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MASTER PRO 2 EN TELECOMMUNICATIONS
PLANNIFICATION ET INGENIEURIE
DES RESEAUX DE TELECOMS
Séquence 1 : CONCEPT RADIOMOBILE
Equipe des concepteurs :
- Emmanuel TONYE
- Landry EWOUSSOUA
Le contenu est placé sous licence /creative commons/ de niveau 5 (Paternité, Pas d'utilisation commerciale, Partage des conditions initiales à
l'identique)..
REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Paix - Travail – Patrie
---------------------
UNIVERSITE DE YAOUNDE I
----------------------
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE
----------------------
REPUBLIC OF CAMEROUN
Peace - Work – Fatherland
--------------------
UNIVERSITY OF YAOUNDE I
--------------------
NATIONAL ADVANCED SCHOOL
OF ENGENEERING
--------------------
1
réseaux mobiles
2
Les réseaux cellulaires
n Principe = permettre l ’extension de la zone
géographique couverte et l ’augmentation
du nombre d’utilisateurs
n Caractéristiques :
– liaisons duplex
– E/R omnidirectionnel
– 1 sous-réseau fixe de points d ’accès (cellules)
n Applications
– la téléphonie mobile, les réseaux radio
3
les systèmes grand public
n Systèmes cellulaires
– 1970, développement des systèmes analogiques
n Systèmes sans cordon
– Débute dans les année 80, dépasse le téléphone
fixe
n Messagerie unilatérale
– Débute dans les années 1990, en cours de
disparition
4
n AMPS : Advanced Mobile Phone Service
– USA
n HCMTS : High Capacity Mobile Telephone System
– Japon
n NMT : Nordic Mobile Telephone system
– Pays scandinaves
n Radiocom 2000
– France
n TACS : Total Access
Communications Systems
– Angleterre
n C450
– Allemangne
Etc...
ANALOGIQUE
5
n GSM, DCS, IS95, IS98
– Grand public
n TETRA/TETRAPOL
– Professionnel
n MOBITEX
– WAN
NUMERIQUE
n DECT, PHS
– Sans cordon
n 802.11b
– LAN
6
En savoir plus...
– Radiocommunications
n Wireless Communications, Theodores Rappaport, Prentice Hall
(1996).
n Antennas and propagation for Wireless Communication systems,
Simon Saunders, Wiley (1999).
– Réseaux radio-mobiles
n réseaux radiomobiles, Sami Tabbane, HERMES
n réseaux GSM/DCS, Lagrange, Godlewski & Tabbane, HERMES
– wLAN
n mobile communications, Jochen Schiller, Addison-Wesley (2000)
n Wireless LANs, Jim Geier, SAMS (2001).
7
Plan général
I. Principe des réseaux cellulaires
II. Caractéristiques des ressources radio
III. Partage des ressources
IV.Ingénierie cellulaire
8
– 1. Concepts de base
– 2. Modèle théorique : la grille hexagonal
– 3. Environnement réel
– 4. Synthèse
I- Pincipes des réseaux cellulaires
9
– A) Architecture fixe (core network)
n les faisceaux hertziens
I-1. Concepts de base
10
– Architecture logique (GSM)
EIR
EIR
VLR
VLR
HLR
HLR AUC
AUC
GMSC
GMSC
ISC
ISC
MSC
MSC
OMC
OMC
BSC
BSC
BSC
BSC
I-1. Concepts de base
11
I-1. Concepts de base
n B) Bilan de liaison
– affaiblissement logarithmique
– omnidirectionnel
– symétrique
12
n Propagation, modèles
n bilan de liaison
n affaiblissement en espace libre, avec sol
n Affaiblissements complémentaires
– diffraction, absorption (murs, obstacles, …)
,...)
( f
PL
G
G
P
P R
T
T
R −
+
+
=
)
(
log
20
22
)
,
( 10
λ
d
f
d
PL ⋅
+
=
R
T h
h
d
d
PL log
20
log
20
log
40
)
( −
−
=
I-1. Concepts de base
13
I-1. Concepts de base
n
mW
mW
d
d
d
P
d
P 





⋅
= 0
0 )
(
)
(








⋅
⋅
−
=
0
0 log
10
)
(
)
(
d
d
n
d
P
d
P dBm
dBm
Loi d’affaiblissement
2<n<4
14
I-1. Concepts de base
n C) Seuil de réception
– bruit du récepteur :
– seuil de réception
15
n Propriétés du bruit AWGN lié aux systèmes
électroniques de réception
Puissance du bruit : N=κ.T°.W=N0.W
Marge de réception (SNR) : XdB relativement au bruit
Exple en GSM :
κ=1.38.10-23 J/K
Tk = 290 K (en réf. , T° en Kelvin)
dB
SNR
dBm
nW
N 9
;
120
10 6
≥
−
≈
≥ −
I-1. Concepts de base
16
-90dBm
-120dBm
I-1. Concepts de base
n D) Interférences
17
I-1. Concepts de base
– 2 contraintes
N
I
S
SINR
I
N
C
+
≥
=
+
N
I
S
SNR
N
C
+
⋅
≥
= 2 N
I
S
SIR
I
C
+
⋅
≥
= 2
dB
S
S
N
C
N
I
N 3
+
=
≥ + dB
S
S
I
C
N
I
I 3
+
=
≥ +
Soit en dB :
18
I-1. Concepts de base
n E) Affectation des ressources
– k ressources, N cellules (nœuds)
19
I-1. Concepts de base
n E) Affectation des ressources
– coloriage de graphes, k-couleurs.
20
I-1. Concepts de base
n E) Affectation des ressources
– répartition statique ou dynamique
21
– 1. Concepts de base
– 2. Modèle théorique : la grille hexagonal
– 3. Environnement réel
– 4. Synthèse
I- Principes des réseaux cellulaires
22
I-2. La grille hexagonale
n A) Choix d’un modèle
– problématique :
n théorique = espace libre = isotrope.
n Structure régulière = voisinage homogène
n 1 cellule = k voisines équidistantes
23
I-2. La grille hexagonale
n A) Choix d’un modèle
– solutions :
3-connexité
>12 voisines
4-connexité
>8 voisines
6-connexité
>6 voisines
Positionnement de cercles
avec recouvrement minimal
24
I-2. La grille hexagonale
n B) Zone de service
– hexagonale
n définition :
– le plus fort signal
25
I-2. La grille hexagonale
n C) voisinage
– au sens réseau :
recouvrement (6)
– au sens signal :
brouillage (>6)
26
– 1. Concepts de base
– 2. Modèle théorique : la grille hexagonal
– 3. Environnement réel
– 4. Synthèse
I- Principes des réseaux cellulaires
27
d1
d
d
Reflection Diffraction
Scattering Absorption guided wave
Multiple diffraction
d
d2
d1
d2
d2
d1
d1
©J-F
Wagen
(jean-frederic.wagen@swisscom.com)
I-3 Environnement réel
n A) Effets de propagation
28
C/I>Seuil
Recouvrement
– B) Zone de services de la cellule
I-3 Environnement réel
29
n Définition de la zone de service
– C/N>limite : Pr >Pseuil (-96dBm)
(dépend de la puissance d’émission)
– C/I > limite
I=IIS+IIF+IIC
– distance<dist_max
temps AR.
– BER<limite (<10-3)
définir la QoS
I-3 Environnement réel
30
– C) Graphe associé
n k cellules voisines
– (recouvrement)
n n cellules brouillées
– graphe non régulier,
– zones de services non uniformes
n objectif : se rapprocher d’une répartition
équitable.
I-3 Environnement réel
31
– 1. Concepts de base
– 2. Modèle théorique : la grille hexagonal
– 3. Environnement réel
– 4. Synthèse
I- Principes des réseaux cellulaires
32
– A) modèle théorique de référence : hexagonal
– B) modèle réel est défini par :
n sa zone de service
n sa zone de brouillage ou interférences
n 2 graphes sous-jacent :
– voisinage au sens réseau (recouvrement)
– voisinage au sens signal (interférences)
– C) objectif :
n répartir des ressources de façon optimale
I-4 Synthèse
33
Plan général
I. Principe des réseaux cellulaires
II. Caractéristiques des ressources radio
III. Partage des ressources
IV.Ingénierie cellulaire
34
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio
35
– Exemples d’utilisation de la bande UHF
– Applications :
n diffusion TV
n radiomobiles
n faisceaux hertziens
n satellites
n surveillance radar
n GPS
II-1. Le spectre radio
0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.95 2.1 2.25 2.4 2.55 2.7 2.85 3
f (GHz)
TV (IV, V) GSM DCS
DECT
IMT
36
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio
37
– A) signal en bande de base
n signal bipolaire
n signal M-polaire
II-2. La modulation
1 0 1 0 1 1
10 00 01 00 11 01
Ts=k.Tb
M=2k
Rb=k.Rs
38
– B) Propriétés spectrales
n spectre d’un symbole
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence (MHz)
amplitudes
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
0
0.5
1
temps (µsec)
amplitude
∆f=2/T (lobe principal)
∆f=1/T (lobes secondaires)
II-2. La modulation
39
– B) Propriétés spectrales
n spectre d’un symbole
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence (MHz)
amplitudes
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
0
0.5
1
temps (µsec)
amplitude
∆f=2/T (lobe principal)
∆f=1/T (lobes secondaires)
II-2. La modulation
40
– C) modulation
1 0 1 0 1 1
porteuse
modulant
d’amplitude
de fréquence
de phase
II-2. La modulation
41
– Modulation sur 2 porteuses en quadrature
osc.
sI(t)
mI(t)
sQ(t)
mQ(t)
sRF(t)
90°
( ) ( )
t
f
t
m
t
f
t
m
t
s Q
I
RF 0
0 2
sin
)
(
2
cos
)
(
)
( π
π ⋅
+
⋅
=
Q
I
II-2. La modulation
42
– D) Constellations
( ) ( )
t
f
t
m
t
f
t
m
t
s Q
I
RF 0
0 2
sin
)
(
2
cos
)
(
)
( π
π ⋅
+
⋅
=
II-2. La modulation
43
– Autres représentations
II-2. La modulation
44
– E) Spectre après modulation
m(f)
f0
s(f)
f0
-f0
II-2. La modulation
45
f
f1 f2 f3 f4
Voie 4
f
Voie 3
Voie 2
Voie 1
f1
f2
f3
f4
Canal
– F) Multiplexage fréquentiel
II-2. La modulation
46
La distance entre porteuses est estimée en fonction d’un
taux d ’interférences acceptable
Le taux d’interférences engendre un taux d’erreur variable
en fonction de la modulation choisie
distance ???
II-2. La modulation
47
II-2. La modulation
48
– G) Réduire l’occupation spectrale
-Rs/2 f0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
-4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
0
0.5
1
temps
amplitude
Durée symbole : Ts
Largeur spectrale : infinie
II-2. La modulation
49
– G) Réduire l’occupation spectrale
-4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
0
0.5
1
temps
amplitude
-Rs/2 0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
Durée symbole :
infinie
Largeur spectrale : Rs.
II-2. La modulation
50
– G) Compromis : durée/occupation spectrale
-4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
0
0.5
1
temps
amplitude
-Rs/2 0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
Durée symbole :
infinie
Largeur spectrale : 1,6Rs.
II-2. La modulation
51
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio
52
– A) Le bruit AWGN
n bruit lié aux systèmes électroniques de réception
II-3. Notion de bruit
Puissance du bruit : N=κ.T°.W=N0.W
Energie sur une période : EN=N0.W.Ts
0 T
temps
Remarque : si modulation idéale : Ts=1/W.
alors, EN=N0.
On exprime souvent la qualité d’un système en fonction de Eb/N0.
κ=1.38.10-23 J/K
Tk = 290 K (en réf. , T° en Kelvin)
53
n Pour connaître la capacité de canal, il faut estimer le
rapport signal à bruit : SNR.
– Propriétés du signal en émission :
Puissance d’un symbole émis :
Sk=Ak
2 /2
Energie ‘bit’ reçue :
Eb=Ak
2.Tb /2
0 T
temps
Ak
Rem : tenir compte de l ’affaiblissement de propagation
II-3. Notion de bruit
54
– Taux d ’erreur théorique d ’une BPSK sur un canal AWGN
avec le démodulateur optimal :
( )
2
2
0
2
x
x
e
2
1
)
x
(
p σ
−
−
σ
π
=
CNA
m(t)
n(t)=nI(t)+jnQ(t)
ak âk
∫
T
dt
0
)
1
a
(
P
)
1
a
/
1
â
(
P
)
1
a
(
P
)
1
a
/
1
â
(
P
))
k
(
err
(
P k
k
k
k
k
k −
=
⋅
−
=
=
=
⋅
=
−
=
= +
u
0
( ) ∫
∞
−
⋅
π
=






σ
⋅
=
<
x
u
0
du
e
2
x
erfc
;
2
x
erfc
2
1
)
0
x
(
p
2
II-3. Notion de bruit
55
n Nombre théorique d’états possibles :
– sur 2 porteuses :
II-3. Notion de bruit
SNR
M +
= 1
SNR
M +
=1
'
Q
I
56
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
Eb
/N0
(dB)
BER
probabilité d'erreur
BPSK
QPSK
DPSK
FSK
GMSK
57
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio
58
– A) Capacité de canal : définition
n la capacité d ’un canal est le débit maximal
admissible soit :
– sans erreur (théorique)
– pour un taux d’erreur donnée (pratique)
n la capacité est égale au produit du débit symbole
maximal par le nombre de bits/symbole.
)
max(
)
max( Nb
R
C s ⋅
=
II-4. Capacité de canal
59
– B)Valeur théorique
n La capacité de Canal (Shannon-Hartley) :
– le débit symbole max : Rs=W (symbole=sinus cardinal)
– le nombre de bits par symbole : Nb=log2(1+SNR)
– dans un canal à bruit additif gaussien, il est possible de
trouver une méthode de codage, telle que pour tout
RbóC, la transmission soit sans erreur
( )
SNR
W
C +
⋅
= 1
log2
SNR : rapport des puissances entre signal et bruit
II-4. Capacité de canal
60
– C)Valeur expérimentale
n La capacité de Canal pour un système donné :
– le débit symbole max : Rs ~1,6.W (dépend de la qualité
de la modulation, et des contraintes imposées en terme de
largeur spectrale : bande à -3dB, -10dB, etc...)
– le nombre de bits par symbole dépend du taux d ’erreur
acceptable : Nb=f(SNR) (cf. courbes précédentes)
– La capacité est donnée par le produit des 2.
II-4. Capacité de canal
61
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio
62
– A)Interférences co-canales (spatial)
II-5. Interférences
dB
SIR
I
C
3
+
≥
Icc :
63
– B) Interférences canaux adjacents (fréquentiel)
II-5. Interférences
Ica :
?
64
– C) Interférences inter-symboles (temporel)
II-5. Interférences
Iis :
65
– D) Calcul d’interférences sur 1 cellule
II-5. Interférences
IS
cell
V
s s
j
kj
incell
j
kj
cell
C
s
s
k
k
IS
CA
CC
k
I
I
I
I
I
I
I
I
+








+
+
+
+
=
∑ ∑
∑
∑ ∈ ∈
∈
∈ )
(
)
(
)
(
,
66
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio
67
– A) propriétés
n la capacité d ’un lien radio est limitée par la largeur
de bande du lien et le SNR admissible en réception.
n Le SNR admissible en réception dépend du taux
d ’erreur acceptable et de la modulation choisie.
n Le bruit résulte des propriétés du récepteur
(sensibilité) mais également des interférences
fréquentielles, temporelles et spatiales. L ’ensemble
doit être pris en compte pour déterminer la qualité
du lien radio.
II-6. Synthèse
68
II-6. Synthèse
– B) Exemple
Icc :
69
– C) application : le GSM
n vitesse de modulation Rb=271kb/s.
– (4 états sur 2 porteuses, modulation GMSK)
– occupation spectrale ~200kHz.
n Taux d ’erreur recquis :
– SNR=9dB
II-6. Synthèse
0 2 4 6 8 10 12
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
E
b
/N
0
(dB)
BER
70
– Spectre GSM
-400 -200 0 200 400 f(kHz)
II-6. Synthèse
71
II-6. Synthèse
n Interférences canaux adjacents :
-400 -200 0 200 400
Marges
prévues :
18dB
50dB
72
Plan général
I. Principe des réseaux cellulaires
II. Caractéristiques des ressources radio
III. Partage des ressources
IV.Ingénierie cellulaire
73
– 1. Modes de partage
– 2. Techniques d ’accès multiples
– 3. Cas particulier : CSMA/CA
– 4. Synthèse
III-Partage des ressources
74
– A) Attribution de ressources globales
n la bande de fréquence est choisie en fonction :
– de la portée voulue.
– de la capacité souhaitée.
– GSM : 890-915/935-960 MHz
• (GSM étendu : 880-915MHz, 925-960MHz)
– DCS1800 : 1710-1785/1805-1880 MHz
– DECT : 1880-1900MHz
– wLAN : ISM ~2,4GHz
III-1. Modes de partage
75
– B) Duplexage (voix montantes/descendantes)
n duplexage en fréquence (FDD
: frequency division duplexing)
f
Écart duplex
Intérêt : permet d’éviter les interférences entre lien montant et lien
descendant (signal en réception <<signal en émission)
III-1. Modes de partage
76
n Duplexage en temps (TDD : time division duplexing):
voix montantes/descendantes
t
Partage temporel
Intérêt : un seul canal fréquentiel à gérer
rem : attention aux interférences entre lien montant et lien
descendant
III-1. Modes de partage
77
– C) Partage entre sous-réseaux
n Approche centralisée :
– réserver des ressources spécifiques à différents opérateurs
– GSM, UMTS, IS-95 : bandes spécifiques à chaque
opérateur =multiplexage fréquentiel.
n Approche partagée
– wLAN, DECT : mêmes bandes pour tous.
• Nécessite une technique pour limiter les interférences
( codes aléatoires, saut de fréquence, …).
• Interférences non contrôlables, QoS non garantie.
III-1. Modes de partage
78
n Partage entre opérateurs pour le GSM
(représentation pour les fréquences montantes)
f (MHz)
Itinéris /SFR
890 915
f (MHz)
Itinéris /SFR
890 915
Bouygues
1710 1725
f (MHz)
Itinéris /SFR
890 915
Bouygues
1710 1725
880
sncf
876
f (MHz)
Itinéris /SFR/bouygues
890 915
Bouygues
1710 1725
880
sncf
876
Itinéris /SFR
1755
III-1. Modes de partage
79
– 1. Modes de partage
– 2. Techniques d ’accès multiples
– 3. Cas particulier : CSMA/CA
– 4. Synthèse
III-Partage des ressources
80
– A) Méthodes d ’accès multiples
n 1 bande globale : W ; C=Rs x Nb ; Nb=f(SNR)
– théorique C=2xW (2porteuses, 1 bit/porteuse)
– pratique : W=1,6Rs; C=2/1,6 x W=1,25xW.
• BER~10-4 =>Eb/No=8dB; SNR=9dB.
n On veut partager ce débit global :
– choix parmi : FDMA, TDMA, FTDMA (GSM) ou CDMA
(IS-95, UMTS).
n Critères :
– Maximiser l’utilisation des ressources (bits/s/hertz)
– Gérer le niveau d’interférences
III-2.Accès multiples
81
– FDMA
t
f
P
∆f
T
III-2.Accès multiples
82
– TDMA
t
f
P
BP
∆t
III-2.Accès multiples
83
– F-TDMA
t
f
P
∆f
∆t
III-2.Accès multiples
84
– CDMA
t
f
P
BP
Τ
III-2.Accès multiples
85
– B) FDMA
(Frequency Division Multiple Access)
n découpage de la bande de fréquences en plusieurs
porteuses (1 porteuse par canal).
n avantage : simplicité, proche d ’un système
analogique (radiocom2000).
n Inconvénient majeur : faible utilisation spectrale ou
interférences élevées.
III-2.Accès multiples
86
n Efficacité théorique
W
C=2.W
….
W
C=Nc x C ’=2.W
Nc=W/W’
Même capacité théorique dans les 2 cas
III-2.Accès multiples
87
n Efficacité réelle
W
C=1,25.W
W
C=Nc x 1,25W’
Nc>W/W’
W
Nc<W/W’
III-2.Accès multiples
88
– Conclusion sur du FDMA ‘pur’
n taux d ’interférences important entre porteuses
voisines.
n difficile de faire une planification des fréquences
avec un grand nombre de porteuses.
n mauvaise efficacité d’utilisation du spectre.
III-2.Accès multiples
89
– C) TDMA (Time Division Multiple Access)
n découpage du canal fréquentiel en trames (et slots)
n avantage : 1 seule porteuse, simplifie la partie RF.
n Inconvénients :
– synchronisation temporelle fine
– étalement temporel, délais (mobiles à distance différente).
III-2.Accès multiples
90
n Efficacité théorique
T
C=2.W
….
T
C=Nc x C ’=2.W
Nc=T/Tc
Même capacité théorique dans les 2 cas
III-2.Accès multiples
91
n Efficacité réelle
T
C=1,25.W
C=Nc x Ci<1,25W
T
Nc<T/Ts
Ci=CxTs/T
III-2.Accès multiples
92
– Conclusion sur du TDMA ‘pur’
n Nécessité d ’un temps d ’attente entre slots
– synchronisation
– étalement temporels (échos multiples)
– montée en puissance
n délais constants donc plus la durée slot est courte,
plus l’efficacité est faible
III-2.Accès multiples
93
– D) FTDMA (TDMA)
n Le GSM est un système FTDMA, mais couramment
appelé TDMA
n Définition de canaux fréquentiels à débit largement
supérieur au débit d’une voie.
n Répartition de porteuses par cellule.
n Répartition dans le temps: trames et slots
n applications : GSM, DECT.
III-2.Accès multiples
94
n Regroupement de voies : multiplexage temporel
– augmentation de la cadence d’émission
– si synchronisés : pas d ’interférences entre voies.
– Facile sur lien descendant
– Problème en lien montant (intervalle de garde, ou paramètre
TA, contrôle de puissance)
t
III-2.Accès multiples
95
t
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
Trame
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
1 canal en fréquence = 1 porteuse = 1 fréquence
1 canal physique = 1 slot par trame
1 canal logique = n canaux physiques (ex n=1; n=0,5; n=4,…)
III-2.Accès multiples
96
n sur lien descendant : facile
– pas de problème particulier car 1 seule source
– il faut juste synchroniser les récepteurs
III-2.Accès multiples
97
n sur lien montant : plus difficile
– problème de synchronisation
– problèmes de puissance
III-2.Accès multiples
98
da/c
db/c
A
B
Station
de base
III-2.Accès multiples
99
– E) Exemple : GSM
n largeur totale : 25MHz. Ctheo=50Mb/sec
n canaux fréquentiels : 124c, 200kHz; 271kb/sec
n trames de 8 slots
III-2.Accès multiples
Slot 1 Slot 2 ... Slot i ... Slot 8 Slot 1 ...
trame
burst 546µs
577µs
Données : 58b Données 58b
100
– Capacité réelle
n Débit 1 canal logique 116bit/trame
n Débit 1 canal fréquentiel : 8x116bit/trame
n Débit réel : Di=116/577.10-6~200kb/s
n Capacité globale : 124x200kb/s = 24,8Mb/s
– à comparer à Ctheo=50Mb/sec
n efficacité spectrale : η~1 b/s/Hz
III-2.Accès multiples
101
– F) CDMA (Code Division Multiple Access)
n L’UMTS est un système W-CDMA
n Définition de canaux fréquentiels à débit largement
supérieur au débit d’une voie.
n Répartition de porteuses par cellule.
n Répartition dans le temps: trames et slots
n applications : GSM, DECT.
III-2.Accès multiples
102
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
le codeur CNA
b(t)
osc.
ak
sRF(t)
c(t)
bs(t)
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
III-2.Accès multiples
103
le décodeur
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
b(t)
c(t)
bs(t)
osc.
âk
∫
T
dt
0
III-2.Accès multiples
104
Recherche du maximum de corrélation
III-2.Accès multiples
105
n Propriétés du décodeur simple.
n Sélection du code : connu a-priori ou recherché.
n Synchronisation du code : matching filter.
n Synchronisation de phase : le phaseur utilise une séquence
connue (pilote).
– Toutes ces opérations se font en quasi-temps réel :
n Matching filter : filtre RIF.
n Corrélateur : produit instantané.
n Phaseur : produit instantané.
III-2.Accès multiples
106
– Paramètres du CDMA
n Gain d ’étalement : rapport entre Tc (durée chip) et
durée symbole.
n Capacité théorique = au système de référence
n trouver des codes faiblement corrélés :
– taux de corrélation
n Avec des codes corrélés (grand nombre), il subsiste
une corrélation, i.e. plus on utilise de code plus le
niveau de bruit augmente
III-2.Accès multiples
107
– 1. Modes de partage
– 2. Techniques d ’accès multiples
– 3. Cas particulier : CSMA/CA
– 4. Synthèse
III-Partage des ressources
20/05/2007 108
n Le débit global
n Le débit réel utile en point à point
n quelques configurations ‘types’
III-2.CSMA/CA : 802.11b
109
n Bande de fréquences ISM
– découpage en bandes de fréquences :
2
,
4
0
2
G
H
z
2
,
4
0
3
G
H
z
2
,
4
0
4
G
H
z
2
,
4
0
5
G
H
z
2
,
4
5
4
G
H
z
2
,
4
5
5
G
H
z
2
,
4
8
0
G
H
z
80 MHz
III-2.CSMA/CA : 802.11b
110
n Bande de fréquences
n la BF permet de connaître le débit max en vitesse
«symboles» :
-Rs/2 0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
III-2.CSMA/CA : 802.11b
111
n Le SNR
– le nombre de bits par symbole dépend du SNR.
Bruit récepteur
III-2.CSMA/CA : 802.11b
112
n Les caractéristiques de 802.11
– 1 canal = 1.1 à 2.2Mb/s
– attention aux recouvrements entre canaux
2
,
4
0
2
G
H
z
2
,
4
0
3
G
H
z
2
,
4
0
4
G
H
z
2
,
4
0
5
G
H
z
III-2.CSMA/CA : 802.11b
113
n Le DS-SS (étalement de spectre)
– problème des chemins multiples (fading)
III-2.CSMA/CA : 802.11b
114
n Le DS-SS
– principe
-33-22-11 0 11 22 33
0,01
0,1
1
10
01001000111
Séquence de Barker MHz
III-2.CSMA/CA : 802.11b
115
n Le DS-SS
– conséquences : diminution du nombre de canaux
2
,
4
7
2
G
H
z
13
12
2
,
4
6
7
G
H
z
9
8
2
,
4
5
2
G
H
z
2
,
4
4
7
G
H
z
2
1
2
,
4
1
7
G
H
z
2
,
4
1
2
G
H
z
partiellement
interdits en France =>nov.2002
puiss. limitée à 10mW
Pémission = 100mW
(indoor)
III-2.CSMA/CA : 802.11b
116
n Le DS-SS
13
12
9 11
10
Occupation spectrale
III-2.CSMA/CA : 802.11b
117
n IEEE 802.11b
– 1 ou 2Mb/s : 1Ms/sec; BPSK/QPSK
n 11 chips (Barker)
n plus robuste que 802.11
– 5,5 ou 11 Mb/s : 1,375Ms/sec, QPSK
n 8 chips (CCK)
n meilleur débit que 802.11 pour même couverture
III-2.CSMA/CA : 802.11b
118
n « throughput » (capacité)
– le débit annoncé est égal au débit de tous les bits à
transmettre
– le débit réel (ou utile) est le débit dont l’utilisateur
dispose réellement
– entêtes et paquets de contrôle
– erreurs et retransmission
III-2.CSMA/CA : 802.11b
119
n Poids des entêtes
IEEE802.11b Ethernet
120
n Mesures
121
AP
Carte A
Canal
indifférent
Slot B
vide
1 point d'accès muni
d'une seule carte :
Débit réel mesuré :
2,4 Mbit/s
III-2.CSMA/CA : 802.11b
CSMA : accès partagé
122
1 point d'accès muni de
2 cartes :
même canal
Débit réel mesuré :
3,5 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
10
Réseau
1
Canal
10
Ce n’est plus le même
canal logique,
mais même canal physique
III-2.CSMA/CA : 802.11b
123
1 point d'accès muni de
2 cartes :
canaux 10 et 11
Débit réel mesuré :
1,7 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
11
Réseau
1
Canal
10
Brouillage entre canaux
III-2.CSMA/CA : 802.11b
124
1 point d'accès muni de
2 cartes :
canaux 10 et 12
Débit réel mesuré :
2,2 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
12
Réseau
1
Canal
10
Brouillage entre canaux
III-2.CSMA/CA : 802.11b
125
1 point d'accès muni de
2 cartes :
canaux 10 et 13
Débit réel mesuré :
3,8 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
13
Réseau
1
Canal
10
Indépendance des canaux
III-2.CSMA/CA : 802.11b
126
– 1. Modes de partage
– 2. Techniques d ’accès multiples
– 3. Cas particulier : CSMA/CA
– 4. Quantifier les interférences
n ou compromis efficacité / performances
– 5. Synthèse
III-Partage des ressources
127
– Le partage des ressources permet :
n de partager le spectre radio.
n Ceci se fait au détriment d ’une perte de débit
global, qui doit être minimisé
n En fréquence, limiter la largeur des spectres
n En temps, synchroniser le système, et limiter les
temps « perdus ».
n Par codes, approche plus souple car l ’évolution du
SIR est progressive, mais risques de débordements.
III-2.Accès multiples
128
Plan général
I. Principe des réseaux cellulaires
II. Caractéristiques des ressources radio
III. Partage des ressources
IV.Ingénierie cellulaire
129
– 1. Dimensionnement
– 2. Planification
– 3. Dimensionnement-planification conjointe
IV- Ingénierie cellulaire
130
n A) Estimation des ressources nécessaires (trafic)
– Taux d ’appel µ, durée d ’appel moyen (H)
n intensité de trafic par utilisateur : en Erlang : Au=µ.H
– Densité de population : dh (hab/km2)
n densité de trafic souhaité : A=dh. Au (erlang/km2)
n (faible : 1 erlang, moyenne : 10 erlang, forte : 50 erlang)
– Surface couverte : S
n trafic à assurer : Atot=A.S (en erlang)
– Taux de blocage : % appels bloqués (~2%)
le taux de blocage dépend du nombre de canaux et du trafic.
i.e. le nombre de canaux requis dépend du trafic souhaité
(densité.surface) et du taux de blocage requis.
IV-1. Dimensionnement
131
∑
=
= C
N
n
n
C
Nc
tot
c
n
A
N
A
P
0 !
1
!
1
Les lois d ’Erlang Etude du taux d'erreur en fonction du nombre de canaux fréquences
1 10 100
0.1
1
10
100
Trafic demandé (
Erlang
)
taux
de
blocage
(%)
2
3
4
5
6
7
8
IV-1. Dimensionnement
132
Estimation du nombre de canaux voix
Nb fréquences 1 2 3 4 5 6 7 8
Canaux
physiques
0 8 16 24 32 40 48 56
Nb TCH 0 7 14 21 28 35 42 49
NC=fix(8.(Nf-1)/(1+1/8))
IV-1. Dimensionnement
133
n B) Capacité cellulaire
n Système avec S canaux
n Canaux alloué à un cluster de N cellules
– k canaux par cellule
n Un motif utilise les S=kN canaux
n Motif répété M fois
n Capacité du réseau C=MkN
– Réduire la taille N du cluster, augmente capacité
– Réduire la surface de la cellule, augmente M et donc la capacité
IV-1. Dimensionnement
134
n limite pour une cellule isolée :
– la capacité théorique est limitée par le nombre de
porteuses que l ’on peut lui attribuer (indépendamment du
bruit de voisinage) :
– quelques problèmes
n au mieux 1 fréquence sur 2 (interférences canaux adjacents)
n problèmes de compatibilité : maximum = 8 porteuses
– c ’est une limité intrinsèquement liée à la technique GSM.
n Capacité max : 8 porteuses : 50 canaux voix
IV-1. Dimensionnement
135
n limite pour un groupement de cellules:
– la capacité est limitée par le facteur de réutilisation :
– contrainte majeure :
n les interférences réduisent le nombre de codes disponibles
n Exemple : avec un facteur de réutilisation de 9 (8porteuses/cell),
il faut 72 porteuses, soit ~14,4MHz.
n L ’efficacité spectrale par cellule est de :
13kbit/s par utilisateur (450 par motif), soit : η=0.045 bit/Hz
Pour augmenter la capacité, il faut réduire les interférences, pour diminuer le
facteur de réutilisation permettant alors d’avoir des motifs plus petits.
IV-1. Dimensionnement
136
– 1. Dimensionnement
– 2. Planification
– 3. Dimensionnement-planification conjointe
IV- Ingénierie cellulaire
137
Antennes omnidirectionnelles,
espace libre
Modèle
hexagonal
n
r
d
d
P
P −
= )
(
0
0
IV-2. Planification
138
Pavage hexagonal
IV-2. Planification
139
Clusterisation
IV-2. Planification
140
n Interférence co-canal
n Cellules utilisant le même ensemble de fréquences (ou
temps ou codes)
n rem :impossible de réduire ces interférences en
augmentant la puissance d’émission
∑
=
= 0
i
1
i
i
I
C
I
C
Puissance de la cellule co-canal i
IV-2. Planification
141
n La norme GSM défini des rapports de protection
entre canaux adjacents
Interférences co-canal (fo) C/Ic 9dB
Interférences 1er canal adjacent C/Ia1 -9dB
Interférences 2ième canal adjacent C/Ia1 -41dB
Interférences 3ième canal adjacent C/Ia1 -49dB
Impossible d’utiliser 2 fréquences adjacentes sur la même cellule
en GSM.
Non recommandé pour des fréquences à n+2
Au-delà, négligé la plupart du temps
ACIP : Adjacent Chanel Interference Protection
IV-2. Planification
142
Cellules co-canal
IV-2. Planification
143
– Puissance moyenne reçue
n n est le facteur d’atténuation
n
r
d
d
P
P −
= )
(
0
0
∑
=
−
−
= 0
1
)
(
i
i
n
i
n
D
R
I
C
Estimation du C/I, pire cas :
IV-2. Planification
144
n Facteur de réutilisation (de canal)
n Facteur Q=D/R
n Géométrie hexagonale
– 6 cellules co-canal
– N=i2+ij+j2
1 2 3 4
1 3 7 13 21
2 7 12 19 28
3 13 19 27 37
4 21 28 37 48
IV-2. Planification
145
Exemple : motif à 12 cellules
IV-2. Planification
146
– Facteur de réutilisation co-canal (cellules de
même taille)
n n est le facteur d’atténuation
en milieu urbain n=2 à 4
6
)
3
(
)
/
(
0
n
n
N
i
R
D
I
C
=
=
N 1 3 4 7 9 12 13 19
n=3 C/I -0.6 6,5 8,4 12 13,6 15,5 16 18,5
n=4 C/I 1,75 11 13,8 18,7 20,8 23,3 24 27,3
Rem : marge de 3dB implique N=7 pour n=3
N
R
D
Q 3
=
=
IV-2. Planification
147
– Augmentation de la capacité
méthodes classiques :
n Contrôle de puissance
n Sectorisation
– Utilisation d’antennes directives
n Reuse partitionning
– Superposer deux schémas cellulaires
n Division cellulaire
IV-2. Planification
148
– Saut de fréquence
n lutter contre les évanouissements (fast fading)
trame n-1 trame n trame n+1
t
f
Voix balise
(diversité en fréquence sans redondance)
IV-2. Planification
149
– Contrôle de puissance
– sur lien descendant
Privilégierait les mobiles
distants
IV-2. Planification
150
n sur lien montant
– réduit les interférences
– contrôle de puissance et ‘time advance’
IV-2. Planification
151
Chaque mobile estime le temps
de trajet entre lui et la station de
base et la puissance nécessaire
Émission avancée
IV-2. Planification
152
– 1. Dimensionnement (modèle théo)
n lois d ’Erlang, trafic, taux d ’erreur
n nombre de canaux.
n Modèle hexag
n cas du GSM : détailler les canaux (service + voies)
– 2. Planification
n modèle théo : hexag. : nbre de canaux, facteur de réutilisation, SNR
,influence du paramètre n, …
n approche exp : utilisation de la notion de voisines, méthodes : graphes,
recherche op (heuristiques : recuit, gradient, Tabou, …)
– 3. Dimensionnement-planification conjointe
n déterminer simultanément les positions et paramètres des antennes, et la
répartition des fréq.
IV-2. Planification

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  • 1. MASTER PRO 2 EN TELECOMMUNICATIONS PLANNIFICATION ET INGENIEURIE DES RESEAUX DE TELECOMS Séquence 1 : CONCEPT RADIOMOBILE Equipe des concepteurs : - Emmanuel TONYE - Landry EWOUSSOUA Le contenu est placé sous licence /creative commons/ de niveau 5 (Paternité, Pas d'utilisation commerciale, Partage des conditions initiales à l'identique).. REPUBLIQUE DU CAMEROUN Paix - Travail – Patrie --------------------- UNIVERSITE DE YAOUNDE I ---------------------- ECOLE NATIONALE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE ---------------------- REPUBLIC OF CAMEROUN Peace - Work – Fatherland -------------------- UNIVERSITY OF YAOUNDE I -------------------- NATIONAL ADVANCED SCHOOL OF ENGENEERING --------------------
  • 3. 2 Les réseaux cellulaires n Principe = permettre l ’extension de la zone géographique couverte et l ’augmentation du nombre d’utilisateurs n Caractéristiques : – liaisons duplex – E/R omnidirectionnel – 1 sous-réseau fixe de points d ’accès (cellules) n Applications – la téléphonie mobile, les réseaux radio
  • 4. 3 les systèmes grand public n Systèmes cellulaires – 1970, développement des systèmes analogiques n Systèmes sans cordon – Débute dans les année 80, dépasse le téléphone fixe n Messagerie unilatérale – Débute dans les années 1990, en cours de disparition
  • 5. 4 n AMPS : Advanced Mobile Phone Service – USA n HCMTS : High Capacity Mobile Telephone System – Japon n NMT : Nordic Mobile Telephone system – Pays scandinaves n Radiocom 2000 – France n TACS : Total Access Communications Systems – Angleterre n C450 – Allemangne Etc... ANALOGIQUE
  • 6. 5 n GSM, DCS, IS95, IS98 – Grand public n TETRA/TETRAPOL – Professionnel n MOBITEX – WAN NUMERIQUE n DECT, PHS – Sans cordon n 802.11b – LAN
  • 7. 6 En savoir plus... – Radiocommunications n Wireless Communications, Theodores Rappaport, Prentice Hall (1996). n Antennas and propagation for Wireless Communication systems, Simon Saunders, Wiley (1999). – Réseaux radio-mobiles n réseaux radiomobiles, Sami Tabbane, HERMES n réseaux GSM/DCS, Lagrange, Godlewski & Tabbane, HERMES – wLAN n mobile communications, Jochen Schiller, Addison-Wesley (2000) n Wireless LANs, Jim Geier, SAMS (2001).
  • 8. 7 Plan général I. Principe des réseaux cellulaires II. Caractéristiques des ressources radio III. Partage des ressources IV.Ingénierie cellulaire
  • 9. 8 – 1. Concepts de base – 2. Modèle théorique : la grille hexagonal – 3. Environnement réel – 4. Synthèse I- Pincipes des réseaux cellulaires
  • 10. 9 – A) Architecture fixe (core network) n les faisceaux hertziens I-1. Concepts de base
  • 11. 10 – Architecture logique (GSM) EIR EIR VLR VLR HLR HLR AUC AUC GMSC GMSC ISC ISC MSC MSC OMC OMC BSC BSC BSC BSC I-1. Concepts de base
  • 12. 11 I-1. Concepts de base n B) Bilan de liaison – affaiblissement logarithmique – omnidirectionnel – symétrique
  • 13. 12 n Propagation, modèles n bilan de liaison n affaiblissement en espace libre, avec sol n Affaiblissements complémentaires – diffraction, absorption (murs, obstacles, …) ,...) ( f PL G G P P R T T R − + + = ) ( log 20 22 ) , ( 10 λ d f d PL ⋅ + = R T h h d d PL log 20 log 20 log 40 ) ( − − = I-1. Concepts de base
  • 14. 13 I-1. Concepts de base n mW mW d d d P d P       ⋅ = 0 0 ) ( ) (         ⋅ ⋅ − = 0 0 log 10 ) ( ) ( d d n d P d P dBm dBm Loi d’affaiblissement 2<n<4
  • 15. 14 I-1. Concepts de base n C) Seuil de réception – bruit du récepteur : – seuil de réception
  • 16. 15 n Propriétés du bruit AWGN lié aux systèmes électroniques de réception Puissance du bruit : N=κ.T°.W=N0.W Marge de réception (SNR) : XdB relativement au bruit Exple en GSM : κ=1.38.10-23 J/K Tk = 290 K (en réf. , T° en Kelvin) dB SNR dBm nW N 9 ; 120 10 6 ≥ − ≈ ≥ − I-1. Concepts de base
  • 17. 16 -90dBm -120dBm I-1. Concepts de base n D) Interférences
  • 18. 17 I-1. Concepts de base – 2 contraintes N I S SINR I N C + ≥ = + N I S SNR N C + ⋅ ≥ = 2 N I S SIR I C + ⋅ ≥ = 2 dB S S N C N I N 3 + = ≥ + dB S S I C N I I 3 + = ≥ + Soit en dB :
  • 19. 18 I-1. Concepts de base n E) Affectation des ressources – k ressources, N cellules (nœuds)
  • 20. 19 I-1. Concepts de base n E) Affectation des ressources – coloriage de graphes, k-couleurs.
  • 21. 20 I-1. Concepts de base n E) Affectation des ressources – répartition statique ou dynamique
  • 22. 21 – 1. Concepts de base – 2. Modèle théorique : la grille hexagonal – 3. Environnement réel – 4. Synthèse I- Principes des réseaux cellulaires
  • 23. 22 I-2. La grille hexagonale n A) Choix d’un modèle – problématique : n théorique = espace libre = isotrope. n Structure régulière = voisinage homogène n 1 cellule = k voisines équidistantes
  • 24. 23 I-2. La grille hexagonale n A) Choix d’un modèle – solutions : 3-connexité >12 voisines 4-connexité >8 voisines 6-connexité >6 voisines Positionnement de cercles avec recouvrement minimal
  • 25. 24 I-2. La grille hexagonale n B) Zone de service – hexagonale n définition : – le plus fort signal
  • 26. 25 I-2. La grille hexagonale n C) voisinage – au sens réseau : recouvrement (6) – au sens signal : brouillage (>6)
  • 27. 26 – 1. Concepts de base – 2. Modèle théorique : la grille hexagonal – 3. Environnement réel – 4. Synthèse I- Principes des réseaux cellulaires
  • 28. 27 d1 d d Reflection Diffraction Scattering Absorption guided wave Multiple diffraction d d2 d1 d2 d2 d1 d1 ©J-F Wagen (jean-frederic.wagen@swisscom.com) I-3 Environnement réel n A) Effets de propagation
  • 29. 28 C/I>Seuil Recouvrement – B) Zone de services de la cellule I-3 Environnement réel
  • 30. 29 n Définition de la zone de service – C/N>limite : Pr >Pseuil (-96dBm) (dépend de la puissance d’émission) – C/I > limite I=IIS+IIF+IIC – distance<dist_max temps AR. – BER<limite (<10-3) définir la QoS I-3 Environnement réel
  • 31. 30 – C) Graphe associé n k cellules voisines – (recouvrement) n n cellules brouillées – graphe non régulier, – zones de services non uniformes n objectif : se rapprocher d’une répartition équitable. I-3 Environnement réel
  • 32. 31 – 1. Concepts de base – 2. Modèle théorique : la grille hexagonal – 3. Environnement réel – 4. Synthèse I- Principes des réseaux cellulaires
  • 33. 32 – A) modèle théorique de référence : hexagonal – B) modèle réel est défini par : n sa zone de service n sa zone de brouillage ou interférences n 2 graphes sous-jacent : – voisinage au sens réseau (recouvrement) – voisinage au sens signal (interférences) – C) objectif : n répartir des ressources de façon optimale I-4 Synthèse
  • 34. 33 Plan général I. Principe des réseaux cellulaires II. Caractéristiques des ressources radio III. Partage des ressources IV.Ingénierie cellulaire
  • 35. 34 – 1. Le spectre radio – 2. Principes de modulation – 3. Notion de bruit – 4. Capacité de canal – 5. Interférences – 6. Synthèse II-Caractéristiques des ressources radio
  • 36. 35 – Exemples d’utilisation de la bande UHF – Applications : n diffusion TV n radiomobiles n faisceaux hertziens n satellites n surveillance radar n GPS II-1. Le spectre radio 0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.95 2.1 2.25 2.4 2.55 2.7 2.85 3 f (GHz) TV (IV, V) GSM DCS DECT IMT
  • 37. 36 – 1. Le spectre radio – 2. Principes de modulation – 3. Notion de bruit – 4. Capacité de canal – 5. Interférences – 6. Synthèse II-Caractéristiques des ressources radio
  • 38. 37 – A) signal en bande de base n signal bipolaire n signal M-polaire II-2. La modulation 1 0 1 0 1 1 10 00 01 00 11 01 Ts=k.Tb M=2k Rb=k.Rs
  • 39. 38 – B) Propriétés spectrales n spectre d’un symbole -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 fréquence (MHz) amplitudes -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 0.5 1 temps (µsec) amplitude ∆f=2/T (lobe principal) ∆f=1/T (lobes secondaires) II-2. La modulation
  • 40. 39 – B) Propriétés spectrales n spectre d’un symbole -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 fréquence (MHz) amplitudes -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 0.5 1 temps (µsec) amplitude ∆f=2/T (lobe principal) ∆f=1/T (lobes secondaires) II-2. La modulation
  • 41. 40 – C) modulation 1 0 1 0 1 1 porteuse modulant d’amplitude de fréquence de phase II-2. La modulation
  • 42. 41 – Modulation sur 2 porteuses en quadrature osc. sI(t) mI(t) sQ(t) mQ(t) sRF(t) 90° ( ) ( ) t f t m t f t m t s Q I RF 0 0 2 sin ) ( 2 cos ) ( ) ( π π ⋅ + ⋅ = Q I II-2. La modulation
  • 43. 42 – D) Constellations ( ) ( ) t f t m t f t m t s Q I RF 0 0 2 sin ) ( 2 cos ) ( ) ( π π ⋅ + ⋅ = II-2. La modulation
  • 45. 44 – E) Spectre après modulation m(f) f0 s(f) f0 -f0 II-2. La modulation
  • 46. 45 f f1 f2 f3 f4 Voie 4 f Voie 3 Voie 2 Voie 1 f1 f2 f3 f4 Canal – F) Multiplexage fréquentiel II-2. La modulation
  • 47. 46 La distance entre porteuses est estimée en fonction d’un taux d ’interférences acceptable Le taux d’interférences engendre un taux d’erreur variable en fonction de la modulation choisie distance ??? II-2. La modulation
  • 49. 48 – G) Réduire l’occupation spectrale -Rs/2 f0 Rs/2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 fréquence amplitudes -4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts 0 0.5 1 temps amplitude Durée symbole : Ts Largeur spectrale : infinie II-2. La modulation
  • 50. 49 – G) Réduire l’occupation spectrale -4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts 0 0.5 1 temps amplitude -Rs/2 0 Rs/2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 fréquence amplitudes Durée symbole : infinie Largeur spectrale : Rs. II-2. La modulation
  • 51. 50 – G) Compromis : durée/occupation spectrale -4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts 0 0.5 1 temps amplitude -Rs/2 0 Rs/2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 fréquence amplitudes Durée symbole : infinie Largeur spectrale : 1,6Rs. II-2. La modulation
  • 52. 51 – 1. Le spectre radio – 2. Principes de modulation – 3. Notion de bruit – 4. Capacité de canal – 5. Interférences – 6. Synthèse II-Caractéristiques des ressources radio
  • 53. 52 – A) Le bruit AWGN n bruit lié aux systèmes électroniques de réception II-3. Notion de bruit Puissance du bruit : N=κ.T°.W=N0.W Energie sur une période : EN=N0.W.Ts 0 T temps Remarque : si modulation idéale : Ts=1/W. alors, EN=N0. On exprime souvent la qualité d’un système en fonction de Eb/N0. κ=1.38.10-23 J/K Tk = 290 K (en réf. , T° en Kelvin)
  • 54. 53 n Pour connaître la capacité de canal, il faut estimer le rapport signal à bruit : SNR. – Propriétés du signal en émission : Puissance d’un symbole émis : Sk=Ak 2 /2 Energie ‘bit’ reçue : Eb=Ak 2.Tb /2 0 T temps Ak Rem : tenir compte de l ’affaiblissement de propagation II-3. Notion de bruit
  • 55. 54 – Taux d ’erreur théorique d ’une BPSK sur un canal AWGN avec le démodulateur optimal : ( ) 2 2 0 2 x x e 2 1 ) x ( p σ − − σ π = CNA m(t) n(t)=nI(t)+jnQ(t) ak âk ∫ T dt 0 ) 1 a ( P ) 1 a / 1 â ( P ) 1 a ( P ) 1 a / 1 â ( P )) k ( err ( P k k k k k k − = ⋅ − = = = ⋅ = − = = + u 0 ( ) ∫ ∞ − ⋅ π =       σ ⋅ = < x u 0 du e 2 x erfc ; 2 x erfc 2 1 ) 0 x ( p 2 II-3. Notion de bruit
  • 56. 55 n Nombre théorique d’états possibles : – sur 2 porteuses : II-3. Notion de bruit SNR M + = 1 SNR M + =1 ' Q I
  • 57. 56 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Eb /N0 (dB) BER probabilité d'erreur BPSK QPSK DPSK FSK GMSK
  • 58. 57 – 1. Le spectre radio – 2. Principes de modulation – 3. Notion de bruit – 4. Capacité de canal – 5. Interférences – 6. Synthèse II-Caractéristiques des ressources radio
  • 59. 58 – A) Capacité de canal : définition n la capacité d ’un canal est le débit maximal admissible soit : – sans erreur (théorique) – pour un taux d’erreur donnée (pratique) n la capacité est égale au produit du débit symbole maximal par le nombre de bits/symbole. ) max( ) max( Nb R C s ⋅ = II-4. Capacité de canal
  • 60. 59 – B)Valeur théorique n La capacité de Canal (Shannon-Hartley) : – le débit symbole max : Rs=W (symbole=sinus cardinal) – le nombre de bits par symbole : Nb=log2(1+SNR) – dans un canal à bruit additif gaussien, il est possible de trouver une méthode de codage, telle que pour tout RbóC, la transmission soit sans erreur ( ) SNR W C + ⋅ = 1 log2 SNR : rapport des puissances entre signal et bruit II-4. Capacité de canal
  • 61. 60 – C)Valeur expérimentale n La capacité de Canal pour un système donné : – le débit symbole max : Rs ~1,6.W (dépend de la qualité de la modulation, et des contraintes imposées en terme de largeur spectrale : bande à -3dB, -10dB, etc...) – le nombre de bits par symbole dépend du taux d ’erreur acceptable : Nb=f(SNR) (cf. courbes précédentes) – La capacité est donnée par le produit des 2. II-4. Capacité de canal
  • 62. 61 – 1. Le spectre radio – 2. Principes de modulation – 3. Notion de bruit – 4. Capacité de canal – 5. Interférences – 6. Synthèse II-Caractéristiques des ressources radio
  • 63. 62 – A)Interférences co-canales (spatial) II-5. Interférences dB SIR I C 3 + ≥ Icc :
  • 64. 63 – B) Interférences canaux adjacents (fréquentiel) II-5. Interférences Ica : ?
  • 65. 64 – C) Interférences inter-symboles (temporel) II-5. Interférences Iis :
  • 66. 65 – D) Calcul d’interférences sur 1 cellule II-5. Interférences IS cell V s s j kj incell j kj cell C s s k k IS CA CC k I I I I I I I I +         + + + + = ∑ ∑ ∑ ∑ ∈ ∈ ∈ ∈ ) ( ) ( ) ( ,
  • 67. 66 – 1. Le spectre radio – 2. Principes de modulation – 3. Notion de bruit – 4. Capacité de canal – 5. Interférences – 6. Synthèse II-Caractéristiques des ressources radio
  • 68. 67 – A) propriétés n la capacité d ’un lien radio est limitée par la largeur de bande du lien et le SNR admissible en réception. n Le SNR admissible en réception dépend du taux d ’erreur acceptable et de la modulation choisie. n Le bruit résulte des propriétés du récepteur (sensibilité) mais également des interférences fréquentielles, temporelles et spatiales. L ’ensemble doit être pris en compte pour déterminer la qualité du lien radio. II-6. Synthèse
  • 69. 68 II-6. Synthèse – B) Exemple Icc :
  • 70. 69 – C) application : le GSM n vitesse de modulation Rb=271kb/s. – (4 états sur 2 porteuses, modulation GMSK) – occupation spectrale ~200kHz. n Taux d ’erreur recquis : – SNR=9dB II-6. Synthèse 0 2 4 6 8 10 12 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 E b /N 0 (dB) BER
  • 71. 70 – Spectre GSM -400 -200 0 200 400 f(kHz) II-6. Synthèse
  • 72. 71 II-6. Synthèse n Interférences canaux adjacents : -400 -200 0 200 400 Marges prévues : 18dB 50dB
  • 73. 72 Plan général I. Principe des réseaux cellulaires II. Caractéristiques des ressources radio III. Partage des ressources IV.Ingénierie cellulaire
  • 74. 73 – 1. Modes de partage – 2. Techniques d ’accès multiples – 3. Cas particulier : CSMA/CA – 4. Synthèse III-Partage des ressources
  • 75. 74 – A) Attribution de ressources globales n la bande de fréquence est choisie en fonction : – de la portée voulue. – de la capacité souhaitée. – GSM : 890-915/935-960 MHz • (GSM étendu : 880-915MHz, 925-960MHz) – DCS1800 : 1710-1785/1805-1880 MHz – DECT : 1880-1900MHz – wLAN : ISM ~2,4GHz III-1. Modes de partage
  • 76. 75 – B) Duplexage (voix montantes/descendantes) n duplexage en fréquence (FDD : frequency division duplexing) f Écart duplex Intérêt : permet d’éviter les interférences entre lien montant et lien descendant (signal en réception <<signal en émission) III-1. Modes de partage
  • 77. 76 n Duplexage en temps (TDD : time division duplexing): voix montantes/descendantes t Partage temporel Intérêt : un seul canal fréquentiel à gérer rem : attention aux interférences entre lien montant et lien descendant III-1. Modes de partage
  • 78. 77 – C) Partage entre sous-réseaux n Approche centralisée : – réserver des ressources spécifiques à différents opérateurs – GSM, UMTS, IS-95 : bandes spécifiques à chaque opérateur =multiplexage fréquentiel. n Approche partagée – wLAN, DECT : mêmes bandes pour tous. • Nécessite une technique pour limiter les interférences ( codes aléatoires, saut de fréquence, …). • Interférences non contrôlables, QoS non garantie. III-1. Modes de partage
  • 79. 78 n Partage entre opérateurs pour le GSM (représentation pour les fréquences montantes) f (MHz) Itinéris /SFR 890 915 f (MHz) Itinéris /SFR 890 915 Bouygues 1710 1725 f (MHz) Itinéris /SFR 890 915 Bouygues 1710 1725 880 sncf 876 f (MHz) Itinéris /SFR/bouygues 890 915 Bouygues 1710 1725 880 sncf 876 Itinéris /SFR 1755 III-1. Modes de partage
  • 80. 79 – 1. Modes de partage – 2. Techniques d ’accès multiples – 3. Cas particulier : CSMA/CA – 4. Synthèse III-Partage des ressources
  • 81. 80 – A) Méthodes d ’accès multiples n 1 bande globale : W ; C=Rs x Nb ; Nb=f(SNR) – théorique C=2xW (2porteuses, 1 bit/porteuse) – pratique : W=1,6Rs; C=2/1,6 x W=1,25xW. • BER~10-4 =>Eb/No=8dB; SNR=9dB. n On veut partager ce débit global : – choix parmi : FDMA, TDMA, FTDMA (GSM) ou CDMA (IS-95, UMTS). n Critères : – Maximiser l’utilisation des ressources (bits/s/hertz) – Gérer le niveau d’interférences III-2.Accès multiples
  • 86. 85 – B) FDMA (Frequency Division Multiple Access) n découpage de la bande de fréquences en plusieurs porteuses (1 porteuse par canal). n avantage : simplicité, proche d ’un système analogique (radiocom2000). n Inconvénient majeur : faible utilisation spectrale ou interférences élevées. III-2.Accès multiples
  • 87. 86 n Efficacité théorique W C=2.W …. W C=Nc x C ’=2.W Nc=W/W’ Même capacité théorique dans les 2 cas III-2.Accès multiples
  • 88. 87 n Efficacité réelle W C=1,25.W W C=Nc x 1,25W’ Nc>W/W’ W Nc<W/W’ III-2.Accès multiples
  • 89. 88 – Conclusion sur du FDMA ‘pur’ n taux d ’interférences important entre porteuses voisines. n difficile de faire une planification des fréquences avec un grand nombre de porteuses. n mauvaise efficacité d’utilisation du spectre. III-2.Accès multiples
  • 90. 89 – C) TDMA (Time Division Multiple Access) n découpage du canal fréquentiel en trames (et slots) n avantage : 1 seule porteuse, simplifie la partie RF. n Inconvénients : – synchronisation temporelle fine – étalement temporel, délais (mobiles à distance différente). III-2.Accès multiples
  • 91. 90 n Efficacité théorique T C=2.W …. T C=Nc x C ’=2.W Nc=T/Tc Même capacité théorique dans les 2 cas III-2.Accès multiples
  • 92. 91 n Efficacité réelle T C=1,25.W C=Nc x Ci<1,25W T Nc<T/Ts Ci=CxTs/T III-2.Accès multiples
  • 93. 92 – Conclusion sur du TDMA ‘pur’ n Nécessité d ’un temps d ’attente entre slots – synchronisation – étalement temporels (échos multiples) – montée en puissance n délais constants donc plus la durée slot est courte, plus l’efficacité est faible III-2.Accès multiples
  • 94. 93 – D) FTDMA (TDMA) n Le GSM est un système FTDMA, mais couramment appelé TDMA n Définition de canaux fréquentiels à débit largement supérieur au débit d’une voie. n Répartition de porteuses par cellule. n Répartition dans le temps: trames et slots n applications : GSM, DECT. III-2.Accès multiples
  • 95. 94 n Regroupement de voies : multiplexage temporel – augmentation de la cadence d’émission – si synchronisés : pas d ’interférences entre voies. – Facile sur lien descendant – Problème en lien montant (intervalle de garde, ou paramètre TA, contrôle de puissance) t III-2.Accès multiples
  • 96. 95 t t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Trame t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 1 canal en fréquence = 1 porteuse = 1 fréquence 1 canal physique = 1 slot par trame 1 canal logique = n canaux physiques (ex n=1; n=0,5; n=4,…) III-2.Accès multiples
  • 97. 96 n sur lien descendant : facile – pas de problème particulier car 1 seule source – il faut juste synchroniser les récepteurs III-2.Accès multiples
  • 98. 97 n sur lien montant : plus difficile – problème de synchronisation – problèmes de puissance III-2.Accès multiples
  • 100. 99 – E) Exemple : GSM n largeur totale : 25MHz. Ctheo=50Mb/sec n canaux fréquentiels : 124c, 200kHz; 271kb/sec n trames de 8 slots III-2.Accès multiples Slot 1 Slot 2 ... Slot i ... Slot 8 Slot 1 ... trame burst 546µs 577µs Données : 58b Données 58b
  • 101. 100 – Capacité réelle n Débit 1 canal logique 116bit/trame n Débit 1 canal fréquentiel : 8x116bit/trame n Débit réel : Di=116/577.10-6~200kb/s n Capacité globale : 124x200kb/s = 24,8Mb/s – à comparer à Ctheo=50Mb/sec n efficacité spectrale : η~1 b/s/Hz III-2.Accès multiples
  • 102. 101 – F) CDMA (Code Division Multiple Access) n L’UMTS est un système W-CDMA n Définition de canaux fréquentiels à débit largement supérieur au débit d’une voie. n Répartition de porteuses par cellule. n Répartition dans le temps: trames et slots n applications : GSM, DECT. III-2.Accès multiples
  • 103. 102 0 1 2 3 4 5 6 7 -1 0 1 le codeur CNA b(t) osc. ak sRF(t) c(t) bs(t) 0 1 2 3 4 5 6 7 -1 0 1 III-2.Accès multiples
  • 104. 103 le décodeur 0 1 2 3 4 5 6 7 -1 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 -1 0 1 b(t) c(t) bs(t) osc. âk ∫ T dt 0 III-2.Accès multiples
  • 105. 104 Recherche du maximum de corrélation III-2.Accès multiples
  • 106. 105 n Propriétés du décodeur simple. n Sélection du code : connu a-priori ou recherché. n Synchronisation du code : matching filter. n Synchronisation de phase : le phaseur utilise une séquence connue (pilote). – Toutes ces opérations se font en quasi-temps réel : n Matching filter : filtre RIF. n Corrélateur : produit instantané. n Phaseur : produit instantané. III-2.Accès multiples
  • 107. 106 – Paramètres du CDMA n Gain d ’étalement : rapport entre Tc (durée chip) et durée symbole. n Capacité théorique = au système de référence n trouver des codes faiblement corrélés : – taux de corrélation n Avec des codes corrélés (grand nombre), il subsiste une corrélation, i.e. plus on utilise de code plus le niveau de bruit augmente III-2.Accès multiples
  • 108. 107 – 1. Modes de partage – 2. Techniques d ’accès multiples – 3. Cas particulier : CSMA/CA – 4. Synthèse III-Partage des ressources
  • 109. 20/05/2007 108 n Le débit global n Le débit réel utile en point à point n quelques configurations ‘types’ III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 110. 109 n Bande de fréquences ISM – découpage en bandes de fréquences : 2 , 4 0 2 G H z 2 , 4 0 3 G H z 2 , 4 0 4 G H z 2 , 4 0 5 G H z 2 , 4 5 4 G H z 2 , 4 5 5 G H z 2 , 4 8 0 G H z 80 MHz III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 111. 110 n Bande de fréquences n la BF permet de connaître le débit max en vitesse «symboles» : -Rs/2 0 Rs/2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 fréquence amplitudes III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 112. 111 n Le SNR – le nombre de bits par symbole dépend du SNR. Bruit récepteur III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 113. 112 n Les caractéristiques de 802.11 – 1 canal = 1.1 à 2.2Mb/s – attention aux recouvrements entre canaux 2 , 4 0 2 G H z 2 , 4 0 3 G H z 2 , 4 0 4 G H z 2 , 4 0 5 G H z III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 114. 113 n Le DS-SS (étalement de spectre) – problème des chemins multiples (fading) III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 115. 114 n Le DS-SS – principe -33-22-11 0 11 22 33 0,01 0,1 1 10 01001000111 Séquence de Barker MHz III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 116. 115 n Le DS-SS – conséquences : diminution du nombre de canaux 2 , 4 7 2 G H z 13 12 2 , 4 6 7 G H z 9 8 2 , 4 5 2 G H z 2 , 4 4 7 G H z 2 1 2 , 4 1 7 G H z 2 , 4 1 2 G H z partiellement interdits en France =>nov.2002 puiss. limitée à 10mW Pémission = 100mW (indoor) III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 117. 116 n Le DS-SS 13 12 9 11 10 Occupation spectrale III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 118. 117 n IEEE 802.11b – 1 ou 2Mb/s : 1Ms/sec; BPSK/QPSK n 11 chips (Barker) n plus robuste que 802.11 – 5,5 ou 11 Mb/s : 1,375Ms/sec, QPSK n 8 chips (CCK) n meilleur débit que 802.11 pour même couverture III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 119. 118 n « throughput » (capacité) – le débit annoncé est égal au débit de tous les bits à transmettre – le débit réel (ou utile) est le débit dont l’utilisateur dispose réellement – entêtes et paquets de contrôle – erreurs et retransmission III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 120. 119 n Poids des entêtes IEEE802.11b Ethernet
  • 122. 121 AP Carte A Canal indifférent Slot B vide 1 point d'accès muni d'une seule carte : Débit réel mesuré : 2,4 Mbit/s III-2.CSMA/CA : 802.11b CSMA : accès partagé
  • 123. 122 1 point d'accès muni de 2 cartes : même canal Débit réel mesuré : 3,5 Mbit/s AP Carte B Carte A Réseau 2 Canal 10 Réseau 1 Canal 10 Ce n’est plus le même canal logique, mais même canal physique III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 124. 123 1 point d'accès muni de 2 cartes : canaux 10 et 11 Débit réel mesuré : 1,7 Mbit/s AP Carte B Carte A Réseau 2 Canal 11 Réseau 1 Canal 10 Brouillage entre canaux III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 125. 124 1 point d'accès muni de 2 cartes : canaux 10 et 12 Débit réel mesuré : 2,2 Mbit/s AP Carte B Carte A Réseau 2 Canal 12 Réseau 1 Canal 10 Brouillage entre canaux III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 126. 125 1 point d'accès muni de 2 cartes : canaux 10 et 13 Débit réel mesuré : 3,8 Mbit/s AP Carte B Carte A Réseau 2 Canal 13 Réseau 1 Canal 10 Indépendance des canaux III-2.CSMA/CA : 802.11b
  • 127. 126 – 1. Modes de partage – 2. Techniques d ’accès multiples – 3. Cas particulier : CSMA/CA – 4. Quantifier les interférences n ou compromis efficacité / performances – 5. Synthèse III-Partage des ressources
  • 128. 127 – Le partage des ressources permet : n de partager le spectre radio. n Ceci se fait au détriment d ’une perte de débit global, qui doit être minimisé n En fréquence, limiter la largeur des spectres n En temps, synchroniser le système, et limiter les temps « perdus ». n Par codes, approche plus souple car l ’évolution du SIR est progressive, mais risques de débordements. III-2.Accès multiples
  • 129. 128 Plan général I. Principe des réseaux cellulaires II. Caractéristiques des ressources radio III. Partage des ressources IV.Ingénierie cellulaire
  • 130. 129 – 1. Dimensionnement – 2. Planification – 3. Dimensionnement-planification conjointe IV- Ingénierie cellulaire
  • 131. 130 n A) Estimation des ressources nécessaires (trafic) – Taux d ’appel µ, durée d ’appel moyen (H) n intensité de trafic par utilisateur : en Erlang : Au=µ.H – Densité de population : dh (hab/km2) n densité de trafic souhaité : A=dh. Au (erlang/km2) n (faible : 1 erlang, moyenne : 10 erlang, forte : 50 erlang) – Surface couverte : S n trafic à assurer : Atot=A.S (en erlang) – Taux de blocage : % appels bloqués (~2%) le taux de blocage dépend du nombre de canaux et du trafic. i.e. le nombre de canaux requis dépend du trafic souhaité (densité.surface) et du taux de blocage requis. IV-1. Dimensionnement
  • 132. 131 ∑ = = C N n n C Nc tot c n A N A P 0 ! 1 ! 1 Les lois d ’Erlang Etude du taux d'erreur en fonction du nombre de canaux fréquences 1 10 100 0.1 1 10 100 Trafic demandé ( Erlang ) taux de blocage (%) 2 3 4 5 6 7 8 IV-1. Dimensionnement
  • 133. 132 Estimation du nombre de canaux voix Nb fréquences 1 2 3 4 5 6 7 8 Canaux physiques 0 8 16 24 32 40 48 56 Nb TCH 0 7 14 21 28 35 42 49 NC=fix(8.(Nf-1)/(1+1/8)) IV-1. Dimensionnement
  • 134. 133 n B) Capacité cellulaire n Système avec S canaux n Canaux alloué à un cluster de N cellules – k canaux par cellule n Un motif utilise les S=kN canaux n Motif répété M fois n Capacité du réseau C=MkN – Réduire la taille N du cluster, augmente capacité – Réduire la surface de la cellule, augmente M et donc la capacité IV-1. Dimensionnement
  • 135. 134 n limite pour une cellule isolée : – la capacité théorique est limitée par le nombre de porteuses que l ’on peut lui attribuer (indépendamment du bruit de voisinage) : – quelques problèmes n au mieux 1 fréquence sur 2 (interférences canaux adjacents) n problèmes de compatibilité : maximum = 8 porteuses – c ’est une limité intrinsèquement liée à la technique GSM. n Capacité max : 8 porteuses : 50 canaux voix IV-1. Dimensionnement
  • 136. 135 n limite pour un groupement de cellules: – la capacité est limitée par le facteur de réutilisation : – contrainte majeure : n les interférences réduisent le nombre de codes disponibles n Exemple : avec un facteur de réutilisation de 9 (8porteuses/cell), il faut 72 porteuses, soit ~14,4MHz. n L ’efficacité spectrale par cellule est de : 13kbit/s par utilisateur (450 par motif), soit : η=0.045 bit/Hz Pour augmenter la capacité, il faut réduire les interférences, pour diminuer le facteur de réutilisation permettant alors d’avoir des motifs plus petits. IV-1. Dimensionnement
  • 137. 136 – 1. Dimensionnement – 2. Planification – 3. Dimensionnement-planification conjointe IV- Ingénierie cellulaire
  • 141. 140 n Interférence co-canal n Cellules utilisant le même ensemble de fréquences (ou temps ou codes) n rem :impossible de réduire ces interférences en augmentant la puissance d’émission ∑ = = 0 i 1 i i I C I C Puissance de la cellule co-canal i IV-2. Planification
  • 142. 141 n La norme GSM défini des rapports de protection entre canaux adjacents Interférences co-canal (fo) C/Ic 9dB Interférences 1er canal adjacent C/Ia1 -9dB Interférences 2ième canal adjacent C/Ia1 -41dB Interférences 3ième canal adjacent C/Ia1 -49dB Impossible d’utiliser 2 fréquences adjacentes sur la même cellule en GSM. Non recommandé pour des fréquences à n+2 Au-delà, négligé la plupart du temps ACIP : Adjacent Chanel Interference Protection IV-2. Planification
  • 144. 143 – Puissance moyenne reçue n n est le facteur d’atténuation n r d d P P − = ) ( 0 0 ∑ = − − = 0 1 ) ( i i n i n D R I C Estimation du C/I, pire cas : IV-2. Planification
  • 145. 144 n Facteur de réutilisation (de canal) n Facteur Q=D/R n Géométrie hexagonale – 6 cellules co-canal – N=i2+ij+j2 1 2 3 4 1 3 7 13 21 2 7 12 19 28 3 13 19 27 37 4 21 28 37 48 IV-2. Planification
  • 146. 145 Exemple : motif à 12 cellules IV-2. Planification
  • 147. 146 – Facteur de réutilisation co-canal (cellules de même taille) n n est le facteur d’atténuation en milieu urbain n=2 à 4 6 ) 3 ( ) / ( 0 n n N i R D I C = = N 1 3 4 7 9 12 13 19 n=3 C/I -0.6 6,5 8,4 12 13,6 15,5 16 18,5 n=4 C/I 1,75 11 13,8 18,7 20,8 23,3 24 27,3 Rem : marge de 3dB implique N=7 pour n=3 N R D Q 3 = = IV-2. Planification
  • 148. 147 – Augmentation de la capacité méthodes classiques : n Contrôle de puissance n Sectorisation – Utilisation d’antennes directives n Reuse partitionning – Superposer deux schémas cellulaires n Division cellulaire IV-2. Planification
  • 149. 148 – Saut de fréquence n lutter contre les évanouissements (fast fading) trame n-1 trame n trame n+1 t f Voix balise (diversité en fréquence sans redondance) IV-2. Planification
  • 150. 149 – Contrôle de puissance – sur lien descendant Privilégierait les mobiles distants IV-2. Planification
  • 151. 150 n sur lien montant – réduit les interférences – contrôle de puissance et ‘time advance’ IV-2. Planification
  • 152. 151 Chaque mobile estime le temps de trajet entre lui et la station de base et la puissance nécessaire Émission avancée IV-2. Planification
  • 153. 152 – 1. Dimensionnement (modèle théo) n lois d ’Erlang, trafic, taux d ’erreur n nombre de canaux. n Modèle hexag n cas du GSM : détailler les canaux (service + voies) – 2. Planification n modèle théo : hexag. : nbre de canaux, facteur de réutilisation, SNR ,influence du paramètre n, … n approche exp : utilisation de la notion de voisines, méthodes : graphes, recherche op (heuristiques : recuit, gradient, Tabou, …) – 3. Dimensionnement-planification conjointe n déterminer simultanément les positions et paramètres des antennes, et la répartition des fréq. IV-2. Planification