Bureau d étude Dimensionnement d interface radio pour réseaux mobiles

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Clotilde Barrette
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1 Bureau d étude Dimensionnement d interface radio pour réseaux mobiles Enoncé du problème Alexandre Boyer Alexandre.boyer@insa-toulouse.fr INSA de Toulouse Avril 2016

2 I. Enoncé du problème Un opérateur téléphonique souhaite déployer un réseau LTE sur le campus de Rangueil (cf. Annexes techniques). Avant de démarrer les phases d installation matérielle, de tests et d optimisation sur le terrain, il souhaite lancer des études de dimensionnement du réseau, afin d estimer les coûts en équipements et les bénéfices possibles. Ensuite, l opérateur souhaite affiner les estimations faites lors du dimensionnement et optimiser certains paramètres de l interface radio LTE. Pour cela, il lance des études de planification sur plusieurs zones test. 1. Dans un premier temps, à partir des données de l annexe technique, votre équipe devra effectuer une étude de dimensionnement du réseau pour différents environnements de test, afin d estimer : la perte de propagation maximale (dans les sens montants et descendants) la couverture radio (étendue maximale des cellules) la capacité de transmission d information par cellule (dans les sens montants et descendants) le nombre de stations de base nécessaire pour couvrir la zone et assurer les besoins en trafic Ces estimations seront faites pour une configuration 3 secteurs/site d'installation, et pour les deux environnements de test décrits en annexe (outdoor et outdoor to indoor). Un rapport de dimensionnement sera rendu par à l'adresse alexandre.boyer@insa-toulouse.fr. La date limite est fixée le lundi 2/05/ Dans un second temps, votre équipe devra effectuer une étude de planification détaillée du réseau LTE à partir du modèle de la zone centrée sur le Campus de Rangueil à l aide de l outil ICS Telecom. Les caractéristiques du système sont fournies dans l annexe technique. Il vous est demandé de : lors de la première séance de TP, d évaluer la perte de propagation sur la zone «Campus de Rangueil» et comparer aux résultats obtenus durant l étude de dimensionnement lors des autres séances de TP, afin de maximiser le taux de couverture et la capacité par site, il s agira : vérifier si les sites actuels permettent une couverture et une connectivité suffisante sinon, déterminer le nombre de sites nécessaires, optimiser l'azimut et le tilt des antennes optimiser les puissances la puissance totale des stations de base tester l'intérêt des techniques de systèmes d'antennes multiples et de préamplificateur en sortie des antennes de réception des stations de base (Mast Head Amplifier (MHA)) Un rapport de planification détaillée sera rendu par à l'adresse alexandre.boyer@insatoulouse.fr. La date limite est fixée le vendredi 27/05/2016. Consignes et critères d évaluation pour le rapport : 2

et les bénéfices possibles. Ensuite, l opérateur souhaite affiner les estimations faites lors du dimensionnement et optimiser certains paramètres de l interface radio LTE.

3 Template à suivre (Template_Rapport_Dimensionnement.doc et Template_Rapport_Planification.doc) Nombre de pages limitées à 10. Format PDF ou word. Clarté des explications, clarification des objectifs Définition des termes techniques utilisés dans le projet Justesse des calculs et respect des unités Pertinence des conclusions apportées par rapport aux résultats obtenues II. Annexes techniques 1. Zone à couvrir Campus de Rangueil Modèle de terrain : Toulouse5m.geo Carte IGN : Toulouse2m5.img Elévation des bâtiments : Toulouse5m.blg Occupation du sol : Toulouse5m.sol Palette de couleurs : Toulouse2m5.pal Résolution : 4m Surface de l aire de service = 4 km x 4 km 2. Position des sites d installation Sites GSM/UMTS préexistants validés pour le déploiement de la 4G : Numéro site Coordonnées Hauteur d installation (m) (par rapport au sol) Azimut par défaut ( ) E ; N E ; N E ; N E ; N

rapport aux résultats obtenues II. Annexes techniques 1. Zone à couvrir Campus de Rangueil Modèle de terrain : Toulouse5m.geo Carte IGN : Toulouse2m5.img Elévation des bâtiments : Toulouse5m.

4 E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N E ; N Fichier de localisation des stations de base : Rangueil_network_800MHz.EWF et Rangueil_network_2600MHz.EWF 3. Objectifs de couverture et de capacité 98 % de la zone de service couverte par le réseau 85 % de la zone permettant d'assurer le service minimum Trafic à assurer en bord de cellule (niveau bloc de transport) : 6 Mbits/s en downlink 4 Mbits/s en uplink Trafic moyen à assurer (niveau bloc de transport) : 60 Mbits/s en downlink 25 Mbits/s en uplink 4. Caractéristiques générales LTE Interface radio : LTE - FDD (spécifications 3GPP release 8) Bandes de fréquence : Bandes Bandes de fréquence Largeur de bande Blocs de ressources disponibles "800 MHz" Downlink : MHz 10 MHz 50 Uplink : MHz 4

2934 E ; 43.3507 N 25 0-120 - 240 Fichier de localisation des stations de base : Rangueil_network_800MHz.EWF et Rangueil_network_2600MHz.EWF 3.

5 "2600 MHz" Downlink : MHz 20 MHz 100 Uplink : MHz 5. Caractéristiques des stations mobiles Puissance de transmission max. 250 mw Gain antenne Antennes multiples Body loss Noise Figure Hauteur moyenne 0 dbi (antenne omnidirectionnelle) Transmission SIMO 3 db 9 db 1.5 m Fichier de caractéristiques des stations mobiles : UE_LTE_800MHz.TRX et UE_LTE_2600MHz.TRX 6. Caractéristiques des stations de base Puissance de transmission par amplificateur RF 20 W max Noise Figure Gain antenne Antennes multiples 5 db 18 dbi (antenne tri sectorielle fichiers UMTS BS.SPH et UMTS BS.SPV ) SIMO, Diversité de transmission, open-loop spatial multiplexing 2x2 MIMO Configuration du tilt +/- 20 Configuration de l'azimut +/- 30 Pertes dans les câbles et connecteurs MHz MHz Mast Head Amplifier (MHA) - optionnel Canaux physiques et contrôles - Overhead 5 db 4.76 % des RB pour CS-RS (SISO) 9.52 % des RB pour CS-RS (MIMO) Canaux de contrôle (PBCH, PDCCH, PCFICH, PHICH) : 20 % 5

5 m Fichier de caractéristiques des stations mobiles : UE_LTE_800MHz.TRX et UE_LTE_2600MHz.TRX 6.

6 Diagramme de rayonnement (plan horizontal et plan vertical) : Fichier de caractéristiques des stations de base : BTS_LTE_800MHz et BTS_LTE_2600MHz.TRX 7. Performances des récepteurs (spécifications 3GPP) SNIR minimal pour le canal CS-RS : -16 db SNIR minimal PDSCH : -5 db SNIR minimal PUSCH : -5 db Table Throughput vs. SNIR - Recommandations Huawei - Choix MCS pour garantir BLER < 1 % (cf. Throughput vs SNIR.xlsx) : 6

Performances des récepteurs (spécifications 3GPP) SNIR minimal pour le canal CS-RS : -16 db SNIR minimal

7 Throughput (kbps / RB) Uplink Downlink SIMO Downlink Tx Div Downlink (2x2 OL-MIMO) SNIR (db) 8. Interférences intercellulaires On fixe les hypothèses suivantes pour le dimensionnement : Marge d interférence Downlink CS-RS : 1 db Marge d interférence Downlink PDSCH : 8 db Marge d interférence Uplink PUSCH : 5 db 9. Environnements de test Modèle Outdoor Outdoor to indoor Enhanced Pedestrian A 5 Hz Type d environnement semi-urbain, urbain urbain, indoor Vitesse 3 km/h 3 km/h Log-normal fading - σ 95 % quantile Pertes additionnelles 8 db 13 db 10 db 16 db Pertes de pénétration = 12 db 10. Modèles de propagation Pour le dimensionnement, on suggère le modèle de propagation empirique suggéré par le rapport technique 3GPP TR v

8 Pour la planification (sous ICS Telecom), le modèle de propagation suggéré est : Modèle de pertes de propagation moyennes : ITU-R 525 Modèle de diffraction : Deygout 94 Modèle d atténuation par trajets multiples (subpath attenuation) : Standard Clutter : paramètres d'atténuation moyenne et d'écart type donnés par le fichier Rangueil.PRM 8

94 Modèle d atténuation par trajets multiples (subpath attenuation) : Standard

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