulée Etat de l’art
  21. 21. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 5 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO  Le premier chapitre traitera succinctement de l’état de l’art propre à la norme de téléphonie mobile GSM, et sur une présentation générale des systèmes de transmission par faisceau hertzien ;  Le second portera sur l’état de l’art en terme d’existentiels sur le logiciel de dimensionnement qu’utilise Orange Cameroun et Alcatel-Lucent.  La deuxième partie intitulée Apports et Contributions  Le premier chapitre de cette partie présentera après une analyse, la démarche suivie afin de mettre en place notre outil ;  Le dernier chapitre portera sur la conception de l’outil de dimension- nement, les tests et résultats obtenus.
  22. 22. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 6 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Première Partie : Etat de l’art
  23. 23. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 7 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Chapitre 1 : Généralités sur les systèmes de transmission Généralités sur les systèmes de transmission Description Nous parlerons dans ce chapitre, des réseaux de téléphonie mobile en nous appuyant sur la technologie GSM, dire pourquoi parler du GSM avant de parler des systèmes de transmission par faisceau hertzien et enfin nous aborderons les équipements de transmission. Aperçu I. Généralités sur le GSM II. Généralités sur les systèmes de transmission par Faisceau Hertzien III. Modèle de propagation IV. Présentation des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien
  24. 24. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 8 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO I. Généralités sur les systèmes de téléphonie mobile : Cas du GSM 1. Présentation du GSM a) Vue globale GSM pour Global System for Mobile Communication est une norme européenne spécifiant un réseau de radiotéléphonie mobile à transmission numérique, utilisant plusieurs bandes de fréquences notamment celles de 900 Mhz et 1800 MHz. Le réseau GSM permet bien évidemment d'effectuer des appels téléphoniques mais aussi la transmission de données jusqu'à 9,6 kbit/s et est composé d’entités fonctionnelles regroupées en sous-systèmes : - le sous-système radio BSS (Base Station Sub-system) permet le contrôle des liaisons radio qui s'établissent avec le téléphone portable. Il est composé de la BTS et de la BSC et communique par l’intermédiaire de l’interface Abis à travers les faisceaux hertziens. - le sous-système réseau NSS (Network Sub-System) qui permet la connexion d'un mobile vers un autre mobile ou vers un utilisateur du réseau fixe. - le sous-système d’exploitation /maintenance OSS (Operation Support System) qui permet d’administrer le système. il est composé de : OMC-S (switch Operating & maintenance center) et OMC-R (Radio Operating & maintenance center). BSS OSS NSS RTC Figure 1 : Vue globale Architecture GSM b) Architecture du réseau Les fonctions mises en œuvre dans le réseau GSM sont celles requises dans tout réseau de mobiles comme la numérotation, l'acheminement vers un usager mobile, le transfert de cellules,…etc. La figure ci-dessous présente de façon plus détaillée
  25. 25. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 9 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO l’architecture du GSM, ses différents sous-systèmes et met en exergue la place des faisceaux hertziens dans le GSM. MS 1 1 1 1 1 1 1 1 MS MS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS AuC HLR VLR AuCHLRVLR BSC BSC BSC MSC MSC RTC Interface A Interface Abis Interface Um Interface Abis Interface Abis Interface A Interface Um Interface Um Sous-système radio Sous-système réseau GMSC GMSC Interface E Interface G Interface B Interface H Interface D Interface C Interface E EIR Interface F Sous-système opérationnel OMC Figure 2 : Architecture détaillée du GSM (1) Dans cette architecture, seule la partie entourée en rouge fera l’objet de notre étude. NB : On se rend bien compte à travers ce schéma que le BSC et la BTS commu- nique ensemble via une interface appelé interface ABIS. Or le problème qui se pose est le suivant : si l’une des BTS n’est pas DIRECTEMENT reliée au BSC, comment est-ce que le BSC fait pour communiquer avec la BTS en question. D’où la nécessité de mettre en place un système de transmission par faisceaux hertziens et le rôle des faisceaux hertziens dans le réseau GSM. c) Les différents sous-systèmes retrouvés dans le GSM Sous-système BSS (Base Station sub System) Communication par faisceau hertzien
  26. 26. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 10 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Le BSS gère toute la partie radiocommunication avec les postes mobiles (MS). Il est composé du BSC (Base Station Controller), de la BTS (Base Transceiver Station) et du TC (Transcoding Unit). Le terme station mobile (MS) désigne un équipement terminal muni d’une carte SIM qui permet d’accéder au service de communication. Chaque équipement terminal est muni d’une identité particulière : IMEI (International Mobile Equipment Identity) stockée côté réseau dans le EIR et la carte SIM quant à elle est une carte à puce « amovible », de la taille d’une carte de crédit et contenant un petit circuit constitué d’un système à processeur notamment un processeur, des mémoires RAM et ROM dans lesquelles sont stockés des données :  L’identité IMSI  Les paramètres d’authentification  Les paramètres de chiffrements/déchiffrement. La BTS quant à elle est un groupement d’émetteurs et de récepteurs fixes. Elle assure l’interface, par lien radioélectrique, entre le réseau terrestre et les stations mobiles. Ses principales fonctions sont les suivantes : - Elle échange des messages avec les stations mobiles présentes dans la cellule qu’elle contrôle et utilise des canaux radio différents selon le type d’informations échangées. - La supervision des liaisons avec les mobiles ; - La mesure des signaux sur le lien montant (uplink) ; - Le chiffrement et le déchiffrement Le BSC est un nœud intelligent du système car capable de gérer plusieurs BTS à haut débit par le canal de l’interface Abis et de dialoguer avec le MSC via l’interface A. il transporte physiquement des canaux full-rate de 16 kbit/s. La communication peut être réalisée par un câble (ligne louée) ou par un faisceau hertzien consistant en une transmission par ondes radio à une fréquence très élevée (supérieure à 15 GHz dans le cas des opérateurs de téléphonie mobile). Ses principales fonctions sont les suivantes : - L’allocation des canaux de trafic et de signalisation dans les cellules ; - Contrôle du handover ; - Commande de connexion vers les mobiles en relation avec le MSC ;
  27. 27. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 11 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Cet équipement est à la fois un concentrateur du trafic issu des stations de base et une passerelle vers le sous-système réseau. Le TC assure le transcodage des canaux full-rate 16 Kbit/s sur l'interface Ater avec les canaux 64Kbit/s sur l'interface A. Pour des raisons de planification de réseau (économie en systèmes 2 Mbit/s), il peut être physiquement distinct du BSC et situé près du MSC. Sous système NSS (Network Sub System) Il détermine le routage à effecteur pour l’établissement d’une communication vers le mobile demandé. Il comprend des bases de données et des commutateurs. Le MSC (Mobile service Switching Center) assure l’interconnexion du réseau de radiotéléphonie avec le réseau téléphonique public, il effectue les commutations nécessaires pour les mobiles situés dans sa zone de localisation. C’est le nœud le plus important du réseau car il donne accès vers les bases de données et vers le centre d’authentification qui vérifie les droits d’un abonné. C’est lui qui assure l’établissement des communications. Il est connecté aux BSC par l'intermédiaire de l'interface A Cette interface véhicule des canaux de trafics et des canaux de signalisation empruntant les liaisons numériques à 2Mbit/s (E1). Le VLR (Visitor Location Register) est une base de données associée à un MSC, voire à plusieurs MSC. Il contient d’une part, une partie des enregistrements des HLR concernant tous les abonnés mobiles qui se trouvent dans les cellules dépendantes de ce MSC et d’autre part il contient également, pour tous ces abonnés, une informa- tion de localisation sous la forme d’un identificateur de la zone de localisation dans laquelle ils se trouvent. Le HLR (Home Location Register) c’est la base de données nominale. Elle contient toutes les caractéristiques d'abonnement de tous les utilisateurs du réseau GSM, leurs identités IMSI et MSISDN (numéro d’appel du portable) ainsi que les localisations des portables. Il n'y a normalement qu'un seul HLR par réseau mais en pratique cette base de données est divisée. Le HLR travaille en étroite collaboration avec les différents VLR, notamment pour les handovers, et la numérotation. L’AuC (Authentification Center)
  28. 28. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 12 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO C’est une base de protection qui contient une copie d’une clé secrète, également contenue dans la carte SIM de chaque abonné. Il génère et stocke les pa- ramètres d’authentification d’un abonné. L’EIR (Equipment Identify Register) est une base de données qui contient les caractéristiques des postes mobiles. Le MSC interroge l'EIR par exemple, pour vérifier le type de poste (est-il approuvé), vérifier si le poste n'a pas été volé (liste noire). Sous système OSS C’est l’entité de gestion et d’exploitation du réseau. Elle regroupe la gestion administrative des abonnés et la gestion technique des équipements. 2. Concept cellulaire Les réseaux cellulaires ont été conçus comme réponse à la pénurie de fréquences. Ils sont donc basés sur le principe de réutilisation de fréquences qui permet d’obtenir des densités de trafic très élevées et de couvrir des zones d’étendue illimitée. Le principe du système cellulaire est de diviser le territoire en de petites zones, appelées cellules c'est-à-dire des zones circulaires se chevauchant afin de couvrir une zone géographique, et de partager les fréquences radio entre celles-ci. Figure 3 : Schéma d'un réseau cellulaire [15] Chaque cellule est constituée d’un ensemble d’émetteurs-récepteurs que l’on appelle BTS à laquelle on associe un certain nombre de canaux de fréquences à bande étroite, sommairement nommés fréquences. Chaque cellule se caractérise par - Sa puissance d’émission ce qui se traduit par sa zone de couverture - La fréquence de porteuse utilisée pour l’émission radioélectrique - Le réseau auquel elle est interconnectée
  29. 29. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 13 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Dans la conception d’un réseau cellulaire, il faut considérer les aspects suivants : - Topographie (bâtiments, collines, montagnes, etc) - Densité de la population (ou de communications) pour établir la dimension de la cellule - Deux cellules adjacentes ne peuvent utiliser la même bande de fréquences afin d’éviter les interférences. Ainsi la distance entre deux cellules utilisant la même bande de fréquences doit être de 2 à 3 fois le diamètre de la cellule. II. Généralités sur les systèmes de transmission par faisceau hertzien Les systèmes de transmission sont une partie très importante dans les réseaux de communication. Ceux-ci définissent les chemins permanents permettant de transporter de manière transparente et d’un point à un autre les différents services (Voix, Données, Vidéos). Ainsi, les transmissions utilisent un signal basé sur le principe de propagation des ondes : ondes électriques (câbles, fils,….), ondes radio (faisceau hertzien, satellite), et ondes lumineuses (fibres optiques). L’étude de la transmission de l’information nécessite la connaissance : - Des principes du signal - Des supports de transmission et de leurs caractéristiques - Des méthodes utilisées pour transmettre les informations sur les supports (adaptation du signal au support de transmission). Dans cette nouvelle partie, nous nous attarderons à vous parler des systèmes de transmission par faisceaux hertziens. 1. Présentation des liaisons par faisceau hertzien Les faisceaux hertziens, initialement conçus pour transmettre des multiplex téléphoniques ou des images, connaissent une évolution constante liée à la numérisation des supports de transmission ainsi qu'au traitement de l'information. Ainsi, les faisceaux hertziens peuvent être définis comme un système de transmission de signaux (analogiques ou numériques), bilatérale et permanente (full duplex) entre deux points fixes via l’interface aérienne : ce sont des liaisons point à point. Ce type de liaison radio est aujourd'hui principalement numérique et, est utilisé pour le transport de la voix, données, etc. Ils utilisent comme support pour la transmission, les ondes
  30. 30. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 14 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO radioélectriques, avec des fréquences porteuses allant de 1 GHz à 40 GHz très fortement concentrées à l'aide d'antennes directives et offrant des débits allant de 2 à 155 Mbps permettant la transmission d’informations. Les faisceaux hertziens offrent des liaisons de très bonne qualité, sont évolutifs en fonction des besoins en capacité, et sont parfois complémentaires des réseaux fibres optiques pour assurer la continuité de certains points de raccordement. Ils ne s’appuient que sur des équipements Indoor et Outdoor pour fonctionner. Ci-dessous un schéma illustrant un système de transmission par faisceau hertzien [1]. Figure 4 : Schéma d’un système de transmission par Faisceau hertzien [10] Ce schéma présente de façon globale les équipements utilisés en transmission hert- zienne et le canal dans lequel l’onde se propage. 2. Principe de fonctionnement des faisceaux hertziens Les faisceaux hertziens sont des supports de type pseudo-4 fils car les deux sens de transmission sont portés par des fréquences différentes. Ils utilisent des ondes radio électriques fortement concentrées à l’aide d’antennes directives pour transmettre un signal. Selon la forme sous laquelle se présentent ces signaux, différents types de modulations sont utilisées d’une part, pour former le multiplex et d’autre part, pour transposer le spectre de signaux dans la gamme de fréquences appropriées pour l’émission :
  31. 31. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 15 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO - Signaux numériques : multiplexage temporel de voies téléphoniques numérisées par une modulation PCM ou de données numériques, puis transposition en hyperfréquences par modulation (analogique discrète) d'une porteuse sinusoïdale en OOK, PSK, MSK, QAM,... - Signaux analogiques : multiplexage fréquentiel de voies téléphoniques analogiques (modulation SSB) ou signal vidéo en bande de base, puis modulation d'une porteuse sinusoïdale en FM. Exceptionnellement : multiplexage temporel par modulation d'impulsion en position (PPM), suivi d'une modulation OOK. Figure 5 : Emission/réception par faisceau hertzien [10] 3. Structure d’un faisceau hertzien Une liaison radioélectrique est une communication bidirectionnelle entre deux points en vue, chacun équipé d’un émetteur et d’un récepteur généralement en visibilité. Elle se décompose principalement en 3 parties : - un ou plusieurs émetteur(s) : Le rôle de celui-ci est de convertir le message à transmettre sous forme d’un signal électrique, modulé et transposé à la fréquence d’émission, puis amplifié en puissance avant d’être émis sur l’antenne ; - le canal de transmission délimite la région de l’espace où l’onde sera transmise ; - un ou plusieurs récepteur(s) : Le récepteur quant à lui, à partir d’une autre antenne, devra restituer le message reçu le plus fidèlement possible. Les faisceaux hertziens, compte tenu des fréquences utilisées et de la directivité des antennes utilisées, nécessitent avant toute liaison, d'effectuer un calcul pour déterminer la faisabilité, l’affaiblissement de la liaison et la puissance d'émission à utiliser bref un calcul du bilan de liaison. Ainsi, la structure générale d’une liaison hertzienne (analogique ou numérique) se présente de la façon suivante :
  32. 32. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 16 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Bloc de branchement Emetteur Récepteur Modem (Modulation en FI/Demodulation) Traitement en Bande de Base (Echantillonnage, Quantification, Codage,…) Signal en Bande de Base: · STM-1; · E1, E2, E3,…; · Paquet IP; · Voix;… Fréquence porteuse Fréquence Intermédiaire Bloc de branchement Emetteur Récepteur Modem (Modulation en FI/Demodulation) Traitement en Bande de Base (Echantillonnage, Quantification, Codage,…) Signal en Bande de Base: · STM-1; · E1, E2, E3,…; · Paquet IP; · Voix;... Fréquence porteuse Fréquence Intermédiaire Signal transmis sous forme d’onde électromagnétiqueAntenne Antenne Guide d’onde Duplexeur filtre Transposition de fréquence Figure 6 : Synoptique d’une chaine de transmission par faisceau hertzien [10] · Signal en bande de base ou signal à transmettre : Un signal est dit "bande de base" s'il n'a pas subi de transposition en fréquence par modulation. Lorsque le signal bande de base n’est pas adapté au canal de transmis- sion, on effectue un éventuel transcodage : Opération qui consiste à substituer au signal numérique (représentation binaire) un signal électrique mieux adapté à la transmission. · Traitement en bande de base Le traitement en bande de base est une opération qui consiste à numériser un signal. Un message numérique est une suite de nombre que l’on considéra dans un premier temps comme indépendant. Ils sont codés le plus souvent en binaire et le codeur délivre alors une suite de caractère que nous appellerons 0 et 1 avec un débit défini par une horloge de période T.
  33. 33. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 17 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO A chaque caractère est attribué un symbole et le signal numérique est une suite discrète de symbole à la cadence de l’horloge bit. La mise sous forme numérique d’un signal analogique se fait en trois opérations essentielles :  L’échantillonnage : Opération qui consiste à subdiviser le signal en petits échantillons de temps régulier ;  La quantification : Opération qui consiste à associer à chaque échantillon une valeur  Le codage : on associe à chaque valeur un code. Figure 7 : Etapes numérisation d’un signal analogique · Modulateur Il permet d’adapter le signal à transmettre au support de transmission. Techniquement, le signal à transmettre ne peut se transmettre seul, il doit avoir pour support, un signal porteur (porteuse) qui sera modulé par le signal à transmettre afin que celui-ci occupe un espace fréquentiel réduit pour une bande donnée. La modulation a pour effet de reporter le spectre du signal informatif au voisinage d’une fréquence f0 plus élevée située un domaine favorable à la propagation. Elle consistera à faire varier l’un des paramètres de la porteuse f0 à savoir soit l’amplitude, soit la fréquence, soit la phase. .
  34. 34. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 18 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Figure 6 : Modulation du signal. Sur la figure 6 ci-contre, nous avons un signal analogique à transmettre, pour qu’il soit transmis, il doit être adapté au canal de transmission d’où sa modulation. · Emetteur Dispositif qui permet de convertir le message à transmettre sous forme d’un signal électrique modulé à la fréquence d’émission, puis amplifier en puissance avant d’etre e mis sur l’antenne. · Récepteur Il reçoit des ondes électromagnétiques/électriques/lumineux, sélectionne et reconstitue le signal modulé transmis par l'émetteur. · Duplexeur ou filtre Le filtre est un composant omniprésent et fait à base des condensateurs et des bobines. Il a pour rôle d’extraire les signaux non désirés autrement, il sépare les signaux utiles des autres. · Antenne C’est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou, de capter (récepteur), les ondes électromagnétiques. · Signal transmis Pour chaque liaison hertzienne, on définit un couple de fréquences correspondant aux deux sens de transmission. Pour des raisons de distance et de visibilité, le trajet hertzien entre l'émetteur et le récepteur est souvent découpé en plusieurs tronçons, appelés bonds, reliés par des stations relais.
  35. 35. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 19 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Station terminale Station terminale Station relais Station relais R: rayon de la terre Bond Bond Bond d √ Figure 7 : schéma illustrant les stations relais et stations terminales (1)  Pour les signaux PDH, on utilise une modulation à 4 ou 16 états (QPSK, 4QAM, 16QAM)  Pour les signaux SDH, modulation à 64 ou 128 états (64QAM, 128QAM). Le tableau suivant résume les largeurs de bande passante nécessaires en fonction des débits rencontrés dans le hertzien et le type de modulation utilisée. Norme PDH PDH PDH PDH SDH Débit 2x2 Mbit/s 4x2 Mbit/s 8x2 Mbit/s 16x2 Mbit/s 155 Mbit/s 4 états 3,5 Mhz 7 MHz 14 MHz 28 MHz - 16 états 1,75MHz 3,5 Mhz 7 MHz 14 MHz - 64 états - - - - 56MHz 128 états - - - - 28MHz Tableau 1 : Largeur de bande en fonction du débit et de la modulation utilisée [10] 4. Caractéristiques des faisceaux hertziens Utilisation: Ce procédé permet de transmettre des signaux d'information (téléphonie, télévision, etc.) d'un point à un autre du territoire: Liaison point à point. Ils sont utilisés :  En réseaux d’infrastructure • Téléphonie, • Diffusion d’émission de télévision  En réseaux de desserte
  36. 36. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 20 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO • Liaisons BTS - BSC en GSM • Boucle Locale Radio, Ils sont aussi utilisés sur de :  Grandes distances, environ 50 km en liaison directe (Infrastructure téléphonique)  Courtes distances (liaisons "à vue") : • Infrastructure GSM Débit théorique: Jusqu'à 155 Mbits/s. Portée: A débit donné, la portée se réduit lorsque la fréquence du FH augmente. En général, les bandes de fréquences de 23 et 38 GHz sont utilisées pour des liaisons courtes distances (4 ou 5 km). Les bandes de fréquences de 4 et 13 GHz permettent d'atteindre des portées de quelques dizaines de kilomètres, voire 50 km en utilisant des antennes de grands diamètres. Mais pour le cas de l’opérateur téléphonique Orange Cameroun, on utilise les bandes de fréquence de 15 GHz pour les courtes distances (zones urbaines) et les fréquences de 8 GHz pour les grandes distances (généralement pour les interurbaines). Rôle : Ils permettent d’acheminer des voies téléphoniques, télégraphiques et des données via l’interface air et sur des distances plus grandes et avec des délais de mise à disposition beaucoup plus rapides que les câbles. 5. Mode de transmission Les hiérarchies de données utilisées dans les liaisons par faisceau hertzien se doivent d’être symétriques et doivent aussi garantir un aller/retour correct des informations. De ce fait, on ne peut qu’utiliser des modes de transmission synchrones : - à bas et moyen débit : PDH - à haut débit : SDH a. PDH (Plesiochronous Digital Hierachy) Plésiochrone est un terme utilisé pour définir des systèmes communiquant à l'aide de signaux d'horloge ayant une même fréquence nominale mais avec une certaine tolérance spécifiée. Elle est utilisée dans les réseaux de télécommunications afin de
  37. 37. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 21 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO véhiculer les voies téléphoniques numérisées. Elle est basée sur le signal E1. Pour les réseaux par faisceau hertzien, c’est la technologie le plus utilisé. Il fonctionne en mode point to point. Ici, le transfert de données est basé sur un flux à 2 048 kbit/s. Pour la transmission de la voix, ce flux est séparé en 30 canaux parole de 64 kbit/s et 2 canaux de 64 kbit/s utilisés pour la signalisation et la synchronisation. Le débit exact des données dans ce flux est contrôlé par une horloge dans l'équipement générant les données. Le débit exact varie légèrement autour de 2 048 kbit/s. Afin de constituer des systèmes de débit plus élevés, un multiplexage temporel des trames MIC est effectué en multiplexant 4 affluents de niveau inférieur dans un débit nominal. Dans le réseau actuel, la difficulté provient que les différentes trames ne sont pas toujours synchronisées. La technologie PDH permet que [6] :  L’équipement se synchronise sur le signal reçu ;  L’équipement émet sur sa propre horloge interne ;  Le débit traverse le réseau via les trames E1. Comme inconvénients de cette technologie, on peut citer  La difficulté à synchroniser les équipements entre eux ;  Aucune encapsulation de débits, les données sont brutes. Les canaux E1 peuvent être multiplexés entre eux pour former des canaux à plus hauts débits, etc. Le deuxième échelon de la hiérarchie numérique, est constitué de 4 signaux E1 et présente un débit de 8448 kbit/s permettant 120 voies téléphoniques. (2048*4=8192) Ci-dessous une représentation d’une chaîne de multiplexage de l’E1 à l’E4 [7] : TN 1 30 telephones channels 2 Mbit/s (E1) TN 2 8 Mbit/s (E2) 140 Mbit/s (E4) 34 Mbit/s (E3) TN 4 TN 3 Codage utilisé: E1, E2, E3 E4 HDB3 CMI Figure 7 : Chaîne de transmission PDH [7]
  38. 38. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 22 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Cette figure illustre la chaine de multiplexage des canaux E1 afin d’obtenir des débits plus élevés. Dans ce cas, nous avons : · E1 = 2.048 Mbps (30 voies) ; · E2 = 8.448 Mbps (120 voies) ; · E3 = 34.368 Mbps (480 voies) ; · E4 = 139.264 Mbps (1920 voies). Cette technique présente toutefois un inconvénient : L’accès ou l’insertion d’une information dans un canal E4 oblige à démultiplexer tous les débits (E3, E2) pour accéder à un 64k spécifique, et se limite le plus souvent à 140Mbps ; D’où l’utilisation du SDH. b. SDH (Synchronous Digital Hierachy) Cette hiérarchie numérique synchrone est basée sur un débit STM1. Elle se distingue essentiellement de la hiérarchie plésiochrone par la présence d’horloge à tous les niveaux du réseau. Elle peut transmettre des données de 2.048Mbps, c’est-à-dire les débits PDH dont elle assure le relais. Ici, Les signaux sont encapsulés dans un « container » et chaque container est associé à un surdébit. Ces deux données forment ce qu’on appelle un container virtuel (VC). Les débits de base de la hiérarchie synchrone sont 155.52Mbit/s, 4 fois 155.520Mbit/s (environ 620 Mbit/s) et 16 fois155.520Mbit/s (soit environ 2.5Gbit/s) résumées dans le tableau ci-dessous comme suit : Niveau SDH Débits en kbit/s Supports STM – 1 155.520 FO, Coaxial STM – 4 622,080 FO STM – 16 2.488.320 FO STM – 64 9.953.280 FO Tableau 2 : Tableau récapitulatif des débits de la norme SDH [7] Le passage de la trame de base à un débit supérieur s’effectue dans ce cas par entrelacement d’octet et non bit à bit comme pour la hiérarchie plésiochrone. Un des avantages est la visibilité directe des affluents dans la trame de base ce qui
  39. 39. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 23 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO simplifie les opérations d’insertion et d’extraction au niveau des divers équipements ; elle permet en outre, de transmettre dans un multiplex synchrone des débits divers (ATM, TVHD). Dans les réseaux SDH, les signaux PDH sont « mappés » (mis en correspondance) dans les conteneurs ou affluents dits virtuels, avant d’être transportés dans le cadre de la capacité utile SDH. Celle-ci doit être ensuite démappée en signaux d’affluents PDH. La SDH introduit de nouvelles possibilités dans les réseaux de transmission : - Souplesse accrue par la possibilité d’extraire ou d’insérer directement un signal. - Possibilité d’évolution vers les hauts débits. - La modularité des équipements SDH est plus adaptée aux progrès de la technologie que les équipements PDH. - Facilité de maintenance et d’exploitation. 6. Comment se propage les ondes La base de l'étude des faisceaux hertziens est la propagation des ondes. Une onde est un phénomène vibratoire dû à la propagation d'une perturbation, d'un ébranlement ou d'un choc. L'étude de la propagation des ondes consiste à déterminer la puissance reçue par une antenne tout en connaissant la puissance rayonnée par une antenne émettrice, tout en tenant compte des dispositions quelconques des deux antennes, des caractéristiques du milieu de propagation et des obstacles possibles. a. Propagation en espace libre Le milieu de propagation de l’onde électromagnétique influe sur la qualité de la liaison hertzienne. Si l’on n’y prend pas garde, ce milieu peut considérablement détériorer ou même annuler la qualité d’une liaison hertzienne. L’espace compris entre deux antennes est libre quand, il est totalement dégagé de tout obstacle matériel : la propagation s’y fait sans aucune perturbation atmosphérique, environnementale ou autre ; Les deux antennes étant considérées comme seules existantes dans l’atmosphère. Ici, l’impact des obstacles environnants est négligeable et par conséquent, l'affaiblisse- ment du signal est très proche de celui de l'espace libre.
  40. 40. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 24 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO b. Propagation en visibilité Un bond en visibilité est un bond qui, malgré l’absence d’obstacle entre deux antennes, se trouve influencé par les conditions atmosphériques et le voisinage de la terre. La propagation d’une onde électromagnétique en visibilité directe est tributaire : - Des propriétés du milieu de propagation - Des propriétés de la frontière du milieu de propagation Pour ce type de propagation, il faut prendre en compte l’influence de l’atmosphère et de la terre. La présence de la terre et de l'atmosphère apporte diverses physiques : la réflexion (obéit à la loi de DESCARTES), la réfraction, la diffraction, l'absorption que va subir le signal sur l'obstacle. Ces phénomènes peuvent perturber notamment la propagation en espace libre dans certaines circonstances. Ils peuvent également modifier profondément le champ calculé en espace libre. Pour déterminer si la propagation se fait dans des conditions de propagation en visibilité ou non, il convient de considérer les Ellipsoïdes de Fresnel [7]. En effet, l’ellipsoïde de Fresnel est un volume dans l’espace, permettant d’évaluer l’atténuation apportée par un obstacle à la propagation des ondes radio. La méthode de l’ellipsoïde permet de déterminer la région de l'espace où sera véhiculée la plus grande partie de l'énergie du signal. Le schéma et les équations ci-dessous, permettent de décrire et définir la zone de Fresnel pour une liaison FH entre deux (02) points A et B : Figure 8 : Ellipsoïde de Fresnel
  41. 41. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 25 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Ce schéma illustre la région de l’espace où toute l’énergie rayonnée par une antenne émettrice est transmise. Dans ce cas, r représente le rayon de l’ellipsoïde et λ la longueur d’onde. c. Propagation en non visibilité Une liaison est considérée comme étant en non-visibilité lorsque le premier Ellipsoïde de Fresnel n'est pas du tout dégagé. Ce cas se présente, lorsque l'une des extrémités de la liaison est par-delà de l'horizon, de l'autre extrémité où les liaisons sont réalisées avec des ondes décamétriques. Dans ce cas, le signal va subir les phénomènes de réflexion, d'absorption, de diffraction sur l'obstacle. Les ondes hertziennes étant très sensibles aux phénomènes naturels, nous allons citer quelques facteurs influençant la propagation des ondes et des techniques pour y remédier à cela. 7. Facteur influençant la propagation des ondes L'une des méthodes de prévision les plus élaborées pour la conception de liaisons hertziennes en vue directe est donnée par la recommandation UIT-R P.530-8 [4], qui permet de prévoir les paramètres de propagation les plus importants. Au cours de sa propagation, l’onde hertzienne subit principalement trois types d’atténuations:  Celle correspondant à son rayonnement en espace libre, qui est fixe, et toujours présente (de l'ordre de 140 dB en général), et de plus parfois accentuée par la présence d'obstacles.  Celle provenant ensuite des variations aléatoires des conditions climatologiques: guidage, et précipitations (pertes possibles d’une trentaine de dB).  Celles des phénomènes d’interférences, conséquences de la réflexion principale, ou de multi-trajets (pertes possibles d’une trentaine de dB). a. Réfraction atmosphérique Il y a réfraction quand un rayon électromagnétique passe entre deux milieux d’indice de réfraction différent. Ce changement de milieu entraine une direction de l’onde électromagnétique. Pour une forte densité d’indice de
  42. 42. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 26 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO réfraction de l’air, le signal subi une atténuation considérable. La décroissance de l’indice de réfraction avec l’altitude a pour conséquence de courber le faisceau en direction du sol, ce qui adapte mieux la transmission à la courbure terrestre et augmente la portée du faisceau. b. Diffraction Lorsqu'une onde radioélectrique rencontre un obstacle, elle est plus ou moins bien réfléchie par celui-ci. L'onde totale est l'addition de l'onde directe avec l'onde diffractée. Pour minimiser l'effet des diffractions, on évite d'avoir des obstacles dans le premier ellipsoïde de Fresnel. c. Réflexion La réflexion est le phénomène produit lorsqu’une onde radioélectrique rencontre un objet qui le force à changer de direction. Pour éviter ce phénomène, on évite d'avoir une surface réfléchissante dans la première zone de Fresnel entourant le point de réflexion. d. Absorption L'absorption due à l'oxygène et à la vapeur d'eau augmente avec la fréquence. Pour les fréquences inférieures à 15 GHz, on peut la négliger. Au-delà de 20 GHz, l'absorption croît rapidement car la molécule d'eau a une raie de résonance à 22,23 GHz. Les précipitations (pluie, neige, grêle) atténuent également l'onde par dispersion. e. Guidage du faisceau hertzien et précipitations Certaines caractéristiques du milieu propagateur sont « aléatoires ». Pour celles-ci, on a recours à des statistiques climatologiques (par ex. la concentration moyenne en vapeur d’eau). - Atténuations dues aux hydrométéores Pour les FH de fréquence supérieure à 7GHz, les précipitations entraînent des pertes également considérables, d’autant plus que le taux de précipitation (en mm/h) et la fréquence sont élevés. Les données de pluviométrie nécessaires à l'analyse de propagation sont les répartitions d'intensité de précipitation sur une minute pour une
  43. 43. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 27 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO année moyenne. Les données dont nous disposons, à l'échelle de l'Europe, proviennent de deux sources : - Le rapport 563-1 (MOD F) du CCIR [1] qui délimite des zones hydrométéoro- logiques pour lesquelles on donne la répartition des intensités de précipitation pour des pourcentages du temps compris entre 1 et 0,001. Il est alors possible d'établir des courbes d'affaiblissement de propagation pour chacune des zones couvrant l'Europe. - Les cartes établies à l'Université de Bradford pour l'ESA [2] qui donnent les contours de l'intensité des précipitations sur une minute pour différents pourcentages du temps. Ces cartes qui couvrent l'Europe sont beaucoup plus précises que le découpage en zones du CCIR. Ci-dessous une table représentant l’intensité des précipitations dans une zone selon l’ITU Tableau 3 : Zones hydrométéorologiques des Intensités des chutes de pluie dépassées (mm/h) [1] Pour pallier au problème de phénomènes naturels cités plus hauts, des dispositifs peuvent néanmoins être mis en place. 8. Dispositifs de contre-mesure des liaisons hertziennes Des dispositifs permettent d'améliorer la disponibilité et la qualité des liaisons, aussi bien vis-à-vis des aléas de propagation que de la fiabilité des équipements. Il est
  44. 44. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 28 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO par exemple possible de doubler la liaison mais il existe des moyens moins lourds et moins coûteux. 1. Protection Hot Stand-By Il est possible d'opter pour une configuration d'équipement dite de « veille active » (Hot-stand-by), afin de pallier les éventuelles défaillances de matériels. On peut également ajouter une "diversité" : il s'agit d'un deuxième canal distinct à la liaison. A l’émission, en cas de défaillance de l’émetteur, on bascule automatiquement sur un deuxième émetteur, de secours. Celui-ci est donc inactif la majeure partie du temps. En réception, les deux récepteurs reçoivent. L’équipement choisit automatique- ment la voie par laquelle le signal est le meilleur. En cas de panne, l’un des deux che- mins reste toujours disponible, et permet le dépannage sans interruption de la liaison. 2. Diversité de fréquence et d’espace La diversité consiste à multiplier les trajets entre deux points pour ren- forcer la fiabilité de la transmission. En introduisant une diversité, on peut tirer parti des phénomènes d’interférence évoqués plus tôt.  Diversité d'espace : Un des principaux problèmes déjà mentionnés concerne la présence d’un rayon réfléchi en plus du rayon direct qui entraîne la formation d’interférences dans le plan vertical des antennes de réception. La puissance mesurable présente donc des pics de sur-champ et des creux de sous-champ suivant un axe vertical. L’idée est de placer une deuxième antenne de réception distante de la première d’une demi-frange d’interférence, ou d’un multiple impair de celles-ci, de manière à ce que les champs principaux et de diversité soient corrélés en opposition. Le champ combiné permet ainsi de s’affranchir très largement des instabilités du champ dues aux réflexions ou aux tra- jets multiples. Les champs reçus sur chaque antenne sont séparément suivant les fluc- tuations atmosphériques (K). Le champ combiné (maximum des deux) est lissé.  Diversité de fréquence : L’idée est semblable à celle de diversité d’espace. Il s’agit également de combi- ner deux champs dont les déphasages sont complémentaires. On exploite cette fois-ci
  45. 45. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 29 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO les différences de propriétés de propagation des ondes de fréquences voisines. On émet ainsi de façon redondante sur un deuxième couple de fréquences, préférentiellement sur une polarisation croisée.  Choix de la diversité La diversité de fréquence présente l’avantage de ne nécessiter qu’une seule an- tenne. De ce fait, les efforts sur les structures portantes deviennent moindres ; leur taille aussi. En revanche, l’écart optimal en fréquence est fixe (quand les hauteurs d’antenne sont connues). Cette exigence n’est pas toujours compatible avec les plans de fréquence imposés par ailleurs. Elle présente également un rendement spectral faible. La diversité d’espace nécessite deux antennes mais leur taille est souvent moindre. Par ailleurs, la méthode présente l’avantage d’avoir une grande souplesse, et des performances généra- lement supérieures. Après une étude assez détaillé sur les faisceaux hertziens, leur rôle et les facteurs pouvant influencés la propagation des ondes hertziennes, nous nous attarderons à la suite de cette partie, sur les équipements utilisés en transmission par faisceau hertzien, quels sont les paramètres qui permettent de dire si une liaison est faisable, tout ceci en établissant un bilan de liaison radio et un profil de liaison. III. Modèle de propagation 1. Rôle Les modèles de propagation simulent la manière avec laquelle les ondes radio se propagent dans l'environnement d'un point à l'autre. Afin de modéliser exacte- ment le comportement des ondes radio, les caractéristiques de l'environnement telles que la topologie du terrain (par exemple, colline ou appartement) doivent être prises en considération. La couverture au sol telle que les bâtiments et les arbres doit également être expliquée : Un modèle de propagation modélise la manière avec laquelle les ondes radio réagissent aux changements d'altitude et au sursol (réflexion, diffraction, et dispersion). 2. Type de modèle de propagation Les paramètres des modèles de propagation dépendent : - Du terrain, - De la densité des arbres,
  46. 46. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 30 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO - De la hauteur de fixation d’antenne et largeur du faisceau, - De la vitesse du vent, et de la saison (été ou hiver). Les modèles de propagation varient selon que l’émetteur et le récepteur soient ou non en ligne de vue ou en d’autres termes en environnement LOS ou NLOS (voir liste des abréviations). Dans notre cas de figure, nous avons choisi le modèle de FRIIS car c’est le modèle de propagation le plus utilisé en environnement LOS. a. Modèle de l’affaiblissement en espace libre (modèle de FRIIS) [19] Le modèle de l’affaiblissement du parcours espace libre est habituellement le point de référence auquel tous les modèles de propagation prennent origine, il est employé pour déterminer l’affaiblissement de parcours en espace libre. Ce modèle se base sur l’équation de FRIIS qui montre que la puissance reçue chute beaucoup et elle est calculée comme étant la carré de la distance séparent émetteur et récepteur. En environnement LOS ; le modèle Free Space ou modèle de FRIIS est spécifié. L’équation suivante montre les pertes en fonction de la distance : [19] (I.1) Avec : d : distance entre deux antennes dans l’espace libre (m) ; λ : Longueur d’onde (m) ; PL (d) : pertes en espace libre. Ou encore [19] (I. 2) Avec : d : distance en Km, fc : fréquence en MHz. b. Modèle COST 231 Hata [19] Ce modèle est utilisé pour les macros cellules. Il est essentiellement fait pour les fréquences inférieures à 2 GHz.
  47. 47. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 31 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO c. Modèle d’Erceg [19] En environnement NLOS, le modèle adéquat pour prédire ce qu’adviendra au signal lors de sa transmission vers le récepteur est le modèle d’Erceg connu sous le nom « SUI model ». Le modèle d’Erceg est utilisé pour les zones urbaines, sous urbaines et rurales. Il représente une modification du modèle de HATA-OKUMURA [19]. Ce dernier est le modèle de perte de chemin le plus utilisé pour la prédiction de l’intensité du signal et la simulation dans des environnements macros cellulaires. IV. Equipements utilisés en transmission par faisceau hertzien Pour mettre en place une liaison par faisceau hertzien, différents types d’équipements sont utilisés : les équipements utilisés en Indoor et ceux utilisés en Out- door. On parle d’équipement utilisé en InDoor tout équipement se trouvant à l’intérieur d’un local et OutDoor tous ceux présents à l’extérieur c’est-à-dire à l’air libre. 1. Equipements utilisés en InDoor a. Rack FH Le rack est un châssis vertical en acier constitué des trous sur lequel on fixe et installe d’autres équipements de transmission. Il vient en pièce détachée et c’est nous qui l’assemblons afin qu’il soit tenu debout (verticalement). Figure 9 : Schéma illustratif d’un rack FH
  48. 48. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 32 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO b. TRU (Top Rack Unit) L'Unité Supérieure De Support (T.R.U.) rattaché au rack FH et positionné, soit au top du rack, soit en dessous du rack est constitué d’un ensemble de dis- joncteurs montés en série, qui permettront de connecter tous les équipements installés sur le rack, et nécessitant de l’énergie. Le TRU est lui-même alimenté par un courant continu en provenance du système d’alimentation, fonctionnant sur batterie ou via un groupe électrogène. Figure 10 : Schéma d’un TRU c. Système d’alimentation Les systèmes d’alimentations servent à alimenter les BTS, les antennes, le TRU dans un réseau. Ainsi plusieurs sources d’alimentation peuvent être utilisées : le courant en provenance du power supply (générateur électrique), les batteries, les groupes électrogènes ou meme les panneaux solaires d. Chassis MSS (Microwave Service Swicth) C’est un support dans lequel se monte un ensemble de modules utilisés en transmission. Il a pour rôle d’interconnecter ces modules entre eux, de gérer les équipements et joue aussi le rôle de commutation. Il est disponible en deux versions : - MSS-8 composé de 8 slots dont les 2 premières sont dédiés aux modules core et les 6 autres aux modules de transport. - MSS-4 composé de 4 slots dont les 2 premières sont dédiés au module core et les 2 autres au module transport.
  49. 49. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 33 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO A ces différents modules, s’ajoute les cartes de ventilation (FAN Module) qui alimente le châssis. Figure 11 : Schéma d’un Switch à 8 slots Figure 12 : Schéma d’un Switch à 4 slots e. Modules du MSS et leurs rôles · Module Core-E Les modules Core-E comprennent en général six interfaces utilisateur : 4 interfaces Ethernet et 2 interfaces optiques. Il existe deux types de Core : - Carte Core Main C’est la carte principale et centrale de l’équipement. Elle comprend la matrice de connexion transversale, qui met en œuvre tous les cross-connexions entre les modules de transport, entre les ports utilisateur Ethernet. La matrice joue le rôle de commutateur Ethernet. - Carte Core Spare C’est un module optionnel qui permet d’assurer la protection du trafic agrégé et la protection plate-forme de contrôle
  50. 50. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 34 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO Figure 13 : Carte Core-E · Module Transport - Carte MOD300 Elle est utilisée pour interfacer avec une radio ODU300 connecté à l’antenne. - Carte MPT-MC/MPT-HC Cette carte est utilisée pour interfacer avec une radio MPT-HC ou une radio MPT-MC. L'interface de la MPT-HC est une interface de type GbEth (électrique ou optique) avec un câble d'alimentation alors celle de la MPT-MC est une interface GbEth standard trique). Cette carte a pour rôle d’envoyer ou de recevoir des paquets Ethernet vers ou depuis les modules Core-E. - Carte PDH Elle a pour rôle principal l’extraction (encapsulation) des trames TDM (en trame Ethernet) en provenance (ou à destination) de la carte Core. Ella a une capacité maximale de 32 E1. - Carte STM-1 Elle comprend deux interfaces optiques pour les signaux de type STM-1. Elle gère l'encapsulation ou la reconstruction de données SDH et envoie ou reçoit des paquets Ethernet vers ou depuis les modules de Core-E f. Câble MIC Le câble MIC est le support filaire de la liaison PCM (E1). Il est connecté d'une part, au BSC et d'autre part, connecté à l'IDU et à la BTS en passant par le
  51. 51. Conception et implémentation d’un outil de dimensionnement des installations et des équipements utilisés dans les systèmes de transmission par faisceau hertzien 35 Mémoire de fin d’étude d’ingénieur Informatique Options : Réseaux et Télécommunications rédigé et soutenu par Cedric KAYO TSEMO DDF. Le câble MIC est formé de 48 fils conducteurs identifiés selon le plan de repérage des couleurs et traits. 2. Equipements utilisés en OutDoor a. Tours ou pylônes Les tours utilisées ont une structure architecturale en acier. Elles sont utilisées pour établir des liens Microwave. Elles permettent la transmission des données grâce aux antennes installées sur elle. b. ODU L'ODU est l'équipement greffé derrière une antenne et qui a pour fonction d'émettre ou de réceptionner le signal haute fréquence fournit par l'IDU. Il définit la polarisation selon la position. L'ODU de par son nom indique qu'il est placé à l'extérieur du SHELTER (maisonnette servant d'abri pour les équipements du réseau GSM) Il est utilisé pour la transmission de donnée à des fréquences comprises entre 7 et 38 GHz. Il est physiquement constitué des sections suivantes : · La section d'émission : elle permet le traitement du signal en fréquence intermédiaire (FI) reçu de l'IDU, en respectant tout le processus de traitement du signal. Il en ressort donc le signal émission FE que l'antenne est chargée de transmettre. · La section de réception : Le signal réception FR venant de l'antenne passe par l'ODU qui effectue l'opération inverse. Il convertit le signal reçu en signal intermédiaire (FI) et transmet ce signal à l'IDU. · L'alarme et la section de contrôle : En effet les circuits de détection d'alarme sont reliés au processeur de l'ODU .Celui-ci est donc chargé en cas de détection d'erreurs, de les envoyer à l'IDU. c. Câble IF ou câble coaxial Il s'interface entre l'IDU et l'ODU. Il véhicule le signal de fréquence intermédiaire issu du modem. Tous les équipements utilisés en transmission par faisceau hertzien de l’installation jusqu’à l’alimentation peuvent être représentés comme le montre la figure ci-dessous :

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