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Timestamp: 2017-06-27 12:16:56+00:00

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Planification Radio d'Un Reseau 3G - Documents
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M. BENYAHIA Tarek M.LAMARI Salim M. BENSAADA Lakhdar Chargé de cours à l’ITO M.KOUADRI Houari RF Planning engineer. Mobilis M.SIDI ALI MEBAREK Zerrouk Président Chargé de cours à l’ITO M.MEKALICHE Lahouari Examinateur Chargé de cours à l’ITO (Directeur de l’institut). M.MOKRAB Saïd Examinateur Chef du département optimisation. Direction régionale Oran. Mobilis. d’état en télécommunications Ministère de la poste et des technologies de l’information et de la communication Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Institut des télécommunications d’Oran Abdelhafidh boussouf JUIN 2008 Sommaire Planification radio d’un réseau 3G Sommaire Introduction Générale ....................................................................................................................................... 1 1‐Caractéristiques d’un système 3G ............................................................................................................... 2 1.1‐ Début de la normalisation .................................................................................................................... 2 1.2‐ Services ................................................................................................................................................. 3 Services Proposés par un réseau UMTS : ............................................................................................... 3 1.3‐ Architecture du réseau ......................................................................................................................... 4 1.3.1 Le réseau cœur (CN : core network) ............................................................................................. 4 1.3.2 Le réseau d’accès UTRAN (UMTS terrestrial radio access network) .......................................... 6 1.4 WCDMA dans l’UMTS ............................................................................................................................. 8 Pourquoi le WCDMA ? .............................................................................................................................. 9 L’étalement du spectre ............................................................................................................................ 9 1.5 Protocoles et canaux de l’interface radio ........................................................................................... 11 1.5.1 Description des différents canaux ............................................................................................... 12 1.5.2 Description et fonctions des couches protocolaires .................................................................. 14 2.1 Introduction ............................................................................................................................................. 17 2.2 Canal de propagation radio ..................................................................................................................... 17 2.2.1 Mécanismes de propagation ............................................................................................................ 17 2.2.2 Effet des trajets multiples et ses conséquences ............................................................................. 18 2.2.3 Modèles de propagation ................................................................................................................... 18 2.3 Gestion de la mobilité .............................................................................................................................. 20 2.3.1 La macrodiversité ............................................................................................................................. 20 2.3.2 La relocalisation de SRNC ................................................................................................................ 20 2.3.3 La resélection de cellule ................................................................................................................... 20 2.3.4 Le Handover ..................................................................................................................................... 20 Les causes du Handover ........................................................................................................................ 21 Les étapes d’une procédure de Handover ............................................................................................ 21 Types de cellules impliquées dans le Handover .................................................................................. 21 Types du Handover ................................................................................................................................ 22 2.4 Contrôle de puissance ............................................................................................................................. 24 2.4.1 Contrôle de puissance en boucle ouverte ....................................................................................... 24 2.4.2 Puissance d’émission des canaux communs de la liaison descendante (DL) .............................. 25 2.4.3 Contrôle de puissance en boucle fermée interne ........................................................................... 25 2.4.4 Contrôle de puissance en boucle fermée externe .......................................................................... 26 Sommaire Planification radio d’un réseau 3G Introduction : ................................................................................................................................................. 27 3.1 Dimensionnement ................................................................................................................................... 28 3.1.1 Dimensionnement par couverture : ................................................................................................ 28 Bilan de liaison ....................................................................................................................................... 28 Rayon de couverture.............................................................................................................................. 31 Estimation du nombre de sites ............................................................................................................. 32 3.1.2 Dimensionnement par capacité ....................................................................................................... 32 3.1.3 Nombre de RNCs ............................................................................................................................... 34 3.2 Planification détaillée .............................................................................................................................. 35 3.2.1 Distribution des sites sur la carte .................................................................................................... 35 3.2.2 Planification des fréquences ............................................................................................................ 36 3.2.3 Planification des codes : ................................................................................................................... 36 3.2.4 Planification des puissances ........................................................................................................... 36 3.2.5 Utilisation d’un outil logiciel de planification ................................................................................. 37 Exécution des calculs ............................................................................................................................. 37 3.3 Optimisation initiale : .............................................................................................................................. 37 3.3.1 Amélioration de la qualité radio ...................................................................................................... 38 3.3.2 Extension par des modifications de configuration ........................................................................ 40 3.3.3 Extension par l’ajout de sites .......................................................................................................... 41 3.3.4 Amélioration potentielle .................................................................................................................. 41 4.1 Présentation générale du logiciel .............................................................................................................. 41 4.2 Etapes suivies dans un projet de planification d’un réseau UMTS ........................................................... 42 4.3 Préparation des données .......................................................................................................................... 42 4.4 Etudes de prédiction .................................................................................................................................. 47 4.5 Analyse ponctuelle .................................................................................................................................... 48 4.6 Allocation automatique des codes d’embrouillage .................................................................................. 50 4.7 Conclusion ................................................................................................................................................. 51 Conclusion générale ........................................................................................................................................ 51 Annexe A : Structure de la trame en WCDMA .............................................................................................. 52 Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Uplink ................ 52 Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Downlink .......... 52 Annexe B .......................................................................................................................................................... 53 Procédure du Soft Handover, Ajout d’un lien ................................................................................................. 53 Bibliographie ................................................................................................................................................... 54 Acronymes ....................................................................................................................................................... 55 Introduction générale Planification radio d’un réseau 3G 1
Introduction Générale Le domaine de la téléphonie mobile a connu un formidable essor dans le monde entier. L’explosion du trafic des réseaux internet et le besoin des services supplémentaires tels que la vidéoconférence témoignent d’un développement rapide des services multimédia comparables à ceux offerts par les infrastructures existantes des réseaux d’opérateurs fixes. Le passage des réseaux de deuxième génération aux réseaux dits de troisième génération s’avère inévitable. Ce passage est accompagné d’une révolution dans la technique d’accès : le choix du WCDMA pour garantir les besoins en débit. Les données forment la majorité du trafic écoulé dans un réseau 3G, par conséquent, des scénarios de trafic mixte doivent être considérés ce qui augmente la complexité de la gestion des ressources radio. L’Algérie qui fait d’importants progrès dans le domaine des TIC se prépare à introduire la technologie de téléphonie mobile de 3ème génération. On attend que l’ARPT accorde les licences d’exploitation aux opérateurs. L’opérateur étatique Mobilis s’apprête donc par un projet pilote à se lancer dans une course à la concurrence attendue. Notre projet consiste à réaliser la première phase par laquelle tout opérateur doit passer et qui est la planification cellulaire du réseau d’accès. Visant à garantir une couverture optimale pour les deux modes PS et CS, cette étape est d’une importance majeure puisque toute tentative d’optimisation se base sur une bonne planification. Ce mémoire représente un guide efficace pour la planification d’un réseau 3G : commençant par une présentation de la technologie UMTS, des mécanismes de gestion de la ressource radio intervenant dans la planification seront ensuite exposés. Enfin, une planification détaillée de la ville d’Oran pour l’opérateur Mobilis est réalisée à l’aide d’un outil logiciel puissant ‘Atoll’. Cette étude nous permettra d’élargir nos connaissances sur les réseaux 3G, de toucher de près le travail d’équipe et de profiter de la maîtrise de l’outil de planification Atoll. Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 2
1­Caractéristiques d’un système 3G 1.1­ Début de la normalisation La seconde génération de la téléphonie mobile était une normalisation internationale mais par région (GSM en Europe, IS-95 aux états unis et PHS au Japon). Les instances de normalisation se sont ensuite tournées vers un système unique de 3ème génération : l’International Mobile Telecommunications IMT2000 dont l’idée fondatrice était d’intégrer tous les systèmes 2G en un seul réseau et de lui adjoindre des capacités multimédia (haut débit pour les données). IMT2000 ne correspond pas à une interface de communication unique mais à un ensemble de systèmes comprenant plusieurs interfaces plus ou moins compatibles entre elles (UMTS, CDMA2000 et UWC-136). Les organismes régionaux de normalisation ont commencé leurs travaux sur l’IMT2000 séparément, mais comme c’est les même constructeurs qui interviennent au sein de l’ETSI en Europe et de l’ARIB au Japon, une coopération a été créée entre ces deux organismes, le T1 américain, la TTA Coréenne et le CWTS Chinois donnant naissance au 3GPP (3rd Generation Partnership Group) pour travailler à une solution unique qui sera proposée à l’UIT. Variante 3G Accès radio Commutation Base en 2G 3G (US) WCDMA, EDGE, CDMA2000 IS-41 IS-95, GSM1900,TDMA 3G (Europe) WCDMA, EDGE NSS du GSM avancé + Coeur paquet GSM900/1800 3G (Japan) WCDMA NSS du GSM avancé + Coeur paquet PDC Tableau 1. 1 : Les variantes de la 3G La nomination 3G vient de la décision du 3GPP, sous le nom officiel ‘‘3GPP System’’. Ce nom doit être suivi par un numéro de version ou Release décrivant différentes spécifications. Avec cette logique la première version européenne de l’UMTS était appelée ‘‘3GPP System Release 99’’introduite en 1999 et satisfaisant toutes les exigences technologiques de l’IMT 2000 : couche physique flexible pour l’introduction de nouveaux services, débit jusqu’à 2Mbps, et la prise en charge du mode paquets. Après le R99, vient la R4 (mars 2001) caractérisée essentiellement par la séparation des plans contrôle et usager dans le MSC (mode circuit). La R5 fut créée en mars 2002 avec la HSDPA qui a fait augmenter le débit au-delà de 10Mbps (avec WCDMA de 5 Mhz). Mais malgré cela, la nomination IMT 2000 reste toujours utilisée. Le choix du système 3G comprend plusieurs facteurs : - facteurs techniques : fourniture des débits demandés et performance du réseau ; - facteurs politiques : les organismes de normalisation doivent parvenir à un accord et prendre en compte les spécifications régionales ; - facteurs commerciaux : les investissements des opérateurs dans les systèmes existants imposent que les systèmes 3G soient compatibles avec les systèmes 2G. Les principales recommandations et caractéristiques à respecter étaient : - Un débit (en mobilité) de 144kbits/s au minimum pouvant atteindre 2Mbits/s dans certaines zones (de mobilité limitée) ; - Haute efficacité spectrale et grande capacité par rapport aux systèmes 2G; - Haute flexibilité pour permettre aisément l’introduction de nouveaux services ; - Apport d’amélioration sur tous les plans par rapports aux systèmes 2G, cependant le système doit assurer dans son début une interopérabilité avec les réseaux d’accès radio de 2ème génération; - Services utilisant la technique à commutation de circuits et à commutation de paquets ; Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 3
- Les services offerts aux usagers doivent être indépendants de la technologie d’accès radio et de l’infrastructure du réseau. Allocation du spectre Pour implémenter ces réseaux de la 3G, il faut leur allouer un spectre, cela était réalisé en 1992, par le WARC (World Administrative Radio Conference) de l’UIT, et ce suivant la figure 1.1. Figure 1. 1 Allocation du spectre dans la 3G 1.2­ Services L’utilisateur final est moins sensible aux améliorations techniques que peut représenter la mise en place du réseau qu’aux services que celui-ci peut lui procurer. De point de vue services, la différence remarquable est que le débit est plus élevé en UMTS, mais aussi la possibilité d’établir et de maintenir plusieurs connexions simultanément. L’offre de services ne sera plus limitée aux opérateurs, mais des tiers (fournisseurs de services) peuvent aussi le faire, ainsi l’éventail de services sera théoriquement illimité. L’équipement usager (UE pour User Equipment) est le vecteur qui permet à l’abonné d’accéder au service. Les UEs sont classés en fonction de leurs puissances d’émission en 4classes pour des puissances allant de 21dBm à 33dBm, en fonction de leurs capacités radio (technologie radio, débit maximum que l’UE peut offrir dans la voie montante et dans la voie descendante, support ou non du mode compressé...) et en fonction de la manière avec laquelle ils basculent entre les modes GSM/UMTS s’ils ont la fonctionnalité ‘Bimodes’. Ces caractéristiques sont signalées au réseau lors de l’établissement d’une connexion pour lui permettre de connaître les services supportés par le terminal mobile. Services Proposés par un réseau UMTS : Services standardisés (services de base) : - Service support (bearer) : services permettant d’acheminer des signaux entre deux points pour le transport de l’information liée à un service. Ses propriétés (orienté connexion ou non, point-à-point ou point-
à-multipoint...) sont choisies suivant la capacité nécessaire et la qualité de l’information à transmettre. Si la communication est à commutation de circuits, le bearer doit être dédié pendant toute sa durée. En UMTS il est possible de gérer les services support de manière dynamique et cela représente une des principales différences avec le GSM ; - Téléservices : portés par les services support, ils proposent une offre complète pour la transmission de l’information. Ce sont des services hérités des systèmes 2G et 2.5G comme la transmission de la voix, le service de messages courts SMS et multimédia MMS et le service de transmission de fax. Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 4
-Services supplémentaires : ceux-ci aussi sont déjà connus, par exemple le renvoi d’appel, l’identification du numéro, conférence et restriction d’appel. Services non standardisés : Ce sont des services ou applications développés à partir des ‘capacités de services’. Pour rendre flexible l’innovation et la diversification des services autres que les services de base, la normalisation touche plutôt les ‘capacité de services’ : les services support, une architecture générique pour le développement, et trois outils normalisés déjà connus pour la création de services qui sont : -MExE (Mobile Station Application Execution Environment) : un environnement d’exécution sur l’UE permettant d’exécuter certains services avec une certaine qualité en fonction de ses caractéristiques (écran, mémoire...) ; -USAT/SAT (USIM/SIM Application Toolkit) permet l’interaction entre l’USIM et l’UE avec des applications résidant dans l’USIM/SIM ; -CAMEL (Costomised Application for Mobile network Enhanced Logic) : mécanismes permettant de supporter des services indépendants du réseau, et repose sur le concept des réseaux intelligents. Classification des services en fonction de la QoS : Classe QoS Délai Exemples d’application Obligations/Contraintes Conversationnel 10s E-mail, SMS TEB Tableau 1. 2 Classe de service UMTS Commentaires : Dans les services streaming, le contenu est visualisé avant sa réception complète. Un service interactif peut mettre en scène une personne et une machine ou deux machines. Des services voix et données peuvent être utilisés simultanément. 1.3­ Architecture du réseau Un réseau de téléphonie mobile de 3ème génération comprend deux parties principales : le réseau cœur et le réseau d’accès radio. 1.3.1 Le réseau cœur (CN : core network) Le réseau cœur a pour rôle la commutation des appels et le routage des paquets à l’intérieur du réseau et l’interconnexion avec les autres réseaux en vue de gérer les services souscrits par un abonné. Son architecture de base est très semblable à celle du GSM phase 2+ permettant de réduire le coût d’investissement initial (Fig.1.2). Il est composé de : Domaine à commutation de circuit (CS domain) Figure 1. 2 Réseau cœur Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 5
Il comprend les mêmes éléments que le sous système NSS du GSM. Il dessert les services temps réel (téléphonie et visiophonie) et de messages SMS et fax. MSC (mobile switching center) : il assure l’interface à un mobile pour l’accès aux services à commutation de circuit. Il gère l’inscription des abonnés, l’authentification et la mise à jour de localisation. GMSC (gateway MSC) : il est l’un des MSC du réseau et assure l’interface vers les réseaux extérieurs. VLR (Visitor location register) : c’est une base de données contenant les informations sur la position de l’abonné et ses identificateurs temporaires. Domaine de commutation de paquet (PS domain) Il assure la connexion aux réseaux supportant le protocole IP et supporte des services de type interactif, streaming, background et même conversationnel. Son architecture est similaire à celle de GPRS : SGSN (Serving GPRS support node) : son rôle est comparable au MSC/VLR dans le domaine CS. Il achemine les paquets de données, exécute les procédures de routage, la gestion de la mobilité et l’authentification. GGSN (Gateway GPRS support node) : joue le rôle d’interface entre le réseau GPRS (GGSN et les SGSN) et les réseaux à commutation de paquets externes (Internet, X.25, ...). Eléments communs aux domaines CS et PS HLR (Home location register) : c’est une base de données contenant les éléments définissant l’abonnement de l’utilisateur et permettant l’identification et l’authentification de l’abonné. AuC (Authentication Center) : contient les paramètres de gestion de la sécurité de l’accès au système. EIR (Equipment identity register) : contient une liste des équipements, dite liste noire, dont l’accès doit être refusé (équipements volés ou non homologués). Interfaces et protocoles utilisés au sein du réseau cœur Interface Extrémités Fonctions Protocole Iu CN-UTRAN Communication avec les UE via l’UTRAN Iu-CS CN(CS)-
UTRAN Pour les services à commutation de circuit MM, CM, RANAP Iu-PS CN(PS)-
UTRAN Pour les services à commutation de paquet SM, GMM , RANAP RTC MSC-GMSC ou GMSC-
autre réseau Communication avec les réseaux à commutation de circuit externes SS7-ISUP, SS7-MAP C GMSC-HLR Informations sur les abonnés lors d’une communication entrante SS7-MAP D VLR-HLR Authentification et mise à jour de localisation SS7-MAP F MSC-EIR Vérifier que l’UE n’est pas dans la liste noire. SS7-MAP Gf SGSN-EIR Vérifier que l’UE n’est pas dans la liste noire. Gr SGSN-HLR Authentification et mise à jour de localisation Gd GGSN-HLR Informations sur les abonnés lors d’une communication entrante Gi GGSN-autre réseaux Communication avec les réseaux à commutation de paquets externes IP Gn GGSN- Routage des paquets vers les réseaux externes GTP Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 6
SGSN B MSC-VLR Recherche des identificateurs et localisation des abonnés SS7-MAP Gs MSC-SGSN Interaction des domaines PS et CS BSSAP+ Tableau 1. 3 Interfaces et protocoles du CN Commentaires : -MM (mobility management) et CM (connection management) ainsi que SM (session management) et GMM (GPRS MM) sont des sous couches protocolaires du plan contrôle entre CN et les UE. -RANAP (radio access network application part) régie l’échange entre le CN et l’UTRAN (RNC), il est le support des sous couches MM, CM, GMM et SM. -GTP (GPRS tunnel protocol) permet des connexions logiques (tunnel) entre SGSN et GGSN. Remarque : l’architecture du CN présentée correspond à l’architecture de base, le 3GPP inclut de nouvelles fonctionnalités dans les versions (release) ultérieures comme IMS (IP multimedia subsystem). Le réseau cœur verra une migration progressive vers le tout-IP. 1.3.2 Le réseau d’accès UTRAN (UMTS terrestrial radio access network) Le réseau d’accès UTRAN interface les équipements usager UE et le réseau cœur CN. Il a comme fonctions : - passerelle pour le transfert des données utilisateurs de et vers le CN. Celle-ci est la fonction principale de l’UTRAN, les autres étant complémentaires. - accès au réseau (gestion de l’admission, allocation des ressources radio, contrôle de congestion, diffusion des informations système) ; -sécurité et confidentialité des informations de l’utilisateur ; -synchronisation (maintien de la base temps de référence) entre le réseau d’accès et l’UE, et entre les différents éléments qu’il contient ; -gestion de la mobilité (estimation de la position géographique) ; -gestion des ressources radio (allocation et maintien); Ces deux dernières fonctions seront détaillées dans le chapitre 2. Nouveautés par rapport au BSS - Quatre nouvelles interfaces ouvertes (normalisées) ; - Utilisation du CDMA comme méthode d’accès ; - Gestion des données des services PS et CS par la même pile de protocoles de l’interface radio ; - Utilisation d’ATM comme protocole de transport, permettant des débits variables et des délais de transmission respectés. A partir de la release 5 c’est IP qui remplacera ATM. ; - Support du soft-handover (dans la macrodiversité), ceci est l’impact majeur du design de l’UTRAN. Voir §2.3. - Gestion de la mobilité indépendamment du réseau cœur ; Lorsque ceci est possible, une interopérabilité avec le réseau d’accès GSM peut exister. Figure 1. 3 Réseau d'accès UTRAN Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 7
Le Node B C’est le nœud d’accès à l’UTRAN. Il assure la transmission/réception radio. La zone qu’il gère est appelée cellule. Le node B, avec une pile de protocoles spécifiques à l’interface radio, opère principalement dans la couche physique : allocation des canaux physiques, adaptation des messages à transmettre à l’interface radio, codage canal, étalement du spectre, modulation/démodulation (QPSK ou QAM pour les débits élevés), filtrage et amplification. Contrôleur du réseau radio RNC (Radio Network Controller) Route les connexions entre les nodes B et le CN (un MSC et un SGSN). Il Contrôle plusieurs nodes B et opère au niveau des couches 2 et 3 du modèle OSI. On cite parmi ses fonctions : - contrôle de puissance en boucle externe ; - contrôle de l’admission des mobiles et du handover ; - allocation des codes CDMA ; - combinaison/distribution des signaux des nodes B impliqués dans une situation de macrodiversité. Un RNC peut avoir trois rôles fonctionnels : -RNC de contrôle (CRNC) : gère, d’une façon statique indépendamment des communications, les ressources radio des nodes B qu’il contrôle. Il est responsable du contrôle de l’admission des UE, de la charge et de la congestion de ses propres cellules. -RNC serveur (SRNC) : gère individuellement les ressources utilisées par chaque UE en connexion, il termine d’un coté la liaison avec CN sur l’interface Iu et de l’autre la liaison RRC avec l’UE. Chaque connexion d’un UE est servie par un et seulement un SRNC en termes d’allocation de supports (Radio Access Bearer RAB), d’interfaçage avec le CN et des différents contrôles (puissance, handover et mobilité). -RNC en dérivation (DRNC pour drift RNC) : désigne tout RNC impliqué dans une connexion d’un UE (càd qui contrôle une cellule utilisée), autre que son SRNC. Il communique avec le SRNC via l’interface Iur. Le DRNC ne fait qu’un routage transparent des données entre les interfaces Iub et Iur (voir tableau 1.4 et figure 1.5) Un RNC avec les nodes B qu’il contrôle forment un sous-système du réseau radio (RNS). Les différentes fonctions du node B et du RNC seront détaillées et clarifiées dans le reste du présent chapitre et dans le chapitre 2. Figure 1. 4 Schéma bloc d'un node B Figure 1. 5 Représentation des roles du RNC Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 8
Interfaces et protocoles dans l’UTRAN Intrfc Extrémités Fonction Protocole Uu UE-Node B Interface radio, permet l’accès et la communication avec le réseau RRC Iu-CS RNC-MSC Services en mode circuit RANAP Iu-PS RNC-SGSN Services en mode paquet RANAP Iur RNC-RNC Macrodiversité et soft handover RNSAP Iub Node B-RNC Allocation de support à l’UE vers le RNC NBAP Tableau 1. 4 Interfaces et protocoles de l'UTRAN Commentaires -RANAP (Radio Access Network Application Part), RNSAP (RNS Application Part) et NBAP (Node B Application Part) sont les protocoles d’application des interfaces correspondantes et permettent chacun sur son interface d’allouer et de gérer les services support radio (Radio Access Bearers ou RAB) ; -RRC (Radio Resources Control) est le protocole responsable de l’établissement d’une liaison radio entre l’UE et l’UTRAN, appelée liaison RRC. 1.4 WCDMA dans l’UMTS Les systèmes cellulaires reposent sur l’accès multiple : TDMA, FDMA, CDMA ou sur une combinaison de deux de ces techniques, le facteur le plus important dans toutes ces techniques est le nombre d’utilisateurs et le service supporté pour des conditions de propagation données. Le CDMA est la technique la plus proche pour réaliser ces deux points. Dans l’UMTS, vu la diversité des services on a préféré utiliser le WCDMA avec ses deux variantes UTRA/FDD et UTRA/TDD. Ces dernières ont les caractéristiques illustrées dans le tableau suivant : UTRA/FDD UTRA/TDD Techniques d’accès multiple FDMA/CDMA TDMA/CDMA Mode de duplexage FDD TDD Séparation entre porteuses (MHz) 5 5 Spectre de fréquence (KHz) 1920-1980 Uplink 2110-2170 Downlink 1900-1920 Uplink et Downlink
2010-2025 Uplink et Downlink
Type de modulation BPSK en Uplink QPSK en Downlink QPSK Périodicité de contrôle de puissance 1500Hz 100 à 750 Hz Durée d’une trame 10ms 10ms Durée d’un slot (ms) 10/15=0.667 10/15=0.667 Débit chip 3.84 Mcps 3.84 Mcps Synchronisation entre BS Optionnelle (synchrone o
Asynchrone) Synchrone Tableau 1. 5 Principale caractéristiques des techniques d'accès radio de l'UTRAN Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 9
Notons que la technique la plus utilisée est la FDD. Pourquoi le WCDMA ? Le WCDMA est un système d’accès multiple par répartition de codes utilisant une modulation par séquence directe (DS-WCDMA) large bande garantissant un débit élevé et un grand nombre de UEs (du fait qu’il utilise la méthode CDMA comme technique d’accès), en plus de ces deux avantages, on cite : - Transmission efficace en mode paquet ; - Compatibilité avec les systèmes 2G et possibilité d’intégrer de nouvelles technologies ; - Gain de traitement plus élevé ; - Possibilité de transmettre des services à haut débit ; - Meilleure performance pour détecter les trajets multiples ; - Support des deux modes FDD et TDD ; La question qui peut venir à l’esprit est : pourquoi on gaspille la fréquence, alors que c’est une ressource rare ? La réponse vient de la célèbre formule de Shannon : C = B log2 (1+S/N), en faisant un développement limité, on a C= (S/N) *B/ ln2 d’où : (S/N)= C ln2/B De première vue on remarque que : en augmentant la bande de fréquence B, on a un (S/N) requis moins important à la réception avec la même capacité, donc comme conséquence un débit élevé. L’autre point important est le nombre d’utilisateurs, celui-ci est assuré par la technique CDMA qu’on va expliquer dans le paragraphe suivant. L’étalement du spectre L’étalement de spectre est la technique qui permet de transmettre un signal sur une largeur de bande plus grande que celle qui est strictement nécessaire. Le facteur le plus important dans l’étalement est le gain de traitement noté Gp, et donné par la relation : Gp=Dchip/Dinfo (D pour débit). Dans le système CDMA le signal de données sera élargi en spectre pour être transmis, deux techniques différentes sont utilisées pour élargir ou moduler le signal : • La séquence directe DS-CDMA : qui est utilisé en UMTS et consiste à multiplier les symboles d’information par une séquence pseudo-aléatoire de bits de durée plus petite, appelés chips, de telle sorte qu’un symbole informationnel soit représenté par M chips (M étant la longueur de la séquence). • Le saut de fréquence FH-CDMA : dans ce cas la fréquence est changée M fois pendant la durée d’un symbole. Le signal étalé peut se trouver noyé dans l’interférence au point qu’il donne illusion d’en faire partie, d’où l’impossibilité de le détecter sans connaître le code d’étalement dans le cas du DS-CDMA. Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 10
Figure 1. 6 Etalement du spectre dans le WCDMA Utilisation du DS-CDMA dans l’étalement du spectre Le CDMA à séquence directe est la technique la plus répandue dans les systèmes de radiocommunication mobile, dans laquelle le signal est directement modulé par une séquence appelée séquence d’étalement ou code de canalisation, les composants de cette séquence sont les chips et ont un débit fixe égale à 3.84 Mcps (dans l’UMTS). L’amplitude des chips prend les valeurs (+1) et (-1). Ainsi un service à haut débit nécessitera moins de chips pour coder un symbole d’information qu’un service à faible débit. A la réception, le signal est transformé en bande de base, puis multiplié par le même code utilisé en émission ce qui a pour effet d’enlever la contribution du code et de ne garder que le message d’information. La longueur du code utilisé est appelée facteur d’étalement SF (Spreading Factor) et dépend du débit symbole SF=Dchip/Dsymbole (puisque Dchip=constant=3.84 Mcps). Ces codes doivent être orthogonaux en Downlink et pas nécessairement en Uplink. L’orthogonalité veut dire que leur fonction d’intercorrélation satisfait à la relation Rcicj (0)=0. La génération des codes fait appel à plusieurs techniques parmi lesquelles, on peut citer : Codes de Walsh-Hadamard : Ils vérifient la condition d’orthogonalité, ils sont choisis d’après l’ensemble des fonctions proposées par Walsh, leur génération par matrice de Hadamard est la plus courante ; elle est sous la forme : Avec N=puissance de 2, et H1= [1] Ces codes sont également appelés facteurs d’étalement orthogonaux à longueur variable OVSF. Figure 1. 7 Etalement du spectre avec DS‐CDMA
Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 11
On peut aussi les obtenir en utilisant l’arbre de Walsh à condition de ne pas utiliser les codes issus d’une même branche mère en même temps Codes pseudo-aléatoires : Appelés également les M-séquences. Ce sont des codes qui ont des propriétés assez intéressantes, vu leurs ressemblances aux séquences aléatoires ce qui les rend difficiles à détecter. Ils sont générés par des registres à décalage avec contre réaction, ils ne sont pas orthogonaux et leur utilisation en CDMA découle des bonnes propriétés d’autocorrelation. Codes de Gold Un code Gold est une combinaison de deux m-séquences, il est caractérisé par ses bonnes propriétés d’intercorrelation et le grand nombre des de codes générés. Ces codes ne sont pas orthogonaux. Code d’embrouillage Il est appliqué après l’étalement son rôle est de distinguer les UE dans le Uplink, et de différencier les cellules dans le Downlink, cela est très efficace car il permet d’utiliser les codes de canalisation une autre fois dans les autres cellules. Les couches supérieures assignent en Uplink 224 codes longs ayant une longueur de 38400 chips et 224 codes courts de longueur 256 chips. En Downlink, ces codes sont divisés en 64 groupes de 16 codes chacun de taille 256 chips, connus lors de la deuxième étape de synchronisation au niveau slot. Utilisation des codes : En Uplink : le code de canalisation en Up est utilisé pour différencier les canaux physiques et c’est un Walsh Hadamard, tandis que celui d’embrouillage est un Gold. En Downlink : le code de canalisation utilisé pour identifier les différents UE est un code Walsh Hadamard, et le code d’embrouillage est un code pseudo-aléatoire de Gold. 1.5 Protocoles et canaux de l’interface radio C’est les protocoles de l’interface d’accès qui font les plus nettes différences entre UMTS et les systèmes 2G. Ces protocoles sont référencés par le terme « access stratum ». Ces protocoles agissent au niveau de trois couches : la couche physique (L1), la couche liaison de données (L2) et la sous couche basse de la couche 3 RRC (Radio Resources Control). Figure 1. 8 Arbre des codes OVSF Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 12
La couche 2 est composée des quatre sous couches suivantes : - MAC (Medium Access Control) - RLC (Radio Link Control) - PDCP (Packet Data Convergence Protocol) - BMC (Broadcast/Multicast Control) Sur la figure 1.9 est illustré le découpage vertical en plan usager pour le transfert des données utilisateurs et plan de contrôle pour le transfert des messages de singnalisation. 1.5.1 Description des différents canaux Canaux logiques Un canal logique est défini par le type d’information transportée. Canaux logiques de contrôle (plan de contrôle) - BCCH (Broadcast Control Channel) : Sur la liason descendante, transporte les informations système diffusées dans une cellule concernant les paramètres necessaires à un mobile pour l’accès au réseau, l’identité et le type du PLMN, les informations de contrôle des mesures à effectuer par l’UE, etc. ; - CCCH (Common Control Channel) : Canal bidirectionnel transportant les informations de signalisation utilisées par exemple pour l’établissement d’une liaison RRC et pour la mise à jour de la zone de localisation ; - PCCH (Paging Control Channel) : Uniquement sur la voie descendante, il transporte les informations de ‘paging’ diffusées dans la cellule pour localiser un UE ; - DCCH (Dedicated Control Channel) : Canal bidirectionnel transportant les informations de signalisation dédiées à un UE en particulier après l’établissement d’une liaison RRC. Cette signalisation peut être générée au niveau de la sous-couche RRC ou issue des couches supérieures ; Canaux logiques de trafic (plan usager) - DTCH (Dedicated Traffic Channel) : Canal bidirecionnel transportant l’échange de données usager avec un mobile connecté au réseau ; - CTCH (Common Traffic Channel) : Canal unidirectionnel pour l’envoi de données usager en mode diffusion (groupe de mobiles) ; Canaux de transport Les canaux de transport représentent un service offert par la couche physique à la couche MAC. Ils supportent les canaux logiques et représentent la QoS sur la partie radio (radio bearers) i.e. le format et les caractéristiques de transfert. La plus petite entité de transport est appelée bloc de transport TB. La transmission est organisée sur des intervalles de temps TTI (10, 20, 40 ou 80ms). Un ensemble de blocs de transport TBS (TB Set) peut être groupé pandant chaque TTI selon le besoin. Figure 1. 9 Structure protocolaire Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 13
Un format de transport TF indique pour chaque TTI un ensemble d’attributs décrivant le transport : la valeur du TTI, la taille des blocs TB, le nombre de TB dans un TBS, le type de codage canal et la taille du CRC (Cyclic Redundancy Check). Une combinaison de formats TFC est nécessaire lorsque plusieurs canaux de transport sont actifs pour un utilisateur. Cette combinaison peut changer chaque TTI pour permettre une adaptation de la transmission aux contraintes de QoS, de priorités et de puissance d’émission. Canaux de transport dédiés - DCH (Dedicated Channel) : canal point à point existant dans les deux sens et transportant indiféremment les données de contrôle et de trafic en supportant le DCCH et le DTCH qui sont multiplexés sur un même DCH si leur QoS le permet, sinon il sont transportés par deux DCH distincts ; Canaux de transport communs Ce sont des canaux unidirectionnels (voie descendante) - BCH (Broadcast Channel) : transporte le canal logique BCCH ; - PCH (Paging Channel) : transporte le canal logique PCCH ; - RACH (Random Access Channel) : utilisé par l’UE pour la demande d’accès aléatoire au réseau et peut aussi être utlisé pour le transport de paquets de trafic ou de signalisation sans contrainte d’acheminement en temps réel ; - FACH (Forward Access Channel) : transporte des messages de signalisation et des paquets usager de petite taille sur la voie descendante et doit comporter un indicateur de l’UE concerné. Canaux de transport partagés - DSCH (Downlink Shared Channel) : utilisé en association avec un ou plusieurs canaux dédiés. Il est partagé dynamiquement par plusieurs utilisateurs ; Canaux physiques Un canal physique est défini par une fréquence porteuse, un code de canalisation, un code d’embrouillage, et une phase relative pour la voie montante. Canaux physiques de la voie montante - PRACH (Physical Random Access Channel) : supporte le canal de transport RACH ; - DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) : supporte les données usager des canaux de transport de type DCH. Si le débit d’un utilisateur est important, il peut être réparti sur plusieurs canaux DPDCH utilisés simultanément sur une seule liaison physique ; - DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) : un seule canal DPCCH associé à un ou plusieurs canaux DPDCH transporte les informations de contrôle générées aux niveau de la couche physique ; Canaux physiques de la voie descendante Les quatre premiers canaux supportent les canaux de transport décrits précédemment, les autres ne transportent que des informations de signalisation internes à la couche physique. - DPCH (Dedicated Physical Channel) : supporte les canaux de transport de type DCH. Les informations de contrôle et les données usager sont multiplexées en temps au lieu d’être transportées sur deux canaux différents comme c’est le cas sur la voie montante ; - P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel) : supporte le canal de transport BCH; - S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) : supporte le canal de transport PCH et/ou un ou plusieurs canaux FACH; Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 14
- PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : il supporte les canaux DSCH. Il est toujours associé à un canal DPCH qui transporte dans son DPCCH les informations de contrôle du PDSCH ; - SCH (Synchronisation Channel) : il transmet en parallèle deux codes de synchronisation primaire et secondaire (PSC et SSC) pour permettre aux terminaux de se synchroniser en temps et de connaître le groupe des codes d’embrouillage afin de pouvoir décoder les informations des autres canaux physiques ; - CPICH (Common Pilot Channel) : transporte un train binaire prédéfini et joue le rôle de balise de référence pour l’estimation des conditions de propagation et pour le prélevement des mesures nécessaires ; - PICH (Paging Indicator Channel) : associé à un canal S-CCPCH, il transporte les bits PI (paging indicator) relatifs au PCH porté par le S-CCPCH associé ; - AICH (Acquisition Indicator Channel) : associé au PRACH, il transporte les indicateurs d’acquisition AI pour aquitter positivement ou négativement la récéption d’un préambule d’accès sur le canal PRACH. La structure de quelques canaux physiques peut être consultée sur l’Annexe A. La correspondance entre les canaux logiques et les canaux de transport qui les supportent, ainsi qu’entre ces derniers et les canaux physiques qui les véhiculent est illustrée par la figure 1.10. Figure 1. 10 Correspondance des différents types de canaux 1.5.2 Description et fonctions des couches protocolaires Figure 1. 11 Couches protocolaires de l'interface air Couche physique La couche physique fournit le service de transport à la couche MAC. Parmi ses fonctions on trouve : Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 15
- codage/décodage canal sur les canaux de transport pour la protection contre les érreurs ; - le multiplexage de plusieurs canaux de transport en un bloc composite CCTrCH (Code Composite Transport Channel), et le répartir sur un ou plusieurs canaux physiques ; - adaptation du débit (rajouter ou retirer des bits de protection) ; - modulation, étalement du spectre et synchronisation en fréquence et en temps ; - contrôle de puissance en boucle fermée, et l’execution de certaines mesures. Fonctions de la couche MAC - association des canaux logiques avec les canaux de transport (voir fig 1.10) et eventuellement multiplexage de plusieurs canaux logiques sur un canal de transport ; - commutation –sous ordre de RRC- du type de canal de transport utilisé pour un canal logique pour adapter avec flexibilité les ressources utilisées à l’activité de la source ; - la sélection de la TFC à chaque TTI en fonction des propriétés des canaux logiques et du débit instantané sur chaque canal logique ; - la gestion des priorités lors de la transmission ; - identification des mobiles avec un UE-Id lors de l’utilisation d’un canal de transport commun. Couche RLC (Radio Link Control) Cette couche fournit le service de transfert des unités de données des couches supérieures selon trois modes de transfert : • mode transparent : transfert de données sans ajout d’informations de contrôle ni de contrôle d’erreurs. Utilisé pour des services conversationnels ; • mode non aquitté : transfert avec ajout d’un en-tête et avec contrôle d’erreur en réception mais sans garantie de livraison. Utilisé pour les services paquets avec contrainte d’acheminement en temps réel comme les services de type streaming ; • mode aquitté : transfert de données avec garantie de livraison à l’entité réceptrice. Le tableau 1.6 résume les différentes fonctions de la couche RLC suivant le mode utilisé. Transparent Non acquitté Acquitté
Segmentation / réassemblage X X X Concaténation X X X Bourrage (padding) X X X Correction d’erreur par retransmission X Livraison en séquence des PDU X Contrôle des N° de séquence et rejet des SDU incomplètes X Détection des PDU reçus en double X Contrôle de flux X X Chiffrement / déchiffrement X X Suspension et reprise du transfert des données sur demande de la couche RRC X X Tableau 1. 6 Fonction de la couche RLC suivant le mode utilisé Couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) Chapitre1 Présentation des systèmes 3G Planification radio d’un réseau 3G 16
Elle fournit le service de transfert PDU des couches réseau du domaine PS. Ses principales fonctions sont : - compression/décompression d’en-tête des trames de couche réseau ; - transfert sans perte des SDU (service data unit : PDU de la couche réseau) même en cas de relocalisation du SRNC (passage d’un SRNC à un autre) en s’appuyant sur une entité RLC en mode acquitté ; Couche BMC (Broadcast/Multicast Control) Assure le service de diffusion de messages utilisateur sur l’interface radio pour le compte d’un centre de diffusion externe à l’UTRAN et relié au RNC. La couche BMC s’appuie sur une entité RLC en mode non acquitté, supporté par un canal CTCH. Couche RRC (Radio Resources Control) La couche RRC gère la signalisation entre l’UTRAN et les mobiles, et la configuration des ressources pour les couches 1 et 2 de protocoles de l’interface radio. Les fonctions principales de cette couche sont : - la gestion de la connexion RRC : pour la signalisation entre l’UE et l’UTRAN et vers le CN. Elle est établie à la demande de l’UE lors, par exemple, d’un appel entrant ou sortant ou d’une transmission de signalisation. La libération de la connexion RRC est ordonnée par le SRNC ; - la gestion des états de service de RRC : qui sont fonction du niveau d’activité du mobile pour rendre flexible la gestion des ressources radio. Ces états sont CELL_DCH et CELL_FACH pour un mobile en activité, CELL_PCH et URA_PCH pour une absence d’activité tout en étant connecté et le mode veille (aucune connexion RRC) ; - la diffusion des informations système : permettant à l’UE d’identifier les cellules, de prendre connaissance de l’environnement cellulaire et de recevoir les paramètres définissant l’utilisation des ressources communes d’une cellule ; - la gestion du paging : des messages RRC de paging sont envoyés pour alerter le mobile de l’arrivée d’un appel entrant ou d’une modification des informations système ou pour lui ordonner de passer d’un état de service à un autre ; - la sélection et la resélection de cellule : effectuée par la couche RRC dès la mise sous tension et lors d’un passage en mode veille. La resélection a lieu lorsqu’une cellule plus adéquate est détectée ; - la gestion de la mobilité dans l’UTRAN : en localisant le mobile à la cellule près ou à l’URA (UTRAN registration Area) près et en lui permettant d’exécuter la sélection et la mise à jour de la cellule. Des identificateurs temporaires de localisation sont utilisés ; - la gestion des bearers radio : établissement d’un bearer radio suivant la QoS requise par un service, mise en place d’un bearer radio de signalisation, reconfiguration dynamique et libération des bearers ; - le contrôle des mesures : mesures de puissance de réception sur plusieurs cellules, mesures de trafic sortant sur les canaux de transport du mobile, mesures de qualité (taux d’erreurs), etc. ; - la gestion du chiffrement et de l’intégrité : pour garantir la confidentialité des échanges et l’authentification de l’origine des messages de signalisation en utilisant des clés de chiffrement et d’intégrité avec un ensemble de paramètres - le contrôle de puissance en boucle externe (voir chapitre 2) ; Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 17
2.1 Introduction La planification d’un réseau cellulaire demande une bonne connaissance de l’interface air afin de mieux gérer les ressources radio disponibles. Ceci inclut la connaissance des propriétés naturelles du milieu de propagation, et des processus de gestion des ressources radio qui accompagnent la technologie WCDMA. Ceci facilite l’estimation des marges qui en dépendent lors de l’établissement du bilan de liaison. Les processus de gestion des ressources radio les plus importants sont le contrôle de puissance et le handover qui sont déjà utilisés dans les réseaux 2G, mais qui ont connus une nette amélioration avec le WCDMA. La nouveauté qu’a connue le handover avec l’arrivée du WCDMA est la possibilité à l’UE de communiquer simultanément avec plus d’une cellule (technique appelée macrodiversité) et de faire le transfert d’une cellule à l’autre sans aucune interruption de transmission (soft-handover). L’utilisation d’un contrôle de puissance rapide s’est imposée à cause de la grande sensibilité du système aux interférences et aux évanouissements rapides. On décrit dans ce chapitre le contrôle de puissance en boucle interne fermée (utilisant les informations de retour) entre le node B et l’UE, en boucle fermée externe entre le node B et le RNC d’un coté et au niveau de l’UE de l’autre pour estimer la qualité de réception et ajuster le rapport signal à interférence requis, et enfin en boucle ouverte (sans l’utilisation des informations de retour) lors de l’accès de l’UE au réseau. 2.2 Canal de propagation radio Le canal de propagation radio est le point critique des systèmes de radiocommunication, parce qu’il engendre des dégradations sur le signal transmis. La connaissance de ses caractéristiques est importante pour le choix des techniques à utiliser et pour le dimensionnement d’un système cellulaire. 2.2.1 Mécanismes de propagation Avant d’atteindre le récepteur en traversant l’interface air, l’onde électromagnétique émise par l’émetteur subit plusieurs dégradations causées par les phénomènes et mécanismes de propagation dus à la complexité de l’environnement de propagation. L’amplitude, la fréquence, et la phase du signal émis sont affectées par des distorsions induisant une détérioration du signal, ce qui complique les fonctions du récepteur. Ceci oblige la prise en compte de ces mécanismes lors de tout calcul ou prédiction sur la liaison radio. Ces mécanismes sont : - L’évanouissement : il comprend tout phénomène qui se traduit par une variation de la puissance du signal en fonction du temps ou de la distance. Il peut être à long terme (affaiblissement de parcours) inversement proportionnel à (d : distance) ; ou à court terme caractérisé par des variations rapides de la puissance dues en général aux trajets multiples ; - La réflexion : lorsque l’onde rencontre un obstacle dont la dimension est plus grande que la longueur d’onde, elle est déviée suivant les lois de l’optique géométrique. Le réflecteur peut être le sol, les bâtiments, les véhicules … etc. ; - La réfraction : la variation progressive de l’indice de réfraction du milieu de propagation (ce qui est le cas de la troposphère) provoque une courbure de la trajectoire suivie par l’onde électromagnétique ; - L’absorption : les particules de gaz atmosphériques et les hydrométéores absorbent une partie de l’énergie de l’onde. Mais les fréquences les plus concernées sont supérieures à celles utilisées en radiocommunication mobile ; Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 18
- La diffraction et la diffusion : si l’onde rencontre un obstacle aux dimensions comparables ou inférieures à sa longueur d’onde, elle est réfléchie dans plusieurs directions (diffusée). Ce dernier mécanisme apporte une atténuation importante par rapport à un calcul en espace libre. 2.2.2 Effet des trajets multiples et ses conséquences Cet effet est provoqué par la diffraction et par la réflexion multiple. En plus du trajet direct entre l’émetteur et le récepteur, plusieurs autres trajets peuvent apparaitre. Une communication peut, ainsi, être possible même si l’émetteur et le récepteur ne sont pas en visibilité directe, et une certaine continuité de la couverture radio est obtenue. Cependant, en plus de cet effet positif, ce phénomène apporte des effets négatifs : - Dispersion des retards : les différents trajets ayant des longueurs différentes, ont des délais de propagation légèrement différents. Le signal est, donc, étalé et déformé et une interférence intersymbole apparait, surtout avec le débit chip élevé de l’UMTS. Les différentes versions du signal qui parviennent au récepteur se superposent d’une manière constructive (addition des puissances) ou destructive (cas le plus courant). Elles arrivent suivant une distribution de Rayleigh, c’est pourquoi l’évanouissement qui en résulte est dit de Rayleigh. - Effet Doppler : la vitesse de l’UE par rapport au node B provoque une distorsion de la fréquence porteuse du signal transmis. Le décalage introduit est fonction de la fréquence, de la vitesse et de la direction du déplacement. 2.2.3 Modèles de propagation Dans un outil de planification du réseau radio, des calculs de propagation (bilans de liaison, zones de couverture) sont effectués. Ces outils utilisent des modèles de propagation pour réaliser des prédictions sur l’intensité du champ électrique d’un émetteur donné. Cependant les méthodes analytiques pures sont impossibles à utiliser à cause du caractère aléatoire de l’environnement de propagation (obstacles, objets dispersants…). Les modèles de propagation peuvent être analytiques ou empiriques. Un modèle analytique ne peut être utilisé que sur une surface restreinte où les trajets multiples sont limités et peuvent être calculés avec un raisonnement de rayons optiques si des données détaillées sur les obstacles sont disponibles. Ceci est le cas des microcellules utilisées dans les milieux urbains denses. Dans le cas des macro-cellules, l’environnement de propagation plus complexe, et les distances importantes impliquent la présence d’un grand nombre de trajets multiples difficiles à déterminer. Des modèles empiriques ou semi-empiriques sont plus appropriés. Ils sont basés sur des formules déduites de mesures réalisées en faisant varier des paramètres tels que la distance, la fréquence et la hauteur. Pour pouvoir appliquer un modèle empirique (ou statistique) sur un environnement donné, une similarité avec l’environnement où le modèle a été établi doit exister, sinon un terme correctif doit être utilisé. Le calcul des termes correctifs se base sur la comparaison des résultats obtenus avec le modèle à utiliser et des mesures effectuées dans l’environnement réel. Il est nécessaire de disposer d’une carte numérique du milieu à planifier pour l’utiliser dans l’outil logiciel de planification. On présente ici quelques modèles de propagation des plus utilisés : Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 19
Modèle d’Okumura-Hata Ce modèle empirique est le plus couramment utilisé pour la planification des réseaux macro-cellulaires. Son origine est la formulation mathématique faite par M.Hata sur les mesures qu’a effectuées Y.Okumura à Tokyo pour des fréquences allant jusqu'à 1920MHz en calculant un facteur d’atténuation à additionner avec l’affaiblissement en espace libre. Les formules de Hata ont été étendues avec le calcul de termes correctifs pour différentes hauteurs et pour les milieux suburbains et ruraux. Le groupe 231 de la coopération européenne des recherches scientifiques et techniques COST231 a encore étendu ces formules pour pouvoir les appliquer aux fréquences des systèmes 3G. Enfin, cette formule qui donne les pertes de propagation est présentée comme suit : Lu ൌ 46,3 ൅ 33,9 log ሺ f ሻ ‐ 13,82 logሺ hb ሻ ‐ aሺ hm ሻ ൅ ሾ44,9 ‐ 6,55 Logሺ hb ሻሿ Logሺ d ሻ Où f est la fréquence en GHz, d est la distance entre émetteur et récepteur en km, et a(hm) est un terme de correction sur la hauteur de l’UE, négligeable pour hm= 1,5m et donné par : Les termes correctifs permettant une généralisation aux milieux suburbains et ruraux sont respectivement : Modèle COST231-Walfish-Ikegami Ce modèle qui est utilisé pour la planification des zones micro-cellulaires, est basé sur la supposition que l’onde transmise se propage au dessus des toits des bâtiments avec une diffraction multiple, et les bâtiments sont supposés à hauteurs égales et uniformément espacés. Il prend en compte les deux signaux les plus importants atteignant le mobile : l’un direct après diffraction sur le bâtiment le plus proche et l’autre après une seule réflexion sur le sol. Ce modèle se divise en deux cas : visibilité directe (LOS) et non visibilité directe (NLOS). La hauteur des bâtiments est utilisée pour décider lequel des deux formules utiliser. Ainsi, l’affaiblissement de propagation est donné par : Où et sont respectivement la perte due à la diffraction et la dispersion sur les toits des batiments et la perte de diffraction multi-screen. Ils dépendent des hauteurs du mobile et de la station de base, de l’orientation des rues et de la hauteur et l’espacement des bâtiments. Leurs expressions détaillées peuvent être trouvées dans [1]. Dans les outils logiciels de planification, si des données morphographiques du milieu sont disponibles, elles peuvent être utilisées pour améliorer l’exactitude des calculs même dans le cas où les bâtiments ne sont pas à hauteurs égales et ne sont pas uniformément espacés. Dans le cas où l’antenne émettrice est en dessous du niveau des toits, l’utilisation de ce modèle nécessite plus d’attention et les résultats des calculs doivent être vérifiés par des mesures dans l’environnement réel. Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 20
Méthodes exactes- Lancer de rayon Pour des simulations proches de la réalité, il existe des modèles déterministes qui reposent sur la résolution des équations de Maxwell sur un maillage où la puissance reçue est déterminée pour l’ensemble des points de la maille sur la surface de simulation. Une méthode déterministe répandue est la méthode du ‘lancer de rayon’ ou ‘ray-tracing’ qui permet de calculer la puissance reçue en un point en analysant la propagation en multi trajets de l’émetteur jusqu’au récepteur avec des méthodes de l’optique géométrique en utilisant une base de données géographiques très détaillées (jusqu’aux caractéristiques des bâtiments). Le principe est de lancer à partir de l’émetteur des rayons dans toutes les directions et rechercher ceux qui peuvent atteindre le récepteur avec une puissance supérieure au seuil de réception et un nombre limité de réflexions. Cette méthode est plus adaptée aux environnements urbains denses (où des micro-cellules sont installées) puisque une modélisation géographique précise n’est disponible –en général- que pour ce type de milieux. 2.3 Gestion de la mobilité La gestion de mobilité est un concept très important dans les réseaux cellulaires, elle est importante pour parvenir à une bonne couverture. La localisation des UE s’appuie sur la répartition géographique de la zone à couvrir en régions définies par les identificateurs LAI (Location Area Identifier) pour le domaine CS, et RAI (Routing Area Identifier) pour le domaine PS. Les principales procédures impliquées dans la gestion de mobilité sont : 2.3.1 La macrodiversité Un nouveau principe très important dans le CDMA (par rapport aux autres techniques) qui permet à l’UE de communiquer simultanément sur la même fréquence porteuse, et pour le même service, en downlink avec plusieurs Node-B. 2.3.2 La relocalisation de SRNC La mobilité de l’UE peut lui rendre indépendant de point de vue canal physique du SRNC, il ne devient lié au SRNC qu’à travers l’interface Iur, donc pour alléger le trafic sur cette interface le CN procède à un basculement entre le DRNC (impliqué dans la macrodiversité via ses Nodes B) et le SRNC. Ce basculement est appelé relocalisation du SRNC. 2.3.3 La resélection de cellule Une fois calé sur une cellule, l’UE recherche des cellules voisines offrant une qualité meilleure que la cellule courante (sélectionnée) et suivant des critères définis il va la resélectioner. La resélection ne se fait pas pendant la communication mais plutôt en mode veille (Idle) ou pendant que l’UE est dans les états cell-FACH et cell-PCH. 2.3.4 Le Handover C’est un mécanisme qui implique le changement du canal physique, permettant ainsi à l’UE de choisir la meilleure cellule. A la différence de la resélection de cellule, le Handover (HO) se fait en cours de communication quand l’UE est en état Cell-DCH. Quand le H.O est exécuté, la qualité de la communication Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 21
ne doit pas être affectée. Le Node-B est chargé d’effectuer les mesures pour évaluer la qualité de la liaison en cours et donne les résultats au RNC pour le déclenchement de la procédure du H.O. Les causes du Handover Le déclenchement du HO s’appuie essentiellement sur des facteurs concernant la qualité de signal et la mobilité de l’UE, les plus importants sont les suivants: La qualité du signal SIR ; Quand la puissance moyenne max est atteinte en Down et le contrôle externe de puissance ne peut pas maintenir la valeur cible en terme de BER ou BLER ; La mobilité de l’utilisateur ; Quand on recense une détérioration en Uplink dans la boucle externe au niveau du RNC ; Lorsque la demande des RAB échoue en raison d’une surcharge dans la cellule active. Quand le SHO (soft HO) avec une cellule impliquée dans la Macrodiversité échoue en raison de la surcharge. Changement de service. Les étapes d’une procédure de Handover Pour être déclenché, la procédure H.O doit passer par trois phases (cf. Annexe B) : phase de mesure : la couche 1 de l’UE (dans l’état cell-DCH) et des Nodes-B correspondants sert des couches supérieures pour la collection permanente des informations concernant la puissance et la qualité du signal de la cellule courante et des cellules voisines, prélevées sur le CPICH. Selon le 3GPP il existe plusieurs mesures, dont : intra/interfréquences (les signaux sur la même/différente fréquence porteuse), volume du trafic, la qualité du signal et ses paramètres (BLER), Eb/N0. phase de décision : consiste à mesurer la QoS des différentes cellules de la connexion et la comparer au seuil de décision suivant un algorithme mis en place par le RNC (ces algorithmes ne font pas l’objet de normalisation), le résultat de cette comparaison implique l’exécution ou non du HO. phase d’exécution : c’est le HO proprement dit. Suivant son type, de nouvelles cellules sont relâchées ou ajoutées. Types de cellules impliquées dans le Handover Du point de vue UE, on distingue trois classes de cellules : 1. cellules qui appartiennent à l’active set (AS) : ce sont les cellules impliquées dans le SHO et qui communiquent avec l’UE dans la même fréquence porteuse. L’AS peut contenir un total de six cellules. Des mesures intrafréquences sont effectuées sur les cellules de l’AS. 2. cellules qui appartiennent au monitored set (MoS) : il s’agit des cellules voisines qui n’appartiennent pas à l’AS (ils n’ont pas un Ec/Io assez élevé pour appartenir à l’AS), surveillées par l’UE suivant une liste fournie par l’UTRAN, selon des mesures intra/interfréquences et inter RAT (radio access technology). 3. cellules du detected set (DS) : sont détectés par l’UE, et ne sont ni dans l’AS ni dans le MoS, les mesures sont de type intrafréquences. Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 22
Types du Handover 1. De point de vue cellules a- Soft HO : c’est l’ajout ou la suppression des liens radio appartenant à des Nodes-B différents dans une situation de macrodiversité. Il est plus intéressant dans la transmission paquet car l’ancien lien n’est relâché qu’après l’ajout du nouveau, ce qui évite la perte des paquets. b- Softer HO : c’est un cas particulier du SHO. Il est réalisé quand l’UE passe d’une cellule à une autre qui est sous contrôle du même Node-B que la première. Figure 2. 1 Principe de l’algorithme du soft/softer HO. La taille de l’active set est égale à 2. c- Hard HO : c’est un HO dans lequel l’UE relâche l’ancien lien radio avant s’engager avec le nouveau, il est accompagné d’une coupure de quelques microsecondes dans la communication, mais qui n’est pas détectable par l’usager. C’est le cas en GSM ou entre deux RNCs qui n’ont pas d’interfaces Iur entre eux. Dans l’UMTS, ce type de handover n’est pas souhaitable dans la transmission des paquets puisque il entraîne la perte des paquets pendant la coupure. 2. De point de vue fréquences a- Handover intrafréquence C’est l’ajout ou la suppression des cellules dans l’AS en se basant sur des mesures diverses comme : CPICH_RSCP (puissance de code du signal reçu), le Ec/No du CPICH, la perte de propagation de chaque cellule. Il permet d’accroître la performance de la liaison en termes de capacité et de qualité. Le soft HO est la méthode la plus utilisée pour effectuer un HO Figure 2. 2 Exemples de Hard Handover Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 23
intrafréquence, sachant que ce dernier peut être un hard HO lorsqu’il n’y a pas d’interface Iur entre les deux RNC impliqués dans la macrodiversité. Figure 2. 3 Soft Handover Figure 2. 4 Softer Handover En UMTS, les Nodes-B sont asynchrones, d’où la nécessité d’ajuster leurs temps de transmission ; car une différence importante de ces derniers va empêcher l’UE de combiner les copies des signaux des BS appartenant à l’AS avec un récepteur, appelé RAKE, capable de combiner les signaux des trajets multiples. Donc l’UE doit en plus effectuer des mesures pour l’ajustement de ce temps, et envoyer les résultats vers le RNC, qui va ordonner les Nodes-B de régler le temps de transmission du DPCH Downlink si le temps jugé trop élevé (supérieure à 256 chips). Notons que le réglage se fait par pas de 256 chips (67μs). b- Handover interfréquences : Il est déclenché entre deux cellules ou deux secteurs utilisant des fréquences différentes, celui-ci est de type NEHO (Network evaluated HO) et caractérisé par une coupure momentanée dans la communication. Ce type de HO peut être rencontré dans les structures hiérarchisées de cellules car les cellules de niveau différent n’utilisent pas les mêmes fréquences (cf. §3.3.3). Le déclenchement du HO interfréquences, comme le HO intrafréquence, est basé sur des algorithmes non standardisés. Un cas particulier et intéressant du HO interfréquences est le suivant : Handover intersystèmes : Il est en fait un Hard HO et représente la base de l’interopérabilité entre le GSM et l’UMTS, il permet d’offrir des services GSM/GPRS et UMTS, il exige que l’UE soit bimodes. Son objectif est d’assurer une couverture maximale par ces deux réseaux pour une continuité des services de voix par exemple et d’optimiser les ressources (quand on utilise par exemple l’UMTS pour les données et le GSM pour la voix). Dans ce cas l’UTRAN et le BSS doivent échanger des informations pour permettre à l’UE de décoder le BCCH. Cette procédure exige que les MSs supportent un mode appelé mode compressé (compressed mode) pour effectuer les mesures intersystèmes Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 24
Figure 2. 5 Hard handover intersystèmes Figure 2. 6 Hard handover interfréquences 2.4 Contrôle de puissance Le contrôle de puissance rapide et précis est peut-être l’aspect le plus important en WCDMA plus particulièrement sur la liaison montante puisque un seul UE se trouvant proche du node B avec une puissance élevée non contrôlée peut bloquer une cellule entière en noyant les signaux des autres utilisateurs plus éloignés émettant, bien entendu, sur la même fréquence. Cet effet est appelé effet proche-lointain. Sur la liaison descendante, la capacité du système est directement liée à la puissance du code requise pour chaque connexion. Ainsi, il est essentiel de garder la puissance d’émission à un niveau minimum tout en assurant une qualité satisfaisante du signal dans le récepteur. Un ensemble de fonctions est mis en place en WCDMA dans ce but. Les différents types du contrôle de puissance sont détaillés ci-après. Figure 2. 7 Différents types de controle de puissance 2.4.1 Contrôle de puissance en boucle ouverte Une estimation de la puissance d’émission initiale est faite par l’UE ainsi que par le node B avant l’accès de l’UE au réseau en se basant sur l’existence d’une relation significative entre les affaiblissements de propagation dans les deux sens vu que les fréquences sont dans la même bande. Pour décider de la puissance d’émission du préambule du PRACH et du premier DPCCH, l’UE fait les calculs suivants : Preamble_initial_power = CPICH_Tx_power – CPICH_RSCP + UL_interference + UL_required_CI Où le RSCP (received signal code power, puissance de code du signal reçu) est mesurée par l’UE sur le CPICH ; CPICH_Tx_power, UL_interference et UL_required_CI sont des paramètres diffusés par la cellule. Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 25
DPCCH_Initial_power = DPCCH_Power_offset – CPICH_RSCP Où: DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_power + UL_interference + – 10.log( ) calculé au niveau du RNC et communiqué à l’UE. SIR et SF sont respectivement le rapport signal à interférence requis et le facteur d’étalement du canal. 2.4.2 Puissance d’émission des canaux communs de la liaison descendante (DL) Ces canaux ne subissent pas un contrôle de puissance (sauf S-CCPCH) : leurs puissances sont définies statiquement pendant la planification, et ne sont pas spécifiées par le 3GPP mais des valeurs typiques sont données [2] : La puissance du PCPICH est fixée entre 5 et 10% de la puissance d’émission totale de la cellule. Pour les autres canaux on donne un décalage par rapport au PCPICH : pour SCH, AICH et P-CCPCH, ce décalage est fixe de -3 à -8dB alors que pour PICH, il dépend du nombre d’indicateurs de paging (PI) par trame et va de -5 à -10dB. Pour le S-CCPCH le décalage de puissance du champ Data dépend du facteur d’étalement SF et va de +1 à -5dB et les champs Pilot et TFCI sont augmentés de 2 à 4 dB par rapport au champ Data. Voir le format des canaux (slots et champs) en annexe A. 2.4.3 Contrôle de puissance en boucle fermée interne Ce type repose sur les informations de retour du coté opposé de la liaison (UE ou Node B) au niveau de la couche 1 et sert à compenser l’évanouissement de Rayleigh sur les canaux DCH. Liaison montante En comparant le SIR estimé mesuré sur les symboles Pilot du DPCCH avec le SIR requis imposé par le RNC, le node B génère une commande TPC (Transmission Power Control) qu’il communique à l’UE pour lui demander -selon le cas- d’augmenter ou de diminuer sa puissance d’émission. Le contrôle de puissance en boucle fermée est appelé contrôle de puissance rapide. En effet, les commandes TPC sont envoyées avec chaque slot, soit avec une fréquence de commande de 1.5kHz. Un pas de 1dB avec une fréquence pareille peut efficacement suivre l’évanouissement sur le canal radio. Le choix du pas optimal est fonction de la vitesse du mobile. Pour des vitesses moyennes, un pas de 1dB est bien adapté ; pour des vitesses supérieures jusqu’à 80km/h 2dB donne de meilleurs résultats. Au-delà, il n’est pas possible de suivre l’évanouissement, et le contrôle de puissance ne fera qu’ajouter du bruit. Par conséquent, des pas inférieurs à 1dB sont utilisés. De petits pas conviennent aussi pour les vitesses inférieures à 3km/h où le taux d’évanouissement est très faible. Pour cela deux algorithmes sont définis pour décrire la manière avec laquelle une commande TPC est interprétée : pour le premier (algorithme 1) les commandes sont interprétées à chaque slot et le pas est de 1 ou 2dB (prédéfini). Si l’algorithme 2 est utilisé, la décision n’est prise qu’après la réception de cinq commandes successives ce qui permet une émulation d’un pas plus petit (0.2dB). Pour commencer un DPCCH (UL) tout en recevant un DPCCH (DL), l’UE utilise un préambule de DPCCH pendant jusqu’à sept trames pour parvenir sous le contrôle du node B à une puissance acceptée puis commence la transmission et le contrôle de puissance normaux. Liaison descendante Au niveau de l’UE, le SIR requis (communiqué par le RNC au couche supérieures de l’UE) est comparé au SIR estimé mesuré sur les symboles Pilot du DPCH puis génère une commande TPC à envoyer au node B Chapitre 2 Mécanismes de l’interface radio Planification radio d’un réseau 3G 26
dans un DPCCH à chaque slot (si une variable DPC_MODE = 0) ou la même commande TPC est répétée sur 3 slots successifs (si cette variable est à 1). Les pas de variation peuvent prendre les valeurs 0.5, 1, 1.5 ou 2dB mais seule 1dB est obligatoirement prise en charge. Le pas doit être le même pour des cellules participant à un soft handover. Dans un DPCH descendant, les champs n’ont pas la même puissance mais des décalages PO (power offsets) sont donnés au champ Pilot, TPC et TFCI par rapport au champ Data pour privilégier la signalisation par rapport aux données. 2.4.4 Contrôle de puissance en boucle fermée externe Le but de ce type est de maintenir la qualité de la communication au niveau défini par les exigences de qualité du service support (bearer) en produisant un SIR approprié à utiliser dans la boucle interne. Un SIR requis est défini pour chaque DCH. La valeur du SIR est ajustée en fonction des changements de la vitesse du mobile et des effets de l’environnement de propagation en multitrajet pour éviter une augmentation inutile de la puissance. Ceci est fait avec une fréquence de 10 à 100Hz. Liaison montante Dans le SRNC, une valeur du SIR requis est fixée pour chaque boucle interne de contrôle puis mise à jour en fonction du BER (bit error rate) ou du BLER (bloc error rate) qui représentent la mesure de la qualité et reposent sur l’évaluation du CRC : tant que le CRC est bon, la valeur requise du SIR peut diminuer (d’un pas de 0.1 à 1dB) et inversement. Un contrôleur de puissance en boucle externe est utilisé pour chaque connexion RRC et une entité de contrôle est utilisée pour chaque DCH d’une même connexion RRC et sert à calculer le SIR requis suivant l’estimation de qualité de la liaison montante fournie par l’unité MDC (Micro Diversity Combining). Le nouveau SIR requis est transmis au node B sur un lien de signalisation. Liaison descendante L’UE ajuste la valeur du SIR requis à utiliser dans la boucle interne en utilisant un algorithme dont le but est de parvenir à un BLER estimé égal au BLER requis traduisant la qualité requise et fourni par le RNC pour chaque DCH via une connexion RRC. La boucle externe de l’UE s’assure que les exigences de qualité sont maintenues pour chaque canal de transport pour lequel une valeur du BLER a été fournie
Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 27
Introduction : La planification du réseau cellulaire 3G, comme pour un réseau 2G, est une étape d’importance capitale pour le succès d’un opérateur puisque elle permet de gagner ou perdre l’enjeu de satisfaire le client. La planification du réseau d’accès UTRAN vise d’une part à assurer la meilleure couverture possible de la zone de déploiement en fournissant un niveau de champ satisfaisant et une gestion adéquate des ressources radio, et d’autre part à répondre aux exigences de capacité et du trafic pour les différents services proposés, tout en gardant un bon rapport qualité/coût. Le cycle de vie d’un RAN (radio access network) passe généralement par six phases : 1. Définition : elle met en évidence les exigences concernant le réseau : la technologie utilisée, la capacité, la couverture ainsi que la qualité des services pour des régions données. Cette phase définit aussi le marché des équipements, leur déploiement et des prédictions sur la croissance de la population. 2. Dimensionnement : son rôle est de déterminer le nombre des éléments du réseau et ses configurations pour garantir les besoins définis dans la phase (1). Pendant cette étape, le fournisseur d’équipement est connu car les caractéristiques de ces derniers diffèrent d’un fournisseur à l’autre. Le dimensionnement fournit des informations pour la planification, le déploiement et l’optimisation du réseau. 3. Planification : permet de prévoir le comportement réel du système. Cette phase demande un outil puissant de calcul et une base de données contenant tous les détails du réseau. 4. Optimisation initiale : après avoir construit le plan théorique du réseau, on sélectionne les vrais emplacements de Nodes B et des RNCs pour procéder à leur implémentation, ensuite la vérification des comportements des Nodes B par des tests de base est nécessaire. 5. Exploitation et optimisation : après le lancement du réseau, des informations concernant la performance du réseau sont obtenues par trois voies : réclamations des clients, statistiques du système et résultats des drive tests. L’élimination des problèmes rencontrés fait appel à une optimisation proprement dite. 6. Extension du réseau : la croissance de la population et la baisse des prix de l’abonnement entraînent une augmentation du trafic. Avec les mêmes ressources, le système est appelé à être étendu. L’extension se fait par l’ajout de nouveaux sites, cellules ou modules. Figure 3. 1 Cycle de vie d'un réseau cellulaire Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 28
3.1 Dimensionnement Dans le CDMA, quand le nombre des UEs augmentent les interférences deviennent importantes ce qui influe négativement sur la sensibilité. Pour servir tous les UEs, on doit transmettre avec une puissance plus grande, mais si la puissance maximale est atteinte on a du mal à les couvrir tous ; résultat : une capacité dégradée et une couverture restreinte. Le dimensionnement du réseau se fait de telle façon à garantir la couverture de la zone cible et répondre aux besoins du trafic. Généralement le trafic n’est pas pris en compte dans les premières étapes de la planification puisqu’il n’est pas évident d’avoir des statistiques précises sur le trafic dans une région donnée. 3.1.1 Dimensionnement par couverture : Bilan de liaison Le dimensionnement commence par le calcul du bilan de liaison qui donne l’affaiblissement de propagation maximum toléré sur la liaison Node B – UE. La forme globale du bilan de liaison peut être présentée comme suit : Les termes impliqués dans ce bilan sont les termes classiques connus dans tout bilan d’une liaison radio, sauf pour quelques uns qui sont spécifiques au WCDMA. Le sens décisif dans la liaison est le sens montant. Ceci revient au fait que l’UE est limité en terme de puissance d’émission. A- Paramètres de l’émetteur a- Puissance d’émission Les terminaux mobiles 3G sont répartis selon leurs puissances d’émission en quatre classes. La classe 4 représente les mobiles émettant à 125mW (la plus basse parmi les quatre). Pour cette raison, la valeur 125mW (21dBm) est utilisée dans le calcul. b- Gain de l’antenne L’équipement utilisateur est doté d’une antenne omnidirectionnelle i.e. avec un gain de 0dBi. B- Paramètres du récepteur a- Gain de diversité Afin d’améliorer la qualité du signal reçu, une forme de diversité spatiale et/ou de polarisation de l’antenne de réception peut être utilisée. La première est réalisée en utilisant deux antennes espacées généralement d’une distance de 10.λ qui assure une réception de deux versions décorrélées du signal. La deuxième consiste à recevoir avec deux antennes perpendiculaires l’une à l’autre : avec des angles de +45° et -45°. Vu les considérations pratiques de réalisation, la diversité spatiale est rarement utilisée. b- Gain de l’antenne Pour une configuration tri-sectorielle des sites, des antennes directives avec des angles d’ouverture d’environ 60° et un gain variant entre 12 et 19dBi sont le plus souvent employées. c- Perte des câbles et des connecteurs Les guides d’onde reliant l’antenne à la station de base (feeders et jumpers) et leurs connecteurs introduisent une perte qui ne doit pas dépasser 3dB selon les normes. Le constructeur du guide donne une valeur de cette affaiblissement en dB/100m pour une bande de fréquence donnée. d- Amelioration MHA (Mast Head Amplifier) Placé après l’antenne pour augmenter le rapport signal à bruit SNR, le MHA a pour rôle de compenser les pertes des câbles et d’améliorer le facteur de bruit. Grâce à cette technique, on gagne environ 5dB dans le bilan total. Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 29
e- Bruit thermique Pour une température ambiante (293°K) et une bande de fréquence de 3,84MHz et un facteur de bruit de 3dB, le bruit thermique a une puissance de -105,16dBm. f- Sensibilité du récepteur La sensibilité est le niveau minimal du signal RF dans l’entrée du récepteur permettant de maintenir à sa sortie (après démodulation) une qualité de signal acceptable exprimée par le rapport énergie de bit à densité de puissance du bruit Eb/No. La sensibilité est fonction du rapport Eb/No requis pour un service donné, du facteur d’étalement SF, du facteur de bruit et de la puissance du bruit : C- Marges a- Noise rise (marge d’interférence) Elle représente le rapport de l’interférence totale sur le niveau du bruit thermique. Ce paramètre est important dans l’estimation de la couverture puisqu’il limite la sensibilité du récepteur. Il peut être aussi exprimé en fonction de la charge η : La marge d’interférence est comprise en général entre 2 et 4dB. b- Gain du soft Handover Le soft handover s’oppose à l’effet de masque et permet de réduire la marge de l’évanouissement : le mobile peut choisir le meilleur lien de communication. Son gain indique le rapport entre la puissance du signal reçu dans le cas du soft handover et celle du cas de lien unique. Ce gain qui dépend de la vitesse du mobile et de l’algorithme de combinaison en réception, peut avoir une valeur typique de 3dB. c- Marge de l’évanouissement rapide (Power control Headroom) Une marge est nécessaire sur la puissance d’émission de la station mobile pour maintenir en bon état la boucle interne de contrôle de puissance dans des conditions de propagation défavorables. Ceci s’applique surtout aux basses vitesses où le rapport Eb/No est sensible à la boucle interne de contrôle de puissance. La marge de l’évanouissement rapide est inversement liée à la vitesse du mobile. d- Body loss Si le mobile est collé à la tête de l’utilisateur, le diagramme de rayonnement de son antenne se déforme et perd presque une moitié. Ceci se traduit par une diminution de la PIRE qui peut atteindre 3dB. Cette perte est négligeable pour des services où le terminal n’est pas collé au corps comme la navigation web. e- Power rise Le contrôle rapide de puissance provoque une augmentation de la puissance d’émission moyenne pour maintenir le Eb /No requis par rapport au cas d’absence de l’évanouissement rapide. Par conséquent l’interférence sur les autres cellules augmente. Le mauvais effet de cette augmentation est surtout senti sur les frontières de la cellule où le mobile émet avec sa puissance maximale. f- Marge de l’évanouissement lent outdoor L’évanouissement lent est la conséquence de la distance qui sépare les deux extrémités de la liaison et de la présence des obstacles sur le parcours (effet de masque). Il est plus important en indoor qu’en outdoor. Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 30
Dans les calculs, on considère une marge due à cet évanouissement liée à la probabilité de couverture voulue pour un service donné et à l’écart type de l’évanouissement lent, dont des valeurs typiques sont données dans des tableaux qui les classifient suivant le type du milieu de propagation. g- Pertes de pénétration indoor Dans la plupart des cas, le mobile se trouve en indoor, le signal pénètre donc à travers les murs et les fenêtres pour l’atteindre, ce qui cause un affaiblissement additionnel. Cet affaiblissement appelé de pénétration est pris en compte dans le bilan de liaison pour s’assurer que les abonnés en indoor sont couverts. Les valeurs de ces pertes sont observables dans des tableaux [1] et varient largement en fonction des matériaux de construction. Etablissement du bilan de liaison Après avoir détaillé les différents termes du bilan, nous présentons dans le tableau 3.1 un calcul de l’affaiblissement de propagation pour un service à 64 kbits /s dans un environnement outdoor et dans un environnement indoor. Environnement Urbain dense Urbain Suburbain Emetteur (MS) Puissance d'émission max (dBm) 21 21 21
Gain d'antenne (dBi) 0 0 0
PIRE (dBm) 21 21 21
Récepteur (BS) Gain de diversité de l'antenne Rx (dB) 3 3 3
Gain de l'antenne Rx (dBi) 18 18 18
Pertes des câbles (dB) 2 2 2
Amélioration MHA (dB) 5 5 5
Densité du bruit thermique (dB/Hz) ‐174 ‐174 ‐174
Facteur de bruit du récepteur (dB) 3 3 3
Puissance de bruit du récepteur (dBm) ‐105,157 ‐105,157 ‐105,157
Eb/No requis (dB) 7 7,5 8
Débit (bits/s) 64000 64000 64000
Sensibilité du récepteur (dBm) ‐115,9385125 ‐115,4385125 ‐114,938513
Marges Noise rise (marge d'interférence) (dB) 3,979400087 3,979400087 3,97940009
Gain du Soft Handover (dB) 3 3 3
Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 31
Marge de l'évanouissement rapide (PC headroom) (dB) 2 2 2
Body Loss (dB) 0 0 0
Elévation de la Puissance Tx (power rise) (dB) 1 1 1
Perte de propagation max permise (dB) 151,9591124 151,4591124 150,959112
Fiabilité de couverture Proba de couverture Outdoor à la bordure de la cellule 90 90 90
Ecart type de l'évanouissement lent Outdoor (dB) 7 7 8
Marge d'évanouissement lent Outdoor (dB) 8,970860959 8,970860959 10,2524125
Perte de propagation max permise en Outdoor (dB) 142,9882515 142,4882515 140,7067
Proba de couverture Indoor (%) 85 85 85
Ecart type de l'évanouissement lent Indoor (dB) 6 5 4
Pertes de pénétration Indoor (dB) 18 13 8
Ecart type de la perte de pénétration Indoor (dB) 6 5 3
Ecart type combiné (dB) 11 9,949874371 9,43398113
Marge Indoor de l'évanouissement lent (dB) 11,40076728 10,31238202 9,77769304
Perte de propagation max permise pour Indoor (dB) 122,5583451 128,1467304 133,181419
Tableau 3. 1 Bilan de liaison Rayon de couverture Le calcul du rayon de couverture a pour paramètres l’affaiblissement de propagation obtenu du bilan de liaison pour le service choisi dans l’un des environnements caractérisant la zone à couvrir. Les formules des modèles de propagation lient l’affaiblissement de trajet à la distance entre l’émetteur et le récepteur qui représente, lors du dimensionnement, le rayon de couverture. Pour la fréquence de travail du système, la hauteur de la station de base et celle du mobile et avec un affaiblissement calculé, on peut tirer le rayon des cellules de la zone à planifier. Le modèle de propagation que nous utilisons est le modèle COST-HATA qui associe à chaque type d’environnement une formule spécifique (voir §2.1). Le tableau 3.2 illustre les résultats obtenus pour des zones suburbaines, urbaines et urbaines denses. Le paramètre principal qui les différencie est la perte de pénétration qui est d’autant plus importante que la densité des bâtiments l’est. Environnement Urbain dense Urbain Suburbain Hauteur de la BS(m) 25 25 30 Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 32
Hauteur de l’UE (m) 1,5 1,5 1,5 Pertes de pénétration (dB) 18 13 8 Rayon de couverture indoor (m) 288 534 1239 Tableau 3. 2 Calcul du rayon de couverture Estimation du nombre de sites Le calcul des rayons permet d’estimer la surface couverte par chaque site. Pour un site tri-sectoriel, cette surface élémentaire est donnée par la relation : En connaissant la surface de la zone à couvrir, le nombre de sites est obtenu par une simple division de cette surface par la surface élémentaire. Sur une carte géographique indiquant la distribution de la population, on obtient les aires de trois zones correspondant chacune à un type de milieu de propagation (cf chapitre 4). Le résultat du calcul de nombre de sites est présenté sur le tableau 3.3. Urbain dense Urbain suburbain Rayon de couverture (m) 288 534 1239 Surface élémentaire (km²) 0,162 0,556 3 Surface à couvrir (km²) 2,4 14 40 Nombre de sites 15 26 14 Tableau 3. 3 Estimation du nombre de sites 3.1.2 Dimensionnement par capacité Lorsque la capacité est considérée dans la planification, le nombre de sites est calculé de deux manières, l’une basée sur la capacité et l’autre sur la couverture comme a été détaillé précédemment. On sous-entend par la capacité le nombre maximal d’utilisateurs supportés par une cellule (ou un site) simultanément pour un service donné. On peut aussi calculer le nombre maximal d’utilisateurs répartis sur plusieurs services avec une certaine pondération. Une fois ce nombre connu on peut calculer le nombre de sites nécessaires en divisant le nombre total d’utilisateurs à servir simultanément dans une zone par le nombre d’utilisateurs supportés par un seul site. Evidement, le planificateur doit disposer d’une quantité suffisante d’informations sur la demande en trafic dans une zone pour chacun des services offerts. Le nombre maximal théorique d’utilisateurs supportés par une cellule (la barre de capacité) sur la liaison montante est fonction du type du RAB. Il est donné par la formule suivante : Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 33
Où γ est le rapport signal à interférence requis pour le service en valeur linéaire : ; Et F est le rapport de l’interférence produite par les autres cellules à celle induite par la cellule elle-même. La valeur de F ne peut pas être donnée avec exactitude. Une valeur typique pour un site tri-sectoriel est 0,93. La barre de capacité ne peut pas être atteinte dans la réalité parce qu’elle implique une interférence infinie et donc un rayon de couverture nul. C’est ici qu’intervient la notion de charge sur la liaison montante qui représente le rapport du nombre maximal d’utilisateurs réellement permis à la barre de capacité pour tous les services: Le tableau 3.4 présente un exemple de calcul de capacité pour trois services différents en admettant une charge de 50%. Une fois le nombre de sites basé sur la capacité obtenu, il est comparé à celui calculé par la couverture, s’ils sont trop éloignés, la valeur de la charge admise est modifiée et le calcul est repris. L’algorithme de la figure3.2 présente la procédure suivie pour une planification tenant compte de la couverture et de la capacité. Voix Donnés mode circuit 64kbit/s Donnés mode paquet 128kbit/s TEB requis 10-3 10-6 10-1 Eb/I0 requis 4,2 3,9 1,9 Mbarre 95 14 11 Mréel 47 7 5 Tableau 3. 4 Calcul de la barre de capacité
Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 34
Figure 3. 2 Procédure de planification combinée capacité/couverture 3.1.3 Nombre de RNCs Pour une première estimation du nombre des RNCs, les nodes B sont supposés uniformément distribués sur les RNC et véhiculent le même trafic. La capacité d’un RNC est limitée par trois facteurs : le nombre maximal de cellules par RNC (fréquence et scrambling codes), le nombre maximal de stations de base par RNC, débit maximal supporté sur l’interface Iub et aussi la quantité et le types des interfaces matérielles (STM-1, E1, etc.). Le calcul de dimensionnement se fait pour chaque limitation puis le résultat le plus exigent (le plus grand nombre de RNCs) est retenu pour satisfaire toute les contraintes. Où est le nombre maximal de stations de base par RNC et est le taux d’utilisation de la ressource d’un RNC pour prévoir une extension inattendue et pour donner une marge de capacités de calcul au RNC. Un exemple de calcul et des valeurs typiques des différentes variables peuvent être consultées sur [2]. Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 35
3.2 Planification détaillée 3.2.1 Distribution des sites sur la carte Choix de la distance inter-sites Le choix de la distance intersites est un compromis entre une grande probabilité de couverture et un large recouvrement pour le soft handover d’un coté, et la minimisation des interférences entre cellules de l’autre. La forme hexagonale théorique classique des cellules simplifie la représentation et la planification du réseau cellulaire en permettant une juxtaposition des cellules. Pour profiter des vertus du soft handover, une zone de chevauchement de 20 à 25% est prévue entre les surfaces de couvertures des sites voisins. Nous choisissons dans notre application une distance intersites de 1,5R qui assure 23% de recouvrement. Figure 3. 3 Chevauchement entre sites Distribution des sites Sur une carte géographique, après la sélection de l’une des trois zones, on procède au tracé d’un quadrillage qui garantit une distance inter-sites de 1,5R. Figure 3. 4 Distribution des sites par maillage Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 36
Co-situation avec les sites GSM L’avantage principal de la co-situation des sites WCDMA avec ceux de GSM est d’éviter le coût élevé de l’acquisition des sites. En plus, le coût est réduit aussi par le partage des pylônes d’antenne, des systèmes d’alimentation et du réseau de transport. Comme le bilan de liaison de WCDMA est différent de celui du GSM900, il peut être nécessaire d’ajouter des sites WCDMA entre les sites GSM900 existants pour atteindre la couverture voulue. 3.2.2 Planification des fréquences Les opérateurs 3G vont avoir accès à des bandes de fréquence de largeur typique de 15MHz (dans les deux sens). Dans ce cas il est direct d’utiliser une structure HCS en trois couches. Voir § 3.3.3. Si un opérateur n’a accès qu’à une bande de 10MHz, les couches micro et pico cellule peuvent se partager la même bande de fréquence avec une petite dégradation des performances. L’isolation entre les pico/micro cellules due aux murs réduit les interférences entre ces couches. Comme la différence entre la vitesse des utilisateurs des micro et pico cellules n’est pas importante, une micro BS peut servir des utilisateurs indoor (normalement servis par une picocellule). Cependant, une macro BS en visibilité peut interférer un utilisateur indoor (aux étages les plus hauts par exemple). Une bande de garde doit être utilisée pour séparer la couche macro de la couche pico/micro. 3.2.3 Planification des codes : Sur la liaison descendante, le nombre maximal des codes d’embrouillage (scrambling) qui est une séquence de Gold de 38400 chips est 218-1, mais pas tous les codes sont utilisés. Les codes sont divisés en 512 ensembles chacun contenant un code primaire et 15 codes secondaires. Un et un seul code primaire est alloué à chaque cellule, donc la réutilisation des codes est 1 :512 ce qui rend simple la tâche de leur planification. Cependant il faut prendre en compte que les codes sont répartis en 64 groupes et si des cellules voisines utilisent des codes de groupes différents, la consommation de l’UE est réduite. Les codes de canalisation sur la liaison descendante sont une ressource limitée surtout avec l’utilisation des services à débit élevé et du soft handover. Si une augmentation de la capacité est nécessaire, l’arbre des codes peut être réutilisé jusqu’à 15 fois dans une même cellule en embrouillant chacun avec l’un des 15 codes secondaires d’embrouillage de la cellule. Figure 3. 5 Choix des codes de canalisation 3.2.4 Planification des puissances En WCDMA, la puissance est une ressource partagée entre les différents services et utilisateurs. La partie utilisée pour les canaux communs réduit la capacité du réseau en trafic utile. La couverture de ces canaux Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 37
doit être supérieure à celle des canaux de trafic pour permettre aux UEs de détecter les cellules avant de rentrer dans leurs zones de soft/softer handover. Environ 20% de la puissance maximale de la BS est allouée aux canaux communs. Les deux canaux les plus importants sont CPICH et SCH. Leurs puissances sont un compromis entre le temps nécessaire pour une recherche fiable de cellules et l’interférence maximale permise sur les canaux de trafic. Les valeurs absolues et relatives des puissances des différents canaux communs ont été citées dans §2.4.2. Il est à préciser que le SCH n’est utilisé que pendant 1/10 du temps, donc si ont dit que 0,5% de la puissance totale lui est alloué, c’est en fait 5% pendant 1/10 du temps. Sa puissance est donc proche ou égale à celle du CPICH. 3.2.5 Utilisation d’un outil logiciel de planification Un logiciel de planification statique permet de simuler différentes variables dans un réseau cellulaire après un calcul basé sur une définition entière et cohérente des paramètres nécessaires. L’appellation statique vient du fait que le logiciel n’est pas en mesure de simuler une vraie mobilité de l’utilisateur, mais il peut quand même attribuer une vitesse aux mobiles pour l’utiliser dans les calculs. Les paramètres de base à définir dans un logiciel de planification sont : - Choix d’une technologie du réseau d’accès, UMTS/WCDMA dans notre cas ; - Utilisation d’une carte numérique (modèle numérique du terrain) incluant des informations sur la hauteur du sol, la nature du sursol, la densité de population, les routes, les rivières, etc. - Définition des sites et de leurs émetteurs ; - Définition des antennes utilisées ; - Calibrage du modèle de propagation utilisé ; Exécution des calculs Une fois les paramètres cités entrés, plusieurs calculs peuvent être effectués. Ces calculs sont tous basés sur le calcul des affaiblissements de trajet : - Calcul du niveau de champ à chaque pixel de la zone de calcul ; - Zones de recouvrement ; - Zone de service (Eb/N satisfaisant) ; - Statut du Handover ; - Analyse de réception du canal pilote (Ec/Io). 3.3 Optimisation initiale : Après avoir placé les sites dans la carte géographique, on procède à l’opération appelée lancement initial (initial tunning), qui consiste à désigner les vrais emplacements des sites en passant par plusieurs étapes : - Rechercher des points convenables, sur un rayon variant de 10 à 20% de la distance inter-sites, autour des coordonnées obtenues sur carte ; - Construire une liste des immeubles candidats pour l’acquisition de chaque site. Ces candidats doivent vérifier les conditions des hauteurs et de dégagement (un site 3G doit être dégagé de tout obstacle sur un rayon de 100m et plus haut de 3m que le plus haut obstacle). - Choisir l’emplacement des antennes dans l’immeuble sélectionné, soit sur le même pilonne soit les séparer par des distances pour éviter l’effet terrasse (si la terrasse est grande une partie important de l’énergie va être perdue par réflexions vers le haut) Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 38
- Définir les azimuts pour chaque site. Si le site est validé, il sera mis en place et activé. Avant de déployer les sites proches, une vérification de ses secteurs est obligatoire, celle-ci est faite par l’intermédiaire d’un drive test en utilisant un outil logiciel d’optimisation radio (comme le TEMS INESTIGATION d’Ericsson). Le drive test permet de connaître le niveau de champ dans toute la zone de couverture, la qualité de signal et autres paramètres. Les résultats d’un tel test déterminent les zones aveugles (non couvertes), les cellules qui peuvent être définies comme membres de l’active set (AS), le réglage des puissances d’émission des cellules et le facteur correctif du modèle de propagation. Figure 3. 6 Drive test Pour pallier les défauts de qualité et de couverture issus de ce test, des mesures d’optimisation peuvent être prises. Les plus connues sont : 3.3.1 Amélioration de la qualité radio Diminution des ACI : Adjacent Cell Interference L’interférence entre cellules adjacentes apparaît dans un environnement multi-opérateurs, car vu la rareté de la ressource de fréquence, des bandes de garde élevées entre les porteuses ne sont pas permises. Cette interférence peut être évitée par l’utilisation des filtres à pente rude. Elimination des mauvais effets de la coexistence avec le GSM : Une coexistence entre GSM et UMTS est prévue, il est donc essentiel de définir des exigences sur la bande de garde entre l’UMTS et les autres systèmes 2G. La bande de garde requise entre WCDMA et GSM 1800 dépend de l’isolation minimale entre les deux systèmes pour éviter certaines dégradations de performances. Il doit être assuré que la contribution du système GSM dans le bruit du WCDMA soit insignifiante. L’effet négatif de cette cohabitation est l’interférence causée par : Bruit de fond mutuel : Si les BS des deux systèmes sont co-situées, chaque émetteur va agir comme un bruit de fond pour l’autre, cela peut être évité par le respect de la distance d’isolement et par une séparation fréquentielle suffisante. Un espacement typique de 3MHz entre les porteuses à la frontière des deux bandes est nécessaire. Produit d’intermodulation : Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 39
Ce phénomène est gênant pour les récepteurs des deux systèmes ou l’un d’entre eux. Il est généré par les dispositifs non linéaires (mixeur, amplificateur et connecteurs), car le signal de sortie n’a pas la même forme que celui d’entrée ce qui engendre des harmoniques dans le spectre de sortie. Ces harmoniques sont les produits d’intermodulation (IM). Si le signal d’entrée est formé de deux fréquences f1 et f2, la sortie va contenir des composants de la forme : Fim= m.f1+n.f2, la somme n+m est appelée ordre de l’IM. Les IM sont importantes pour les grandes puissances de transmission. Les stations de base co-situées des deux systèmes peuvent utiliser chacune une antenne distincte ou une antenne bi-bandes commune entre elles. (Voir fig. 3.7) Figure 3. 7 Réalisation de la cosituation par deux méthodes Utilisation des amplificateurs MHA : Des pré-amplis LNA installés après les antennes sont parfois utilisés dans les systèmes cellulaires, ils sont appelés MHA (Mast head amplifier) ou TMA (Tower mounted amplifiers). Le MHA dans un Node-B sert à améliorer le facteur de bruit du récepteur (qui entre dans le bilan de liaison) quand un feeder trop long est utilisé, cela peut être considéré comme une compensation des pertes du feeder et des connecteurs. Pour une configuration de diversité, le MHA est doublé (i.e. 2 MHA pour une diversité de deux antennes). La formule du facteur de bruit avant et après l’insertion d’un MHA est donnée par : La diversité : La diversité du récepteur est utilisée pour pallier le problème de l’affaiblissement de trajet et pour augmenter le SIR par une décorrélation des évanouissements sur les deux branches des antennes (i.e. pas d’affaiblissement dans toutes les antennes en même temps). La combinaison des signaux reçus sur deux antennes donne un gain en puissance de 3dB dans le bilan. Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 40
3.3.2 Extension par des modifications de configuration Ce paragraphe présente des possibilités d’extension sans l’ajout de nouveaux sites. Toutefois quelques solutions impliquent l’ajout d’unités à des sites existants. Elévation de la capacité en canaux Il est, en général, possible de sous-équiper un équipement d’un node B couvrant un trafic léger lors du déploiement initial. Si la demande croît, des modules supplémentaires peuvent être insérés. Ceci offre une solution à bas coût initial et une facilité d’extension. Si la BS est complètement équipée, la capacité en canaux peut être augmentée en remplacent les modules existants par d’autres ayant plus d’ASIC intégrés. Augmentation de la puissance L’utilité d’une augmentation de la puissance d’émission maximale permise dépend des dimensions de la cellule : est ce que la cellule est si large que le bruit de fond ait un impact? Pour les petites cellules, la puissance des canaux de diffusion a un effet largement supérieur à celui du bruit de fond. L’augmentation de la puissance de sortie peut servir à augmenter la capacité, la couverture ou les deux. Ajout de nouvelles fréquences porteuses Si dans une zone la capacité atteinte avec l’utilisation d’une seule porteuse n’est pas suffisante, l’opérateur peut utiliser une deuxième porteuse. La capacité est théoriquement doublée en passant d’une porteuse à deux. La seule limite est la largeur de spectre octroyée à l’opérateur lors de l’obtention de la licence. La couverture des deux porteuses doit être la même avec une légère différence due à la différence de charge maintenue par chaque fréquence. L’ajout d’une nouvelle fréquence implique une nouvelle tâche d’optimisation de certains paramètres, en particulier le handover interfréquence, la recherche des cellules, et le chevauchement de couverture. Sectorisation L’augmentation du nombre de secteurs de trois à six (ou même plus théoriquement) est une alternative à la méthode précédente pour l’extension du réseau. Ceci ce fait en utilisant des antennes à ouverture plus étroite qui permettent des gains plus élevés : en réduisant l’ouverture à un demi, le gain croît d’environ 3dB. Par ailleurs cette technique implique qu’un trafic plus dense est supporté. Elle permet, donc, une amélioration de la couverture, de la capacité ou des deux. Utilisation des répéteurs Une autre alternative pour l’amélioration de la couverture est l’utilisation des répéteurs : des répéteurs RF ou des systèmes de distribution optique peuvent combler les trous de couverture dans un secteur. Les trous de couverture sont souvent entourés par le secteur qui communique avec le répéteur comme l’intérieur des bâtiments ou les tunnels, ou bien bénéficient d’une déformation du secteur pour étendre, par exemple, la couverture d’une autoroute. Ajout d’antennes distribuées Cette technique permet d’améliorer la capacité ou la couverture. Dans le cas de trafic peu dense chaque antenne peut émettre le même signal, alors que pour les zones à forte demande en capacité, des fonctionnalités plus avancées sont nécessaires pour qu’un signal destiné à un certain utilisateur soit transmis aux antennes proches de cet utilisateur. Cela réduit nettement le niveau d’interférence du système car les utilisateurs sont toujours proches à au moins une antenne. Si de plus les antennes sont placées en indoor, la perte de pénétration va jouer le rôle d’un séparateur entre les cellules. Chapitre3 planification des réseaux 3G Planification radio d’un réseau 3G 41
3.3.3 Extension par l’ajout de sites Dans le chapitre précédent, l’extension se faisait par l’ajout de matériel aux sites existants. Dans ce chapitre les méthodes d’ajout de sites sont présentées. Ceci s’applique sur les zones où le WCDMA est déjà déployé et a pour effet l’amélioration de la couverture, de la capacité ou des deux. Les nouveaux sites peuvent connaitre une extension par la suite en utilisant les approches du chapitre précédent. Division de cellules En supposant que le nombre de sites est doublé, la couverture de chaque cellule est réduite au demi. Si c’est la couverture qui intéresse, cette méthode peut offrir une couverture complète de la zone pour des services à débit élevé. Par exemple la couverture complète pour un service d’acheminement au mieux à 64kbit/s peut être étendue à une couverture pour un service d’acheminement au mieux à 128kbit/s. Modèle en couches du réseau (HCS : hierarchical cell structure) Les sites mis en place, qui normalement couvrent toute la zone souhaitée, ne contiennent que des macrocellules. Mais en pratique et à cause de la nature du terrain et du trafic, des zones aveugles et d’autres congestionnées apparaissent, la solution la plus courante est l’utilisation du modèle en couches .Un réseau en couches signifie simplement l’existence des différents types de cellules micro, macro et même picocellule chacune avec une porteuse et suffisamment espacée des autres. Une bonne planification du réseau passe par plusieurs phases : la première, ayant pour objectif de couvrir la zone cible, est l’étape la plus simple réalisée par l’implémentation seulement des Macrocellules, tandis que la deuxième phase est marquée par l’utilisation des microcellules pour les zones aveugles ou les zones à trafic élevé. Ces dernières nécessitent des sites de grande capacité et avec des débits élevés mais limités en couverture. Si l’un de ces sites est isolé dans sa bande de fréquence (n’a pas de voisines) il pourra supporter une charge de 1,5 à 2 fois plus importante que s’il était entouré de sites opérant sur la même fréquence. Une structure complète de cellules est obtenue par trois couches. Pour améliorer les performances d’un réseau en couches des fonctionnalités supplémentaires sont utilisées pour répartir le trafic sur les différentes couches (et donc les différentes bandes) et pour décider quelle couche sert mieux un mobile selon sa vitesse. La HCS assure une grande capacité pour différents services avec une continuité de couverture. Figure 3. 8 Structure hiérarchisé en couches du réseau 3.3.4 Amélioration potentielle WCDMA à été conçu pour être évolutif et pour supporter efficacement des technologies avancées comme les antennes adaptatives et la suppression d’interférences. Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 41
4.1 Présentation générale du logiciel Attol est un outil logiciel multi-technologies de planification radio fait pour supporter les travaux d’un opérateur de radiocommunication mobile durant tout le cycle de vie du réseau. Parmi ses caractéristiques : - Options avancées de conception de réseau : performance de calcul, support de réseaux en couches, planification automatique de codes/fréquences, support de différentes technologies d’accès et support de réseau multi-technologies (GSM/UMTS par ex.) ; - Architecture flexible et ouverte : support des formats standards de fichiers et de bases de données d’autres logiciels ; - Attol est constitué d’un noyau principal et de modules optionnels comme le module UMTS, le module de calibration de modèles de propagation, le module de planification automatique des codes et le module des liaisons FH. Fenêtre principale Figure 4. 1 Fenêtre principale du logiciel et carte topographique d'Oran 1- Zone principale où l’utilisateur peut visualiser la carte numérique ainsi que les sites implantés et les représentations graphiques des calculs, ou une table de base de données (par ex. des sites ou des antennes) ; 2- Zone d’exploration à trois onglets : le premier ‘Données’ comporte les éléments du réseau et les différents calculs et prédictions, le deuxième ‘Géo’ indique les composants de la carte numérique et les données qu’elle contient (modèle numérique du terrain, infrastructures de base, hauteurs, population, etc.) et le dernier ‘modules’ contient les différents modèles de propagation y compris le modèle standard ; 3- Observateur d’évènements pour afficher les calculs en cours d’exécution. Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 42
4.2 Etapes suivies dans un projet de planification d’un réseau UMTS - Créer un nouveau projet et choisir UMTS/WCDMA comme technologie ; - Importer les données géographiques ; - Créer le réseau en utilisant les modèles de stations. Définir les paramètres des sites, des émetteurs et les paramètres radio spécifiques à UMTS ; - Calibrer le modèle de propagation utilisé ; - Définir une zone de calcul et les paramètres de calcul (résolution, modèles, propriétés du récepteur) ; - Créer et exécuter les études de couverture (par émetteur, par niveau de signal, zones de chevauchement) ; - Définir les paramètres de trafic multiservices (services, types de mobilité, profils utilisateur, environnements) ; - Créer les cartes de trafic par environnement ; - Définir les voisines de chaque cellule manuellement ou automatiquement ; - Obtenir des vues instantanées du réseau en simulant le trafic ; - Procéder aux études spécifiques à UMTS basées sur la charge du réseau ; - Allouer les codes d’embrouillage aux cellules ; - Vérifier et valider les résultats par des données de mobiles de test. 4.3 Préparation des données Création d’un nouveau projet Pour commencer, l’utilisateur doit créer un nouveau projet. Le logiciel donne le choix parmi les technologies qu’il supporte. Pour notre cas, la technologie à choisir est ‘UMTS WCDMA’ (Fig. 4.2). Figure 4. 2 Création d'un nouveau projet UMTS WCDMA Importation des données géographiques Pour pouvoir travailler sur une carte réelle, l’utilisateur doit importer les données géographiques du terrain à planifier (hauteur du sol, type du sursol, etc.). Les opérateurs de téléphonie mobile, dont Mobilis, utilisent une carte de modèle numérique du terrain DTM obtenue auprès de l’INCT (institut national de cartographie et de télédétection). Une fois le modèle numérique du terrain chargé, des informations supplémentaires utiles appelées vecteurs peuvent être chargées, comme les routes, les rues, les autoroutes, les aéroports, les rivières, les lacs, etc. Les informations géographiques permettent au logiciel d’effectuer les calculs de propagation et à l’utilisateur de mieux choisir l’emplacement des sites. Un exemple de la carte topographique d’Oran avec quelques vecteurs fait l’objet de la figure 4.1. Définition d’un site Lors de l’ajout d’un nouveau site, plusieurs paramètres sont à définir : sa position géographique (longitude et latitude), sa hauteur et le type d’équipement utilisé. Les propriétés radio sont introduites dans la définition des Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 43
émetteurs puisque les secteurs d’un site n’ont pas nécessairement la même configuration. Définition d’un émetteur Un émetteur caractérise chacun des secteurs d’un site. On peut définir son nom, le site auquel il appartient, la distance qui le sépare de son site (en général nulle), ses pertes en émission et en réception, son facteur de bruit, sa hauteur, le modèle de l’antenne utilisée (choisi parmi les modèles préalablement définis), son azimut, son downtilt (inclinaison), la porteuse qu’il utilise, la taille maximale de l’active set, la puissance maximale et les puissances des canaux CPICH, SCH et CCHs, ses voisines, son état d’activité et le modèle de propagation utilisé lors des calculs. Figure 4. 4 Définition des propriétés d'un émetteur Définition d’une antenne On peut définir pour une antenne son gain, son diagramme de rayonnement (vertical et horizontal) et sa bande de fréquence de travail. Ces données peuvent être obtenues à partir du datasheet de l’antenne. Dans la définition d’un émetteur, son antenne est choisie parmi les antennes ainsi définies. Figure 4. 3 Définition des propriétés d'un site
Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 44
Calibrage d’un modèle de propagation Les modèles de propagation doivent être calibrés pour correspondre au mieux à l’environnement réel. Il faut mettre sur le terrain quelques sites dont les emplacements représentent tous les milieux de la zone de planification (urbain, suburbain, urbain dense, et rural) et les différentes conditions de propagation, et procéder, par la suite, au calibrage du modèle de propagation pour chaque type de milieu de propagation en réalisant des mesures sur des trajectoires appartenant aux zones de couvertures des lobes principaux des antennes. Ensuite les résultats des mesures sont comparés aux résultats des calculs du modèle de propagation à calibrer et les valeurs des différents facteurs ainsi que celles des affaiblissements pour chaque type de sursol sont fixées. Dans le logiciel Atoll, un modèle de propagation standard basé sur le modèle Cost-Hata propose une formule générale avec plusieurs facteurs à définir. Le choix des facteurs peut se faire manuellement mais il est d’une grande complexité. Les outils logiciels de planification (y compris Atoll) incluent une fonction de calibrage automatique : en entrant un fichier de résultats de mesures effectuées sur un chemin et en indiquant l’émetteur radio utilisé et le modèle à calibrer, le logiciel calcule automatiquement les coefficients de la formule générale. Figure 4. 5 Définition des propriétés d'une antenne Figure 4. 6Facteurs de calibrage d'un modèle de propagation Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 45
Figure 4. 7 Calibrage automatique d'un modèle de propagation Figure 4. 8 Affaiblissements par classe de sursol Vu la non disponibilité des appareils de mesure pour un réseau UMTS nous étions restreints à utiliser un modèle calibré sur le territoire algérien pour une fréquence de 1800MHz. Répartition des environnements Le facteur principal qui distingue les environnements est la densité en bâtiments. Le type de carte ‘classe de sursol’ est celui qui donne le plus d’informations sur la densité urbaine. Ainsi, sur la carte des types de sursol, la ville d’Oran est scindée en trois régions indiquées sur la figure 4.9. Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 46
Figure 4. 9 Répartition des environnements Urbain dense, Urbain et Suburbain Distribution des sites En se basant sur les calculs du §3.1.1 qui donnent le nombre de sites pour chaque environnement, et en appliquant un maillage similaire à celui de la figure 3.4, nous obtenons la distribution des sites sur la zone de planification. Voir fig. 4.10. Figure 4. 10 Distribution des sites Choix d’une zone de calcul La zone de calcul est un polygone dessiné sur la carte définissant les émetteurs concernés par le calcul demandé. Ceci permet de réduire le temps de calcul et d’obtenir des résultats plus précis. Les Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 47
émetteurs utilisés pour le calcul seront ceux dont le rayon de calcul (valeur à définir) atteint la zone de calcul. Remarque : pour les captures d’écran des différents calculs et prédictions qui vont suivre, seule la zone urbaine dense sera représenté pour une meilleure illustration des résultats. Les mêmes étapes citées pour cette zone sont répétées pour les zones urbaine et suburbaine. 4.4 Etudes de prédiction Prédictions de la couverture par niveau de champ Cette prédiction permet d’estimer la puissance reçue par un mobile en chaque point de la zone de calcul. L’objectif de cette étude est de détecter d’éventuelles zones aveugles et essayer de les éliminer en procédant à des modifications de la configuration des sites et des émetteurs comme un déplacement de site, un changement de l’azimut d’un émetteur, un réglage de puissance ou une inclinaison (tilt) d’une antenne. Figure 4. 11 Prédiction du niveau de champ Prédiction du rapport Ec/Io du canal pilote CPICH Le mobile utilise le rapport Ec/Io du CPICH pour décider lesquelles des cellules qui l’entourent offrent une meilleure qualité de signal. Pour remédier aux défauts éventuels rencontrés, des changements similaires à ceux cités ci-dessus sont utiles. Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 48
Figure 4. 12 Prédiction du rapport Ec/Io du canal pilote CPICH Prédiction de l’état du Handover La connaissance des états du Handover est très importante puisqu’elle facilite le choix des cellules voisines de chaque cellule pour ensuite les définir dans le RNC. Les voisines d’une cellule donnée sont les cellules qui peuvent prendre un mobile en situation de Handover avec elle. En outre, en utilisant les résultats de cette prédiction on peut favoriser le handover dans les endroits qui n’en profitaient pas en diminuant la valeur du seuil de handover ou en amenant d’autres cellules à les couvrir. Figure 4. 13 Prédiction de l'état du Handover 4.5 Analyse ponctuelle Le logiciel Atoll donne l’avantage de connaitre les différents paramètres radio en un point de la carte. En choisissant le type d’étude analyse ponctuelle, dans un projet UMTS, on peut utiliser les onglets : ‘Profil’, ‘Réception’ et ‘Résultats’ pour estimer le niveau de signal du CPICH reçu tandis Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 49
que l’onglet ‘Analyse AS’ donne une prédiction sur la qualité (Ec/Io) du CPICH et l’état de la connexion pour le mobile. Réception et profil par rapport à un émetteur donné Cette étude permet de dessiner l’ellipsoïde de Fresnel entre l’UE et l’émetteur sélectionné. L’utilité de cette information apparaît dans le cas où un obstacle cache totalement l’UE. La solution la plus évidente pour ce problème est de chercher un emplacement plus haut que celui choisi pour ce site. Une autre information est le niveau de signal provenant de cet émetteur avec un calcul basé sur le modèle de propagation utilisé. Figure 4. 14 Réception et profil en un point par rapport à un émetteur donné Meilleurs niveaux de réception Avec Atoll, la visualisation du niveau de signal de chaque émetteur actif dans le réseau est possible. En sélectionnant une seule porteuse on peut choisir d’autres cellules candidates pour faire partie de l’AS. Figure 4. 15 Meilleurs niveaux de réception en un point Analyse de l’active set Cet onglet affiche la réception du CPICH en termes des éléments de l’AS. Une telle étude vérifie la disponibilité d’un service (caractérisé par un Ec/Io requis) pour un type de mobile (caractérisé par sa puissance d’émission et la taille maximale de l’AS). Les cellules représentées par des bâtons gris sont les membres appartenant à l’AS tandis que les bâtons blancs représentent celles qui ne respectent pas les conditions de l’AS. Figure 4. 16 Analyse ponctuelle de l'Active Set Chapitre4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 50
4.6 Allocation automatique des codes d’embrouillage Figure 4. 17 Allocation automatique des codes d'embrouillage Pour assurer une séparation suffisante entre les cellules utilisant le même code d’embrouillage, une planification des codes est nécessaire. L’utilisateur peut choisir les paramètres pris en compte par l’algorithme d’allocation : - Cellules voisines d’une cellule : si ce paramètre est choisi, ces cellules vont avoir des codes différents deux à deux. Les voisines de chaque cellule peuvent être définies manuellement ou automatiquement. Le handover ne peut se faire qu’entre une cellule et ses voisines ; - Secondes voisines (voisines des voisines) : on peut leur imposer, elles aussi, des codes différents ; - Critères sur Ec/Io : toutes les cellules ayant un rapport Ec/Io de leur pilote dans une marge (à définir) par rapport à celui d’une certaine cellule ne peuvent pas avoir le même code avec elle ; - Distance de réutilisation : c’est la distance minimale qui peut séparer deux cellules ayant le même code. Si l’algorithme ne parvient pas à une allocation qui remplit tous les critères, il génère une erreur. L’utilisateur doit redéfinir les critères avec plus de tolérance. Chapitre 4 Utilisation de l’outil logiciel Planification radio d’un réseau 3G 51
4.7 Conclusion Comme le travail accompli sur l’outil logiciel de planification ‘Atoll’ est plus long pour que ses étapes soient représentées en détails avec des captures d’écran dans une dizaine de pages, ce chapitre a plutôt présenté le principe et la procédure de raisonnement et d’action. Les étapes décrites sont définies par des experts de la planification pour garantir une efficacité en termes de qualité, de coût et de temps pris pour aboutir à un plan complet du réseau. L’interprétation des prédictions et des différentes analyses nécessite une bonne compréhension de l’ensemble des mécanismes naturels et des paramètres de configuration du système intervenant dans les résultats pour pouvoir ensuite appliquer les modifications adéquates. Conclusion générale L’objectif de ce mémoire était de procéder à une planification cellulaire du réseau UMTS de la ville d’Oran pour l’opérateur Mobilis. Cette étude nous a permis de nous familiariser avec le travail d’Ingénieur planificateur au sein de l’équipe d’un opérateur, d’avoir un contact avec les équipements du réseau 3G, de profiter des outils logiciels disponibles ainsi que de l’expérience de l’équipe de planification et d’optimisation. La planification est d’importance majeure dans le cycle de vie d’un réseau cellulaire puisqu’elle est la base sur laquelle les étapes suivantes s’appuient. Cependant les tâches réalisées à travers ce projet de fin d’études ne représentent que les premiers pas de la planification : les résultats obtenus doivent être vérifiés sur le terrain car des facteurs imprévisibles peuvent intervenir (nouveaux immeubles, obstacles saisonniers, etc.). Notre projet servira de base d’étude à une continuation future pour d’autres projets visant la validation des résultats de la planification en environnement réel et l’optimisation du réseau basée sur les tests appropriés. Ceci sera peut-être plus simple dans les années à venir lorsque les opérateurs de téléphonie mobile s’engagent dans l’exploitation réelle des réseaux UMTS : en effet, les étudiants pourront avoir accès aux équipements et aux instruments de mesure spécifiques à la technologie WCDMA. Le présent mémoire en servira de guide efficace décrivant la procédure à suivre et les solutions à entreprendre. Annexe A Structure de la trame en WCDMA Planification radio d’un réseau 3G Annexe A : Structure de la trame en WCDMA Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Uplink Structure de la trame et de l’intervalle de temps ‘TimeSlot’ de quelques canaux Downlink Annexe B Procédure du Soft Handover Planification radio d’un réseau 3G Annexe B Procédure du Soft Handover, Ajout d’un lien Cas le plus général : les deux nodes B ne sont pas sous le contrôle du même RNC. - Le SRNC indique à l’UE le type de mesures intra-fréquence à effectuer par un message RRC : Measurement-Control ; - L’UE rapporte le résultat des mesures au SRNC. Il indique que le node B 2 commence à remplir les critères du Soft Handover ; - Le SRNC décide d’ajouter un lien radio (RL) entre l’UE et le Node B2, mais trouve que ce node B n’appartient pas au même RNS. Il contacte, donc, le RNC qui contrôle le Node B2, qui devient un DRNC, par un message RL_Setup_Request ; - Le DRNC envoie une requête d’établissement d’un lien radio RL_Setup_Request au node B2 en fournissant les informations nécessaires sur les puissances et le code d’étalement à utiliser ; - Le Node B2 envoie une réponse RL_Setup_Response au DRNC qui l’achemine vers le SRNC ; - Le Node B2 commence à recevoir et envoyer sur un canal dédié avec l’UE. Critères du Soft Handover remplis !
Bibliographie Planification radio d’un réseau 3G Bibliographie Livres [1] Nawrocki, J.N., Dohler, M., et Aghvami, A.H., Understanding UMTS Radio Network Planning and Automated Optimization, John Wiley & Sons, 2006, Chichester, Angleterre. [2] Laiho, J., Wacker, A., Novosad, T., Radio Network Planning and Optimization for UMTS, John Wiley & Sons, 2006, Chichester, Angleterre. [3] Chevallier, C., Brunner, C., Garavaglia, A., Murray, K.P., et Baker, K.R., WCDMA (UMTS) Deployment Handbook: Planning and Optimization Aspects, John Wiley & Sons, 2006, Chichester, Angleterre. [4] Sanchez, J. et Thioune, M., UMTS, Hermes Sciences,2004, Paris, France. [5] Holma, H.,et Toskala, A., WCDMA for UMTS, John Wiley & Sons, 2007, Chichester, Angleterre. [6] Ericsson Radio Systems,WCDMA Radio Network Design, Ericsson, 2000, Suède [7] Mobile Communication Division, UMTS Radio Network Planning Gidelines, ALCATEL, 2001, France. Mémoires de fin d’étude Kouadri, H., et Bessadok, H., Planification cellulaire, 2005, ITO. Bensahaila, H. et Habibi, L., L’interface air dans l’UMTS, 2005, ITO. Acronymes Planification radio d’un réseau 3G Acronymes 2G 2ème Génération 3G 3ème Génération 3GPP 3rd Generation Partnership Group ARIB Association for Radio Industry and Business AS Active Set ATM Asynchronous Transfer Mode BCCH Broadcast Control Channel BER Bit Error Rate, Taux d'erreurs binaires BLER Bloc Error Rate BS Base Station BSS Base Station Subsystem BSSAP Base Station Subsystem Application Part CDMA Code Division Multiple Access CN Core Network, Réseau cœur COST Coopération européenne dans le domaine Scientifique et Technique CPICH Common Pilot Channel CRC Cyclic Redundancy Check CRNC Control Radio Network Controller CS Circuit Switched domain, Domaine à commutation de circuits CWTS China Wireless Telecommunication Standard Group DCH Dedicated Channel DL DownLink, Liaison déscendante DPCCH Dedicated Physical Control Channel DPCH Dedicated Physical Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel DRNC Drift Radio Network Controller DS Direct Sequence Ec/Io Rapport Energie du chip au niveau d'interférence EDGE Enhaced Data rate for the GSM Evolution ETSI Eropean telecommunication Standards Institute FACH Fast Access Channel FBI FeedBack Information FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access FP Frame Protocol GPRS Global Packet Radio Service GSM Global System for Mobile communication HO Handover HSDPA High Speed Downlink Packet Access IMT2000 International Mobile Telecommunication 2000 IS-95 Interim Standard 95 ISUP ISDN User Part MAP Mobile Application Part MMS Multimedia Message Service Acronymes Planification radio d’un réseau 3G MSC Mobile Switching Center NSS Network SubSystem OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor, facteur d'étalement à longueur variable PCH Paging Channel PDC Personal Digital Cellular PDU Protocol Data Unit PRACH Physical Random Access Channel PS Packet Switched domain, Domaine à commutation de paquets QAM Quadratic Amplitude Modulation QoS Quality of Service QPSK Quadratic Phase Shift Keying R99/4/5 Release 99/4/5 RAB Radio Access Bearer RNC Radio Network Controller RNS Radio Network Subsystem RRC Radio Resource Managment, Gestion des ressources radio SF Spreading Factor, facteur d'étalement SHO Soft Handover SIM Subscriber Identity Module SIR Signal to Interference Ratio, Rapport signal à interférence SMS Short Message Service SRNC Serving Radio Network Controller T1 Standardisation Comittee T1- Telecommunication TB Transport Bloc TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access TF Transport Format TFC Transport Format Conbination TFCI Transport Format Conbination Indicator TPC Transmission Power Control TTA Telecommunications Technology Association TTI Transmission Time Interval UE User Equipment, Equipement usager UIT Union Internationale des Télécommunications UL UpLink, Liaison montante UMTS Universal Mobile Telecommunication System USIM UMTS Subscriber Identity Module UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UWC Universal Wireless Communications WCDMA Wideband Code Division Multiple Access, CDMA large bande X
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