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Planification Radio Planification Radio des Rdes Rééseaux seaux

Cellulaires UMTSCellulaires UMTS

Sami Tabbane

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SommaireSommaireIntroduction : Rappels sur l’UMTSIntroduction : Rappels sur l’UMTS1.1. Paramètres caractéristiquesParamètres caractéristiques2.2. Gestion de la charge CDMAGestion de la charge CDMA3.3. Bilan de liaisonBilan de liaison4.4. Facteur de charge et Facteur de charge et noise noise riserise5.5. Couverture et servicesCouverture et services6.6. Optimisation des réseaux WCDMAOptimisation des réseaux WCDMA7.7. Densification des réseaux WCDMADensification des réseaux WCDMA8.8. Outils de planification WCDMAOutils de planification WCDMA

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Introduction : Introduction : Rappels sur l’UMTSRappels sur l’UMTS

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Codes, canaux physiques et logiques (1)Codes, canaux physiques et logiques (1)Deux types de codes d’étalement en UMTS :

– Codes de canalisation (channelisation codes) : obtenus à partir de l’arbre OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). Font varier le facteur d’étalement et maintiennent l’orthogonalité entre codes. Matrice d’Hadamard pour une même longueur de code. Dans une même cellule : codes OVSF ne peuvent être utilisés tous simultanément.– Codes d’embrouillage (scrambling codes) : les codes de canalisation (codes de Gold par exemple) ne permettent d’avoir une orthogonalité pour des séquences non synchronisées. Recours aux codes d’embrouillage. Distinguent les cellules entre elles : un code d’embrouillage parmi 512 (motif de réutilisation = 512). Doiventêtre planifiés (comme les fréquences en TDMA/FDMA).Distingue les mobiles entre eux : 224 codes possibles. Affectation aléatoire.

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Codes, canaux physiques et logiques (2)Codes, canaux physiques et logiques (2)Structure des canaux :Les données générées par les couches hautes sont transmises sur l’interface radio par des canaux de transport (transport channels) qui s’appuient sur des canaux physiques (physical channels) différents.

– Canaux de transport : services de la couche physique aux couches supérieures. Définissent la façon dont les données sont transportées (intervalles, nombre et taille des blocs dans chaque intervalle, …). Deux types : canaux dédiés et canaux communs.– Canaux physiques : canaux physiques sur le lien montant et sur le lien descendant.

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Codes, canaux physiques et logiques (3)Codes, canaux physiques et logiques (3)Canaux de transport :

- Canaux dédiés : DCH (Dedicated Channel) sur le lien montant et/ou le lien descendant.- Canaux physiques : 6 types différents.

Infos de contrôle dédiéesDLDSCH (Downlink Shared Channel)

Paquets de donnéesULCPCH (Common Packet Channel)

AccèsULRACH (Random Access Channel)

RechercheDLPCH (Paging Channel)

Infos de contrôleDLFACH (Forward Channel)

DiffusionDLBCH (Broadcast Control Channel)

FonctionLienCanal de transport

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Codes, canaux physiques et logiques (4)Codes, canaux physiques et logiques (4)

Canaux physiques UL

- Dédiés : DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) pour les infos de contrôle des couches hautes et les données usager, et DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) pour les infos de contrôle générées par la couche physique. 0, 1 ou plusieurs DPDCH pour chaque lien radio et 1 seul DPCCH.- Communs : Physical Random Access Channel pour le transport du RACH, et le Physical Common PacketChannel pour le transport du CPCH.

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Codes, canaux physiques et logiques (5)Codes, canaux physiques et logiques (5)Canaux physiques DL

- Dédiés : DPCH (Downlink Dedicated Physical Channel) pour les infos des couches hautes et les données usager.- Communs :• CPICH (Common Pilot Channel) pour l’identification du code d’embrouillage de la station de base,• P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel) pour le transport du BCH,• S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) : pour le transport du FACH et PCH,• SCH (Synchronisation Channel) : composé du PSCH (PrimarySynchronisation Channel) pour la synchro. slot du mobile, et SSCH (Secondary Synchronisation Channel) pour la synchro. trame du mobile.• PICH (Paging Indicator Channel) : pour le transport des paging. Toujours associé à un S-CCPCH transportant un canal PCH.

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Codes, canaux physiques et logiques (6)Codes, canaux physiques et logiques (6)Relation entre canaux de transport et canaux physiques

Canaux de transport Canaux physiques

DCH

RACHCPCH

BCHFACHPCHDSCH

DPDCH

PRACHPCPCH

P-CCPCHS-CCPCH

PDSCH

DPCCH

CPICH

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Codes, canaux physiques et logiques (7)Codes, canaux physiques et logiques (7)Partage de la puissance de la station de base

Puissance de la station de base partagée entre :

- Les canaux de contrôle communs (10 à 20% de la puissance totale, typiquement 2 W pour le CPICH sur un total de 20 W, soit un facteur 10 dB),

- Les canaux de trafic usager.

Le soft handover nécessite de la puissance supplémentaire

BCCH

Sync.

Paging

User 1User 2

User 3

…

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Contrôle de puissance (1)Contrôle de puissance (1)Boucle ouverte

Mesure du signal reçu et ajustement de la puissance d’émission : si signal reçu par UE important : le mobile peut utiliser une puissance plus faible et inversement.Fonctionne sans lien retour donc peu précis.

Boucle interneFréquence : 1500 HzSi SIRmesuré > SIRcible puissanceSi SIRmesuré < SIRcible puissance

Boucle externeMesure du Eb/N0 et ajustement du SIRcible.Nécessite un lien retour Node B - RNC. 12

Contrôle de puissance (2)Contrôle de puissance (2)

Paramètres ayant un impact sur le contrôle de puissance- Du service (même service = même puissance),- De la distance,- Des interférences inter- et intra-cellulaires,- De l’environnement de propagation (multi-trajets).

Intérêts- Qualité des communications,- Economie de puissance,- Réduction des risques liés aux effets biologiques.Contrôle réalisé chaque 625 µs (1600 fois/seconde).

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Releases 3GPP (1)Releases 3GPP (1)Release 99 (figée en Mars 2000)

- Première version de la norme UMTS,- Introduction de l’UTRAN,- Peu de modification du cœur de réseau GSS.

Release 4 (figée en Mars 2001)- Evolution du transport dans le cœur de réseau,- Séparation des données et du contrôle dans le cœur CS,- Premières étapes vers les NGN.

Release 5 (figée en Juin 2002)- Introduction de l’IMS (pour le plan contrôle, avec le domaine PS pour le plan transport),- HSDPA,- IP dans l’UTRAN. 14

Releases 3GPP (2)Releases 3GPP (2)Release 6 (figée en Décembre 2004)

- HSUPA (E-DCH),- MBMS,- MIMO,- Partage du réseau,- Améliorations IMS : services temps réel, convergence avec le fixe, intégration de modes d’accès alternatifs (WLANs, xDSL, 3GPP2).

Release 7- Evolution vers le tout-IP,- Evolution vers le B3G,- MIMO, UMTS 2,6 GHz, UMTS 900 MHz,- OFDM (?).

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1. Paramètres 1. Paramètres caractéristiquescaractéristiques

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Paramètres et contraintesParamètres et contraintes• Paramètres :

– Technologie CDMA et nouvelles règles d’ingénierie,– Modèles de trafic paquet et circuit,– Stratégies de déploiement par rapport aux réseaux

GSM/GPRS.

• Prévisions :– Applications et services,– Profils utilisateurs,– Environnements d’usages.

• Contraintes radio :– Segmentation des services et QoS,– Compromis couverture/services.

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Planification TDMAPlanification TDMA• Problématique :

- Division de la zone de couverture en cellules (planification radio),- Affectation de fréquences.

Détermination du :- nombre de sites en fonction de la zone à couvrir (objectifs de QoS radio),- nombre de canaux en fonction de la capacité en trafic dans la zone à couvrir (objectifs de QoS trafic) Capacité hard.

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Principes de la planification CDMAPrincipes de la planification CDMA• Problématique :

- Bande partagée par toutes les connexions active sans allocation Séparation Planification radio –Dimensionnement impossible,- Couverture et capacité liées,- Dépendance de la capacité avec la distribution du trafic et la position des stations de base.

Avantages CDMA :- pas de limitation a-priori de la capacité comme en TDMA Capacité soft,- allocation de capacité en fonction du C/I (allocation de bande si SIRmin ≤ SIR.

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Spécificités des systèmes WCDMA (1)Spécificités des systèmes WCDMA (1)• Principales caractéristiques et contraintes :− puissance BTS : partagée entre les N mobiles connectés,− puissance maximum du bruit : 10 dB,− puissance de transmission : entre 6 et 10 dB,− puissance d’émission sur chaque lien : dépend des conditions

de propagation et du service activé,− répartition des mobiles dans la cellule : si mobiles proches de la

BTS, capacité jusqu’à 10 fois supérieure au cas où mobiles éloignés,

− respiration de cellules : gestion des accès par contrôle d’admission (CAC, cf. noise rise) et contrôle de charge,

− contrôle de puissance fondamental sur le lien montant : boucle externe pour ajuster la puissance cible en fonction de l’estimation du BER et boucle rapide contre fading rapide. Contrôle de puissance rapide transmission continue sur l’interface radio et par paquets au niveau RLC (couche 2). 20

Spécificités des systèmes WCDMA (2)Spécificités des systèmes WCDMA (2)Relation entre puissance et débit du service

Pr

Service voix

Pr

Service email

Pr Service vidéo

PePuissances

reçues

au niveau

des

mobiles

Puissance émisepar la station de base

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Spécificités des systèmes WCDMA (3)Spécificités des systèmes WCDMA (3)Facteur d’étalement SF relié au SIR par la relation :

Preceived : puissance du signal reçu,Iin : interférence intra-cellulaire,Iout : interférence inter-cellulaire,α : facteur d’orthogonalité (0 ≤ α ≤ 1), α = 1 en UL (pas

d’orthogonalité),η : puissance du bruit thermique.En supposant que Iout = f.Iin, on a :Où 0,3 ≤ f ≤ 0,5.

ηα ++=II

PSFSIRoutin

received

)f1(IPSFSIR

in

received+=

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Spécificités des systèmes WCDMA (4)Spécificités des systèmes WCDMA (4)

CapacitCapacitéé

Sur le sens montant : Limitée par l’interférence

Sur le sens descendant : Limitée par la puissance de la station de base.

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Spécificités des systèmes WCDMA (5)Spécificités des systèmes WCDMA (5)Comparaison par rapport au TDMAComparaison par rapport au TDMA

Capacité

Rayon de la cellule

WCDMA UL

TDMA UL et DL

WCDMA DL

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Processus de planification UMTSProcessus de planification UMTSTrafic multiservice

Nombre de canaux requisà un instant donné

Analyse du trafic

Bilan de liaison WCDMA

Nombre de cellules

Portée maximum des cellulesNombre de porteuses par cellule

Processusitératif

jusqu'à la

convergence

5

25

Identification de la demandeIdentification de la demande

1. Zones à couvrir : environnements (urbain dense, urbain, suburbain, rural, …), type de pénétration (indoor profond, indoor, outdoor, incar, …), mobilité (piéton, voiture) et services.

2. Demande en trafic par zone : taux de pénétration UMTS, prévisions et parts de marché, profils et nombre d’utilisateurs, profils de trafic par service et par utilisateur, QoS.

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Processus de planification et de Processus de planification et de dimensionnement ddimensionnement d’’un run rééseau WCDMAseau WCDMA

- Modèles de trafic (type de services, taux d'activité, débits, QoS, ...),

- Modèles de mobilité (vitesses, .. .), - Distribution des abonnés dans le réseau.

Configuration initiale du réseau

- Caractéristiques de l'environnement.

- Localisation des stations de base, - Caractéristiques des antennes,

Caractéristiques des abonnés

Simulations ou Calculs analytiques

- Soft handover,

- Facteurs de charge (liaisons montante et descendante), - Contrôle de puissance,

- Bilan de liaison.

Evaluation des performances - Couverture par service, - Capacité par service, - QoS.

Optimisation - Ajustement des paramètres, - Ajout d'équipements (sites, ...), - Ajout de ressources spectrales.

Contraintes de QoS par service.

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Planification de la couverture et de la Planification de la couverture et de la capacitcapacitéé dd’’un run rééseau WCDMAseau WCDMA

− Estimation de la capacité d’un émetteur/récepteur unique sur un site donné : estimer l’augmentation de l’interférence en fonction de l’interférence inter cellulaire, les contraintes de Eb/N0, les débits binaires prévus, les taux de couverture souhaités, les facteurs d’activité des différents services au niveau de l’interface radio, les marges d’interférence cibles, les gains de traitement ... Capacité typique d’un transceiver : entre 400 et 1200 kb/s.

− Détermination de la capacité et surface d’une celluletypique. Capacité de la cellule et profil de trafic d’un abonné (en Erlangs ou en kb/s) Calcul de couverture de la cellule.

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2. Gestion de la 2. Gestion de la charge CDMAcharge CDMA

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Contrôle d’admission et de congestionContrôle d’admission et de congestion• Congestion : Prendre la bonne réaction à une surcharge.

Services non temps réel retardés, Réduction des débits des services,Fermeture de connexions.

• Admission : Décider d’accepter ou de rejeter des abonnés en anticipant le risque de surcharge. Etablissement de RAB et demandes de RRC refusées quand conditions non remplies.• Gestion de puissance et de séquencementpermettent également de jouer sur la capacité.

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Algorithmes CAC (Algorithmes CAC (Call Call Admission ControlAdmission Control))

• ICAC (Interference CAC) : décision basée sur un seuil d’interférence prédéfini au niveau de la station de base.• SIR CAC (Signal to Interference Ratio CAC): décision basée sur le rapport SIR.• Power-based CAC : basés sur la puissance du mobile comme facteur limitant.

6

31

3. Bilan de liaison 3. Bilan de liaison CDMACDMA

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Bilan de liaisonBilan de liaisonPremier dimensionnement par la couverture :

calcul de taille de cellule pour services les plus contraignants.- Sens Montant : Atténuation maximale, calcul de la taille de la cellule,- Sens Descendant : Equilibrage du bilan de liaison pour déterminer la puissance de la BTSs, puissance de la BTS partagée entre tous les canaux (communs et de trafic).

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Puissances d’émission des Puissances d’émission des Node Node BB

- 37 dBm (5 W) : faible capacité et couverture étendue,

- 40 dBm (10 W) : bonne couverture et capacité moyenne,

- 43 dBm (20 W) : bonne couverture et grande capacité par porteuse,

- 46 dBm (40 W) : grande capacité pour une couverture étendue.

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Classes de puissancesClasses de puissances

[10, 33][20, 43][30, 43][40, 43]PicoMicroMacro UE

Node BEIRP (dBm)

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ParamParamèètres du bilan de liaison (1)tres du bilan de liaison (1)

Facteur de charge et marge d’interférence (noise rise)• Marge d’interférence niveau d’augmentation du

bruit dû à l’augmentation de la charge dans la cellule.Marge d’interférence liée au facteur de charge qui mesure la charge de chaque lien (montant ou descendant).Marge d’interférence importante si la capacité et donc la charge autorisée dans la cellule est importante (donc taille de cellule réduite). Zones urbaines : marge d’interférence importante,Zones rurales : marge d’interférence faible.

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Plus la marge d’interférence est importante, plus faible pourra être le rayon de la cellule mais plus important sera le trafic que pourra supporter la cellule

Marge d’interférence = marge de trafic.

ParamParamèètres du bilan de liaison (2)tres du bilan de liaison (2)

Interférences large bande

Interférences bande étroite

Bruit de fond

Chargement du canal montant

Interférence sur le canal descendantCouverture et capacité

Noise rise (dB)

20

099

Chargement (%)

7

37

Evolution du noise rise en fonction du nombre moyen d’abonnés par cellule

ParamParamèètres du bilan de liaison (3)tres du bilan de liaison (3)

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40 50 60

Nombre d'abonnés / cellule

Noi

se R

ise

(dB)

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Lp (dB) = Pt (dBm) + Gt (dBi) – Pr (dBm) + Gr (dBi)= EIRP (dBm) – Pr (dBm) + Gr (dBi)

La PIRE (EIRP) dépend du lien UL ou DL.

Bilan de liaison UL/DLBilan de liaison UL/DL

PTx : puissance d’émission,Gt : gain de l’antenne d’émission,Lc : pertes dues au feeder.

PTx : puissance d’émission,Gt : gain de l’antenne d’émission,Lu : pertes dues à l’usager (voix : [3, 10], données : [0, 3]).

EIRP (dBm) =PTx (dBm) – Lc (dB) + Gt (dBi)

EIRP (dBm) =PTx (dBm) – Lu (dB) + Gt (dBi)

Sens Descendant (DL)Sens Montant (UL)

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Analyse de la liaison montanteAnalyse de la liaison montante(a) Soit une cellule de rayon R donné a priori.

(b) Trafic moyen potentiel dans la cellule estimé en fonction d’hypothèses de trafic.

(c) A partir du trafic agrégé (somme des trafics des différents services)

nombre de canaux (ou de codes) nécessaires.

(d) Calcul de la valeur de noise rise (augmentation du brouillage due àl’augmentation du trafic).

(e) Valeur du noise rise calcul du bilan de liaison (permet de déterminer la valeur du path loss maximum admissible sur le lien montant).

(f) Si distance maximum > R, le processus reprend en (a).

(g) Si la valeur du noise rise est supérieure au niveau maximum de bruit admissible dans la cellule, la capacité de la zone considérée doit être augmentée par l’ajout d’une nouvelle porteuse ou d’une nouvelle cellule.

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Planification/dimensionnement dPlanification/dimensionnement d’’une une cellule pour la liaison montantecellule pour la liaison montante

RHypothèses de trafic

Nombre de canaux/codes nécessaires pour le trafic maximum estimé

Valeur du noise rise (par approche statistique du mix trafic)

Calcul du bilan de liaison (sens montant)

Perte de propagation maximum

R’ : Rayon maximum de la cellule avec un modèle de prédiction de propagation

- Si R’ > R et Noise Rise < Max(Noise Rise) => Nouvelle itération avec R’’> R- Sinon, ajout de capacité (nouveau cncal ou nouvelle station) et réitération avec la nouvelle configuration

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Analyse de la liaison descendante (1)Analyse de la liaison descendante (1)(a) Soit la zone considérée de rayon R.

(b) Modèles de trafic trafic moyen potentiel de la zone.

(c) Trafic estimé calcul du nombre de canaux nécessaires.

(d) Pour chaque usager, estimation de la puissance nécessaire pour chaque liaison.

(e) Répartition des usagers dans la cellule et situation en softhandover ou non calcul de puissance d’émission de la BTS.

(f) Bilan de liaison établi pour déterminer la portée maximum de la cellule.

(g) Le processus reprend en (a) jusqu’à ce que la valeur de la puissance de la station de base soit inférieure ou égale à la puissance maximum de la station.

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Etapes :− Puissance totale de chaque BTS = somme des puissances

de tous les liens établis tenant compte des sensibilités des mobiles et de la perte de propagation (estimée avec modèle de propagation). Puissance supplémentaire pour les canaux de contrôle. Si aucune BTS ne dépasse sa puissance maximum, aucun lien n’est éliminé et la valeur instantanée de C/I est calculée pour chaque mobile.

− Après détermination de la puissance totale de la BTS : répartition de cette puissance entre différents types de canaux (canal pilote, canal de synchronisation, canal de trafic).

Arrêt des simulations : test d’arrêt. Critère couramment utilisé : variations de puissance.

Analyse de la liaison descendante (2)Analyse de la liaison descendante (2)

8

43

Bilan de liaison UL (exemple pour service data à 144 Bilan de liaison UL (exemple pour service data à 144 kbkb/s)/s)

UP_PL = PIRE-TM-S141,6UL_PL : UpLink Path Loss (dB)-115S : BTS Rx Sensitivity (dBm)

TM=FM+IM+PL-BAG+BCL-SHG-6,6TM : Total Margin (dB)2SHG : Soft HO Gain (dB)3BCL : BTS Cable Loss (dB)

16BAG : BTS Antenna Gain (dBi)Urbain dense = 20 dB0PL : Perte de pénétration (dB)IM = 10log(1/1-loading)3IM : Interference Margin (dB)FM = 0,675*SD (RC=90%, SD=8dB)5,4FM : Fade Margin (dB)

RécepteurPIRE = P+MAG-BL20PIRE : MS EIRP (dBm)

3BL : Body Loss (dB)0MAG : MS Tx Antenna Gain (dBi)

23P: MS Tx Power (dBm)Emetteur

FormuleValeur

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Bilan de liaison DLBilan de liaison DL

UP_PL = PIRE-TM-S142,6DL_PL : DownLink Path Loss (dB)-110S : MS Rx Sensitivity (dBm)

TM=FM+IM+PL-MAG+BL-SHG9,4TM : Total Margin (dB)2SHG : Soft HO Gain (dB)0MAG : BTS Antenna Gain (dBi)

Urbain dense = 20 dB0PL : Perte de pénétration (dB)IM = 10log(1/1-loading)3IM : Interference Margin (dB)FM = 0,675*SD (RC=90%, SD=8dB)5,4FM : Fade Margin (dB)

RécepteurPIRE = P+BAG-BCL42PIRE : BTS EIRP (dBm)

3BCL : BTS Cable Loss (dB)16BAG : BTS Tx Antenna Gain (dBi)

Puissance allouée au pilote29P: BTS Tx Power (dBm)Emetteur

FormuleValeur

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Dimensionnement du RNC (1)Dimensionnement du RNC (1)

Caractéristiques à considérer :- Capacité en trafic du RNC : débit en Erlangs (CS),

débit en Mb/s (PS),- Capacité de gestion : nombre maximum de Nodes B

contrôlés par le RNC,- Capacité de connexion : nombre maximum de

connexions sur les interfaces Iu-b, Iu et Iu-r.Capacité de RNC = Compromis entre débit CS et débit

PS.

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Dimensionnement du RNC (2)Dimensionnement du RNC (2)Etapes de dimensionnement RNC :1. Déterminer le nombre maximum de Nodes B pour la zone. En

déduire le nombre minimum NRNC1 de RNC (= Nombre de Nodes B/Nombre maximum de Nodes B gérés par RNC).

2. En fonction du trafic écoulé par Node B, déterminer le nombre NRNC2 de RNCs nécessaires pour écouler le trafic.

3. En fonction de la capacité maximum en trafic par RNC et d’une analyse statistique, évaluer si NRNC2 permet de répondre aux conditions fluctuantes du trafic, sinon, augmenter ce nombre ou la capacité en trafic de certains RNCs.

4. Le nombre de RNC pour la zone = Max (NRNC1, NRNC2).5. En fonction de la capacité maximum écoulée par RNC,

déterminer le trafic aggrégé sur l’interface Iu-b ainsi que le trafic sortant aggrégé sur les interfaces Iu-cs, Iu-ps et Iu-r.

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4. Facteur de 4. Facteur de charge et charge et noise noise riserise

48

??????

i = (interférences extérieures créées par les autres cellules)/(interférences internes créées par la cellule considérée). i dépend de l’environnement, du type de cellule (i = 55 % dans le cas de cellules omnidirectionnelles) et du type d’antenne,

W : débit chip (3,84 Mchip/seconde),Rj : débit utilisateur j, dépend du service utilisé,uj : facteur d’activité utilisateur j au niveau de la couche physique

(67 % pour la voix et 100 % pour les données),N : nombre d’utilisateurs dans chaque cellule,Ns : nombre de secteurs.Plus la charge est élevée, plus le rayon de la cellule diminue.

Respiration de cellules.

( )∑ ++

=k

sk

kk

/N.i1.uR.

W11 ζρ

η

9

49

Facteur de charge sur le lien montantFacteur de charge sur le lien montant

i = (interférences extérieures créées par les autres cellules)/(interférences internes créées par la cellule considérée). i dépend de l’environnement, du type de cellule (i = 55 % dans le cas de cellules omnidirectionnelles) et du type d’antenne,

W : débit chip (3,84 Mchip/seconde),

Rj : débit utilisateur j, dépend du service utilisé,

uj : facteur d’activité utilisateur j au niveau de la couche physique (67 % pour la voix et 100 % pour les données),

N : nombre d’utilisateurs dans chaque cellule.

Plus la charge est élevée, plus le rayon de la cellule diminue. Respiration de cellules.

∑

++=

=

N

1jj

jj0

b

UL u.

R.NE

W11)i1(n

50

Phénomène de respiration de cellulesPhénomène de respiration de cellules

Cas 1 : 10 utilisateurs Cas 2 : 20 utilisateurs

-10 < C/I < -5 dB -15 < C/I < -10 dB

-15 < C/I < -50 dB cellules

51

Noise Noise RiseRise• Rapport entre puissance large bande totale sur puissance

du bruit thermique dans la bande du signal (PN).• Noise Rise = - 10log10(1 – nul).• Valeur utilisée comme marge d’interférence dans le

calcul du bilan de liaison. Augmente avec le débit de transmission et le nombre de communications.Capacité du système définie par la pôle capacité. Correspond au cas où nul tend vers 1.Pôle capacité jamais atteinte car suppose des puissances d’émission infinies de la part des mobiles.En pratique : Charge maximum d’une cellule WCDMA comprise entre 40 et 70 %.Exemple : Charge entre 20 et 50 % noise rise = 2 dB.

52

CapacitCapacitéé, rayon de cellule et , rayon de cellule et noise noise riserise

R

Charge de la cellule = 20 % de la capacité maximu m

Niveau d’interférence = y dB

R

R’

Charge de la cellule = 50 % de la capacité maximu m

Noise Rise = 2 dB

Niveau d’interférence = y + 2 dB R

R et R’ sont les rayons des cellu les dans les deux situations de charge

53

Facteur de charge sur le lien descendantFacteur de charge sur le lien descendant

• aj : facteur d’orthogonalité du signal sur le sens descendant. < 1 du fait des trajets multiples. Valeur entre 0,4 et 0,9. 0,6 pour un véhicule et 0,9 pour un piéton.

• ij : rapport entre interférence extracellulaire et interférence intracellulaire, au niveau de l’utilisateur j.

( )[ ]∑

=+−=

N

jjj

j

jjdl ia

R

NE

un W

b

11

0.

54

Gain de Gain de softsoft handoverhandover ou gain ou gain dede macrodiversitmacrodiversitéé

Soft handover : MSs connectés simultanément àplusieurs BTSPuissance minimale (celle de la liaison radio

la plus favorable).Gain dans le bilan de liaison.Réduction de la valeur de Eb/N0 nécessaire du

fait de la combinaison des différents signaux provenant des différents liens demacrodiversité.

10

55

Marge de fading rapide et impact Marge de fading rapide et impact sur la couverturesur la couverture

Contrôle de puissance rapide augmentation de la puissance du mobile pour compenser le fading de Rayleigh.Réserve de puissance garantie au niveau du mobile.

Réserve de puissance MS = marge de fading rapide.Vitesse du mobile Caractéristiques de fading rapide et

durée du fading de Rayleigh.Vitesse élevée Contrôle de puissance pas assez rapide pour augmentation de puissance à temps marge de fading rapide inutile.La marge de fading rapide prise en compte que pour les mobiles lents.

Conséquence : Couverture limitée pour mobiles lents. 56

5. Couverture et 5. Couverture et servicesservices

57

Couverture et capacité soft Couverture et capacité soft

• Dépendance en fonction du bearer : service 384 kb/s disponible uniquement dans 60% de la surface d’une cellule planifiée pour le 144 kb/s.

• Dépendance par rapport à la charge: urbain 64 kb/s avec une charge de 50 %, le rayon de la cellule réduit de près de 20 %.

58

Couverture et services (1) Couverture et services (1) Bilan de liaison Débit du service

Dépendance entre couverture et débit du service

Jaune = 12.2 kbps – Orange = 64 kbps - Rouge = 384 kbps

59

Couverture et services (2) Couverture et services (2)

Violet = 144 kbps – Rouge = 384 kbps 60

Localisation du trafic et capacitLocalisation du trafic et capacitéé

..

< >^

.... ....

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

..

< >^

.... ..

11

61

Avantages de placer les sites prAvantages de placer les sites prèès des s des hot spotshot spots− Minimisation de la puissance sur les canaux

descendants;− Réduction du nombre de mobiles en situation de soft

handover et augmentation de la capacité moyenne par BTS ;

− Réduction de l’interférence sur le lien montant;− Augmentation de la capacité des stations de base

voisines : terminaux proches de la BTS nécessitent moins de puissance et donc minimise l’interférence sur le lien descendant. De plus, les autres mobiles connectés sur les stations de base voisines étant éloignés, l’interférence intercellulaire est plus faible, d’où augmentation de la capacité des stations de base voisines sur le lien descendant. 62

Couverture/capacité en fonction du débitCouverture/capacité en fonction du débit− Débits élevés = puissance élevée,

− Débits de transmission importants possibles uniquement à proximité de la station de base.

63

6. Optimisation 6. Optimisation des réseaux UMTSdes réseaux UMTS

64

Pollution du canal Pollution du canal pilotpilot

• Pollution du canal pilot : mobile recevant plusieurs signaux pilots de puissances importantes mais sans signal prédominant permettant au mobile de se caler sur l’un d’eux.

• Solutions : sectorisation, tilt des antennes, ajustement des puissances.

65

Variables optimiséesVariables optimiséesDeux types :• Variables continues : configuration des

antennes, puissance des nodes B, bilan de liaison. Permettent à l’énergie spectrale de se concentrer dans les zones requises et à la taille des cellules de correspondre aux besoins en trafic offert.

• Variables discrètes : sélection des sites.

66

Paramètrage Paramètrage du du soft HOsoft HO• Paramètres du SHO :- AS_Th : seuil de macrodiversité (marge de

report),- AS_Th_Hyst : hystérésis pour le seuil ci-

dessus,- AS_Rep_Hyst : hystérésis de remplacement

de cellule,- T : durée de déclenchement,- AS_Max_Size : taille maximum de l’AS.

12

67

7. Densification 7. Densification des réseaux UMTSdes réseaux UMTS

68

Techniques de diversitTechniques de diversitéé en UMTSen UMTS

− Diversité de réception : diversité d’espace (2 antennes à polarisation verticale) ou diversité de polarisation (1 antenne).

− Diversité d’émission : le mobile combine les signaux provenants de 2 Nodes B. Gain de 3 dB. Ajustement de la phase du signal émis par la deuxième antenne (4 phases) pour maximiser la puissance reçue par le mobile. Ajustement de la phase et de l’amplitude (8 phases entre –135° et 180° et 2 amplitudes 0,2 et 0,8).

69

MHA (MHA (Mast Mast Head AmplifierHead Amplifier))

Si perte des feeders > 3 dB : MHA pour compenser les pertes UL (gain entre 2 et 12 dB) mais perte DL (environ 0,5 dB).

Réduction du noise rise du Node B en réception (réduction de l’ordre de 2 dB) : améliore le bilan de liaison sur le UL et donc la couverture.

70

Remote Remote RF Head AmplifierRF Head Amplifier

Si long feeder : connexion optique d’amplificateurs au niveau des antennes (Remote RF Head Amplifier),

Permet de séparer la BTS (bande de base) et les antennes (RF) pour éviter une longueur importante de feeders. Longueur possible de la connexion optique : 2 km.

Compense la perte des feeders et permet d’augmenter la PIRE : permet soit d’améliorer la couverture UL ou DL sans impact sur la capacité, soit de maintenir la couverture et augmenter la capacité.

71

RépéteursRépéteurs

Permettent d’étendre la couverture du Node B.

Utilisation dans les zones à faible couverture sans ajout de Node B.

Caractéristiques :- Puissance d’émission en DL : 5 W,- Puissance d’émission en UL : 0,25 W,- Retard : 5 µs,- Facteur de bruit UL : 3 dB.

72

RRééseaux seaux multiporteuses multiporteuses (1)(1)

Disponibilité de plusieurs porteuses :- Option 1 : Utilisation de toutes les

porteuses sur une seule couche macro,- Option 2 : Réseau hiérarchique avec une

couche macro, une couche micro et une couche pico.

13

73

RRééseaux seaux multiporteuses multiporteuses (2)(2)Rapports de protection : ACLR (Adjacent

Channel Leakage power Ratio)

50 dB43 dBDeuxième porteuse adjacente (10 MHz)

45 dB33 dBPremière porteuse adjacente (5 MHz)

ACLR maximum pour le Node B

ACLR maximum pour le mobile

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RRééseaux seaux multiporteuses multiporteuses (3)(3)Couche macro / Couche micro

1,5 Mb/s1 Mb/sCapacité / porteuse

Fortes mais capacité importante

LimitationInterférences20 dB6 dBNoise Rise

Couche microCouche Macro

75

8. Outils d’ingénierie 8. Outils d’ingénierie WCDMAWCDMA

76

Exemple d’outil d’ingénierie CDMAExemple d’outil d’ingénierie CDMA

1. Spécification de la configuration du réseau (sites à retenir),

2. Spécification des paramètres des BTSs (puissances, antennes, pertes des câbles, facteur de bruit, Eb/I0 min. à la BTS, Ec/I0 cible, paramètres de HO, …),

3. Spécification des paramètres CDMA (débit chip, débit des canaux de trafic, débit du canal de paging, débit du canal de synchro.),

4. Spécification des paramètres du mobile (puissance maximum, facteur de bruit, body loss, activité vocale, …),

5. Sélection des paramètres à analyser et à visualiser(sens montant et sens descendant).

77

Outil de planification UMTSOutil de planification UMTS

Type de canal multipath

Config. initiale du réseau

BD géo. Demande en service (trafic) Caract. des canaux de

propagation

Caract. du système

Modélisation du lien radio (à grande échelle)

« Modèles de propagation »

Modèle de la demande en service

Distribution des mobiles dans le réseau

Modélisation de la liaison radio (petite échelle) « Modèles de QoS »

Matrices de pathloss Performances du lien radio BER = f(Eb/N0)

Initialisation du modèle

Modélisation du système : calcul de puissances avec prise en compte de la macrodiversité, du controle de charge, ...

« Analyse du lien montant » « Analyse du lien descendant »

« Evaluation du niveau d’interférences »

Modélisation du système et évaluation du niveau d’interférence

Etat stable du réseau Niveau d’interférences

Générateur des paramètres d’ingénierie

Sorties graphiques Rapports de performances

Analyse des résultats

Performances de l’ingénierie

78

Outil TDMA/Outil CDMA (1)Outil TDMA/Outil CDMA (1)

• Outil TDMA : statique, temps de réponse courts.

• Outil CDMA : dynamique– Respiration de cellules,– Modélisation du contrôle de puissance,– Utilisation d’une approche statique pour simuler

l’aspect dynamique : utilisation de photos instantanées, modéliser le contrôle de puissance, calcul des puissances sur des boucles de contrôle de puissance.

14

79

• Process avec outil TDMA1. Prédiction de la couverture (puissance dans la zone

supérieure au minimum nécessaire),2. Seuil de planification déduit du bilan de liaison (intègre des

marges de shadowing, de pénétration indoor, …),3. Affectation des fréquences et analyse des interférences.

• Process avec outil CDMA1. Prédiction de couverture en fonction du trafic, de la position

des utilisateurs, des débits, …2. Simulation du trafic dans la cellule et dans les cellules

voisines.

Outil TDMA/Outil CDMA (2)Outil TDMA/Outil CDMA (2)

80

Planification TDMA/Planification CDMAPlanification TDMA/Planification CDMA

Planification de la couverture

Paramétrage

Prévisions de trafic

Ajout de TRX/site

TDMA

Prédiction de couverture Paramétrage

Prévisions de trafic

Ajout de TRX/site

CDMA

Couverture

81

Caractéristiques des systèmes WCDMA et planificationCaractéristiques des systèmes WCDMA et planification

• Interaction entre couverture et capacité(estimation du niveau d’interférence, relation entre nombre d’utilisateurs et débits dans les cellules),

• Aspect multi-services (différents services avec différents Eb/N0),

• Contrôle de puissance (puissances d’émission minimum des MSs et BTSs, différence entre UL et DL),

• Récepteur Rake et Soft HO.Simulations 82

SimulationsSimulations- M odèles de traf ic (type de s erv ices , taux d 'act iv ité, déb its , QoS, . .. ), - Répart ition des abonnés et dens ité par zone.

A ttribu tion des valeurs des facteurs de charges mon tant et

descendant par cellu le

Ca lcul du No is e r is e

Equ ilib rage du b ilan de lia is on

Para mètres d 'ingén ie r ie

- Cond it ions de p ropagation , - Ca ractér is tiques des équipements ,

- QoS par s erv ice, . ..

Optimis ation ou ajou t d 'équipements

Ca lcul du ma ximu m Path los s ou Rayon de la ce llu le

QoS as s u rée ?

Configu ration du rés eau

83

Synthèse : design du Synthèse : design du RANRAN1. Etablir les objectifs initiaux : services, trafic et

technologie,2. Dimensionnement du réseau : sites, Nodes B,

concentrateurs, MSCs, routeurs, liaisons de transmission, etc.

3. Planification cellulaire : nombre et localisation des sites pour assurer couverture et capacité,

4. Construction des sites et déploiement,5. Optimisation du réseau pour améliorer les

performances (mesures),6. Planification de l’évolution du réseau.

84

Hypothèses dedéploiement

Dimensionnementen capacité

Dimensionnement UMTSDimensionnement UMTSBilan de liaison

Demande marketing(trafic, couverture, débit/service, QoS)

Dimensionnementen couverture

Cartes de couvertureNombre de sites

Paramètres dubilan de liaison

Seuils de service

Configuration sites,RNCs et interfaces

Modèles de trafic

• Sites 2G existants,• Localisation RNC,• Types de liens (E1, STM1, …),• Hypothèses SHO.