L’évaluation de la couverture radio 4G révèle que 30% des utilisateurs rencontrent des problèmes de connexion. Cette étude novatrice met en lumière les défis du déploiement des réseaux mobiles et propose des solutions pour optimiser la qualité de service tout en réduisant les coûts d’investissement.
Bilan de liaison
Le bilan de liaison est une évaluation de la liaison entre la station de base (eNodeB) et le terminal utilisateur (UE). L’objectif du bilan de liaison est de s’assurer que le signal atteint le terminal utilisateur avec une puissance et une qualité suffisante pour une communication fiable.
L’équation du MAPL est utilisée pour calculer la perte de trajet maximale autorisée en prenant en compte les différents éléments du système. L’équation du MAPL est une composante essentielle du bilan de liaison, car elle permet d’estimer la perte de signal et de déterminer si la liaison respecte les exigences de couverture et de qualité du système.
L’équation du bilan de liaison s’écrit :
𝑀𝐴𝑃𝐿=𝑃𝐼𝑅𝐸−𝑆𝑒𝑛𝑠𝑅𝑋−∑𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠 −∑𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒s (3.01)
Avec :
𝑃𝐼𝑅𝐸 : Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente ou EIRP (Equivalent Isotropy Radiated Power) (dBm)
𝑆𝑒𝑛𝑠𝑅𝑋 : sensibilité de référence du récepteur (dB)
∑𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠 : somme des pertes au cours de la propagation du signal jusqu’au récepteur (dB)
∑𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 : somme des marges (dB)
- PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée équivalente)
La puissance rayonnée par une antenne, également appelée Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente, est une mesure de la puissance totale rayonnée par une antenne dans une direction donnée. Elle correspond à la puissance qu’une antenne réelle devrait émettre pour produire le même électromagnétique à une certaine distance. La PIRE est exprimée en dBm et donnée par la formule suivante [21].
PIRE = 𝑃𝑇𝑋 + 𝐺𝑇𝑋 – 𝐶𝐿𝑇𝑋 – 𝐵𝐿𝑇𝑋 (3.02)
a. Les Paramètres pour le calcul de PIRE
- 𝑃𝑇𝑋 = Puissance de sous-porteuse ou puissance d’entrée représente la puissance électrique appliquée à l’antenne. (dBm)
La 𝑃𝑇𝑋 est exprimée par :
𝑃𝑇𝑋=𝑃𝑇𝑋 𝑚𝑎𝑥 − 10 * 𝐿𝑜𝑔10 (𝑁𝑠𝑝 ∗ 𝑁𝑃𝑅𝐵) (3.03)
Avec :
- (𝑁𝑠𝑝 ∗ 𝑁𝑃𝑅𝐵) : c’est le nombre de sous-porteuses pour distribuer la puissance
- 𝑃𝑇𝑋 𝑚𝑎𝑥 ∶ Puissance maximale de l’émetteur
- 𝑁𝑠𝑝 ∶ Nombre de sous porteuse
- 𝑁𝑃𝑅𝐵 ∶ Nombre de ressource blocs de la bande passante du système.
Tableau 3.01 : Valeur de la puissance maximale de l’émetteur.
- 𝐺𝑇𝑋 : Gain introduit au niveau de l’émetteur, il est exprimé en dBi.
Pour le lien descendant, le gain de l’émetteur correspond au gain de l’antenne de la station de base (eNodeB), en revanche, pour le lien montant, le gain de l’émetteur est équivalent à 0 dB, ce qui correspond au gain de l’équipement utilisateur.
- 𝐶𝐿𝑇𝑋 (Cable Loss) : perte de câble, elles sont exprimées en dB.
La perte de câble en liaison descendante est la perte de câble eNodeB. Il inclut toutes les pertes entre l’antenne et le RRU, telles que la perte d’alimentation, la perte de connecteur, etc.
En général :
- Si RRU est installé sur la tour, la perte de câble peut être définie sur 0,5 dB.
- Si RRU n’est pas installé sur la tour, la perte de câble peut être définie sur 3 dB en tenant compte de la perte de la ligne d’alimentation et de la perte du cavalier.
- 𝐵𝐿𝑇𝑋 (Body Loss) ∶ Perte de type signal au niveau de l’émetteur (dB), elle correspond à l’affaiblissement causé par l’absorption d’une partie de l’énergie transmise par le corps humain. Cette perte est négligeable dans les deux sens de communication, c’est-à-dire qu’elle est pratiquement nulle.
Elle est donnée par :
𝑅𝑚𝑖𝑛 = 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑅𝑋 – 𝐺𝑅𝑋 + 𝐶𝐿𝑅𝑋 + 𝐵𝐿𝑅𝑋 + 𝐼𝑀 (3.04)
Avec :
- 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑅𝑋 ∶ Sensibilité du récepteur
- 𝐺𝑅𝑋 : Gain d’antenne au niveau de récepteur
- 𝐶𝐿𝑅𝑋 : Perte du câble au niveau de récepteur
- 𝐵𝐿𝑅𝑋 : Perte du corps
- 𝐼𝑀 : Marge d’interférence
- La sensibilité du récepteur
Elle est le niveau de signal minimum que le récepteur doit avoir pour éviter les coupures radio. Elle est donnée par la formule suivante :
𝑆𝑒𝑛𝑠𝑅𝑋 = 10 𝑙𝑜𝑔10(k.T. 𝐵𝑅𝑋) + 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑟𝑒𝑞 + NF (3.05)
Avec:
- K: Constante de Boltzmann (1.388062 * 10−23)
- T : Température ambiante en K (Kelvin)
- 𝐵𝑅𝑋 : largeur de bande de réception, elle est conditionnée par le nombre de blocs de ressources nécessaires ainsi que la largeur de ressource blocs
- 𝑆𝐼𝑁𝑅𝑟𝑒𝑞 : valeur de SINR requise au récepteur, celle de 𝐵𝑅𝑋, du débit d’information requis, schéma CoMP, MIMO, etc.
- NF : Noise Figure (dB) :
- Le facteur de bruit de l’UE est normalement défini sur 7dB .
- Le facteur de bruit d’eNodeB est lié au mode de fonctionnement (FDD et TDD) et à la bande
- IM : Marge d’implémentation, elle varie selon le constructeur et prend en compte les erreurs restantes dans la section RF du récepteur, telles que les erreurs d’échantillonnage, la quantification, …
- 𝐺𝑅𝑋,𝑑 : Gain de diversité de réception (dBi), elle dépend du type de récepteur et du nombre d’antennes. Avec
𝐺𝑅𝑋,𝑑 = 10 𝑙𝑜𝑔10(𝑁𝑅) (3.06)
- Gain d’antenne au niveau de récepteur
- En liaison descendante, le gain d’antenne au niveau du récepteur est le gain d’antenne d’UE, normalement, il est défini sur 0.
- En liaison montante, le gain d’antenne au niveau du récepteur est le gain d’antenne d’eNodeB.
- Perte du câble au niveau de récepteur
- La perte de câble en liaison descendante est la perte de câble d’UE, normalement elle est de 0
- La perte de câble en liaison montante est la perte de câble d’eNodeB
- Énergie transmise par le corps humain ou perte du corps
- La perte due au corps au niveau du récepteur en liaison descendante est liée au type de service. Ce qui suit est un exemple de perte de corps
Tableau 3.02 : valeur de la perte due au corps.
- La perte de corps au niveau du récepteur en liaison montante est égale à 0
- Marge d’interférence
La marge d’interférence doit être entrée dans le bilan de liaison. Elle est liée à la charge cible du système et à certains autres paramètres. Dans la pratique, la marge d’interférence dépend fortement de la capacité prévue, il y a donc un compromis entre la capacité et la couverture, tout comme les autres technologies cellulaires.
- Pertes de pénétrations
La perte de pénétration indique l’affaiblissement des signaux radio d’un terminal intérieur à une station de base en raison d’une obstruction par un bâtiment. Il est lié à l’angle d’incidence, au terrain et à la fréquence de travail. Le tableau 3.03 montre les valeurs typiques pour la perte de pénétration en dB :
Tableau 3.03 : Perte de pénétration.
- Marges d’atténuation due aux ombres
Pour minimiser l’effet de l’atténuation due aux ombres et garantir une certaine probabilité de couverture des bords, certaines adaptations doivent être faites. C’est ce qu’on appelle la
« Marge d’atténuation lente » ou la « marge d’atténuation due aux ombres ».
[8_evaluation-de-la-couverture-radio-4g-strategies-innovantes_16]
Figure 3.02 : Marge d’atténuation.
La marge d’affaiblissement d’ombre est liée à l’exigence de probabilité de couverture de la zone et à l’écart-type de l’affaiblissement. L’écart-type de l’affaiblissement lent montre la distribution de la force du signal radio à différents points de test à des distances similaires de l’émetteur. L’écart-type de l’affaiblissement lent varie en fonction de la forme géologique. Dans les zones planes, telles que les zones rurales et ouvertes, l’écart-type de l’affaiblissement lent est inférieur à celui des zones suburbaines et urbaines. Les exigences en termes d’écart-type dans les zones urbaines denses avec une configuration de bâtiments très intégrée et une exigence de couverture en intérieur plus profonde sont encore plus élevées que dans un environnement urbain typique.
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Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce que le bilan de liaison dans l’évaluation de la couverture radio 4G?
Le bilan de liaison est une évaluation de la liaison entre la station de base (eNodeB) et le terminal utilisateur (UE), visant à s’assurer que le signal atteint le terminal avec une puissance et une qualité suffisantes pour une communication fiable.
Comment calcule-t-on la Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente (PIRE)?
La PIRE est calculée avec la formule PIRE = P_TX + G_TX – C_LTX – B_LTX, où P_TX est la puissance d’entrée, G_TX est le gain de l’émetteur, C_LTX est la perte de câble et B_LTX est la perte de type signal au niveau de l’émetteur.
Quelle est la sensibilité du récepteur dans le contexte de la couverture radio 4G?
La sensibilité du récepteur est le niveau de signal minimum que le récepteur doit avoir pour éviter les coupures radio, et elle est donnée par la formule Sens_RX = 10 log10(k.T.B_RX) + SINR_req + NF.