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Chapitre II : dimensionnement dun rseau mobile lte

Projet Fin dEtude-Eya JAMMAZI-2012/2013 Page 39

Figure 2.4:variation SINR en fonction de nbre de bloc de ressources [2]

2.3.3. 3. Sensibilit eNodeB rcepteur : La sensibilit des eNodeB, est la puissance du signal que le rcepteur doit la recevoir

pour raliser une performance spcifique en absence des interfrences intercellulaires. C'est le

niveau de signal minimum pour viter les coupures radio.

= + ( ) + = , + [] (2.10) Avec :

NT: Densit de puissance de bruit thermique -174 dB m / Hz

NF: Le facteur de bruit est le rapport du signal d'entre sur bruit pour dterminer les

performances d'amplificateur. Le Facteur de bruit de l'eNodeB rcepteur est en [dB]

WRB: Bande passante par bloc de ressources: 180 kHz.

SINR : rapport signal sur interfrence et bruit de lUplink

NRu,UL: Bruit thermique par bloc de ressource pour les Uplink

( + 10 log( )) 2.3.3. 4. Les marges de bruit

On ne peut pas calculer laffaiblissement de trajet maximum sans calculer les marges

de bruit, qui correspondent lenvironnement radio, pour viter le phnomne Swiss

Cheese (surface avec trous de couverture).

-Marge de pntration



Perte de pntration est lattnuation du signal due la pntration aux btiments. Elle dpend

du type de zone, comme indique le tableau(2.2.)

environnement Perte de pntration dB

Dense urbaine 18-25

urbaine 15-18

Suburbaine 10-12

rurale 6-8

Tableau 2. 2:pertes de la pntration [4]

Cette marge dpend essentiellement de trois facteurs :

La frquence du signal : Les pertes varient selon la frquence du signal.

Le type des btiments : Essentiellement le matriel de construction (brique, bois,

pierre, verre, .)

La structure des btiments : densit et paisseur des murs, nombre et dimensions des

fentres,

-Perte de types de signal (Body):

Le tableau (2.3) montre le taux de perte pour un signal vocal. Cest laffaiblissement d

labsorption dune partie de lnergie transmise par le corps humain (seulement pour le

service vocal).

Type de signal Perte (dB)

VOIP 3

Donnes 0

Tableau 2. 3: pertes selon type de signal [4]

-Marge de shadowing :

Cest leffet masque, les variations du signal due au obstacle qui existe dans le milieu de

propagation. Les mesures relles du terrain ont montr que leffet de masque est une valeur

alatoire Log Normale (Logarithme est une variable alatoire Gaussienne), qui dpend de :

- Probabilit de couverture zone : densit de lenvironnement.

- standard de dviation.



Environnement Probabilit de couverture

98% 95% 90% 85% 75%

Rurale-Suburbaine 5.5 3 0.06 -1 -4

Urbaine 8.1 5 2 0.2 -3.5

DenseUrbaine suburbaine dense

10.6 6.7 3.1 1 -3

Urbaine indoor 13 8.5 4.2 1.5 -3

Dense urbaine indoor

15.4 10 5 2 -3

Tableau2. 4:Marge de shadowing [11]

-vanouissement rapide : Perte de Rayleigh: cest leffet de Multi-trajet apparat lorsque le signal mis passe par des

chemins diffrents, et donc la rcepteur reoit le mme signal partir des chemins diffrents.

Notant que le marge dvanouissement Rapide = 1, 2 dB.

-Marge des lignes dalimentation (Feeder)

Cest une perte cause par les divers dispositifs qui sont situs sur le trajet de lantenne vers

rcepteur, comme la perte de la ligne dalimentation selon qui dpend de la longueur de la ligne, les

connecteurs et les jumpers (sauts).

La figure ci-dessous montre les connexions typiques du systme d'alimentation de l'antenne dans une

station de base :

Figure 2.5:Connexions du systme d'alimentation de lantenne [6]



La formule de calcul de la perte de la ligne est la suivante:

Length feeder = Base station height + 5m

Perte Feeder (dB) = Feeder loss/100m Feeder length/100m

Perte de Jumper = 1/2 cm feeder nbre de cavaliers (jumpers) (2.11) Perte de connecteurs= nbre de cavaliers (jumpers) 20.1 dB

Le tableau 2.5 illustre les pertes de feeder (ligne dalimentation).

Type de ligne Pertes (dB/100m)

2600(MHz) 2100(MHz) 900(MHz)

0.5 cm 11 10.8 9

0.875 cm 6.3 6 4.9

1.25 cm 4.6 4.5 3.2

1.625 cm 3.8 3.5 2.6

Tableau 2.5:pertes de ligne dalimentation [11]

-Marge dinterfrence :

En LTE, un utilisateur n'interfre pas avec d'autres utilisateurs dans la mme cellule car ils

sont spars dans le domaine frquence /temps mais on parle de l'interfrence avec des

cellules voisines. Une marge d'interfrence sera introduite dans le bilan de liaison pour

compenser l'augmentation du bruit et maintenir lquilibre.

= (2.12) Avec :

Qul: facteur de charge du systme de liaison montante.

F: facteur dinterfrence cellulaire avec la cellule en service.

2.3.3.5. Puissance par bloc de ressource EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)

Puissance isotrope rayonne est la quantit d'nergie d'une antenne isotrope thorique

qui prendre en compte les pertes dans la ligne de transmission et les connecteurs et le gain de

l'antenne. En suppose que tous les blocs de ressources ont la mme puissance P (UE,rb), qui

est calcul de la manire suivante :

= , + (2.13) Avec :



, = 2.3.3. 6. Equation bilan de liaison Uplink

La figure ci-dessus illustre le bilan de liaison pour la liaison montant Uplink.

Figure 0.6: modle bilan de liaison Uplink [12]

Son quation est comme suit :

= , + + (2.14) Avec :

Lpmax: Maximum perte de trajet autoris pour la propagation dans l'air [dB]

Perte= perte Pntration voiture (L ) + perte de pntration du btiment (Lbp) + perte de corps (Lb) + BLNF+ BIUL

TMA gain= 2 dB gains ou 5 dB pour MIMO.

Perte Pntration voiture =6dB

BLNF: log-normale marge d'vanouissement [dB]

Ga: Somme des gains del'antenne eNodeB, et gain d'antenne de l'quipement

utilisateur [dBi].

Lj: Jumper et connecteurs dantenne [dB].

2.4. Calcul de la couverture pour les DownLink Le bilan de liaison pour les DownLink est calcule pour:



- Pour dterminer les limites du lien.

- Pour dterminer le dbit binaire support par les liens descendants

Les calculs sont effectus selon les tapes suivantes:

-Perte de trajets (DownLink)

- Dbit requis

- Puissance par bloc de ressources

- Marge d'interfrence

- Bilan de liaison (DownLink)

-La sensibilit du rcepteur UE

-Le dbit binaire sur la bordure de la cellule

2.4.1. Pertes de trajet Laffaiblissement du parcours maximum MAPldl est calcul partir du MAPlul pour

les liens montants.

2.4.2. Dbit binaire requis : On doit divise Rreq par nRB pour obtenir le dbit binaire requis n'est pas exprim

par bloc de ressources comme montre lquation (2.9) prcdente.

2.4.3Puissance par bloc de ressource : La puissance est partage par tous les blocs de ressources, sa formule est la suivante :

, = (2.15) Avec :

P: est la somme des puissances de tous les units radio dans la cellule.

2.4.4. Augmentation du bruit la bordure de la cellule Le bruit de liaison descendante BIdl sur lEDGE (bord) de la cellule est ncessaire

pour le bilan de liaison .Il est calcule par lexpression suivante :

= + , , (2.16) Avec :

Qdl: facteur de charge de la liaison descendante.

Fc: Le ratio moyen entre les puissances reues d'autres cellules.

Nrb, dl: bruit thermique par bloc de ressources dans la liaison descendante, dfini par:

Nt + Nf 10 log (WRB)

Nf: UE bruit = 7 dB



Lsa, max: attnuation du signal en liaison descendante

Lsa, max est calcule dans l'chelle logarithmique de la perte de trajet maximale MAPLul .

Lexpression est la suivante :

, = + + + + [] (2.17) 2.4.5. Equation bilan de liaison DownLink:

La figure ci-dessous illustre lquation de bilan de liaison pour les liens descendant :

Tableau 2.7:Bilan de liaison DownLink [12]

Lpmax est dcrit par l'quation suivante:

, = , + [] (.8) Avec :

,: Puissance de l'metteur par bloc de ressources [dBm] : Sensibilit de l'quipement utilisateur en [dBm]

2.4.6. La sensibilit du lquipement utilisateur rcepteur Lquation est comme suit :

= + + () + = , + [] (2.19) 2.4.7. SINR la bordure de la Cellule

Lestimation de SINR sur le bord d'une cellule est calcule partir de Lpmax. Son

quation est la suivante:



= , , + [] (2.20) 2.4.8. Limite du Bilan de liaison

Lquation de lattnuation du systme est la suivante :

, = + + + + + [] (2.21) Le nouveau Lsa, max est appliqu pour obtenir une nouvelle BIdl. On parle dun systme

DownLink limite lorsque la qualit dUplink dpasse l'exigence.

On applique Lsa, max de la liaison descendante pour obtenir un nouveau Lpmax et Bi,dl par

lexpression suivante :

= + ,, (2.22) Avec :

H: Facteur d'affaiblissement de propagation utilise dans le dimensionnement de

couverture et de capacit, dpend de la gomtrie du site, diagramme d'antenne,

exposant de propagation, et la hauteur de l'antenne de station de base. Une valeur de

H = 0,36 est recommand pour le dimensionnement.

2.4.9. Les modes de transmission Les modes de transmission disponibles sont les suivantes:

Single Input Multiple Output (SIMO), en utilisant une antenne TX dans la station de base et

deux antennes RX l'quipement utilisateur.

TX diversit, en utilisant deux antennes TX et RX deux antennes dans la station de base

Open Loop Spatial Multiplexing (OLSM), en utilisant deux antennes TX et RX deux

antennes la station de base.

Cas de liaison descendante:

-Techniques Antenne: SIMO 1x2, 2x2 TX diversit, Multiplexage Spatial boucle ouverte

(Open loop Spatial Multiplexing OLSM) :2x2.

-Schmas de modulation: QPSK, 16-QAM, 64-QAM.

- Modles de canaux: EPA5, EVA70, ETU 300

Cas de liaison montante:

-Techniques d'antenne : 2-branch RX diversity

-Schmas de modulation: QPSK, 16-QAM

- Modles de canaux: EPA5, EVA70, ETU 300

Les rsultats, y compris une marge dimplmentation, est comme suit:



= [, + ( ) () ] (2.23) <

Avec :

a0, a1, a2 et a3 sont des paramtres empiriques

SINR est exprime en dB.

Le paramtre a0 semi-empirique reprsente le dbit maximum pouvant tre obtenue dans un

bloc de ressources.

La relation inverse entre et Rrb est comme suit :

= ( ) 1 ; 0 [] Les paramtres semi empiriques pour le DownLink sont obtenus par le tableau suivant :

Tableau 2.6:paramtres semi empiriques pour DownLink [11]

Les paramtres semi empiriques pour lUpLink sont obtenus par le tableau suivant :

Tableau 2.7:paramtres semi-empiriques pour l'Uplink

Type dantenne

SIMO 1X2 Tx Div 2X2 OLSM 2X2

Mode de canal

Epa5 Eva70 Etu300 Epa5 Eva70 Etu300 Epa5 Eva70 Etu300

A0[Kbps] 808.2 808.4 708.8 777.6 777.2 775 1347.1 1199 989

A1[dB] 27 29.34 27.75 25.92 27.17 27.70 34.03 34.99 31.93

A2[dB] 16.03 15.9 15.34 16.01 15.38 15.49 18.37 18.16 16.48

A3[Kbps] -9.3 -3.88 -4.68 -13.8 -5.44 -6.2 -15.8 -8.46 -7.12

Mode canal Epa5 Eva70 Etu300

A0[Kbps] 536.6 533.1 376.2

A1[dB] 20.76 23.91 20.15

A2[dB] 13.28 13.74 12.41

A3[Kbps] 0 0 0



2.4.10. Rayon de la cellule

La perte de trajet maximum autoris est utilise pour calculer le rayon de la cellule en

utilisant un modle de propagation.

L'quation pour calculer la distance en kilomtres R est la suivante : R= (.) Avec :

= . (). . (2.25)

A: frquence dpendant de la valeur dattnuation.

*) cette relation est linverse de lquation donn par le modle de propagation Hata

OKUMURA :

= . () + (. . ) (2.26) Le tableau suivant montre l'attnuation valeurs A qui sont utiliss, donn par Ericsson:

Tableau 2.8:attnuation fixe dans le modle de propagation Okumura-hata[11]

2.4.11. Nombre des sites :

Le nombre de sites est facilement calcul partir de la superficie du site et la valeur

input de la zone de dploiement Zd

Environnement Frquences [MHz]

700 850 900 1700 1800 1900 2100 2600

Urbain 144.3 146.2 146.8 153.2 153.8 154.3 155.1 157.5

SubUrbain 133.5 136.1 136.9 145.4 146.2 146.9 147.9 151.1

Rural 125.1 127 127.5 133.6 134.1 134.6 135.3 137.6

ouvert 116.1

117.8 118.3 123.8 124.3 124.8 125.4 127.5



Figure 2.8: Modle hexagonales de cellule [12]

La figure illustre la mthode de calcul de la zone des sites partir de 2 modles

hexagonales de cellule

Pour un site Omni-directional , le calcule est comme suit

d = R (Km) (2.27) = ( ) = . (2.28)

Et pour un site a 3 secteurs : d=

(2.29) = ( ) = . . (2.30)

Et par suite le calcul de nbre des sites devient trs simple cest le quotient entre la surface de

la zone et la surface du site :

= (2.31) Sz : cest la surface totale de la zone, dpend du type de la zone comme montre le tableau

2.10 suivant, dans notre application la surface de la zone est un paramtre input pour

garantir un rsultat exacte :



Type de zone Surface de la zone (km)

Urbaine dense 50

Urbaine 400

Suburbaine 200

Rurale 300

Tableau2.9 : Surface de zone [13]

2.5. Dimensionnement de capacit : Le dimensionnement de capacit permet de trouver la capacit maximale qui peut tre

support par une cellule. Son objectif est de dterminer le nombre des sites ncessaires pour

satisfaire les trafics des abonns dans une zone donne.

La capacit thorique du rseau est limite par le nombre deNodeB install dans le rseau.

Elle dpend de plusieurs facteurs tels que type de la zone, service, nombre des abonnes,

interfrences

2.5.1. Calcul dimensionnement de capacit pour les Uplink : Pour valuer les besoins en capacits on doit suivre les taches suivantes:

Estimer le dbit de cellule.

Analyser les entres de trafic fournies par l'oprateur pour estimer la demande de trafic

(Nombre d'abonns, trafic et des donnes, rpartition gographique des abonns dans la zone).

Le principal indicateur de la capacit est la distribution SINR dans la cellule :

l'augmentation de nombre d'utilisateurs augmente l'interfrence et le bruit, et diminue la

couverture cellulaire par suite force le rayon de la cellule devenir plus petite.

2.5.1.1. Dbit de la cellule : Notre objectif est d'obtenir une estimation du nombre des sites en fonction des besoins

en capacit. Et ces derniers sont dfinis par les oprateurs de rseau en fonction du trafic.

Le dbit de la cellule est ncessaire pour calculer le nombre de sites, son quation est la

suivante :

= , (2.32) Avec :

, = ( ) (2.33) Nrb: nombre total de blocs de ressources de la bande passante.

Npucch: nombre de blocs de ressources attribues aux canaux de contrle PUCCH



La figure suivante illustre le dimensionnement de couverture :

Figure 2.9: illustration de calcul de dimensionnement de capacit

2.5.2. Calcul dimensionnement de capacit DownLink :

2.5.2.1. SINR : La capacit DownLink est base sur le rapport signal interfrence et bruit (SINR)

noter, voir quation (2.24).

Le SINR moyenne rsultante, dl, ave est reprsente par l'quation suivante:

, = ,,,, (2.34)

2.5.2.2. Dbit de la cellule : Le dbit de l'usager par cellule rduit proportionnellement avec le nombre de blocs des

ressources Nrb.

, = , (2.2) Le dbit de la cellule est reprsent par l'quation suivante:

, = , (2.3) 2.5.2.3. Nombre des sites demands :

A tape finale, nous allons calculer Tsite partir de Tcell avec le cas de 3 cellules par

site.

= (2.4) L'utilisateur va entrer comme des inputs le nombre des abonnes et le dbit moyen de

chacun, afin de calculer le nbre des sites :



= (2.5) Le nombre des abonnes est calcul partir de lquation suivante :

= ( ( + ) ( + )) (2.39) d : la densit des abonns par Km = 100abonnes/km.

Surface : voir tableau 2.10.

: Augmentation de nbre des habitants. : Donnes oprateurs, indique le taux de migration des abonns des autres oprateurs vers

Tunisie Telecom= 1%.

N= calcul fait pour 15 ans davance.

2.6. Conclusion : Nous avons consacr ce chapitre pour aborder le principe de dimensionnement de

leNodeB qui fait intervenir deux composantes : couverture et capacit. Toutes ces notions

seront adoptes par la suite pour la conception et le dveloppement de notre outil, qui est le

contexte du chapitre suivant.

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