Réseau et Communication

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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE LARBI TEBESSI - TEBESSA FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE MEMOIRE DE FIN D'ETUDES POUR L'OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER EN Réseau et Communication THEME Analyse de Performances des systèmes cellulaire 2G -LTE Présenté par le binôme : - Mustafa Ahmad Ja far - Boutarfif Madjed Devant le jury : - Mr.Bentahar Tarek Président -Mr.Saidi Riad : Encadreur -Mr.Mayache Hichem Examinateur Année Universitaire 2015 / 2016

2 Remerciement Nous remercions toutes personnes ayant participé à nous aider à établir ce présent mémoire notamment notre encadreur : Monsieur Saidi.R Nos remerciements vont également à tous les Enseignants du département du Génie Electrique. Nos remerciements à tous ceux qui ont permis D accomplir ce projet dans les meilleures conditions. Remerciements à tous nos collègues de travail et notre classe du Master II R&C. promotion 2015/2016.

3 1 Analyse des performances des systèmes cellulaire 2G-LTE Résume La prédiction de l affaiblissement de propagation est une étape très importante dans la conception d un système de radiocommunication mobile et la prévision précise méthodes sont nécessaires pour déterminer les paramètres du système radio qui va fournir une couverture efficace et fiable d un service pour une zone spécifique. Cette travail et dans la modélisation des variations a grand échelle dans les systèmes GSM, UMTS et LTE. Les modèles Hata-Okumura modèles et Cost 231 Hâta sont mis en place pour l analyser des performances ainsi que effets d affaiblissement sur le trajet de propagation en raison des variations à grande échelle et d estimer la zone de couverture d une station de base (BTS) dans le GSM, UMTS et systèmes de long terme Evolution (LTE) réseaux. Abstract The prediction of the propagation loss is a very important step in the design of a mobile radio system and the precise prediction methods are needed to determine the parameters of the radio system that will provide efficient and reliable coverage of a service a specific area. This work and the modeling of changes in large scale in the GSM, UMTS and LTE. The Okumura - Hata models and models Cost 231 Hata are set up to analyze the performance and attenuation on the propagation path effects due to largescale changes and to estimate the coverage area of a station basic (BTS) in GSM, UMTS and long-term systems Evolution (LTE) networks.

4 Analyse Des Performances Des Systèmes Cellulaire 2G - LTE Listes Des Figures : Figure I.1 : la caractéristique de deux ondes F(t) et F (t) 3 Figure I.2 : Description d un système de transmission radio analogique 4 Figure I.3 : Structure des chaines numérique d émission et de réception 4 Figure I.4 : la réflexion des ondes radio sur le sol 5 Figure I.5 : schéma d une cellule 7 Figure I.6 : Elément de base d un réseau cellulaire 7 Figure I.7: l architecture de réseau GSM 8 Figure I.8 : Principe de FDMA 11 Figure I.9 : Principe du TDMA 12 Figure I.10: l intégration du GPRS au GSM 14 Figure I.11: l architecture générale de l UMTS 16 Figure I.12: Partie Core Network de l UMTS 17 Figure II.1: General Representation of LTE System 24 Figure II.2 : Architecture de LTE 25 Figure II.3 : Schéma du principe du modulateur QPSK 29 Figure II.4 : Principe de l OFDM 31 Figure II.5 : Déploiement de la 4G dans le monde 36 Figure III.1 : comparaison entre le 3 système cellulaire 43 Figure III.2 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des zones urbaines pour GSM 44 Figure III.3 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des zones suburbaines pour l GSM 45 Figure III.4 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des zones rural pour l GSM 45 Figure III.5 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des environnements différents pour le GSM 46 Figure III.6 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des zones urbaines pour l UMTS 47 Figure III.7 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des zones suburbaines pour l UMTS 48 Figure III.8 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des zones rurales pour l UMTS 48 Figure III.9 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des toute le zones pour l UMTS 49

5 Analyse Des Performances Des Systèmes Cellulaire 2G - LTE Figure III.10 : la variation de perte de chemin (Lp) VS le distance de couverture (d) dans des zones urbaines pour LTE Figure III.11 : la variation de perte de chemin (Lp) VS le distance de couverture (d) dans des zones suburbaines pour LTE Figure III.12 : la variation de perte de chemin (Lp) VS le distance de couverture (d) dans des zones rurale pour LTE Figure III.13 : la variation de perte de chemin (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des toute le zones pour l LTE Figure III.14 : la variation de l affaiblissement (Lp) VS la distance de couverture (d) dans des toute le système mobile

6 Analyse Des Performances Des Systèmes Cellulaire 2G - LTE Liste Des Tableaux : Tableau I.2 Comparaison des technologies GSM, UMTS, HSPA et HSPA+ 20 Tableau II.1 Les bandes de FDD 30 Tableau II.2 : Les bandes de TDD 31 Tableau III.1 (le domaine de validité de modèle OKUMURA 39 Tableau III.2 Le domaine de validité de COST modèle 41 Tableau III.3 Les valeurs d affaiblissement maximal pour les différents systèmes. 42 Tableau III.4 l affaiblissement avec différent hauteur de antennes pour urbains suburbaine, rural zones a le GSM 46 Tableau III.5 : les valeurs d affaiblissement avec différent hauteur d antennes pour urbains et suburbaine/rural zones à l UMTS 49 Tableau III.6 les valeurs d affaiblissement avec différent hauteur d antennes pour urbains et suburbaine/rural zones à le LTE 52 Tableau III.7 : les valeurs d affaiblissement avec le différent system GSM, UMTS et LTE 53

7 Analyse Des Performances Des Systèmes Cellulaire 2G - LTE Acronymes 0G Generation 0 1G 1 er Generation 2G 2 eme Generation 3G 3 eme Generation 4G 4 eme Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project A AUC Authentification Center AMPS Advanced Mobile Phone System B BSC Base Station Controller BSS Base Station Sub-system BTS Base Transceiver Station C CDMA Code Division Multiple Access CPC Continuous Packet Connectivity E EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution EIR Equipment Identity Registre EUTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network ENODE-B Evolved Node EPCN Evolved Packet Core Network EPS Evolved Packet System F FDD Frequency Division-Duplexing FDMA Frequency Division Multiple Access G GGSN Gateway GPRS Service Node

8 Analyse Des Performances Des Systèmes Cellulaire 2G - LTE GMSC GPRS GSM H HSDN HSDPA HSS HSPA HLR I IEEE IMEI IMSI IMSS IP L LTE LAN M MIC MIMO MSC MSRN N NMT NSS O OFDM OFDMA OMC P PCRF Gateway MSC General Packet Radio Service Global System for Mobile High Speed Data Network High Speed Downlink Packet Access Home Subscriber Server High Speed Packet Access Home Location Register Institute of Electrical and Electronics Engineers International Mobile Equipment Identification International Mobile Subscriber Identity IP Multimedia Sub-system Internet Protocol Long Term Evolution Local Area Network Modulation par Impulsion et Codage Multiple Input Multiple Output Mobile Switching Center Mobile station roaming number (GSM) Nordic Mobile Telephone Network Switching Subsystem Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access Operation Maintenance Center Policy and Charging Rules Function

9 Analyse Des Performances Des Systèmes Cellulaire 2G - LTE PDC PDN GW PGW Q QAM QdS QoS QPSK R RTC RNS RNC S SAE SC-FDMA SIM SGSN S-GW T TACS TDD TDMA U UMTS W WCDMA WIMAX Personal Digital Communications Packet Data Network Gate-Way Packet Switch-GetWay Quadrature Amplitude Modulation Qualité de Service Quality of Service Quadrature Phase Shift Keying Réseau Téléphonique Commuté Radio Network Sybsystem Radio Network Controller System Architecture Evolution Single Carrier-Frenquency Division Multiplexing Subscriber Identifier Module Serving GPRS Support Node Serving-Get Way Total Access Communication System Time-Division Duplex Time Division Multiple Access Universal Mobile Telecommunications System Wideband Code-Division Multiple Access World Interoperability for Microwave Access

10 Sommaire : I.1 Introduction :... Error! Bookmark not defined. I.2 Historique :... Error! Bookmark not defined. I.3 Les Bases de la transmission radioélectrique :... Error! Bookmark not defined. I.4 Mode de transmission des données :... Error! Bookmark not defined. I.5 Les défauts des transmissions radioélectriques :... Error! Bookmark not defined. I.6 Le diffèrent Réseau cellulaire :... Error! Bookmark not defined. I.6.1 La (0) G:... Error! Bookmark not defined. I.6.2 La 1 er Génération du téléphone mobile:... Error! Bookmark not defined. I.6.3 Les réseaux mobiles de deuxième génération :... Error! Bookmark not defined. I L architecture cellulaire de la 2G :... Error! Bookmark not defined. I Le réseau GSM :... Error! Bookmark not defined. I L architecture d un système GSM se décompose en trois sous-systèmes:... Error! Bookmark not defined. a) Le sous-système radio :... Error! Bookmark not defined. b) Le Sous-système Réseau :... Error! Bookmark not defined. c) Le sous-système d opérations :... Error! Bookmark not defined. I Les canaux physiques... Error! Bookmark not defined. I Les canaux logiques... Error! Bookmark not defined. I.6.4 le réseau GPRS (2.5G) :... Error! Bookmark not defined. I.6.5 Le réseau 3G (UMTS)... Error! Bookmark not defined. I Les parties important de l UMTS :... Error! Bookmark not defined. I Le mode de transmission dans le réseau UMTS... Error! Bookmark not defined. I.6.6 Les évolutions HSPA (3.5G)... Error! Bookmark not defined. I.6.7 Les évolutions HSPA+ (3.75G)... Error! Bookmark not defined. I.7 La quatrième génération de téléphone mobile 4G (LTE) :... Error! Bookmark not defined. I.8 Conclusion :... Error! Bookmark not defined. II.1 Introduction:... Error! Bookmark not defined. II.2 Définition:... Error! Bookmark not defined.

11 II.3 LTE:... Error! Bookmark not defined. 3.1 Le Architecture du réseau LTE :... Error! Bookmark not defined. II.4- Les exigences principales pour le LTE :... Error! Bookmark not defined. II.5- Les technologies utilisées pour la transmission en LTE :... Error! Bookmark not defined. II.6 La Qualité De Service De LTE :... Error! Bookmark not defined. II.7 Les Performance des réseaux 4G :... Error! Bookmark not defined. II.8 la technique 4G LTE dans le monde :... Error! Bookmark not defined. II.9 Conclusion :... Error! Bookmark not defined. III.1 Introduction:... Error! Bookmark not defined. III.2 Présentation des modules de propagation :... Error! Bookmark not defined. III.2.1 Propagations en espace libre :... Error! Bookmark not defined. III.2.2 modèle Okumura Hata :... Error! Bookmark not defined. III.2.3 COST 231 HATA:... Error! Bookmark not defined. III.3 Zone de couverture de systèmes cellulaires 2g, 3g et LTE... Error! Bookmark not defined. III.4 La Résultat :... Error! Bookmark not defined. III.4.1 GSM... Error! Bookmark not defined. III.4.2 L UMTS... Error! Bookmark not defined. III.4.3 LTE (4G) :... Error! Bookmark not defined. III.5 Une Comparaison dans le diffèrent systèmes GSM, UMTS, LTE: 53 III.6 Conclusion :... Error! Bookmark not defined.4

12 Introduction Générale : Les réseaux cellulaire sont les réseaux dont l évolution a probablement été la plus spectaculaire et Cette technologie forme forma la base des systèmes de radio communication avec les téléphones mobile, une technologie développée pour améliorer les capacités du service de téléphone mobile. Ce service de communication ne fonctionnait que par l existence d émetteur-récepteur a haute puissance, est organisé d une manière qui chaque secteur géographique est découpé en petits zones appelées cellules. Comme le GSM, chaque antenne couvre un territoire défini et lors des déplacements de l utilisateur les téléphones mobiles changent de cellule. En raison de l évolution des technologies et des besoins accrus de communication radio dans notre vie quotidienne, les réseaux cellulaire ont du être mis au point tout au fil des ans de façon à répondre à nos besoins. Dans notre travail, dans la Le premier chapitre montre une présentation des différents réseaux cellulaires, montrant leur fonctionnalité, leur architecture et des équipements. Le deuxième chapitre nous avons présentes une étude détaillée sur la quatrième génération de communication mobile, montrant son architecture, ses objectifs, et les technologies utilisées pour la transmission. La troisième chapitre est la partie de performance analyse de la 4eme génération (LTE), nous avons utilisés les paramètres par défaut pour tester et montrer la performance de la 4G ici à ville de Tébessa utilisant MATLAB.

13 Conclusion General : Dans ce travaille constater que les générations de téléphonie mobile été développées pour garantir de meilleure performance en particulier les Qualités de Services Tout ça en apportant de nouveaux services, de nouvelles applications, ainsi qu.une bon gestion. Actuellement la 4G c est la dernière génération Qui comprenait le monde et est connu par la meilleure génération existante permettant le très haut débit ainsi qu.une interopérabilité avec les autres réseaux d ancienne génération (2G, 3G.). Les paramètres principaux du réseau 4 G qui ont faits que ce réseau soit le meilleur et le plus cher sont son très haut débit utilisé, une large bande passante, une bande de fréquence flexible, et une interopérabilité avec les autres réseaux donc ça le choix à l utilisateur pour leur utilisation au sein de la 4 G.