LES RESEAUX MOBILES 3G : EVOLUTION ET INGENIERIE

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1 LES RESEAUX MOBILES 3G : EVOLUTION ET INGENIERIE

2 DEDICACE Je dédié ce travail A mon père, M. GUEZEWANE PIKI Jonas, A ma mère, Mme GUEZEWANE PIKI NAMA Christine, Pour les sacrifices multiformes (moraux, matériels et financiers) qu ils ont consentis à mon éducation. A ma grande mère, Mme NGBALA KORA Marie, que le bon Dieu lui accorde une longue vie et santé de fer. A ma femme Adam KOUYATE pour son soutien et sa présence à mes côtés pendants ce long moments A mes grands-parents, déjà décédés d abord, à ceux du côté maternel Mme Monique Tenewen NAMA à M. Joseph NAMA et à celui du côté paternel M. Robert NGBALA. Que le bon Dieu les accueille en son paradis. A mon oncle Mr Jean Pierre MONI qui a su me conseillers et m orienter et qui a toujours été là pour moi A ma belle-famille, ma belle Mère Fadima SACKO KOUYATE et mon beau père Djiguiba KOUYATE pour les soutiens moral et leurs encouragements. A mon pays la République Centrafricaine qui m a vu naitre et qui vit des heures sombres et difficiles de son histoire. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 1

3 REMERCIEMENTS Je rends d abord grâce au bon Dieu le tout puissant, le très miséricordieux qui m a donné la force, le courage pour l accomplissement du travail effectué durant l année académique. Ce présent document a été conçu et finalisé avec le concours de plusieurs personnes. Ainsi, ce serait sans doute ingrat, si nous n exprimions pas nos gratitudes à leurs endroits. Il s agit principalement de celles qui ont contribué à notre formation, à l orientation et à l amélioration de ce travail. Nous pensons, tout d abord à notre Encadreur de Mémoire, M. ISSA KONATE AW qui, en dépit de ses multiples occupations, a bien voulu parrainer ce travail et qui l a suivi de bout en bout. Qu il reçoive ici, nos sincères remerciements et reconnaissance. Nos remerciements vont également à l endroit du Directeur de MIT, M. Abdoulaye YARE FALL. Aussi, à tout le corps professoral de l Institut Supérieur de Formation en Management, Informatique et Télécommunication et en particulier aux professeurs en spécialisation "Systèmes Réseaux et télécoms", auprès de qui, nous avons reçu la plus-value en matière de connaissance par rapport à l environnement des nouvelles technologies de l information et de la communication. Nous leur formulons nos sincères reconnaissances. A toute la famille GUEZEWANE il s agit de mes frères et sœurs pour leurs conseils et affections, qu ils reçoivent ici tous mes attachements les plus aimables. Surtout à mon oncle M. MONI Jean Pierre, à mon cousin et frère Yann MONI et Mme MONI CAPO-CHICHI Audry, à Mlle GUEZEWANE Iva Gernette et M LOUFIMPOU Sirlin enfin à Mme Michelle Flora GUEZEWANE BONNET et M. Laurent BONNET pour leurs affections, soutiens financiers et matériels : tous mes attachements les plus fraternels. Aux membres du jury ici présent. A mes compatriotes et amis Christopher LIMA, Cotche AFONSO TE, Luca MOANGA, Nelson SANTOS, Salif TRAORE SEYBANI, à toute la communauté CEMAC et aux camarades de L Institut Supérieur de Formation en Management, Informatique et Télécommunication MIT University de Dakar : merci pour tout. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 2

4 AVANT PROPOS Ce travail a été réalisé dans le cadre d obtention d un diplôme de fin d étude qui sanctionne les cinq années d études supérieures conformément au système L.M.D (Licence-Master-Doctorat) appliqué à l université MIT-CFPIA de Dakar. La validation du diplôme de Master 2 en Réseaux et Télécommunication établit dans l enceinte du département des sciences et technologies représente le niveau (BAC+5), l équivalent du DEA (Diplôme d Etude Approfondie) dans l ancien système. La réalisation de ce mémoire nous a permis de voir l impact de la technologie HSPA dans les réseaux mobiles de 3 e Génération, elle est utilisé par les opérateurs mobiles pour offrir des services de type multimédia avec un débit beaucoup plus élevé pour diverses raisons que nous évoquerons dans la suite de cette étude sans oublier le dimensionnement et la planification de cette technologie. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 3

5 Table des matières Introduction générale Chapitre Généralités sur les réseaux 3 e génération (UMTS) Introduction Caractéristiques des réseaux 3G/UMTS Réseau d accès 3G/UMTS Réseau cœur 3G/UMTS Spectre des fréquences Les objectifs de l UMTS Les classes de services en UMTS Couverture globale de l UMTS L organisation fréquentielle L organisation temporelle Architecture Architecture de l UTRAN Le RNC Le Node B Le WCDMA (Wideband-CDMA) Présentation de la méthode d accès CDMA Le mode TDD Le mode FDD Les codes utilisés dans l UTRAN Code d embrouillage Les canaux Les canaux logiques Les canaux de transport Les canaux physiques Le contrôle de puissance Le contrôle de puissance uplink (contrôle de la puissance de mobile) Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 4

6 1.6.2 Le contrôle de puissance Downlink (contrôle de la puissance des canaux de la BTS) Le Soft handover/ Softer Handover Le Soft handover Softer-Handover Les limite de l UMTS Chapitre Evolution de l UMTS : HSPA (HSDPA et HSUPA) High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) LE SYSTEME HSDPA Canaux et Architecture de Protocole HSDPA Les canaux HSDPA Architecture de Protocole Aspects Techniques de la Technologie HSDPA Modulation et codage adaptatif (AMC) Mécanisme de retransmission hybride ARQ (HARQ) Ordonnancement Rapide (Fast Scheduling) FCSS (Fast Cell Site Selection) Short Transmission Time Interval (TTI) High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) Différents mécanismes nécessaires Des modifications pour la voie descendante Les canaux de transport Les canaux physiques Les canaux physiques de la voie montante Les canaux physiques de la voie descendante Impact du système HSUPA sur la couche physique de l UMTS Les configurations du sens montant en présence des systèmes UMTS, HSDPA et HSUPA L étalement dans la voie montante Chapitre Planification et dimensionnement des Réseaux 3G Etude de la planification de 3G Concepts généraux Evaluation des interférences Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 5

7 Le contrôle de puissance Capacité et couverture Capacité Couverture Processus de planification WCDMA Tableau 8 : Tableau : Processus de planification en UMTS Dimensionnement Planification détaillée Optimisation et Maintenance Dimensionnement du Downlink HSDPA Objectifs du dimensionnement : Le bilan de liaison : Les paramètre du bilan de liaison : Bilan de liaison pour le lien montant : Bilan de liaison pour le lien descendant La propagation dans l environnement radio : Les modes de propagation Les échelles de variation Dimensionnement des interfaces du réseau d accès : Dimensionnement de l interface Iub (RNC -Node B) Dimensionnement de l interface Iur (RNC-RNC) : Dimensionnement de l interface IU-CS (RNC-MGW) Dimensionnement de l interface IU-PS (RNC-SGSN) Dimensionnement du RNC Chapitre Etude de cas Etude du marché de la téléphonie haut débit mobile Ingénierie de planification radio de la couverture d une zone avec l outil ATOLL La zone géographique Démographie de la ville de Bangui Implémentation avec l outil de planification UMTS-HSPA Structures détaillées d Atoll Les étapes de la réalisation Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 6

8 Optimisation de Couverture Conclusion générale LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Comparaison du canal HS-DSCH avec les autres canaux du lien descendant Tableau 2 : modulation et de codage MCS sur le lien descendant Tableau 3 : Catégories de terminaux supportant la technologie HSDPA Tableau 4 : Adaptation de lien Tableau 5 : Les codes OVSF alloués pour les canaux E-DPDCHs Tableau 6 : La répartition des canaux E-DPDCHs sur la voie en phase I et la voie en quadrature Q Tableau 7 : Le nombre maximal de canaux physiques envoyés simultanément sur le sens montant Tableau 8 : Tableau : Processus de planification en UMTS Tableau 9 : Facteurs démographique de la ville de BANGUI Tableau 10 : Base de données de planification Tableau 11 : Module de dimensionnement de la capacité Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 7

9 TABLE DES FIGURES Figure 1: Architecture du réseau d accès de l UMTS : UTRAN Figure 2 : Architecture du réseau cœur de l UMTS Figure 3 : Allocation du spectre pour les systèmes IMT Figure 4 : Couverture globale de l UMTS suivant une structure hiérarchique de cellule Figure 5 : Allocation de spectre pour L UMTS Figure 6 : Structure de trams de l UMTS Figure 7 : Architecture du réseau UMTS Figure 8 : Architecture de l UTRAN Figure 9 : Serving et Drift RNC Figure 10 : L accès CDMA Figure 11 : L'étalement du spectre Figure 12 : Réduction des brouilleurs Figure 13 : L'arbre des codes OVSF Figure 15 : Structure des canaux logiques Figure 16 : structure des canaux de transports Figure 17 : Structure des canaux physiques en sens descendants communs (Downlink) Figure 18 : Structure des canaux physiques en sens montant communs (Uplink) Figure 19 : Principe du soft-handover Figure 20 : Principe du Softer handover Figure 21 : Concept du HSDPA Figure 22 : Relation du timing entre le canal HS-SCCH et HS-DSCH Figure 23 : Structure d un canal HS-DPCCH Figure 24 : La couche Mac Figure 25 : La couche MAC-hs Figure 26 : Core Network Figure 27 : Constellations de la modulation 16-QAM et QPSK Figure 28 : Canaux introduits pour le support du HSUPA Figure 29 : Structure de la trame E-DPDCH et E-DPCCH Figure 30 : Scheduler pour HSUPA Figure 31 : Hybrid-ARQ/ Macro-diversité Figure 32 : La structure des canaux de données E-DPDCH et de contrôle E-DPCCH Figure 33 : Effet de respiration de cellule Figure 34 : Le processus de dimensionnement Figure 35 : Interfaces du réseau d accès Figure 36 : Figure 31 : Répartition du trafic de l interface Iub Figure 37 : Répartition du trafic de l interface Iu-CS Figure 38 : Répartition du trafic de l interface IU-PS Figure 39 : Dimensionnement du RNC Figure 40 : Vue satellite partielle de la zone à couvrir (Bangui) Figure 41 : Vue satellite global de la zone à couvrir (Bangui) Figure 42 : interface du logiciel Atoll-Forsk Figure 43 : Ouverture du projet UMTS HSPA Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 8

10 Figure 44 : Coordonnées géographiques de Bangui Figure 45 : importation de la carte de Bangui Figure 46 : importation de la carte de Bangui Figure 47 : Les caractéristiques des sites Figure 48 : Paramètres des sites Figure 49 : paramètres d antennes Figure 50 : Importation des sites avec des cellules hexagonale Figure 51 : Configuration des services Figure 52 : Subscribers List Figure 53 : Configuration des usagers mobiles Figure 54 : Ajout d un groupe Figure 55 : Etude du niveau de trafic en DL et en UL (selon les types de service) Figure 56 : Les résultats de simulation selon les débits de différents services Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 9

11 Introduction générale Le secteur des télécommunications connaît une évolution exponentielle avec l avènement des systèmes numériques. Cette évolution se traduit par le développement de différents systèmes offrant de plus en plus de services à l utilisateur et une meilleure qualité de fonctionnement et de gestion. Les systèmes radio mobiles connaissent le plus grand essor dans le domaine des télécommunications. Plusieurs normes, ont vu le jour à travers le monde pour répondre aux besoins de plus en plus croissant en mobilité et en vitesse de transmission. Le réseau UMTS est issu du concept IMT 2000 pour les systèmes mobiles. Il est conçu comme support pour les applications large bande grâce à l étalement de spectre et le mode d accès multiple CDMA. Cette technologie est la dénomination de la norme détenue en Europe pour les systèmes de radiocommunications mobiles de troisième génération qui permettront une large gamme de services intégrant la voix, les données, l image, la vidéo En outre ces applications présentent de nouveaux défis pour les opérateurs du fait qu ils présentent de fortes contraintes de la QoS (Quality of Service) et qu ils demandent des débits élevés pouvant atteindre des centaines de kbits/s. Pour les opérateurs, la question qui se pose aujourd hui est de déployer un réseau mobile adapté à la fois au transport de trafic Internet et à celui du trafic vocal et qui peut être le siège de nouvelles applications multimédias. C est dans ce cadre que les réseaux mobiles de troisième génération constituent une réponse à cette question. La planification des réseaux mobiles de deuxième génération type TDMA s effectue en deux étapes disjointes. La première consiste à déterminer l emplacement des stations de base afin d assurer une couverture totale. La seconde étape a pour but d attribuer des bandes de fréquences aux stations de base afin de répondre à un besoin en trafic. Dans le cadre de l UMTS, cette approche n est plus valide car toute la bande disponible est partagée par tous les mobiles. Il n y a donc pas d attribution de fréquences comme en GSM. En outre, le nombre d utilisateurs que peut servir une cellule n est pas limité par un nombre de canaux disponible mais plutôt par le niveau d interférence tolérable. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 10

12 Le niveau d interférence dans le réseau dépend à la fois de la distribution du trafic et de l emplacement des stations de base (node-b). Ainsi, l emplacement des stations de base doit être fait en tenant compte à la fois des critères de couverture et de capacité. L UMTS représente la première norme des réseaux de la troisième génération. Cependant, les débits offerts par l UMTS deviennent insatisfaisants avec la demande gourmande des utilisateurs en termes de débit. Pour ce fait, il y a eu l apparition de la technologie HSPA (HSDPA/HSUPA) qui offre des débits plus élevés que l UMTS sur la voie. L apport du HSPA est implémenté sur les applications en mode paquet. L introduction de la technologie HSPA nécessite une nouvelle infrastructure qui est peu différente de celle de l UMTS, et de nouvelles méthodologies de dimensionnement et de planification par rapport à l UMTS et aux réseaux de deuxième génération. Les nouvelles méthodologies de dimensionnement et de planification sont dues aux nouvelles contraintes imposées par les nouvelles caractéristiques de l interface radio du HSPA qui introduit de nouveaux canaux par rapport à l UMTS et de nouvelles méthodes. Pour cela, le dimensionnement et la planification du réseau HSPA (HSDPA/HSUPA), s avère d extrême importance afin de garantir le succès de déploiement de ce réseau. C est dans ce cadre que se déroule notre mémoire de recherche. Le HSPA (HSDPA/HSUPA), qui représente la génération 3.5, étant une évolution de l UMTS, son architecture est très similaire à ce dernier. Pour cette raison, nous allons commencer par présenter l UMTS dans le premier chapitre. Au début, nous présenterons l architecture du réseau UMTS. En deuxième lieu, nous présenterons les différents canaux utilisés par l UMTS. Pour terminer par introduire la technique d accès WCDMA et le fonctionnement de la couche physique de l UTRAN. Le deuxième chapitre commencera par une présentation générale de la technologie HSPA (HSDPA et HSUPA). Nous y trouverons les nouveaux mécanismes de retransmission. Ensuite, nous verrons les types de modulation et de codage utilisés par le HSDPA ainsi que les nouveaux canaux introduits par l apparition de la génération 3.5, puis nous parlerons de la technologie HSUPA à savoir les caractéristiques de l uplink et son apport sur l UMTS nous décrirons en détaille les canaux physiques introduits par le système HSUPA. Enfin, nous étudierons les différentes configurations, en termes de canaux physiques de la liaison montante. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 11

13 Le troisième chapitre abordera la partie de dimensionnement et de planification du réseau d accès HSPA (HSDPA/HSUPA). Au cours de ce chapitre nous allons énumérer les différentes étapes du dimensionnement et de planification qui représentent la démarche procédée durant la réalisation de notre mémoire de recherche. Nous verrons les différents paramètres et les calculs effectués. Après avoir effectué toutes ces étapes, nous allons faire des simulations pour visualiser les résultats de notre travaille et optimiser le réseau. Le dernier chapitre présentera l étude de cas sur le réseau UMTS-HSPA, pour notre étude nous utiliserons le logiciel de simulation appelé Atoll développé par l entreprise Forsk. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 12

14 Chapitre 1 Généralités sur les réseaux 3 e génération (UMTS) Introduction Les systèmes de troisième génération sont conçus pour fournir des services multimédias avec une qualité et une couverture meilleures ou comparables à celles offertes par les réseaux de 2ème génération telle que le GSM. L idée fondatrice du système 3G est d intégrer tous les réseaux de deuxième génération du monde entier en un seul réseau. Le principe du système est souvent résumé dans la formule anyone, anywhere, anytime, signifiant que chacun doit pouvoir joindre ou être joint n importe où et n importe quand. Le système doit donc permettre l acheminement des communications indépendamment de la localisation de l abonné, que celui-ci se trouve chez lui, au bureau, en voyage... ainsi, ce chapitre propose une description sur ce réseau de point de vue principes de base et architecture. L'acronyme des systèmes de 3G est l'umts (Universal Mobile Telecommunications System), qui est standardisé par l'organisation 3GPP (3rd Generation partnership project). La majorité des opérateurs des réseaux GSM migrent leurs réseaux vers l'umts. Contrairement à l'introduction du GPRS, l'umts nécessite une nouvelle infrastructure (nouveaux équipements) et des nouvelles méthodologies de dimensionnement différentes de celles utilisées en GSM. Cette technologie permet de faire transiter davantage de données et va permettre l apparition de contenus multimédias sur les téléphones mobiles tel la visiophonie etc... On parlera alors plutôt de terminaux multimédias. Ainsi, en plus de ces évolutions technologiques, la troisième génération doit répondre à la notion de qualité, de variété, de capacité et de couverture. L organisme UIT (Union Internationale des Télécommunications) qui règlemente les différents standards de télécommunications au niveau mondial avait pour objectif de définir un standard unique et international pour la troisième génération : l IMT Mais cela a échoué puisque pas moins de quinze technologies d accès radio lui ont été proposées. Au final, seulement 6 technologies d accès radio terrestre auront été gardées : UTRA/FDD, UTRA/TDD, TD-SCDMA, CDMA2000, UWC-136, DECT. L UMTS quant à lui regroupe les deux premières technologies. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 13

15 1.1 Caractéristiques des réseaux 3G/UMTS L UMTS, depuis sa première version sortie en 1999, a été sujet à de nombreuses améliorations. En 2001, une interface réseau de type TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) a été ajoutée, offrant un meilleur débit par rapport au TD-CDMA (Time Division-CDMA) de la première version. En conséquence, dans le réseau cœur, la signalisation a été départagée de la transmission de données. En 2002, le support de l IP (Internet Protocol) au niveau du réseau cœur, de même que le HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), ont été ajoutés. En 2005, le débit en amont (Uplink) sera accru au moyen du mécanisme HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access). Ces améliorations se rattachent plus précisément au niveau des équipements, de leur performance et des interfaces d interconnexion. Mais, dans l ensemble, l architecture des réseaux UMTS garde une structure inhérente aux réseaux mobiles, composée d un réseau d accès et d un réseau cœur Réseau d accès 3G/UMTS L UTRAN est le nom attribué au réseau d accès de l UMTS. Il réalise les transferts de trafic de données et de signalisation entre l appareil mobile (UE) et le réseau cœur. Il comprend principalement deux entités : le Node B et le RNC, représentées à la figure 1. Le Node B établit la connexion de l utilisateur en transmettant des signaux radio et les flux de données entre l interface radio et le RNC. Cette opération se réalise au moyen de l interface Iub reliant ces deux nœuds. Les RNC, quant à eux, font la gestion des ressources radio et des phénomènes de relèves. Ils communiquent entre eux via l interface Iur et sont reliés aux Node B par l interface Iub. Ils servent d intermédiaire entre l appareil mobile (UE) et le réseau cœur en transitant les informations de voix et de données, respectivement, au moyen des interfaces Iu-cs et Iu-ps de la figure 2. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 14

16 Figure 1: Architecture du réseau d accès de l UMTS : UTRAN Réseau cœur 3G/UMTS Le réseau cœur, assure suivant le service utilisé, la connexion des terminaux mobiles (UE) au PDN (Packet Data Network) ou au RTPC (Réseau Téléphonique Public Commuté). Un domaine à commutation de paquets, le PS-CN (Packet Switch-Core Network) et un domaine à commutation de circuit, le CS-CN (Circuit Switch-Core Network). Le domaine à commutation de paquets comprend un SGSN (Serving GPRS Support Node) qui se charge du routage des paquets, de l authentification et du cryptage des informations de l utilisateur au moyen des données du HLR (Home Location Register). Il comprend également le GGSN (Gateway GPRS Support Node) utilisé comme passerelle pour la commutation de paquets avec les réseaux externes, tels que l Internet, les LANs, les WANs, les réseaux GPRS, les réseaux ATM. C est à ce niveau que les procédures de tarification sont établies. Le domaine à commutation de circuit consiste en un MSC (Mobile Service Switching Center) et un GMSC (Gateway Mobile Switching Center). Le MSC est responsable de la signalisation requise pour l établissement, la fermeture et le maintien des connexions. Il est aussi chargé des fonctions radio telles que, le reroutage d appels ainsi que l allocation des canaux radio des appareils mobiles. Le GMSC met en forme, convertit les protocoles employés par le réseau mobile et interagit avec le HLR pour obtenir des informations de routage. Le HLR et le VLR (Visitor Location Register) sont des bases de données situées dans le système domiciliataire de l utilisateur. Ces bases de données contiennent toutes les informations relatives à l utilisateur. Ces informations définissent le profil de ce Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 15

17 dernier et consistent, entre autres, en un numéro de téléphone, une clé authentification, les services autorisés, les zones de roaming associées aux MSC et les paramètres de localisation du UE tout au long de son parcours. Figure 2 : Architecture du réseau cœur de l UMTS Spectre des fréquences Les bandes de fréquences ont été définies en 1992 puis retouchées en Les bandes spectrales pour les composantes terrestres et par satellite des systèmes IMT-2000 sont Mhz, Mhz, Mhz et Mhz. Figure 3 : Allocation du spectre pour les systèmes IMT-2000 Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 16

18 1.2.3 Les objectifs de l UMTS Les hypothèses de départ de spécification du système. Par rapport à l existant, matérialisé par le GSM ou GPRS, apparaissent clairement les besoins suivants: Un service de données temps réel ; un service de données à haut débit, Le premier s accompagnant le plus souvent mais pas toujours du second. Si le GPRS, véritable système de transport de paquets, permet en théorie des applications du type courrier électronique, navigation Web ou téléchargement de fichiers, le besoin de services de données en temps réel VoIP, ou certains services vidéo par exemple, peuvent difficilement se contenter de ses performances car il estime que plus de 300 ms de retard pour des paquets de voix est incompatible avec une restitution de qualité de la parole. Un des buts de l UMTS est de fournir des services temps réel au moins jusqu à 144 kbps pour les données et, éventuellement dans certains cas, de monter le débit pour certains utilisateurs jusqu à 2 Mbps dans la cellule. Cela en continuant à fournir des services de voix performants en adaptant par exemple, comme en GSM, un ensemble de dispositifs de codage de la parole aux conditions radio du canal (AMR : Adaptive Multi-Rate). 1. Les classes de services en UMTS Nous définissons quatre classes de services en UMTS, représentées par le vocable anglais suivant : Conversational, Streaming, Interactive et Background. Nous pouvons différentier ces classes par leur sensibilité aux retards de transmission ; la plus sensible est la classe Conversational, la moins sensible est la classe Background. Classe Conversational : Temps réel : voix en mode circuit, voix en mode paquet (VoIP), services de vidéo-conférence bidirectionnels. Le temps de transmission et les relations temporelles entre blocs de données doivent être maîtrisés. Classe Streaming : Ecoute ou visualisation de flux audio ou vidéo unidirectionnels entre un serveur et un usager. Le retard est moins important car le récepteur réaligne les flux de données reçus mais les relations de temps entre blocs de données sont importantes. Classe Interactive : Accès à des serveurs de données : navigation Web, télémesure... Il s agit d échange de données entre un serveur et un usager en fonction des requêtes de ce dernier. Le temps d aller et retour est maîtrisé, les données sont fiables : faible BER (Bit Error Rate). Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 17

19 Classe Background : , messages courts (SMS), transfert de fichiers. Les exigences se traduisent en terme de fiabilité : très faible BER. Le temps de transmission est moins important que celui de la classe Interactive Couverture globale de l UMTS La couverture globale de la planète s organise en une structure cellulaire hiérarchisée Figure 4 qui assurera Pitinérance (roarning) mondiale. Au sommet de la hiérarchie se trouvent les satellites qui assurent une couverture sur l ensemble de la planète. Figure 4 : Couverture globale de l UMTS suivant une structure hiérarchique de cellule. Le réseau terrestre radio s occupe de la couverture terrestre suivant une répartition en macro, micro et picocellules. Les macrocellules couvrent les zones suburbaines et rurales, les microcellules les zones urbaines (forte densité d utilisateurs) et les picocellules les zones bien définies telles les immeubles, les environnements intérieurs (indoor). Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 18

20 1.3. L organisation fréquentielle Les bandes de fréquences allouées pour l IMT 2000 sont MHz et MHz. La figure 5 présente l allocation de spectre pour L'UMTS : La division duplex dans les bandes dites "appairées", c est, à dire 2 x 60 MHz, est fréquentielle. L écart, duplex vaut. 190 MHz. Nous utilisons dans ces bandes un accès W-CDMA. La division duplex dans les bandes dites "non appairées", c est, à dire 35 MHz et 15 MHz, est temporelle. Nous utilisons dans ces bandes un accès TD-CDMA. Les deux modes d accès doivent, être harmonisés pour favoriser la réalisation de terminaux bi-modes TDD/FDD à bas coûts. Figure 5 : Allocation de spectre pour L UMTS L organisation temporelle L organisation temporelle de l UMTS est basée sur une super trame de 720 ms, comportant elle-même 72 trames de 10 ms. Chaque trame de 10 ms est divisée en 15 slots de 667µs, cette organisation est présentée par la figure 6. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 19

21 Figure 6 : Structure de trams de l UMTS Architecture Le réseau UMTS est composé de deux sous réseaux comme l illustre la figure 7 : le réseau cœur Core Network et le réseau radio UMTS Radio Access Network Figure 7 : Architecture du réseau UMTS Architecture de l UTRAN L UTRAN est complètement distinct du BSS du GSM. Il est constitué d un ou plusieurs RNC (Radio Network Controller), dont dépendent des Node B, et qui jouent un rôle proche respectivement des BSC et des BTS en GSM. Un UTRAN peut donc être relié au réseau cœur par plusieurs liens (un par RNC). Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 20

22 Le RNC C est, un organe très important de l UTRAN, il permet de gérer les ressources radio du réseau d accès de façon quasi autonome, déchargeant de cette fonction complexe le cœur de réseau. Il met en œuvre également les protocoles sur les interfaces lu, Iur et Iub et la connexion avec le serveur d opérations et de maintenance. Les fonctions radio gérées par le RNC sont essentiellement : L admission; La gestion de la connexion RRC ; Le soft-handover. Le RNC qui gère la terminaison des couches de protocole RLC/MAC (plan usager), RRC (plan contrôle) est baptisé le RNC de service (Serving RNC). Si un autre RNC est impliqué dans une connexion en soft-handover, on le dénomme RNC de Déport (drift RNC). La figure 9 illustre ces deux fonctions. Le RNC est donc un nœud de communication particulièrement important dans le réseau UMTS. Ainsi, il réalise au même endroit la fonction de cryptage des données, qu il s agisse du mode circuit ou du mode paquet. En GSM, le cryptage du mode circuit (parole et données) était réalisé dans la BTS et celui du mode paquet (GPRS) dans le SGSN. Figure 8 : Architecture de l UTRAN Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 21

23 Figure 9 : Serving et Drift RNC Le Node B Il peut servir une ou plusieurs cellules en fonction de la configuration du site. Celui-ci peut en effet être sectorisé, c est-à-dire qu il comporte des antennes directionnelles éclairant une portion de l espace dit secteur. Chaque secteur représente une cellule entière à part. L effet directif des antennes a un effet sur la capacité du système. Le nœud B peut en principe cohabiter avec une station de base GSM pour minimiser les coûts d infrastructure. Il est aussi le point de terminaison ATM vis-à-vis du RNC et doit mettre en œuvre l interface radio vis-àvis du mobile. A ce titre, le nœud B assure les fonctions suivantes : Mise au format des données en vue de les rayonner, Codage correcteur d erreurs (convolutifs ou turbo-code), Adaptation de débit, Etalement /désétalement WCDMA, Modulation QPSK, Amplification, filtrage et rayonnement, Mesure de paramètres physiques propres à assurer le bon fonctionnement des algorithmes de RRM (Radio Ressources Management), soit le contrôle de puissance pour la boucle intérieure (inner-loop), Combinaison des signaux issus de plusieurs secteurs du même Nœud B. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 22

24 Le RNC et le Nœud B peuvent supporter les deux modes de duplexage FDD et/ou TDD. Les interfaces de l UTRAN. L UMTS définit quatre nouvelles interfaces ouvertes: Uu : du UE à Node B (UTRA, les interfaces radio de l UMTS W-CDMA), lu : du RNC à l interface du CN à (MSC/VLR ou SGSN), Iu-CS pour commutation des circuits de données, Iu-PS pour commutation des paquets de données, Iub : du RNC à l interface du Node B, Iur : du RNC à une interface RNC, pas comparable à toute interface dans GSM. Les interfaces lu, Iub, et Iur sont basés sur les principes de transmission ATM Le WCDMA (Wideband-CDMA) Dans les différents forums de normalisation, la technique WCDMA s est révélée être celle qui a été adaptée le plus largement pour l UMTS. Au sein du GPP (Génération Partnership Project), le WCDMA est appelé UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) FDD (Frequency Division Duplex) et TDD (Time Division Duplex), le terme WCDMA étant employé pour couvrir à la fois le mode FDD et TDD Présentation de la méthode d accès CDMA Le CDMA (Code Division Multiple Access) est une technique d accès multiple grâce à laquelle les différents utilisateurs peuvent communiquer en même temps dans une même bande de fréquences. La distinction entre chaque utilisateur se fait par codes connus exclusivement de l émetteur et du récepteur. C est, ce mode, plus précisément le W-CDMA qui est retenu pour le réseau d accès radio de l UMTS. Il est dit "à large bande" avec une largeur de bande de 5 MHz. Le signal passe du débit D4 au débit De et voit ainsi son spectre élargi dans la mesure où on utilise une séquence proche de l aléatoire. Cette dernière est utilisée de manière périodique, (sa période pouvant être de plusieurs symboles). Le rapport L = D/D4 peut être interprété comme un facteur ou un gain d étalement figure 11 Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 23

25 Figure 10 : L accès CDMA Figure 11 : L'étalement du spectre En réception, pour récupérer l information, le récepteur doit effectuer la même opération : il génère la même séquence d étalement et la multiplie au signal reçu. Les données codées par cette séquence sont restaurées (puissance spectrale augmentée) alors que les données des autres utilisateurs restent étalés. Ceci permet de diminuer le niveau de bruit figure 12 pour le signal en bande de base : plus l étalement est important, plus les interférences ne sont éliminées. Figure 12 : Réduction des brouilleurs Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 24

26 Les avantages du W-CDMA sont : Un gain de traitement plus élevé. En effet, en élargissant la bande, le signal est moins sensible aux interférences. Cela permet aussi d accroître le nombre d utilisateurs présents dans une cellule. La possibilité de transmettre des services à haut débit : Avec 5 MHz de largeur de bande, nous pouvons atteindre un débit de 2 Mbps. Meilleures performances pour détecter les trajets multiples. En effet, dans un canal de propagation à trajets multiples, des versions décalées du signal transmis parviennent à des intervalles de temps différents. Cette propriété qui était un inconvénient dans d autres systèmes, va être utilisée dans un système CDMA en combinant les signaux pour diminuer le taux d erreurs et obtenir ainsi de meilleures performances. La possibilité de déploiement dans un spectre de fréquences déjà utilisé, qui consiste à faire cohabiter un système W-CDMA et un autre système cellulaire sur un même spectre de fréquences. L inconvénient majeur du W-CDMA est qu il requiert un support matériel et logiciel plus élaboré qu un système à bande étroite Le mode TDD En TDD, une seule et unique fréquence est utilisée alternativement par les deux voies de communications. Cette technique est la plus flexible lorsque le spectre n est disponible qu en quantités limitées. Le mode TDD possède des adeptes, notamment en chine ou un certain nombre de développements le concerne. De plus, des propositions techniques concernant le mode TDD ont été générées du fait qu un certain nombre d autorités nationales allocataires de spectre, ont alloué pour chaque opérateur candidat à l achat d une licence UMTS en mode FDD (par exemple sur 15 MHz), un bout de bande de 5MHz supplémentaire supposé servir le TDD. Les opérateurs cherchent encore la meilleure façon d utiliser cette bande passante, nous nous contenterons dans la suite de décrire le mode FDD, le mode utilisé dans le W-CDMA Le mode FDD En FDD, chaque sens de communication utilise une fréquence particulière. Le mobile et le réseau peuvent donc transmettre simultanément. L un des inconvénients de cette technique réside dans l écart duplex entre les deux voies de communication utilisé pour séparer les étages de transmission et de réception radio. La nécessité de maintenir cet écart appelé bande Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 25

27 de garde, entraîne une sous-utilisation du spectre radio. En FDD, on attribue en général la même bande de spectre aux deux sens de communication, ce qui est tout à fait adapté aux applications présentant un débit symétrique comme la téléphonie. En revanche lorsque les débits ne sont pas équilibrés comme le cas de la navigation sur Internet, cette technique n est pas optimale. Dans ce cas, le mode TDD apparaît mieux adapté que le FDD, car il permet de privilégier un sens de communication par rapport à l autre par l allocation de ressources non symétriques Les codes utilisés dans l UTRAN Code de canalisation Ce sont des codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). Les codes OVSF ont les propriétés suivantes : Les séquences sont rigoureusement orthogonales, c est-à-dire que l inter corrélation entre deux séquences de code est nulle. Les séquences ne sont pas toutes de même longueur. Le chip rate de l UTRAN est fixe, l utilisation de codes OVSF permet de faire varier le gain de traitement en fonction du débit usager. On peut représenter les codes OVSF sous forme d arbre, comme le montre la figure 13. Toutes les séquences de codes situées à un même niveau hiérarchique de l arbre sont de même longueur et offrent donc le même gain. En revanche, deux codes situés sur une même branche de l arbre, l un étant par exemple le fils de l autre, ne sont pas forcément orthogonaux, cette contrainte limite le nombre de codes utilisables simultanément. Figure 13 : L'arbre des codes OVSF Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 26

28 1.5.1 Code d embrouillage Les codes OVSF de l UTRAN ne peuvent pas être utilisés tels quels car il ne s agit pas de séquences pseudo-aléatoires. Il est donc nécessaire d avoir recours à un deuxième niveau de codage, les codes utilisés dans ce dernier sont appelés scrambling codes, ou code d embrouillage. Pour le scrambling uplink, on notera essentiellement qu il existe 224 codes dans le sens uplink. Ces "codes" ou "séquences", vont donc séparer les mobiles entre eux. Pour le scrambling Downlink, il existe 512 x 512 codes, qui vont séparer les cellules entre elles Les canaux Les canaux logiques Les canaux logiques se divisent en deux: les canaux logiques de contrôle utilisés pour le transfert des informations dans le plan de signalisation ; et définis la nature de l information transportée les canaux logiques de trafic utilisés pour le transfert des informations dans le plan usager. Définissent les services fournis par la couche MAC aux couches supérieures Deux types : Trafic et Contrôle Figure 14 : Structure des canaux logiques Les canaux de transport Les canaux de transport se divisent en trois : Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 27

29 les canaux de transport communs utilisés pour le transfert d information d un ou de plusieurs UE ; les canaux de transport partagés utilisés pour le transport des données de contrôle ou de trafic uniquement en voie descendante et partagés dynamiquement par différents utilisateurs ; Les canaux de transport dédiés qui sont des canaux point à point dédiés à un seul UE et qui transportent des données de contrôle ou de trafic. Définissent comment les données sont transportées sur l interface radio (utilisation des Transport Formats) Deux type : Commun / partagé & Dédié Définissent les services fournit par la couche Physique aux couches supérieures Figure 15 : structure des canaux de transports Les canaux physiques De manière générale, dans la voie montante, la transmission de plusieurs services en parallèle dotés de débits différents est accomplie en accommodant plusieurs canaux de transport dédiés (DCH) dans un seul canal physique de données dédié (DPDCH). Définissent comment les données sont étalées et modulées sur l interface radio Deux types : Commun / partagé & Dédié Transportent un ou plusieurs canaux de transport selon des règles strictes Utilisent une trame TDMA de 10-ms Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 28

30 Figure 16 : Structure des canaux physiques en sens descendants communs (Downlink) Figure 17 : Structure des canaux physiques en sens montant communs (Uplink) 1.6. Le contrôle de puissance Le contrôle de puissance uplink (contrôle de la puissance de mobile) Trois boucles de contrôle de puissance sont mises en œuvre dans le système : la boucle ouverte, la boucle fermée intérieure (inner loop) et la boucle fermée extérieure (outer loop). La boucle ouverte Elle est utilisée lors de l accès initial du mobile au réseau d accès. Le mobile mesure le niveau de puissance sur le canal balise de la BTS sélectionnée (CPICH) et ajuste la puissance d émission de sa demande d accès en fonction de la perte de propagation estimée dans le canal. Le mobile, en effet, lit dans les informations système transmises par la station de base la puissance utilisée par le canal balise et déduit les pertes précédentes d après : Pertes de propagation = puissance émise sur la balise - Puissance reçue par le mobile sur la balise. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 29

31 La boucle fermée intérieure entre la BTS et le mobile (inner loop) Lorsque le mobile est en phase de transmission, sa puissance d émission est contrôlée (en W-DMA) à tous les slots, soit à une fréquence F de 1500 Hz par les stations de bases avec lesquelles il est en communication (soft-handover). Cette boucle de contrôle de puissance est très rapide, elle doit notamment permettre de compenser au maximum le fading coté réception station de base. Les stations de bases disposent d une consigne Eb=No* qui dépend notamment de la nature de la connexion en cours et envoie des consignes au mobile tous les 1/F seconde lui demandant d augmenter ou de diminuer sa puissance en fonction de l écart entre le Eb/NO mesuré sur le canal dédié reçu et de la consigne. Il s agit d une mesure énergétique. Les bits de consignes (appelés TPC en UMTS) sont transmis dans la partie contrôle de chaque canal dédié Downlink. Les algorithmes de contrôle sont les suivants : tant qu au moins une station de base demande au mobile de baisser sa puissance, le mobile baisse sa puissance ; Si toutes les stations de base en liaison avec le mobile lui demandent d augmenter, le mobile augmente sa puissance. La boucle de puissance extérieure entre le contrôleur de station de base et la BTS (outer loop) C est une boucle, plus lente que la précédente, qui fixe la valeur de la consigne Eb /NO* et la transmet aux stations de base pour les besoins de l inner loop. Cette valeur de consigne est calculée d après une mesure de qualité des trames reçues des stations de base respectives sur une certaine durée (pourcentage de trames erronées, FER, Frame, Error Rate,...). Il s agit d une mesure de qualité " numérique ". Si la qualité résultante est en effet trop élevée, on peut diminuer la consigne, ce qui conduira le mobile à transmettre moins fort. Si elle est trop faible, il faudra au contraire l augmenter, le mobile transmettant alors plus fort. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 30

32 1.6.2 Le contrôle de puissance Downlink (contrôle de la puissance des canaux de la BTS) Les canaux dédiés uplink comprennent une partie trafic et une partie contrôle. En W- CDMA, les bits de commande de puissance (TPC) indiquent à la station de base qu il faut augmenter ou diminuer par pas l amplitude des signaux émis sur le " code " en question. Cependant, la station de base dispose d un "réservoir" de puissance fixe lié aux performances de son amplificateur de puissance. Si la cellule est fortement chargée et qu un trop grand nombre de mobiles réclament simultanément et trop souvent une augmentation de puissance, il pourra devenir difficile de satisfaire cette demande et donc il convient de veiller par exemple à prévoir des mécanismes de transfert d un certain nombre de ces mobiles gourmands en puissance sur des cellules moins chargées que la cellule courante Le Soft handover/ Softer Handover Le Soft handover On entend par soft-handover la capacité du mobile à être connecté à plusieurs stations de base de façon simultanée (Fig. 18). Figure 18 : Principe du soft-handover Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 31

33 Le contrôleur de station de base ou RNC entretient une liste de cellules candidates à entrer en soft-handover avec la cellule courante selon un critère du type Eb/No (cellule courante) - Eb/No (cellule candidate) <seuil d admission. De même, on retirera une cellule de l ensemble des cellules en soft-handover si Eb/No (cellule courante) - Eb/No (cellule candidate)> seuil de rejet. Si ce critère est vérifié, on peut alors établir une communication avec le mobile par l intermédiaire des deux cellules courantes et candidates reçues correctement par le mobile. Malgré la consommation supérieure de liens radio, on estime que le gain en termes de diminution de puissance transmise dans chacune des cellules et de combinaison optimale dans le mobile se traduit par un gain de capacité dans le réseau tout entier Softer-Handover Le softer handover se produit quand les stations de base sont sectorisées. Ainsi, quand le terminal mobile se trouve dans une zone de couverture à deux secteurs adjacents d'une station de base, les communications avec la station de base empruntent simultanément deux canaux radio, un pour chaque secteur. Deux codes d'étalement doivent alors être utilisés dans le sens DL afin que le terminal mobile puisse distinguer les deux signaux issus des deux secteurs et on a deux connexions simultanées pour cet usager. Dans le sens UL, les signaux provenant du terminal sont reçus par les deux secteurs de la station de base et routés vers le même récepteur de Rake (Râteau). Les signaux sont ainsi combinés au niveau de la station de base. Une seule procédure de contrôle de puissance est activée. Le même signal est envoyé par les deux secteurs au mobile. Figure 19 : Principe du Softer handover Le rôle premier du soft-handover et du softer-handover n'est pas d'apporter une forme supplémentaire de diversité à un système fondé sur le CDMA, mais plutôt de réduire le niveau d'interférence provoqué par le terminal mobile qui pénètre dans une zone couverte par des Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 32

34 stations de base ou secteurs qui n'ont pas connaissance du niveau de puissance avec lequel le terminal transmet. Aussi pendant le soft et le softer-handover, le niveau de puissance d'émission du terminal mobile est contrôlé simultanément par les stations de base qui y sont impliquées. 1.7 Les limite de l UMTS Malgré tous les espoirs mises sur ce nouveau standard de réseaux, l UMTS présente plusieurs inconvénients dont principalement le : Prix de licence élevé ; Effort de développement important à fournir par les équipementiers ; Effort important à fournir par les opérateurs ; Changement des équipements usagers ; Concurrent du WiMax (30 Mbits/s). Nous avons présenté une vue globale du réseau 3G-UMTS en s intéressant particulièrement au réseau radio " UTRAN ". Nous avons aussi présenté la technique d accès multiple WCDMA. En revanche, cette technique dépend de plusieurs contraintes (conditions radio, la charge, la mobilité...) qui ont un impact sur la qualité, la capacité et la couverture radio. Ainsi, dans le chapitre suivant, nous étudierons en détails les HSDPA et HSUPA. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 33

35 Chapitre 2 Evolution de l UMTS : HSPA (HSDPA et HSUPA) 2.1 High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) La technologie HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) représente la première étape d évolution de la méthode d accès du réseau mobile de troisième génération UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service). Cette technologie permet d obtenir des débits théoriques supérieurs à 10 Mbps sur le lien descendant et de supporter des services à valeur ajoutée, tels que l accès Internet à haute vitesse, le téléchargement de fichiers audio et vidéo, la réception de programmes télévisés et la visiophonie. Ces améliorations sont rendues possibles grâce à une combinaison de propriétés qui sont à la base du HSDPA et qui consistent à adapter le codage et la modulation en fonction des conditions du canal radio (AMC : Adaptative Modulation and Coding), à effectuer des retransmissions rapides de paquets erronés (HARQ : Hybrid Automatic Repeat re-quest) et à utiliser des méthodes d ordonnancement intelligentes plus rapides. Même si l introduction de ces nouvelles techniques contribue à une augmentation de la capacité du système, elle engendre toutefois une plus grande complexité dans l évaluation de ses performances dans des conditions réelles. Le HSDPA se situe comme une technique au-dessus de la couche physique des réseaux cellulaires WCDMA standards. De nouvelles couches MAC-HS et RLC sont normalisées dans le but d'augmenter la capacité et les débits des réseaux UMTS. Par ailleurs, le remplacement du contrôle de puissance utilisé en UMTS standard par la technique d Adaptation en Modulation et Codage (AMC), permet d introduire de nouvelles règles de dimensionnement différentes de celles de l UMTS standard de la Release 3. Ce sont des accès à grande vitesse de données pour des terminaux UMTS. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) représente pour les technologies WCDMA et UMTS ce que la technologie EDGE représente pour le GSM en termes de vitesse de transmission et de capacité. Les débits 3G actuels en flux descendant (environ 384 Kbps, et jusqu'à 2 Mbps selon les normes) seront portés à 14 Mbps (débit maximal selon les normes) sur les systèmes HSDPA de première génération. Les opérateurs pourront ainsi prendre en charge un nombre beaucoup plus important d'abonnés haut débit sur la même fréquence radio (porteuse), et garantir à ces derniers une utilisation optimale des services multimédias existants ou à venir. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 34

36 Le HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) est une technologie développée pour la téléphonie mobile (3.5G ou 3G+ en mode HSDPA UMTS). Le HSDPA se caractérise par des performances dix fois plus avantageuses à la 3G standard (UMTS en version R'99). Le HSDPA est une innovation logicielle, qui permet d'atteindre des performances en matière de réseaux DSL, car le HSDPA offre la possibilité de télécharger à des débits de l'ordre de 14,4Mbit/s. Le HSDPA se base sur la technologie de transmission WCDMA (Wideband-Code Division Multiple Access) présentée par la norme WCDMA relative au 3GPP, qui intègre le Rel. 99 (3rd Generation Partnership Project Release 99). Le HSDPA est la jonction du réseau en mode paquets au CDMA - 3GPP. Figure 20 : Concept du HSDPA LE SYSTEME HSDPA Canaux et Architecture de Protocole HSDPA Les canaux HSDPA Un des trois nouveaux canaux qui font leur apparition avec le HSDPA est le High Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH). C est un canal physique descendant utilisé pour la transmission de longs paquets de données (DTCH : Dedicated Traffic Channel) et de signalisation (DCCH : Dedicated Control Channel). C est un canal utilisé en association avec un ou plusieurs canaux dédiés DCH (Dedicated Channel). Le HS-PDSCH possède des caractéristiques spécifiques tout comme les autres canaux de la Release 99. Ces Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 35

37 caractéristiques sont résumées dans le tableau ci-dessous qui montre les ressources associées aux canaux DCH, DSCH et HS-DSCH du lien descendant. Canal HS-DSCH DSCH DOWNLINK DCH Spécification Release 5 R99 R99 Facteur d'étalement Fixé, 16 Variable (256-4) Fixé (512-4) Modulation QPSK/16-QAM QPSK QPSK Contrôle de 2ms ms ms puissance Entrelacement 2 ms ms ms Schéma de codage canal Codage Turbo Codage Turbo et convolutionel Codage Turbo et convolutionel Tableau 1 : Comparaison du canal HS-DSCH avec les autres canaux du lien descendant Un des autres nouveaux canaux est le canal HS-SCCH (High Speed Schared Control Channel). Ce canal transporte l information nécessaire à la démodulation de l information du canal HS-DSCH. L UTRAN doit allouer un certain nombre de canaux HS-SCCH au plus grand nombre d utilisateurs soumis à un multiplexage de codes. Dans le cas où il n y a aucune donnée sur le canal HS-DSCH, l utilisation du canal HS-SCCH n est pas nécessaire. En effet, le trafic dû à la signalisation doit être minimisé afin de réserver le maximum de ressources aux données utiles. Un usager peut avoir recours à un maximum de quatre canaux HS-SCCH à un temps donné. Figure 21 : Relation du timing entre le canal HS-SCCH et HS-DSCH Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 36

38 Chaque bloc HS-SCCH est composé de trois slots et divisé en deux parties fonctionnelles, comme l illustre la figure précédente. La première partie (premier slot) transporte l information critique dans le temps qui a besoin de déclencher le processus de démodulation au moment prévu. Les paramètres de la première partie indiquent : les codes à désétaler. Ceci renvoie aux capacités du terminal à désétaler un maximum de 5, 10 ou 15 codes le type de modulation utilisé : QPSK ou 16QAM. Les deux autres slots, correspondant à la deuxième partie, contiennent des paramètres moins sensibles au temps, tel que le CRC, qui permet de vérifier la validité de l information du HSSCCH ainsi que celle du processus HARQ. Parmi les paramètres indiqués par cette deuxième partie, nous pouvons trouver : l information concernant la version de redondance afin de permettre un décodage réussi et la combinaison avec des retransmissions antérieures le nombre de processus ARQ pour indiquer à quel processus ARQ appartient les données l indicateur de première et dernière retransmission afin de savoir si la transmission doit être combinée avec les données existantes dans le buffer (dans le cas où le décodage échoue) ou si le buffer doit être vidé et ensuite rempli avec de nouvelles données. Dans la figure 23, un terminal dispose de la durée d un seul slot pour déterminer les codes à désétaler à partir du HS-PDSCH. L utilisation d un masque spécifique permet au terminal de vérifier si les données lui sont destinées. Un terminal est capable de gérer jusqu à quatre canaux HS-SCCH (la partie 1 de chaque canal). Cependant dans le cas où il y a des données pour le terminal sur des TTI (Transmission Time Interval) consécutifs, le HS-SCCH devra être alors le même pour ce terminal afin d augmenter la fiabilité de l information de signalisation. Ce type d approche est nécessaire non seulement afin d éviter au terminal de placer dans son buffer des données qui ne lui sont pas destinées, mais aussi dans le cas où les codes utilisés dépassent le nombre maximum pouvant être traité par le terminal. Le dernier nouveau canal introduit dans les spécifications du HSDPA est le canal HSDPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel). Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 37

39 Ce canal permet le transport, sur le lien montant, des acquittements aussi bien positifs que négatifs pour les retransmissions au niveau de la couche physique ainsi que l information concernant la qualité du lien radio. Cette dernière sera utilisée par l ordonnanceur, se trouvant dans le Node B, pour déterminer à quel terminal transmettre et à quel débit. Le HS-DPCCH est donc divisé en deux parties comme le montre la figure suivante et transporte les paramètres suivants : les transmissions ACK (Acknowledgement)/NAK (No ACK) afin de refléter les résultats de la vérification CRC après le décodage de paquets. le CQI (Channel Quality Indicator) qui indique la taille de bloc de transport, le type de modulation ainsi que le nombre de codes parallèles pouvant être correctement reçus (avec un taux d erreurs raisonnable) sur le lien descendant. Figure 22 : Structure d un canal HS-DPCCH La définition d une méthode qui renvoie l information sur les conditions du lien radio n est pas une tâche triviale. En effet, on doit tenir compte non seulement des différentes implémentations de récepteurs mais, en même temps, cette méthode doit permettre facilement la conversion de ces conditions radio en une information adéquate pour l ordonnanceur. Dans tous les cas, l information sur la qualité du lien radio est codée sur 5 bits. Un état de signalisation est réservé pour l état «transmission non nécessaire» ainsi que d autres états représentant la transmission que le terminal peut recevoir à ce moment. Par conséquent, ces états vont de la transmission à un code avec une modulation QPSK jusqu aux transmissions 15 codes avec la modulation 16-QAM (incluant les différents taux de codage). Évidemment, les restrictions des capacités du terminal doivent être prises en compte en plus de l information sur la qualité du lien. Le canal HS-DPCCH requiert une partie de la Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 38

40 puissance de transmission sur le lien montant et celle-ci doit être prise en compte dans les paramètres du bilan de liaison Architecture de Protocole Dans la Release 99, tous les canaux de transports sont terminés au RNC (Radio Network Controller). Le RNC est l'élément principal dans le RNS (Radio Network Subsystem) qui contrôle l utilisation et la fiabilité des ressources radio. Il existe trois types de RNC : SRNC (Serving RNC), DRNC (Drift RNC) et CRNC (Controlling RNC). La procédure de retransmission pour les paquets de données est située dans le SRNC, qui assure également le raccordement d un utilisateur particulier au réseau cœur. Avec l'introduction de HS-DSCH, une intelligence additionnelle sous forme de couche MAC HSDPA (MAC-hs) est installée dans le Node B. De cette façon, les retransmissions peuvent être contrôlées directement par le Node B, ce qui permet une retransmission plus rapide. Avec le HSDPA, l'interface Iub entre le Node B et le RNC exige un mécanisme de contrôle de flux pour s'assurer que les buffers du Node B sont employés correctement et qu'il n'y a aucune perte de données due au débordement de ces buffers. Bien qu'il y ait ajouté une nouvelle fonctionnalité MAC supplémentaire dans le Node B, le RNC maintient toujours les fonctionnalités de Release 99 version 4 de contrôle du lien radio (RLC), en s occupant de la retransmission au cas où la transmission du HS-DSCH du Node B échouerait après, par exemple, avoir excédé le nombre maximum de retransmission de la couche physique. La fonction principale de la nouvelle couche MAC (MAC-hs) du Node B est d assurer la fonctionnalité du ARQ (Automatic Repeat Request) et l ordonnancement aussi bien que la manipulation prioritaire. Semblable au Node B une nouvelle entité MAC, MAC-hs est ajoutée dans l'architecture de l UE. La couche MAC-hs de l UE a la même fonctionnalité que celle du Node B. Le tableau ci-dessous illustre la fonctionnalité : Figure 23 : La couche Mac Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 39

41 La couche MAC-hs : Comme expliqué précédemment, dans l'architecture de la version 99 de l UTRAN, l ordonnanceur et le choix du TF (format de transport) sont exécutés dans le RNC. Pour HSDPA, il est avantageux de déplacer certaines parties de la fonctionnalité du RNC au Node B, de ce fait on a une nouvelle entité (MAC-hs) dans le Node B, La MAC-hs est responsable de l ordonnancement, du HARQ et du choix format de transfert (TF). Apparemment, quelques améliorations sont nécessaires dans le Node B pour permettre la fonctionnalité de la MAC-hs. Il y a une entité de la MAC-hs dans l'utran pour chaque cellule supportant HS-DSCH. La MAC-hs est responsable de la manipulation des données transmises sur le HS-DSCH. En outre, il est responsable de la gestion des ressources physiques allouées au HSDPA. La MAC-hs reçoit les paramètres de configuration provenant des couches plus élevées. Les entités fonctionnelles incluses dans la MAC-hs sont présentées dans la figure suivante : Figure 24 : La couche MAC-hs Flow Control : C est le complément de la fonction de contrôle de flux existant dans le RNC pour les canaux dédiés, communs et partagés. Cette fonction est utilisée pour limiter la latence de signalisation de la couche 2 et pour réduire les données rejetées et retransmises en raison de la congestion de HSDSCH. HARQ : Cette fonction gère la retransmission de paquets dans le cas d erreurs de transmission. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 40

42 Scheduling/Priority Handling : Cette fonction gère les ressources HS-DSCH entre les entités HARQ et les flux de données selon leur priorité. TFRC sélection : C est pour choisir une combinaison appropriée de format de transport et de ressource de transport (TFRC) pour les données à transmettre sur le canal HS-DSCH. Dans la section suivante la fonction de deux entités fonctionnelles principales dans la MAChs, l ordonnanceur et l'unité de HARQ avec la modulation et le codage adaptatifs (AMC) sont expliqués plus loin. La figure 25 illustre l'architecture du HSDPA pour l UE et le réseau : Figure 25 : Core Network Aspects Techniques de la Technologie HSDPA Modulation et codage adaptatif (AMC) Dans les réseaux mobiles, la qualité d un signal reçu par un terminal dépend de plusieurs facteurs, comme la distance entre la station de base ou la perte de propagation due aux obstacles ou aux trajets multiples. Dans le but d améliorer la performance d un système, en termes de débit de données et de fiabilité de la couverture radio, le signal transmis vers et par un utilisateur particulier est modifié de façon à prendre en compte les variations de la qualité du signal à travers un processus connu sous le nom d adaptation au lien radio, connu également sous le nom de Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 41

43 AMC (Modulation et Codage Adaptatif). Une des techniques majeures introduites dans le WCDMA est le contrôle de puissance. L idée est d augmenter la puissance de transmission quand la qualité du signal reçu est faible et de diminuer la puissance de transmission quand la qualité du signal en réception atteint un seuil donné. Ceci permet une communication fiable entre l émetteur et le récepteur. Ainsi la technique de contrôle de puissance réduit les interférences intra et inter-cellules causées par une puissance de transmission trop importante, la capacité du système est ainsi augmentée. Une technique alternative au contrôle de puissance en faisant face aux effets variables du canal dans le temps est de compenser les évanouissements. Au lieu de garder une qualité de signal constante au niveau du récepteur, on peut changer la modulation et le code du signal transmis de telle façon que le plus d informations soit transmises lorsque l état du canal est bon et le moins possible lorsque le canal est détérioré. Cette technique est l AMC. Comparé à la technique conventionnelle de contrôle de puissance, l AMC apporte une capacité beaucoup plus élevée pour les systèmes radio à transmission de paquets. Un autre avantage de l AMC est que la puissance d émission est fixe pendant toute la durée de la trame, ainsi les interférences provenant des autres utilisateurs sont significativement réduites. De plus une nouvelle modulation est proposée dans la Release 5, la modulation 16QAM. Mais contrairement à la modulation QPSK, celle-ci est optionnelle et dépend du type de terminal utilisé. La modulation 16QAM soutient 4 bits/symboles au lieu des 2 bits/symboles de la modulation QPSK. Les débits sont ainsi augmentés de manière significative. La modulation 16QAM requiert de bonnes conditions de canal et une bonne performance des récepteurs comparés à la modulation QPSK. La décision d une transmission en 16QAM ou QPSK est faite dans le réseau en utilisant la qualité du canal d information provenant du mobile via un canal de control montant (HS-SCCH). En effet, les mobiles HSDPA effectuent des mesures de la qualité du canal physique descendant et transmet un indicateur de qualité de canal (CQI : Channel Quality Indicator) dans le canal de contrôle montant HS-SCCH. Il faut noter que l introduction d un ordre de modulation plus élevé est accompagnée d une plus grande complexité dans les terminaux mobiles, qui doivent estimer l amplitude relative des symboles reçus. Cette estimation d amplitude est nécessaire pour que le terminal puisse séparer tous les points de la constellation 16-QAM telle qu illustré à la figure 26. Étant donné Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 42

44 que cette estimation devient plus difficile lorsque la qualité du signal reçu est mauvaise, il est alors plus judicieux d utiliser la modulation QPSK dont la constellation est moins dense. Figure 26 : Constellations de la modulation 16-QAM et QPSK En combinant le type de modulation, le taux de codage et le nombre de codes supportés, nous obtenons plusieurs combinaisons (5), appelées également schéma de modulation et de codage MCS (Modulation and Coding Scheme), qui ont été proposées par le 3GPP dans la Release 5 et résumées dans la figure 26. Ainsi, un utilisateur qui serait proche d une station de base pourrait se voir attribué, par exemple, une modulation 16-QAM avec un taux de codage de 3/4 et dont le terminal supporte 15 codes en parallèles. Cette combinaison lui permettrait de bénéficier d un débit de l ordre de 10.7 Mb/s sur le lien descendant. L AMC a été intégré aux fonctionnalités des Node B supportant la technologie HSDPA. Par conséquent, la station de base a la responsabilité de sélectionner l algorithme de modulation et de codage approprié. Selon le nombre de codes parallèles pouvant être supporté par le terminal, nous obtenons plusieurs classes de terminaux HSDPA spécifiées dans la Release 5 avec un total de 12 catégories. Ces catégories permettent d avoir des débits pics allant de 0.9 à 14.4 Mb/s, comme le montre le tableau ci-dessous. Les dix premières classes de terminaux doivent être capables de supporter la modulation 16-QAM, alors que les deux dernières supportent uniquement la modulation de base QPSK. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 43

45 MCS Modulation Taux de codage QPSK 1/4 2/4 3/4 16QAM 2/4 3/4 Débit max 5 codes 10 codes 15 codes 600 kbps 1.2 Mbps 1.8 Mbps 1.2 Mbps 2.4 Mbps 3.6 Mbps 1.8 Mbps 3.6 Mbps 5.4 Mbps 2.4 Mbps 3.6 Mbps 4.8 Mbps 7.2 Mbps 7.2 Mbps 10.7 Mbps Tableau 2 : modulation et de codage MCS sur le lien descendant Catégorie Nombre maximum de codes parallèles Bits des canaux de transport par TTI Type de HARQ Débits (Mbps) Soft combining 1.2 IR 1.2 Soft combining 1.8 IR 1.8 Soft combining 3.6 IR 3.6 Soft combining 7.2 IR 7.2 Soft combining IR 0.9 Soft combining 1.8 IR Tableau 3 : Catégories de terminaux supportant la technologie HSDPA Mécanisme de retransmission hybride ARQ (HARQ) Afin d assurer la fiabilité des transmissions, on distingue deux grandes classes de mécanismes: les mécanismes réactifs ARQ (Automatic Repeat request) et les mécanismes proactifs FEC (Forward Error Correction). Dans les mécanismes réactifs, l émetteur réagit à la signalisation d une perte de paquet en retransmettant ce paquet. Cette signalisation peut être effectuée par l émission d acquittements positifs ACK (ACKnowledgement) ou négatifs NAK (Negative-ACKnowledgement). En ce qui concerne le fonctionnement des mécanismes proactifs, l émetteur rajoute des paquets de redondance permettant au récepteur de récupérer des paquets perdus. Ces paquets de redondance sont calculés en utilisant des codes correcteurs d erreurs. On dit qu un système HARQ est adaptatif si on peut réaliser des retransmissions en utilisant un autre type de modulation autre que celui qui a été utilisé pour la transmission originale. On distingue deux variantes de l HARQ selon que l on combine ou non les retransmissions: Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 44

46 HARQ de type I : dans cette variante, appelée aussi chase combining ou softcombining, il n y a pas de combinaison des retransmissions. Le Soft combining fait appel à la retransmission par l émetteur du même paquet de données codées. Le décodeur au niveau du récepteur combine ces copies multiples du paquet envoyé, pondéré par le rapport signal/bruit reçu. HARQ de type II : cette technique, connue aussi sous le nom de IR (Incremental Redundancy), contrairement à la précédente qui envoie des répétitions simples de tout le paquet encodé, envoie une information redondante additionnelle d une manière incrémentale si le décodage échoue à la première tentative. La technologie HSDPA s appuie sur un mécanisme HARQ asynchrone et adaptatif et peut fonctionner avec les deux variantes Soft combining et IR. Il est à noter qu avec la deuxième variante, on obtient de meilleures performances, mais elle nécessite plus de mémoire dans le récepteur du terminal mobile pour stocker les informations de redondance Ordonnancement Rapide (Fast Scheduling) L ordonnancement est l un des plus importants mécanismes de gestion de ressources dans les réseaux HSDPA, qui permet de déterminer à quel utilisateur il convient de transmettre dans un intervalle de temps donné. C est un élément déterminant dans la conception puisqu il répartit l allocation du canal entre les utilisateurs et ainsi, d une manière générale, détermine le comportement global du système. L ordonnancement pour HSDPA est désigné sous le nom étant rapide dû au fait que, comparé avec les spécifications du Release 99, l ordonnancement est déplacé du RNC au Node B pour réduire les délais, ainsi des décisions de séquencement plus rapides peuvent être prises. En rajoutant d autres fonctionnalités, telles que le choix de la version de redondance et l algorithme de la modulation et du codage, un principe fondamental de l ordonnanceur pour HSDPA est de programmer la transmission pour les utilisateurs. Les données à transmettre aux utilisateurs sont placées dans différentes files d attentes, dans un Buffer et l ordonnanceur doit déterminer l'ordre séquentiel dans lequel les flux de données sont envoyés. Ainsi, en choisissant différents algorithmes d ordonnancement, les opérateurs peuvent adapter sur mesure le comportement du système à leurs besoins. Les algorithmes d'établissement du programme généralement utilisés sont : Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 45

47 Méthode de Round-Robin (RR) Cet algorithme choisit les paquets d'utilisateur de façon cyclique. Dans cette méthode, le nombre de time slots alloués à chaque utilisateur peut être choisi pour être inversement proportionnel aux débits d'utilisateurs, ainsi le même nombre de bits est transmis pour chaque utilisateur dans un cycle. Évidemment, cette méthode est la "plus juste" dans le sens qu elle garantit une distribution équitable parmi tous les utilisateurs de la cellule. Méthode du Maximum C/I (Signal sur Interférence) Le Max C/I dessert l utilisateur tous les TTI avec le débit supportable instantané le plus élevé. Pendant chaque TTI, le canal HS-PDSCH est alloué à l'utilisateur ayant les meilleures conditions de canal, prenant de cette manière davantage des variations temporelles de l effet d évanouissement rapide du canal. En fait, le Node B utilise l'indicateur de qualité de canal (CQI) rapporté par la procédure d'adaptation de lien et alloue le canal HS-PDSCH à l'utilisateur avec le meilleur SIR (Signal to Interference Ratio). Méthode du Proportional Fair ou R[n]/Rav Cette méthode tient compte de la variation à court terme des conditions du canal radio et à long terme le débit de transmission de chaque utilisateur. Dans cette méthode, l'utilisateur avec le plus grand R[n]/Rav est servi d'abord, où R[n] est le débit dans le time slot courant n et Rav est le débit moyen pour l'utilisateur dans la fenêtre moyenne passée. La taille de la fenêtre moyenne détermine la durée maximale pendant laquelle un utilisateur peut être privé de données, cependant il faut trouver un compromis entre le retard maximum tolérable et le débit dans la cellule. Pour chaque terminal, l'information disponible pour l ordonnanceur inclut l estimation de la qualité du canal (CQI) reçue sur le HS-DPCCH, la connaissance des files d'attente prioritaires, et les processus de HARQ et la capacité du terminal. Basé sur l'information, l ordonnanceur exécute les fonctions suivantes : Programme tous les utilisateurs de HSDPA à l intérieur de la cellule. Entretient des files d'attente prioritaires. Basé sur les rapports de statut à partir des processus HARQ, le programmateur détermine si une nouvelle transmission ou une retransmission serait faite. Détermine une version de redondance appropriée et un algorithme de modulation pour chaque PDU MAC-hs transmise et retransmise et indique la version de redondance aux couches inférieures. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 46

48 FCSS (Fast Cell Site Selection) Le FCSS permet à l utilisateur de choisir le Node B ayant les meilleures caractéristiques pour une transmission de données. L avantage de cette technique permet à l utilisateur d obtenir un débit plus élevé Short Transmission Time Interval (TTI) L intervalle de temps de transmission (TTI) est un paramètre supplémentaire de la technologie HSDPA utilisé par le HS-DSCH. Ce TTI est de 2ms par canal, ce qui permet de supporter un trafic et un nombre d utilisateurs importants. Nous avons étudié les améliorations apportées par la technologie HSDPA sur le lien descendant du réseau UMTS. Ces améliorations sont possibles grâce aux différentes techniques d AMC, de HARQ et du Fast Scheduling. Ainsi le HSDPA offre beaucoup d avantages par rapport à l UMTS tels que l utilisation d une bande passante importante combinée avec un délai court de la transmission des données et l augmentation de la capacité de transmission sans avoir besoin de fréquences supplémentaires. Pour la voie de retour, entre l utilisateur et le Node B, la technologie HSUPA est une deuxième évolution du réseau UMTS pour permettre à l utilisateur de transférer des données à des vitesses allant jusqu à 5,7 Mb/s. Les besoins des utilisateurs étant toujours plus grands, une troisième évolution est déjà en cours d élaboration sous le nom de HSOPA qui utilisera une modulation OFDM à l image des réseaux WiMAX. Cette nouvelle version présentera un temps de latence encore amélioré à 20ms, contre 60ms pour HSDPA et un débit optimisé à 40Mb/s. Avec cette technologie on a un nombre d utilisateurs plus élevé par fréquence par exemple plus de 100 contre 40 en HSDPA et 9 en UMTS High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) Les services de multimédia et de l Internet à haut débit imposent au système UMTS d augmenter le débit dans le sens montant avec une qualité de service acceptable. Le sens montant reste, donc, insuffisant en termes de débit pour certains services. Dans ce contexte, le système HSUPA dans la spécification technique "Release 6". Ce système a introduit des nouveaux canaux physiques tels que l E-DPDCH et l E-DPCCH pour l acheminement des informations utilisateurs dans le sens montant et les canaux physiques de contrôle E-HICH, E- AGCH et E-RGCH dans le sens descendant. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 47

49 L introduction de ces canaux permet d obtenir un débit théorique qui peut atteindre le 8 Mbps. L implémentation de ce système introduit des techniques de codage et de modulation tels que l utilisation de la modulation 4-PAM avec la modulation BPSK, la technique de retransmission hybride (HARQ) et l utilisation d un mécanisme d ordonnancement rapide des ressources. Le système HSUPA fait appel à des faibles facteurs d étalement variables. En effet, pour transmettre avec des débits élevés, un utilisateur HSUPA utilise des facteurs d étalement qui prennent des valeurs entre 2 et 256. De plus, le système HSUPA offre la possibilité d utiliser une durée de trame de données de 2 ms optionnellement avec 10 ms. Dans le reste de ce paragraphe, nous allons présenter, en détaille, les canaux de transport et les canaux physiques du système HSUPA. Nous ferons aussi le point sur les principales modifications apportées à la couche physique de l UMTS. High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) est un protocole de téléphonie mobile de troisième génération (3G), de la famille UMTS, dont les spécifications ont été publiées par le 3GPP dans la «release 6» du standard UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). HSUPA est un complément de HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) pour la voie montante. HSUPA, présenté comme le successeur de HSDPA, porte le débit montant (Uplink) à 5,8 Mbit/s théorique, le flux descendant (Downlink) étant de 14 Mbit/s comme en HSDPA. L'intérêt d HSUPA est d'offrir la possibilité d'émettre facilement des contenus volumineux (photos, audio, vidéo) vers d'autres mobiles mais également vers les plates-formes de partage sur Internet. Cette technologie est un pas significatif vers l'accès aux applications Web 2.0 sur l'internet mobile. La technologie HSUPA, est une évolution du Haut Débit Mobile. Le HSUPA reprend un certain nombre de concepts développés dans le cadre du HSDPA à savoir : un lien radio haut débit, dédié à un utilisateur dans le sens montant ; un mécanisme de sélection améliorée de combinaison format de transport (sélection E- TFC) ; un établissement rapide du lien radio sur la voie montante ; une attribution de ressources absolue (absolute grant) et relative (relative grant) ; un intervalle de temps (ou TTI) de 10 ms ou, plus court, de 2 ms afin de réduire les délais de transmission ; un support possible de la macro diversité (soft handover) ; Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 48

50 deux nouvelles couches protocolaires : MAC-e et MAC-es Le Consortium 3GPP, lancé en 1998, a anticipé les attentes des utilisateurs et a publié les spécifications de la technologie HSUPA dans la Release 6 du standard UMTS. Figure 27 : Canaux introduits pour le support du HSUPA L'architecture de l'hsupa est conçue sur plusieurs principes dont l'uplink Scheduling. Cet Uplink Scheduler est situé dans le Node B (Interface air - fixe du réseau UMTS) comme le Downlink Scheduler de la technologie HSDPA. La tâche de ce Scheduler est de contrôler les ressources montantes (de l'utilisateur au réseau) de chaque mobile demandeur et, si nécessaire, de limiter ou de bloquer certains trafics. Le mécanisme est basé sur la gestion de la disponibilité absolue ou relative. La part absolue est utilisée à l'initialisation du processus alors que la part relative est utilisée pour augmenter ou diminuer la puissance utilisée. Le second principe est le protocole HARQ, employé pour effectuer une retransmission robuste lors d'erreurs de transmission. Ce protocole est utilisé par le Node B qui, en cas d'erreurs dans la réception des paquets de données, peut demander la retransmission de ceuxci. Pour chaque paquet reçu, le Node B enverra un accusé de réception ACK dans le cas d'une réception sans erreur ou NACK dans le cas contraire. Pour répondre aux besoins de certaines applications critiques, l'architecture HSUPA permet une réduction de l'intervalle du temps de transmission à 2 millisecondes, correspondant à 3 «Time slots» contre 10 millisecondes Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 49

51 normalement dans un lien radio standard composé de 5 «subframes». Toutefois, cette réduction de temps n'est pas obligatoire dans cette technologie Différents mécanismes nécessaires Le «Scheduling» et le protocole HARQ étant situés dans le Node B, ils permettent de réagir rapidement sur la liaison radio. De plus, cette liaison peut être reçue par plus d'une cellule (Node B) pour augmenter la qualité de réception et, le cas échéant, augmenter le nombre de liens radio, tous gérés par un seul système de contrôle. En cas d'usage de plusieurs cellules, le RNC combine les fonctionnalités via son contrôleur CRNC. Pour réaliser ces nouvelles performances, la technologie HSUPA propose un nouveau canal physique et de transport appelé E-DCH. Pour la couche physique, cela se traduit par deux nouveaux composants dans le canal montant : E-DPDCH et E-DPCCH et de trois nouveaux composants dans le canal descendant : E-AGCH, E-RGCH et E-HICH. Figure 28 : Structure de la trame E-DPDCH et E-DPCCH La structure de l'edpdch est un bloc de transport contenant les données de l'utilisateur mappé avec un délai de 2 ms ou de 10 ms selon la configuration choisie, dans une modulation BPSK. La quantité de bits de données transportée dépend du format du slot choisi (entre 0 et 7) et du type de codage. Le débit maximum de 5,76 Mbps est atteint par une combinaison de codes et de slots. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 50

52 Figure 29 : Scheduler pour HSUPA UE transmet une demande d ordonnancement (scheduling request) à l ordonnanceur de paquets. le Node B transmet une attribution de ressources SG au terminal mobile afin de lui indiquer la quantité de ressource qu il peut utiliser. Cette indication est ensuite utilisée par l entité de sélection E-TFC du terminal mobile pour sélectionner le format de la transmission des données La structure de l'e-dpcch, associée à l'e-dpdch en liaison montante, est un canal physique d'information de contrôle pour l'e-dpdch composé de la retransmission du numéro de séquence (RSN) utilisée dans le protocole HARQ, de l'indication de la taille des blocs de transport (E-TFCI) et de l'«happy bit» correspondant au retour du Scheduling du mobile. L'E- DPCCH est transmis sur des slots de code 1 d'un facteur de 256 (selon la tabelle standard définie par cette norme) sur 10 bits, dans la modulation BPSK. Selon le délai choisi, l'information sera codée différemment Des modifications pour la voie descendante L'E-AGCH est un canal physique descendant utiliser pour assigner une disponibilité absolue à un mobile ou un groupe de mobiles. Il utilise un facteur de propagation fixe de 256 dans une modulation également en BPSK. Une valeur de 5 bits indique la nature de la disponibilité et si celle-ci est valable pour un processus HARQ ou pour tous les processus HARQ. En outre, chaque mobile peut être configuré avec un RNTI primaire et un RNTI-E secondaire, utilisés pour traiter un utilisateur ou un groupe d'utilisateur. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 51

53 Nombre de codes x facteur d étalement Modulation, codage et taux de codage Nombre de bits par intervalle de temps W-CDMA (ou TS) Nombre de bits pour un TTI de 2 ms (3TS) Nombre de bits pour un TTI de 10ms (15) Débit maximum (kbit/s) 1 x SF 256 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 128 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 64 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 32 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 16 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 8 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 4 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 4 QSPK, turbocodage, 1/2 1 x SF 2 QSPK, turbocodage, 1/2 2 x SF + SF 4 QSPK, turbocodage, 1/ x x x x x x , , Tableau 4 : Adaptation de lien L'E-RGCH et l'e-hich sont également des canaux physiques descendants. Bien qu'ils partagent la même structure, ils ont des objectifs différents. L'E-RGCH est utilisé dans le cadre du processus de programmation qui permet d'ajuster progressivement la puissance de transmission d'un mobile. Trois valeurs sont définies pour déterminer l'état de disponibilité d'un mobile, soit Up (+1), Down (-1) ou Hold (0). Ces différenciations ont été prévues pour augmenter la disponibilité du lien en prenant en considération différents cas de figure comme le choix du délai. L'E-HICH porte l'indicateur ACK ou NACK de la mention HARQ. L'accusé de réception de l'indicateur desservant l'ensemble peut prendre la valeur ACK (+1) ou Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 52

54 NACK(0). La reconnaissance de l'indicateur est transmise en 3 slots dans le cas du choix de 2 millisecondes ou en 12 slots dans le cas du choix de 10 millisecondes. L'E-RGCH et l'e- HICH utilisent un facteur 128 dans une modulation QPSK ou 16QAM. Ils partagent le même code de canalisation et sont séparés par le type de signature. Figure 30 : Hybrid-ARQ/ Macro-diversité Ces différents éléments, brièvement expliqués, composent la technologie HSUPA. Dans une prochaine version «3GPP release 7», le canal montant supportera un débit de l'ordre de 11,5 Mbps. Avec de telles capacités, les réseaux mobiles n'auront plus rien à envier aux réseaux fixes Les canaux de transport Le canal E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) est le seul canal de transport dédié introduit par le système HSUPA. Il supporte des opérations de codage et de multiplexage sophistiquées à savoir le turbo codage de l UMTS de rendement 1/3, la technique HARQ, la modulation d ordre supérieur 4-PAM et le contrôle de puissance rapide pour l adaptation du lien. Le canal E-DCH porte non seulement les données d information d un utilisateur particulier mais aussi les données de contrôle pour la gestion de la liaison. Ce canal de transport est associé donc aux canaux physiques dédiés : l E-DPDCH et l E-DPCCH Les canaux physiques Les canaux physiques de la voie montante Dans la liaison montante, le système HSUPA utilise deux types des canaux physiques dédiés : l E-DPDCH et l E-DPCCH. Ces canaux sont une amélioration des canaux physiques Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 53

55 DPDCH et DPCCH de la liaison montante du système UMTS. Ils sont séparés sur les deux voies en phase (I) et en quadrature (Q). Le canal E-DPDCH est utilisé pour transporter les données utilisateur issues du nouveau canal de transport dédié E-DCH. Quant au canal E- DPCCH montant, il convoie les données de contrôle générées au niveau de la couche physique. Les informations contenues dans le E-DPCCH sont : le RSN (Retransmission sequence number) qui est nécessaire pour le mécanisme de retransmission des paquets HARQ, le E-TFCI (Enhanced Transport Format Combination Indicator), qui indique la taille du bloc de transport E-DCH et le bit "Happy" qui indique la satisfaction du mobile par les ressources allouées par le nœud B. Le standard 3GPP a normalisé un seul canal physique dédié de contrôle et un, deux ou quatre canaux physiques dédiés de données. Le nombre des bits du canal E-DPCCH est fixé à 150 bits alors que le nombre des bits Uk du kème canal E- DPDCH est variable. Il dépend du facteur d étalement SFk utilisé et il est calculé par l expression suivante : Où N c,tti est le nombre des chips pendant la durée TTI qui est égale à chips lorsque TTI=10ms et 7680 chips lorsque TTI_2=ms. La figure 31 représente les structures d un canal de données E-DPDCH et d un canal de contrôle E-DPCCH. Figure 31 : La structure des canaux de données E-DPDCH et de contrôle E-DPCCH. A l instar du canal physique de contrôle E-DPCCH qui est toujours étalé par un facteur d étalement égale à 256, les canaux physiques de données E-DPDCHs sont étalés par des facteurs d étalement variables qui prennent des valeurs entre 2 et 256. Le tableau 5 présente les codes OVSF CSF_n alloués pour chaque canal E-DPDCH du système HSUPA, où CSF_n est le code OVSF qui est généré à partir de l kème ligne de la matrice de Walsh-Hadamard de Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 54

56 taille SF. En effet, SF est le facteur d étalement et n est le numéro de code. L allocation des codes pour le système HSUPA dépend de la configuration de liaison montante du système UMTS. N max,dpdch E-DPDCH k Le code OVSF 0 E-DPDCH 1 E-DPDCH 2 E-DPDCH 3 E-DPDCH 4 C 2, 1 ou C SF, SF/4 si SF 4 C 4,1 ou C 2, 1 C 4, 1 C 4, 1 1 E-DPDCH 1 E-DPDCH 2 C SF, SF/2 C 42 ou C 2, 1 Tableau 5 : Les codes OVSF alloués pour les canaux E-DPDCHs Les canaux de données et de contrôle sont multiplexés ensemble dans une seule trame pour former un canal de transport Catch (Code Composite Transport Channel). Le canal EDPDCH est toujours multiplexé sur la voie en phase I, alors que les canaux de données E-DPDCHs sont partagés entre la voie en phase I et la voie en quadrature Q de la façon illustrée par le tableau 6. La répartition des canaux E-DPDCHs sur la voie en phase I et la voie en quadrature Q dépende de la configuration de liaison montante de deux systèmes UMTS et HSDPA. N max,dpdch HS-DSCH E-DPDCH k La voie I/Q 0-1 Non 1 Oui E-DPDCH 1 E-DPDCH 2 E-DPDCH 3 E-DPDCH 4 E-DPDCH 1 E-DPDCH 2 E-DPDCH 1 E-DPDCH 2 Tableau 6 : La répartition des canaux E-DPDCHs sur la voie en phase I et la voie en quadrature Q I Q I Q Q I I Q Les canaux physiques de la voie descendante Dans le sens descendant, le HSUPA introduit trois nouveaux canaux physiques de contrôle qui sont l E-AGCH, le RGCH et l E-HICH. Ces nouveaux canaux ont pour rôle l attribution rapide des ressources de la liaison montante, à savoir la puissance d émission maximale, la taille de bloc de transport E-DCH et les paramètres de la technique HARQ. Cette attribution des ressources est évaluée par le nœud B qui la communique au mobile sur les deux canaux E-AGCH (Enhanced Uplink Absolute Grant CHannel) et E-RGCH Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 55

57 (Enhanced Uplink Relative Grant CHannel). Ces deux canaux sont étalés par un facteur d étalement de 256. Le processus de retransmission des paquets hybride HARQ qui est déjà utilisé par le système HSDPA est appliqué pour le système HSUPA. La voie de retour qui correspond à l acquittement positif ou négatif, est transmise sur la voie descendante par le canal E-HICH (Enhanced Uplink HARQ Indicator CHannel). Ce canal est étalé par un facteur d étalement de Impact du système HSUPA sur la couche physique de l UMTS L introduction du système HSUPA impose au terminal mobile ainsi qu au réseau d accès UTRAN d évoluer. Le support du HSUPA impose l introduction de nouveaux types de terminaux qui doivent supportés les nouvelles techniques introduites par le HSUPA. Parmi ces techniques nous distinguons : la possibilité du terminal de traiter un nombre maximal de bits du canal de transport E- DCH dans un seul TTI ; la capacité du terminal de supporter la modulation 4-PAM; la capacité du terminal de supporter la technique HARQ; la possibilité du terminal d utiliser des petits facteurs d étalement variables (de 2 à 256) ; la capacité du terminal de supporter le principe multi-code ; la possibilité du terminal de traiter des trames de durée TTI=2ms. Dans un réseau de troisième génération sans le système HSUPA, c est le RNC qui gère plusieurs fonctionnalités telles que l allocation de ressources et la stratégie de retransmission HARQ. Avec le HSUPA, ces fonctionnalités sont effectuées au niveau du nœud B. Ceci permet une gestion rapide des ressources et diminue les retards de retransmission Les configurations du sens montant en présence des systèmes UMTS, HSDPA et HSUPA Dans ce paragraphe, nous présentons les canaux physiques envoyés sur la liaison montante par les systèmes UMTS, HSDPA et HSUPA. Ces canaux physiques sont : Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 56

58 un ou plusieurs canaux physiques de données DPDCHs et un canal physique de contrôle DPCCH introduites par le système UMTS ; un canal HS-DPCCH qui est un canal de contrôle de liaison montante du système HSDPA. Il est utilisé lorsque les canaux HS-DPDCHs sont envoyés sur la liaison descendante ; un, deux ou quatre canaux physiques de données E-DPDCHs et un seul canal physique de contrôle E-DPCCH introduites par le système HSUPA; un canal PRACH qui est un canal physique commun utilisé pour l établissement de la communication. Le 3GPP ne permet pas la transmission de ce canal en même temps que les canaux physiques dédiés. Ainsi, nous pouvons négliger ce canal de la liaison montante ; Les combinaisons possibles du nombre maximal de canaux physiques de la liaison montante ces trois systèmes en plus du canal DPCCH sont précisés dans le tableau 7. Ces canaux physiques peuvent être configurés simultanément pour un seul utilisateur. La capacité réelle d un équipement usager peut être inférieure aux valeurs indiquées dans ce tableau. DPDCH HS-DPCCH E-DPDCH E-DPCCH Configuration Configuration Configuration Tableau 7 : Le nombre maximal de canaux physiques envoyés simultanément sur le sens montant L étalement dans la voie montante L opération de l étalement est composée de deux étapes. La première est l opération de "canalisation" qui consiste à transformer chaque symbole de données en une suite de chips. Cette transformation permet d élargir la bande du signal par le principe d étalement de spectre. Le nombre de chips par symbole définit le facteur d étalement SF (Spreading Factor). La deuxième étape est l embrouillage qui applique un code d embrouillage au signal étalé. Le principe d étalement de la configuration. Avant le processus d étalement, les données portées par les canaux physiques de la liaison montante sont modulés par un modulateur qui transforme les bits en une séquence des valeurs réelles. Après la multiplication par un code d étalement, les chips sont pondérées par un facteur de gain b pour fixer la puissance de chaque canal physique. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 57

59 Les flux issus des deux voies I et Q sont par la suite additionnés et traités comme des séquences de chips complexes. Ces séquences sont embrouillées par un code d embrouillage complexe Sdpch_n. L étalement est effectué par la mise en œuvre des codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). Ces codes ont la caractéristique de préserver l orthogonalité entre les différents canaux physiques. L opération d embrouillage consiste à multiplier, chip-à-chip, les données étalées par une séquence complexe pseudo-aléatoire. Elle permet de différencier les équipements usager entre eux dans le sens montant. Nous avons présenté l évolution du système de troisième génération UMTS vers le HSDPA et le HSUPA. Après avoir décrit la structure simplifiée du réseau UMTS, nous avons décrit les caractéristiques de l interface radio du mode FDD ainsi que les canaux introduits pas le système UMTS. Ensuite, nous avons présenté les nouvelles techniques HSDPA. Puis, nous avons décrit en détail les canaux physiques introduits par le système HSUPA. Enfin, nous avons étudié les différentes configurations, en termes de canaux physiques, de la liaison montante. Dans le chapitre suivant, nous décrivons l ingénierie des réseaux 3G+, à savoir le dimensionnent de l HSDPA et du système HSUPA. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 58

60 Chapitre 3 Planification et dimensionnement des Réseaux 3G Etude de la planification de 3G Concepts généraux Avant d entamer cette partie, nous commençons par introduire quelques notions générales fortement liées à la planification dans le cadre de l UMTS. La compréhension de ces notions est nécessaire lors du déploiement d un réseau radio mobile WCDMA Evaluation des interférences Interférences intracellulaires : Elles représentent l'interférence mutuelle entre les utilisateurs de la cellule. Des codes orthogonaux sont utilisés à la fois dans la voie descendante et dans la voie montante, et si cette orthogonalité était préservée alors les signaux des différents usagers de la cellule seraient dé-corrélés entre eux et il n'y aurait pas d'interférences intracellulaires. Dans la voie descendante, en absence de trajets multiples, les signaux gardent leur orthogonalité car ils sont transmis alignés dans le temps par la station de base: les codes sont synchronisés en temps (les stations de base respectent en effet une référence de temps unique pour transmettre, cette référence de temps pouvant être fournie par un système de navigation par satellite). Dans la réalité on a toujours des trajets multiples, c'est-à-dire que plusieurs copies du signal transmis arrivent au récepteur à des instants différents. Du fait de ces trajets multiples, les codes dans la voie descendante ne restent pas parfaitement orthogonaux, et on introduit donc dans ce sens un facteur d'orthogonalité w, w = 0 correspondant à une orthogonalité parfaite et pas d'interférences intracellulaires, w = 1 correspondant au fait que tous les signaux de la cellule interférent pleinement entre eux. A la différence de la voie descendante, dans la voie montante, toujours en absence de trajets multiples, les signaux des différents utilisateurs de la cellule ne restent pas orthogonaux car les utilisateurs de la cellule transmettent de façon indépendante et non synchronisée. Ainsi, dans le sens montant, les signaux interférent pleinement avec ou sans trajets multiples. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 59

61 Interférences extracellulaires : Dans le sens montant, l'interférence intercellulaire représente les interférences dues aux signaux envoyés par les mobiles des cellules voisines et qui viennent constituer du bruit supplémentaire au niveau de la réception à la station de base de la cellule. Dans le sens descendant, l'interférence intercellulaire représente les interférences dues aux signaux envoyés par les stations de base des cellules voisines et qui viennent constituer du bruit supplémentaire au niveau du mobile en réception. Le Handover : Le handover gère la mobilité des usagers. Notons que les terminaux mobiles et les stations de base utilisent plusieurs récepteurs à corrélation qui forment un récepteur de Rake pour récupérer le maximum d'énergie du signal sur les différents trajets empruntés et éventuellement sur les différentes antennes. Différents types de handover existent suivant la position de l'usager mobile dans la cellule : soft handover, softer handover ou hard handover. L utilisation du soft handover et du softer handover permet d'accroître les performances de la liaison en y ajoutant une forme de diversité. Il est cependant nécessaire de minimiser les situations de soft handover, sous peine de gaspiller les ressources et diminuer la capacité du système. Le traitement de handover est défini pour les services de type circuits et les services de types donnés. Pour le premier cas de figure, les handover peuvent être implantés comme soft, softer ou hard handover. Pour les services de types donnés, le seul type de handover défini est la re-sélection de cellule. Le softer handover Le softer handover se produit quand les stations de base sont sectorisées. Ainsi, quand le terminal mobile se trouve dans une zone de couverture commune à deux secteurs adjacents d'une même station de base, les communications avec la station de base empruntent simultanément deux canaux radio, un pour chaque secteur. Deux codes d'étalement doivent alors être utilisés dans le sens DL afin que le terminal mobile puisse distinguer les deux signaux issus des deux secteurs et on a donc deux connexions simultanées pour cet usager. Dans le sens UL, les signaux provenant du terminal sont reçus par les deux secteurs de la station de base et routés vers le même récepteur de Rake. Les signaux sont ainsi combinés au niveau de la station de base. On compte généralement 5 à 10 % des terminaux mobiles d'une cellule qui sont en situation de softer handover. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 60

62 Le soft handover Durant un soft handover, le terminal mobile se trouve dans la zone de couverture commune à deux stations de base. L'état où un mobile est en liaison avec deux stations de base ou plus est appelé macro diversité. Les communications entre le terminal mobile et les stations de base utilisent simultanément deux canaux radio, un pour chaque station de base. Du point de vue du terminal mobile, il existe très peu de différences entre le softer et le soft handover. En revanche, dans le sens UL ces deux handovers différent car, dans le cas du soft handover, les signaux reçus par les stations de base sont routés et combinés au niveau du RNC. Cela permet à cette dernière de sélectionner la meilleure trame reçue. Un usager mobile peut être en situation de soft handover avec deux, trois ou quatre stations de base. S il quitte la zone de couverture commune pour se rapprocher d'une station de base, alors cette dernière le prend en charge. Le soft handover permet de limiter la perte de connexion quand un usager se déplace vers une autre cellule. On considère que 20 à 40 % des usagers sont en situation de soft handover. Il est donc indispensable de prendre en compte les connexions supplémentaires dans une cellule dues au soft handover lors du dimensionnement du réseau. Le hard handover Il existe deux autres types de hard handover : le hard handover inter-fréquences qui permet à un terminal mobile de passer d'un spectre de fréquence à un autre et le hard handover inter-systèmes qui permet au terminal mobile de passer d'un système à un autre comme d'un mode FDD à un mode TDD ou pour passer d un système 2G à un système 3G (pendant la période de coexistence des deux systèmes) Le contrôle de puissance Comme nous l'avons vu précédemment, il faut s'assurer qu'à la réception le rapport Eb/N0 est supérieur à un certain seuil critique pour assurer le décodage du signal reçu. Pour cela, l émetteur (le mobile ou la station de base) peut augmenter sa puissance d émission. Le but du contrôle de puissance est de veiller à ce que chaque mobile ou chaque station de base envoie le minimum de puissance nécessaire pour que le rapport Eb/N0 soit au niveau du seuil requis. Ceci améliore la capacité du système en minimisant les interférences. Une autre utilité du contrôle de puissance est de palier aux fluctuations de puissance dues aux pertes dans le Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 61

63 milieu extérieur. Les deux types de contrôle de puissance utilisés dans les systèmes fondés sur le CDMA sont le contrôle de puissance en boucle ouverte OLPC (Open Loop Power Control) et le contrôle de puissance en boucle fermée CLPC (Closed Loop Power Control). Le contrôle de puissance en boucle ouverte Ce type concerne uniquement le mobile (sens montant) et son but est de déterminer le niveau de puissance du signal à transmettre avant de rentrer en communication avec la station de base. Ce niveau de puissance est calculé en fonction de l'affaiblissement de parcours ou pathloss mesuré dans la voie descendante sur des canaux définis dans ce but par le réseau. Le contrôle de puissance en boucle ouverte permet de compenser des évanouissements à long terme (affaiblissement de parcours du à des distances importantes entre l'émetteur et le récepteur) et, en particulier, les évanouissements dus au phénomène de l'effet de masque ou shadowing (évanouissement dû à la présence d'obstacles tels que des arbres, des collines ou des immeubles). Une très forte hypothèse prise en compte dans le contrôle de puissance en boucle ouverte est de considérer que les évanouissements dans les voies montante et descendante sont identiques. Or, en mode FDD où la voie descendante et la voie montante se trouvent dans des fréquences différentes, ce type de contrôle de puissance n'est pas très efficace pour compenser les effets des évanouissements rapides car ces derniers dépendent de la fréquence porteuse du signal de transmission et de la vitesse du mobile. En effet, les évanouissements rapides sont caractérisés par des variations rapides de la puissance du signal dans des intervalles de temps assez courts, et ils trouvent leur origine dans les réflexions du signal transmis sur les différents obstacles et dans la vitesse relative entre le mobile et la station de base. Cela entraîne une dégradation de type effet doppler avec un décalage en fréquence. Le contrôle de puissance en boucle fermée Le contrôle de puissance en boucle fermée est utilisé dans le but de compenser les évanouissements rapides. Il est appelé à boucle fermée puisque, à la différence du contrôle de puissance en boucle ouverte, le récepteur concerné calcule des commandes de contrôle et les envoie à la source émettrice pour que celle-ci règle sa puissance d'émission. Une fois que le mobile a établi un lien de communication avec la station de base, le contrôle de puissance en boucle fermée est activé. Dans la voie montante, la station de base mesure de manière permanente la qualité du signal en termes du rapport Eb/N0. Si la qualité du signal est en Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 62

64 dessus de la valeur Eb/N0 cible, la station de base envoie une commande sur le canal descendant au mobile pour lui demander de réduire la puissance d'émission. Par contre, si la qualité du signal est en dessous de cette valeur, la station de base demande au mobile d'augmenter la puissance d'émission. Ces informations sur l ajustement des puissances d émission sont transmises à chaque time slot soit toutes les 0.67 ms via le canal de contrôle dédié Capacité et couverture Capacité La rentabilité du réseau est étroitement liée à sa capacité, c'est-à-dire à la quantité d'information pouvant être échangée simultanément. Dans un contexte mono service, le nombre d'utilisateurs définit la capacité. Dans le système UMTS, où plusieurs services seront offerts et où la consommation en ressources radio diffère d'un service à l'autre, plutôt que de raisonner sur le nombre de mobiles, la capacité peut être définie comme le débit global écoulé dans le réseau par exemple. Le nombre maximal de communications ne dépend pas uniquement des ressources "dures", à savoir du nombre de codes disponibles, mais aussi des interférences, donc de la distribution de trafic dans le réseau et de ses caractéristiques. On parle alors de "soft capacity" Couverture Un mobile est couvert par le réseau si les trois conditions suivantes sont vérifiées : Il peut décoder les informations sur le réseau. Le mobile doit recevoir au moins un signal pilote avec une qualité suffisante. Il s'agit de la couverture "pilote". La puissance requise pour la transmission de la station vers ce mobile est inférieure à la puissance maximale d'un canal de trafic. On dit alors que le mobile est couvert dans le sens descendant. La puissance requise pour la transmission de ce mobile vers la station de base est inférieure à la puissance maximale d'émission du mobile. Le mobile est alors couvert dans le sens montant. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 63

65 Dans les trois cas, la couverture d'un mobile dépend fortement des interférences, donc de la distribution du trafic dans le réseau. Ainsi, une station de base qui sert beaucoup de mobiles voit sa zone de couverture se réduire. Par exemple, dans la figure 32, la station (a) est beaucoup plus chargée que sa voisine (b) et sa couverture est donc inférieure. On parle alors de phénomène de respiration de cellules. Si le recouvrement avec les voisines est insuffisant, des trous de couverture apparaissent, et des appels sont rejetés. Afin d'éviter ces phénomènes de trous de couverture liés à l'augmentation du trafic, des algorithmes de contrôle d'admission sont mis en œuvre. La couverture et la capacité sont donc deux grandeurs fortement liées dans les réseaux WCDMA. Figure 32 : Effet de respiration de cellule Processus de planification WCDMA Le déploiement d un réseau radio WCDMA compte trois phases principales à savoir le dimensionnement, la planification détaillée de la capacité et de la couverture ainsi que l optimisation. L'objectif de la phase de dimensionnement est d'estimer le nombre de sites, le nombre de stations de base et leur configuration en fonction des besoins et des exigences de l'opérateur ainsi que de la propagation radio spécifique au type d'environnement. Ce dimensionnement doit scrupuleusement prendre en compte les exigences en termes de couverture, de capacité et de qualité de service de l'opérateur. La capacité et la couverture sont deux aspects étroitement liés dans les réseaux WCDMA et doivent par conséquent être considérés simultanément dans le dimensionnement. La planification de la capacité et de la couverture est réalisée par un outil de planification WCDMA. Pour cette phase, des cartes géographiques détaillées et une estimation du trafic sont nécessaires. La localisation des stations de base est déterminée par l'outil de planification Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 64

66 et/ou par l'ingénieur radio. La capacité et la couverture peuvent alors être analysées pour chaque cellule ou par zone. Le tableau ci-dessous montre les étapes du processus de planification. Toutes ces phases seront détaillées dans ce qui suit : Dimensionnement Planification détaillée Optimisation et Maintenance Trafic Zones de couverture Seuils de couverture Trafic Configuration des sites Seuils de couverture & demande en capacité. Trafic Disponibilité de la couverture et de la capacité Tableau 8 : Tableau : Processus de planification en UMTS Dimensionnement Le dimensionnement d'un réseau radio WCDMA est un processus qui permet d'estimer, à partir des besoins et des exigences de l'opérateur, le nombre d'équipements nécessaires ainsi que leurs configurations. Il est courant de distinguer les trois catégories suivantes d'exigences définies chacune par différents paramètres : Couverture : Zones de couverture, Types d'environnement, Propriétés de propagation. Capacité ; Spectre disponible, Prévisions d'abonnés, Densité de trafic. Qualité de service ; Probabilité de couverture, Taux de blocage, Débits utilisateur. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 65

67 Les principaux objectifs du dimensionnement sont de définir les bilans de puissance, la couverture, la capacité et d'estimer le nombre de sites, de stations de base, de RNC ainsi que le nombre d'équipements du réseau cœur nécessaires que ce soit dans le domaine circuit ou dans le domaine paquet Planification détaillée Nous allons aborder dans cette section la planification détaillée de la capacité et de la couverture. Dans cette phase de planification, des informations précises et réelles de propagation au niveau des zones à couvrir sont indispensables aussi bien que des informations concernant la densité d'utilisateurs et leurs trafics. La liste des stations de base déjà installées est également nécessaire afin de les réutiliser et de minimiser les investissements. L'objectif de cette phase est de déterminer avec précision la localisation des stations de base, leur configuration et leurs paramètres. Comme en WCDMA, tous les utilisateurs partagent les mêmes ressources sur l'interface radio, il n'est donc pas possible de les analyser individuellement. Un utilisateur a une influence sur la puissance d'émission des autres utilisateurs, et les modifications qui en résultent ont également un impact sur le premier utilisateur, etc. Par conséquent, le processus de prédiction doit se faire de façon itérative jusqu'à ce que les puissances d'émission se stabilisent. Par ailleurs, les débits et les types de services jouent un rôle bien plus important en WCDMA que dans les systèmes TDMA et FDMA de deuxième génération. En outre, le WCDMA utilise le contrôle de puissance rapide dans les deux sens de transmission, les softer et soft handover ainsi que des canaux orthogonaux sur le lien descendant. Toutes ces caractéristiques ont un impact non négligeable sur les performances du système. La principale différence entre les prédictions de couverture pour le WCDMA par rapport à celles des systèmes TDMA et FDMA, est l'importance cruciale de l'estimation des interférences en WCDMA. Dans le processus de planification de la couverture en GSM, la sensibilité des stations de base est constante et les seuils de couverture sont les mêmes pour chaque station de base. Dans le cas du WCDMA, la sensibilité des stations de base dépend du nombre d'utilisateurs et des débits utilisés dans les cellules, en conséquence la sensibilité peuvent être différente pour chaque station de base. Notons également que dans les réseaux de troisième génération, les débits des sens montants et descendants peuvent être asymétriques. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 66

68 3.5 Optimisation et Maintenance Comme le cas du GSM, les systèmes WCDMA nécessitent une optimisation continue car les mobiles changent de location de façon continue et donc le trafic va varier entre les zones et dans le temps. Cette variation possède une influence directe sur la qualité radio et la capacité globale du système. Les paramètres qui peuvent être optimisés sont : Le trafic et les variations du trafic, Le pourcentage du soft handover, Les puissances moyennes des émetteurs et des récepteurs, La coupure des connexions (Drop Calls), Interférences, Taux de H.O par cellule, Taux de H.O inter-systèmes, Taux d erreur binaire, Taux des trames erronées. L optimisation du réseau correspond au processus qui a pour but d améliorer globalement la qualité du réseau et de s assurer que les ressources du réseau sont utilisées de façon efficace. Il convient durant cette phase d analyser le réseau ainsi que d améliorer sa configuration et ses performances. En effet, l analyse de la qualité du réseau permet de donner à l opérateur une vue aussi précise que possible de la qualité et des performances de son réseau. Il est nécessaire de définir précisément les mesures à effectuer par le système de gestion du réseau ainsi que les mesures sur le terrain. Après que les critères ont été définis et les données analysées, tous les services impliqués dans l'optimisation du réseau doivent en être informés. Pour les systèmes de deuxième génération, les principaux paramètres de qualité de service concernent les appels aboutissant avec succès, les appels interrompus ainsi que les handovers et leurs causes. Pour les systèmes de troisième génération proposant une gamme beaucoup plus variée de services, de nouvelles définitions de qualité de service devront voir le jour. Par ailleurs, l'optimisation automatique jouera un rôle très important dans les réseaux de troisième génération, le nombre de services et de débits étant si important que l'optimisation manuelle de tous ces services et de leurs paramètres serait beaucoup trop fastidieuse. L'optimisation automatique devrait fournir des réponses rapides aux conditions variables de trafic dans le réseau. Notons qu'au début du déploiement des réseaux de troisième génération, Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 67

69 seuls quelques paramètres pourront être optimisés automatiquement et que le processus d'optimisation de deuxième génération devra être maintenu en parallèle. 3.6 Dimensionnement du Downlink HSDPA Objectifs du dimensionnement : Le dimensionnement d un réseau cellulaire permet d assurer la minimisation du coût de la liaison radio et de l infrastructure du réseau, en tenant compte de la couverture radio et de la taille des cellules sous réserve de contraintes de la QoS. Le dimensionnement par la couverture d un réseau UMTS permet essentiellement de calculer la taille de la cellule. Le rayon de cellule est obtenu suite à la réalisation d un bilan de liaison qui permet de déterminer l affaiblissement maximal alloué MAPL (Maximum Allowable PathLoss). Cette valeur servira pour le modèle de propagation afin de déterminer le rayon de cellule. Sachant la taille de la cellule, on pourra donc déterminer pour la zone à planifier le nombre de stations de base nécessaires. La figure ci-dessous présente le processus de dimensionnement par couverture : Données de départ (zone à planifier, modèle de trafic) Analyse du bilan de liaison WCDMA Rayon de la cellule Nombre de cellules Figure 33 : Le processus de dimensionnement Le bilan de liaison : Les paramètre du bilan de liaison : La réalisation du bilan de liaison repose principalement sur les paramètres suivants Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 68

70 Paramètres de transmission : Bruit thermique: sa puissance Nth est donnée par k* T0 avec k est la constante Boltzmann (k = 1.38*10-20 mw/hz/k) et T0 = 293 K : Nth = -174 dbm/hz. Débit Chip Tc : fixé à 3.84 Mchip/s. Marge de fading de masquage (Shadowing margin): elle est due aux effets de masquage. Elle est en fonction de la probabilité de couverture de la cellule, localisation de l UE et du Gain de Soft/Softer handover. Marge de fading rapide (fading de Rayleigh). Il s agit d un fading rapide qui dépend de la qualité de service requise et de la nature de l environnement auquel appartient l UE. Paramètres de l équipement utilisateur Puissance maximale (PUE) : elle varie selon la classe des mobiles. Pour les mobiles de classe 3, elle est de 24 dbm. Pour les mobiles de classe 4, elle est de 21 dbm. Gain d antenne du mobile : GUE Pertes dans les câbles d alimentation de l antenne du mobile LfMS Perte due au corps de l utilisateur : LBody. Paramètres du Node B Facteur de bruit NF (Noise Factor) : il s agit du facteur de bruit généré au récepteur. Pertes de connecteurs et de feeders : LfNodeB Puissance maximale : la puissance maximale du NodeB intervient au niveau du bilan de liaison pour le lien descendant : PNodeB Gain d antenne : GNodeB Paramètres liés aux services Gain de traitement (Processing Gain) : Gp = 10* log (débit chip / débit service) (Eb/N0) requis : cette variable caractérise la qualité de service à atteindre pour le service considéré. Elle varie en fonction de la mobilité de l utilisateur. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 69

71 Gain de Soft handover (GSHO) : il correspond au gain que le mobile réalise dans une situation de soft handover. Dans cette situation, le mobile est connecté à plus qu une station de base et donc utilise une puissance minimale. Marge d interférence (NRUL: Noise RiseUL) : Ce paramètre correspond au niveau d augmentation du bruit du à l augmentation de la charge dans la cellule. Cette marge d interférence est liée au facteur de charge (ηul) qui mesure la charge de chaque lien (montant ou descendant). La marge d interférence est importante si la capacité et donc la charge autorisée dans la cellule sont importantes.ainsi, dans les zones urbaines, cette marge doit être importante alors que dans les zones rurales, la marge d interférence est faible. Le réseau doit être planifié de façon à pouvoir supporter une certaine marge d interférence afin de garantir un rayon minimum pour la cellule et ce, pour chaque service. La marge d interférence est donnée par la formule suivante : 10* log (1- ηul) (1) Bilan de liaison pour le lien montant : Pour le calcul du bilan de liaison pour le lien montant, il faut tout d abord déterminer EIRP (Effective Isotropic Radiated Power). Elle correspond à la puissance qu il faudrait fournir à une antenne isotrope pour obtenir le même champ à la même distance. Elle a l expression suivante : EIRP (dbm) = PUE + GUE LBody LfMS (2) L affaiblissement maximal admissible sur le lien montant est donnée par : LMax_UL = EIRP + GNodeB LfNodeB + GSHO MFad_Ray MFad_shad (3) Avec : MFad_Ray est la marge due au fading de Rayleigh. MFad_shadow est la marge due au fading de masquage. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 70

72 Bilan de liaison pour le lien descendant Canal de trafic : Dans le cas du lien descendant, l expression d EIRP (dbm) s écrit comme suit : EIRP (dbm) = PNodeB + GNodeB LfNodeB (4) Pour déterminer la perte maximale admissible, on calcule la somme totale des bruits et des interférences créées par tous les mobiles en suivant les étapes suivantes : On calcule le facteur de bruit du récepteur du NodeB. Son expression est donnée par : NNodeB = - Nth + NF +10* log (Tc) (5) On calcule la somme des interférences reçues au récepteur. Sa valeur est donnée par : TOtint = 10* log [10*((NNodeB + NRul)/ 10) 10 ^ (NNodeB / 10)] (6) Finalement, on ajoute les bruits pour trouver la somme totale. Elle est donnée par : TOtint _ bruit = 10 * log [10^ (Totint / 10) + 10 ^ (NNodeB / 10) (7) Une fois la valeur de la somme des bruits et des interférences est calculée, on détermine la valeur de la sensibilité du récepteur en utilisant la formule suivante : SRx = (Eb / N0) + TOtint _ bruit Gp (8) La perte de propagation maximum sur le lien descendant pour un canal de trafic est le suivant : LTCH_DL= EIRP SRx + GUE - LfMS + GSHO MFad_Ray MFad_shadow (9) Canal pilote : La puissance du canal pilote doit être ajusté en fonction de la puissance de la puissance des canaux de trafic de sorte qu elle ne soit pas trop élevé. En effet, une puissance importante du canal pilote a pour conséquences la réduction de la puissance des canaux de trafic et un niveau de brouillage important. La perte de propagation maximum pour le canal pilote est exprimée par la formule suivante : LPILOT = EIRP SRx + GUE - LfMS + GSHO MFad_shadow ( 10) Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 71

73 La propagation dans l environnement radio : Les modes de propagation La propagation du signal dans un environnement radio se fait selon quatre modes de propagation [3] : La réflexion : Lorsqu une onde, se propageant dans un milieu, rencontre un deuxième milieu ayant des propriétés électriques différentes, elle est partiellement réfléchie et transmise. Si le deuxième milieu est un diélectrique parfait, une partie est réfléchie et l autre est transmise sans absorption. S il est un conducteur parfait, toute l énergie incidente est réfléchie sans perte. Le coefficient de réflexion dépend des propriétés du matériel, de la polarisation de l onde, de l angle d incidence et de la fréquence de l onde en propagation. La diffraction : Elle se produit lorsque le chemin entre l émetteur et le récepteur présente plusieurs irrégularités aiguës. Les ondes secondaires résultant des surfaces gênantes sont présentées dans l espace et même derrière les obstacles. Ce phénomène dépend aussi bien de la géométrie de l objet que de l amplitude, la phase et la polarisation de l onde incidente. Le phénomène de diffraction est expliqué par le principe de Huygens qui énonce que tout point sur lequel une onde se diffracte peut être considéré comme une source d ondes secondaires, ces ondes interfèrent pour donner une onde dans la direction de propagation. La diffusion : Lorsque le milieu dans lequel une onde se propage contient des objets qui ont des dimensions plus petites par rapport à la longueur d onde, le phénomène de diffusion apparaît. Les ondes diffusées sont produites par les surfaces rugueuses, les petits objets ou par d autres irrégularités présentés dans le canal de propagation. La réfraction : quand une partie de l énergie de l onde incidente passe à travers la surface de l obstacle (l air, une voiture.) Les échelles de variation Il y a trois échelles de variation du niveau du champ électromagnétique reçu par le mobile: Variations à grande échelle : Ce phénomène porte le nom de pathloss. L atténuation subite par le signal dépend de l environnement de propagation, la fréquence porteuse, la distance entre l émetteur et le récepteur. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 72

74 Variations à moyenne échelle : Les bâtiments, le terrain (en extérieur) ou le mobilier (à l intérieur de bâtiment) ont une influence sur la propagation du signal ce qui fait varier la valeur moyenne. L effet de masque est modélisé par une loi log-normale. L écart mesuré entre la théorie et le terrain suit une loi de Gauss en db. Variations à petite échelle : C est le fading multi trajet. La propagation à travers les obstacles se fait par des trajets multiples. Le déphasage des signaux sur ces trajets multiples est aléatoire ce qui implique que la puissance du signal reçu soit variable et aléatoire Dimensionnement des interfaces du réseau d accès : À ce niveau-là les interfaces à dimensionner sont : Iub entre un nœud B un RNC. Iur qui permet le soft handover entre deux RNC. IU-CS entre un RNC un MGW. IU-PS entre un RNC un SGSN. La figure suivante montre les différentes interfaces du réseau d accès: Figure 34 : Interfaces du réseau d accès Dimensionnement de l interface Iub (RNC -Node B) L interface Iub supporte le flux de trafic des domaines CS et PS ainsi que le trafic de CEs (Channel Elements). À ce niveau-là : La pile protocolaire de l interface Iub doit être prise en considération afin de pouvoir introduire les en-têtes dus au réseau de transport. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 73

75 La pile protocolaire varie selon le type du réseau de transport utilisé (ATM, IP sur liaison MIC ou IP sur Ethernet). Le dimensionnement de l interface Iub doit prendre en compte plusieurs paramètres à savoir: Les en-têtes de la pile protocolaire. Le facteur du soft Handover. La retransmission de données. La marge d ingénierie (le gain du soft handover) pour s éloigner de la capacité peak. Pour calculer le débit de l interface Iub nous allons suivre le schéma suivant : Figure 35 : Répartition du trafic de l interface Iub La relation suivante donne le débit de l interface Iub: [T_Voie+T_CSdata+T_PSdata+T_cch]*(1+%Sig)*(1+%marged ingénierie)*xnodeb/r NC Ainsi, après avoir obtenu le débit de l interface Iub nous pouvons dimensionner notre RNC de façon à ce qu il puisse écouler le trafic entrant. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 74

76 Dimensionnement de l interface Iur (RNC-RNC) : Notre but ici est de dimensionner le lien entre un RNC Serving et un Drift RNC. Généralement on calcule le débit de l interface Iur à partir de celui de l interface Iub comme suit: Débit_Iur = 10% * Débit_Iub Dimensionnement de l interface IU-CS (RNC-MGW) L interface IU-CS représente un pont entre l UTRAN et le CN CS. Cette interface transporte le flux de données du plan de contrôle et du plan usager du CN CS. Lors du dimensionnement de cette interface, nous devons prendre en considération les en-têtes de signalisation du plan de contrôle et les en-têtes protocolaires du plan usager. La relation suivante donne le débit de l interface Iu-CS : Débit_IU-CS = [(T_voie+T_csdata)*Nombre_Abonnés]*(1+%T_contrôle) Le débit de l interface IU-CS peut être divisé en différentes branches comme le montre la figure ci-dessous : Figure 36 : Répartition du trafic de l interface Iu-CS Dimensionnement de l interface IU-PS (RNC-SGSN) L interface IU-PS représente un pont entre l UTRAN et le CN PS. Cette interface transporte le flux de données du plan de contrôle et du plan usager du CN PS. Lors du dimensionnement de l interface IU-PS certains paramètres doivent être pris en considération: Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 75

77 Les en-têtes de signalisation dans le plan de contrôle. Les en-têtes protocolaires dans le plan usager. La taille des paquets. Le rapport peak qui représente le rapport entre la capacité peak et celle maximale. Rapport d extension (ER=1/Facteur d utilisation). Schématiquement, nous pouvons diviser le débit de l interface IU-PS comme montré cidessous: Figure 37 : Répartition du trafic de l interface IU-PS. La relation suivante donne le débit du plan usager : T_planusager=Max (T_PSdata(DL),T_PSdataUL))*ER*rapportpeak*Nombre_Abonés/RNC Le débit du plan de contrôle se répartisse en deux catégories: Les messages entre un SGSN et un RNC. Les messages encapsulés de l UE. Pour simplifier on estime le débit du plan de contrôle est de 1 à 2 % de celui du plan usager, par la suite nous pouvons donner le débit de l interface IU-PS par la relation suivante: T_IU-PS= T_plan_usager*(1+%T_plan_contrôle) Dimensionnement du RNC Le dimensionnement de RNC est basé sur le throughput requis du RNC en Mbps et Erlangs, le nombre des stations de base et des cellules à être connectées avec le RNC. Donc, Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 76

78 le dimensionnement RNC exige que le dimensionnement préliminaire des BTSs, des interfaces Uu, Iub, Iur et Iu ait été fait. Pour calculer le nombre de RNC nécessaires nous aurons besoin des données suivantes: Nombre de NodeB. Trafic d applications par NodeB (T_voie, T_CS, T_PS). Sbdw et CSbdw les bandes passantes pour les services Speech et CS. Si le facteur d activité de la voie est fixé à 50%, alors on aura besoins d un débit de 6.22kbps. Le service CS 64kbps est un RAB à débit constant avec 64kbps de bande passante. Rappelons que le trafic total à travers un RNC (débit de l interface Iub) est la somme des trafics suivants : Speech: T_voie total = Nb NodeB * T-voie*(1+%SHO)*Sbdw*(1+%Speech_entête de trames) CS 64kbps: T_cs total = Nb NodeB * T_cs *(1+%SHO)*csbdw*(1+%cs_entête de trames) PS 384kbps: T_ps total = Nb NodeB * T-ps*(1+%SHO)*(1+%ps_entête de trames) HSDPA: T_HSDPA total = Nb NodeB * T-HSDPA*(1+%SHO)*(1+%HSDPA_entête de trames) La figure suivante résume le processus de calcul du nombre total de RNCs dans le réseau. Cette méthode donne une compréhension complète du nombre nécessaire de RNCs par rapport aux abonnés, y compris une distinction entre la voix, CS, PS et le trafic HSDPA. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 77

79 Figure 38 : Dimensionnement du RNC. Nous avons abordé l étude des méthodologies de planification WCDMA, en présentant les différentes phases du processus de planification et quelques modèles de prédiction. Cette étude a été suivie par la définition du modèle de propagation le plus approprié à notre travail. Lors de l étude de ces deux dernières sections, nous avons pu mettre en évidence l interdépendance entre la couverture, le type de service demandé et la capacité du système WCDMA. Aussi, la méthode que nous avons proposée peut être affinée afin d améliorer ses performances surtout pour les zones de petites tailles. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 78

80 Chapitre 4 Etude de cas Nous décrirons les différentes phases de planification à l aide d un outil de planification appelé ATOLL. Nous désirons déployer le réseau UMTS 3G+ à Bangui, la capitale de la République Centrafricaine, considérons l opérateur 3G+-Centrafrique qui souhaite offrir un réseau haut débit afin de supplée à une carence local en haut débit mobile et l accès au service multimédia. Géographiquement la République Centrafricaine est un pays enclavé situé au centre de l Afrique avec une population estimée à 5 millions dix-sept mille habitants. La capitale compte environ 1 millions d habitants ce qui montre une forte concentration de la population dans ce milieu urbain. Bangui couvre une superficie de 67 km² est une zone urbaine, le nombre de la population en constante augmentation nous permettra de faire une estimation du nombre d usager mobiles haut débits prévus et leurs exigences en termes de densité de données. 4.1 Etude du marché de la téléphonie haut débit mobile Le marché de la téléphonie mobile a franchi la barre historique de million d'abonnés, pour s'établir à 1,2 million de clients, avec une croissance moyenne trimestrielle de 10,5%, depuis la fin du troisième trimestre Les clients actifs représentent près de 72% de l'ensemble de clients. Le taux de pénétration des services de la téléphonie mobile a évolué a atteint 27%, mais la couverture de la population reste stable à 55%. Parmi les clients des services mobiles, 132 mille ont utilisé les services multimédias mobiles. Le volume du trafic au départ des mobiles a régressé de plus de 15%, à la fin de ce trimestre, pour se fixer à 60,3 millions de minutes. De plus, 12,5 millions de messages textes courts (SMS) ont été envoyés. Avec 7,3 milliards de FCFA, les revenus des services de la téléphonie mobile ont reculé de 3,4%. Toutefois, la dépense moyenne trimestrielle par client a diminué de 20%, pour se fixer à mille FCFA Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 79

81 4.2 Ingénierie de planification radio de la couverture d une zone avec l outil ATOLL Nous allons faire la simulation de la couverture radio de la capitale Centrafricaine, l objectif est de proposer une solution optimale pour offrir le haut débit tout en respectant les contraintes La zone géographique Avant de commencer un projet sous Atoll il est nécessaire de par certaines étapes précis telle que l importation de la cartes de la zone à simuler, la zone à étudier est capitale lors de ce projet de simulation est capitale pour la suite du projet et surtout pour l exactitude des informations. La population de Bangui est estimée à 1 millions d habitants (estimation 2012), est la capitale et la plus grande ville de République Centrafricaine. La ville se situe sur la rive droite de l Oubangui, près d une série de rapides qui limite le transport fluvial des produits commerciaux. Le fleuve forme la frontière entre la République Centrafricaine et la République démocratique du Congo. La ville Congolaise de Bongo se situe sur la rive droite. La ville de Bangui couvre une superficie de près de 67 Km² avec plus de 20% de la population Centrafricaine. Figure 39 : Vue satellite partielle de la zone à couvrir (Bangui) Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 80

82 Figure 40 : Vue satellite global de la zone à couvrir (Bangui) Démographie de la ville de Bangui Les données contiennent l estimation de la densité de la population et la croissance démographique dans la ville. Le cas de la ville, on estime sa densité à environs habitants/km² avec une superficie de 67 km². Marché Surface de couverture Population Densité de population h/km² Urbain 67 km² 1 million 9500 h/km² Tableau 9 : Facteurs démographique de la ville de BANGUI Implémentation avec l outil de planification UMTS-HSPA Le logiciel utilisé est Atoll, commercialisé par la société Forsk, c est un logiciel professionnel à destination des opérateurs de téléphonies. C est un outil qui permet de réaliser la planification et l optimisation des réseaux cellulaires GSM, GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA, HSUPA, WIMAX et LTE. Ainsi pour réaliser notre étude, l étape incontournable consiste à importer les données topographiques (classes et hauteur) de sursol et le modèle numérique du terrain (altitude) afin de visualiser la carte préétablie de la zone à étudier. Il est important de préciser que nous sommes passées d un système de coordonnées spécifiques d Atoll à un système de coordonnées GPS, ce qui nous facilitera par la suite la relocalisation des stations de base (BS) qui serait mal placés. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 81

83 Figure 41 : interface du logiciel Atoll-Forsk Structures détaillées d Atoll Le module de planification de la couverture Ce module permet d établir le bilan de liaison d une cellule de donnée. Il permet de calculer le nombre des sites à couvrir pour la zone donnée Paramètres Emetteur Sensibilité minimal Paramètres Récepteurs Planification de la couverture Distance maximale Paramètres de l OFDM Nombre des sites Paramètres Morphologiques Niveau de puissance Tableau 10 : Base de données de planification Module dimensionnement de la capacité Il permet de calculer le débit moyen par abonné et est indispensable à prévoir le nombre des stations de base pour servir une zone Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 82

84 Débit par service d abonnées Débit moyen par abonné Taux de contention par service Planification de la capacité Données démographiques Nombre des sites Débit moyen par site Tableau 11 : Module de dimensionnement de la capacité Les étapes de la réalisation Choix de la technologie Dans notre cas, nous avons choisi la technologie UMTS-HSPA en allant dans file / new / from a document template Figure 42 : Ouverture du projet UMTS HSPA Importation de la carte de la ville de Bangui Cliquez sur le menu Tool / option sur la fenêtre qui s affiche cliquez sur le menu projection la fenêtre cordinate Systems s affiche cliquez ensuite sur le menu Find in choisissez WGS84 UTM zones (en effet la République Centrafricaine est identifié avec le numéro 34 au niveau de la zone UTM 34N). Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 83

85 Figure 43 : Coordonnées géographiques de Bangui La fenêtre suivante s affiche puis cochez Embed in document puis valide par Import en bas de la de la fenêtre. Figure 44 : importation de la carte de Bangui Le résultat nous donne la carte de la ville de Bangui à dimensionner. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 84

86 Figure 45 : importation de la carte de Bangui Mesure et localisation de la zone de couverture et ajout des sites Pour localiser la zone de couverture on choisit l onglet Coverage Export Zone, ensuite nous faisons le contour complet dans notre cas la carte en cliquant sur la petite icône hexagonale de couleur blanche à droite. Nous faisons une clique droite sur la ligne pour visualiser la surface exacte de la zone de couverture, on peut éventuellement commencer à ajouter les sites. Ajout des caractéristiques des sites Les paramètres suivant sont visibles sur chaque site : Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 85

87 Son nom : Identification du site Ses coordonnées géographiques (longitude et latitude) : pour pouvoir le localiser Son altitude : liée aux conditions physiques du milieu Le rayon de couverture : La hauteur du pylône : qui varie selon l environnement Le support sur lequel il s y trouve : Un commentaire Figure 46 : Les caractéristiques des sites Doubler cliquez sur l onglet Sites ou faire un clic droit /Propriétés pour remplir les autres paramètres des sites. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 86

88 Figure 47 : Paramètres des sites Choix des paramètres de l antenne Cliquez deux de suite sur Antenna pour faire le choix du type de l antenne. Figure 48 : paramètres d antennes L autre partie consiste à remplir au niveau de chaque secteur de l antenne les paramètres de propagation SUI, la bande de fréquence utilisée, le Channel band, les technologies qu elles doivent utilisées etc. Faisons un clic sur un secteur d un site quelconque au niveau de la carte Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 87

89 puis, nous choisissons Propriéties pour remplir les paramètres puis validons à la fin par Appliquer+OK Pour aller plus dans la configuration, nous allons simuler tous les paramètres de l antenne automatiquement. Cliquons sur Manage Templates, une fenêtre du nom Station Template va ouvrir comme sur la figure ci-dessous, puis on sélectionne 10Mhz-Rural (3 sectors). Après avoir choisi l environnement, on clique sur Proprieties pour remplir tous les paramètres Transmitters et HSPA. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 88

90 A la fin du paramétrage valider par OK puis Appliquer. Pour importer les sites dans les zones à couvrir, cliquez sur l outil hexagonal De la barre d outils. Ensuite, retracez la zone couverture en faisant parcourir la souris pour faire le pourtour de la zone. Une fois les deux bouts se joignent, l importation des sites se fera automatiquement. Figure 49 : Importation des sites avec des cellules hexagonale Calcul de prédilection de la couverture Dans notre étude on s intéresse à la prédiction par niveau de signal. Pour calculer la prédiction on procède ainsi : Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 89

91 1- Clic droit sur Prédictions> New 2- La fenêtre s affiche, on choisit Coverage by signal Level puis on applique Ok 3- Dans prédictions on fait un clic droit sur coverage by signal, pis on appuie sur Calculate. Nous aurons le résultat ci-dessous. Configuration des services Le HSPA offre des services tels que la Téléphonie VoIP, FTP Download, Vidéo Conférence, et l accès à l internet. Tous ces types de services seront configurés de manière à ce que tous Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 90

92 les utilisateurs puissent en accéder même en mobilité. Nous configurons ces services de manière à leurs associer de débits et des priorités. On fait une clique droite sur chaque service puis Proprieties pour définir la priorité. Par exemple la configuration ci-dessous montre une priorité de premier niveau 0 au service de type Internet access. Cela veut dire que le réseau attribuera plus de fréquences pour des services d accès à internet. Figure 50 : Configuration des services. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 91

93 Configuration des utilisateurs. Pour voir les statistique du réseau afin de prévoir l optimisation si possible, on se donne pour objectif d ajouter des utilisateurs utilisant des terminaux mobile de type Terminal MIMO. On fait un clic droit sur Subscribers puis New list.puis appuyer sur OK et appliquer après entré des paramètres. Ci-dessous la liste des utilisateurs ajoutés dans le réseau.un utilisateur est connu grâce à son ID, ses coordonnés, son nom, son profil, le type de service demandé Figure 51 : Subscribers List Ci-dessous une vue du réseau après l ajout des usagers mobiles. Figure 52 : Configuration des usagers mobiles. Nous devons donc ajouter cette liste des usagers à un groupe pour permettre de simuler le HSPA. On va dans UMTS Simulations pour créer un groupe et le paramétrer tel qu illustre la figure 50 Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 92

94 Figure 53 : Ajout d un groupe. Le résultat de notre simulation présente les statistiques selon chaque service avec le nombre d usagers connectés et les paramètres à l entrée. Nous avons aussi la possibilité d exporter les statistiques du réseau pour les analyser et prévoir l optimisation. Ci-dessous un exemple des résultats de statistiques selon les services, les sites, les cellules et les paramétrages initiaux que nous avons exporté en fichier TXT. Figure 54 : Etude du niveau de trafic en DL et en UL (selon les types de service) Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 93

95 Figure 55 : Les résultats de simulation selon les débits de différents services Optimisation de Couverture Les calculs théoriques nous ont permis de déterminer le nombre de sites à 10 et d effectuer les simulations. D autre par la simulation nous donne un résultat pratique du réseau avec un nombre de site à 9. L analyse de ces deux résultats peut nous permettre d optimiser le réseau. L optimisation de la couverture permet de réajuster la couverture en augmentant ou en diminuant le nombre des sites afin d améliorer la capacité des sites. Dans la plupart des cas, l optimisation UMTS-HSPA passe par l utilisation des antennes intelligentes qui utilisent la technique MIMO+Beamforming ou faire un choix d équipements qui répondent au concept de l UMTS-HSPA tels que les équipements BreezeNET B, etc. L UMTS-HSPA répond bien aux besoins croissants des usagers surtout dans un contexte de croissance des populations constaté dans les grandes villes. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 94

96 5 Conclusion générale La version Release 6 propose une nouvelle technologie du nom de UMTS-HSPA (HSDPA/HSUPA) qui vise à améliorer le débit sur le lien descendant et montante pour atteindre des pics de l ordre de 41 Mbps. Cette technologie se base sur un certain nombre de propriétés. Elle apporte des changements tant au niveau de l architecture du sous-système radio qu au niveau de la couche physique. L objectif principal de ce mémoire de recherche est de dimensionner et de planifier un réseau UMTS-HSPA (HSDPA/HSUPA) et leurs apport sur le haut débit mobile. L architecture du HSPA (HSDPA/HSUPA) représente une évolution par rapport à celle de l UMTS. Pour cela, nous avons commencé par étudier l UMTS avec une revue des différents types de canaux, la technique d accès qu il utilise WCDMA, le processus d étalement de spectre et le fonctionnement de la couche physique de l UTRAN. Ensuite, nous avons passé à l étude de la technologie UMTS-HSPA ou 3G+ en détaillant ce qui le distingue par rapport au réseau UMTS: les nouveaux canaux introduits, les mécanismes de retransmission utilisés, la nouvelle modulation utilisée en HSDPA (QAM-16) qui offre un débit plus élevé que la modulation QPSK, les modèles d ordonnancements et le fonctionnement de la couche physique. La phase de dimensionnement et de planification d un réseau UMTS-HSPA couvrant de certains quartiers de la ville Bangui a été réalisée. Les calculs ont été effectués pour déterminer le nombre de sites et pour introduire les sites en se basant au début sur un modèle hexagonal. Puis en fonction des prédictions, des contraintes de couverture et de qualité du signal, nous avons effectué des optimisations soit en déplaçant des sites, soit en modifiant la configuration radio de quelques transmetteurs. Une fois le réseau est planifié, des simulations ont été entamées. Les résultats obtenus nous ont poussés à optimiser encore le réseau pour avoir de meilleurs résultats. Une fois les résultats adéquats obtenus, nous avons procédé à l interprétation des données des simulations, Le système de planification et de dimensionnement utilisé, ainsi que le travail de simulation effectué constituent pour les opérateurs un outil fondamental pour les aider à définir la meilleure configuration du réseau UMTS-HSPA à introduire et à être compétitifs en offrant des services associés au UMTS-HSPA de bonnes qualités et à bas prix. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 95

97 Notre étude a montré l apport de la présence du HSPA (HSDPA/HSUPA) dans un réseau UMTS. Ce nouveau standard améliore la voie descendante et montante pour répondre aux besoins de plus en plus croissants en débits. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 96

98 GLOSSAIRE 16-QAM 3GPP ACK AMC ARQ BB BLER BW CDMA CIR CN CQI CRC CS DS-CDMA DL Quadrature Amplitude Modulation 3rd Generation Partnership Project ACKnowlegment Adaptative Modulation and Coding Automatic Repeat request Base Band board Block Error Rate Band Width Code Divsion Multiplexinx Acces Carrier to Interferance Rapprot Core Network Channel Quality Indicator Cyclic Redundancy Code Circuit Switching Direct Seuence CDMA DownLink EB EIPR Eb/N0 Ec/I0 FDD FEC FFTH FH-CDMA GPRS GSM H-ARQ HSDPA HSUPA IR MAC-HS MAC MAI MAPL MCS MSC/VLR Equivalent Bandwidth Effective Isotropic Radiated Power Signal Energy per bit to Noise power density per Hertz Energy per Chip to Interference density Ratio Frequency Division Duplex Forward Error Correction Fast Fair Throughput Frequency Hopping CDMA General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications Hybrid Automatic Repeat request High Speed Downlink Packet Acces High Speed Uplink Packet Acces Inrumental Redundancy Medium Access Control High Speed Medium Access Control Multiple Access Interference Maximum Allowed Power Loss Modulation and Coding Scheme Mobile Switching Center/Visitor Location Register NAK Negative AcKnowledgment Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 97

99 OVSF PCR PF PG PS QoS QPSK Orthogonal Variable Spreading Factor Peak Cell Rate Proportianal Fair Processing Gain Packet Switching Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying R5 Release 5 R6 Release 6 R99 Release 99 RNC Radio Network Controller RNS Radio Network Subsystem RR Round Robin RRC Radio Resource Control SF SGSN SNR SPM UE UMTS UTRAN VC VP Spreading Factor Serving GPRS Support Node Signal o Noise Ratio Standard Propagation Model User Equipment Universal Mobile Telecommunication System Universal Terestrial Radio Acces Network Virual Channel Virtual Path W-CDMA Wildband CDMA Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 98

100 Bibliographie [1] Introduction to UMTS, Document ALCATEL. [2] M.Terré, Y. Dupuch et B Fino, UMTS, évolution de la capacité, [3] M.R. Karim and M. Sarraf W-CDMA and CDMA2000 for 3G Mobile Network Août [4] Mohamed SIALA, Introduction à l'interface Radio de l'umts, support de cours, Mastère SUPCOM, [5] Thierry LUCIDARME, Principes de radiocommunication de troisième génération GSM, GPRS, UMTS..., Vuibert, Paris, [6] Benoit BARRAQUÉ Avantages de l'umts et l'état actuel de son déploiement dans le monde, Université Claude Bernard, Lyon, [7] «De l étalement de spectre au W-CDMA» Jean-Marie Gorce CITI, INSA Lyon [8] Hani Ramzi «Dimensionnement d un réseau d accès radio UMTS» Novembre [9] Hermes Science Publications «UMTS» 31 mars 2004 [10] Les RESEAUX: Guy Pujolle: Edition 2008 [11] M. Ammar. Détection multi-utilisateurs pour l UMTS. PhD thesis, Université de Bretagne Occidentale, Jun [12] Techniques de l ingénieur. Réseaux cellulaires - Radiocom ref : e7361, Nov1998. [13] Techniques de l ingénieur. Réseaux cellulaires Système GSM. ref : e7364, Fev [14] Techniques de l ingénieur. Réseaux cellulaires - Système UMTS. ref : te7368, May Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 99

101 Webographie Les réseaux sans fil : solutions.journaldunet.com, Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 100

102 Résumé La troisième génération (3G) désigne une génération de normes de téléphonie mobile. Elle est représentée principalement par les normes Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) et CDMA2000, permettant des débits bien plus rapides (de 2 à 42 Mb/s prévus à maturité du réseau) qu'avec la génération précédente, par exemple le GSM. Les premières applications grand public de la 3G sont l'accès à Internet, le visionnage de vidéos voire d'émissions de télévision et la visiophonie. Le HSPA (High Speed Packet Access), aussi appelé 3G+ dans sa dénomination commerciale, est la liaison de deux protocoles utilisés en téléphonie mobile pour améliorer les performances obtenues avec la 3G : High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) et High Speed Uplink Packet Access (HSUPA). Ils permettent d'atteindre des débits théoriques maximum de 14,4 Mbit/s en descente et 5,8 Mbit/s en remontée selon l'évolution des deux normes par les opérateurs et la compatibilité du terminal utilisé. Alors que la 3G UMTS a mis du temps à s'implanter puis à être rentabilisée, son évolution HSPA a connu une progression beaucoup plus rapide. C'est que ses débits permettent de se rapprocher de ceux offerts sur les lignes ADSL fixes et ouvrent de nouveaux horizons pour des usages qui ne restaient pas possibles avec la 3G classique. Les opérateurs ont donc procédé en masse à la mise à jour de leurs réseaux 3G vers le HSPA. La GSA (Global mobile Suppliers Association), qui représente les équipementiers télécoms, souligne ainsi que la technologie HSPA est désormais présente dans 70% des pays du monde et constitue " de loin la technologie mobile haut débit la plus rapidement mise en place ". L objectif de cette étude est de comprendre l architecture de manière globale de ce type de réseau et la mise en œuvre de la planification à l aide d outils approprié, mais aussi d être en mesure d interpréter les différents phénomènes ressortis au cours de ce travail pour évaluer l impact de plusieurs paramètres sur les performances de la couverture. Mémoire de fin de cycle pour l obtention du Master 2 réalisé par Gauthier GUEZEWANE GBOWE 101