Les défis et solutions pour la couverture 4G sont cruciaux dans un monde où la demande en qualité de service explose. Cette recherche révèle des approches innovantes pour optimiser les ressources et réduire les coûts, tout en transformant notre compréhension des réseaux cellulaires modernes.
CHAPITRE 4
Introduction
La simulation d’un réseau permet d’atteindre plusieurs objectifs. Elle permet d’évaluer de manière approfondie les performances de réseau en analysant des paramètres tels que la latence, le débit, la capacité et le taux de réussite des transmissions. Dans ce chapitre, nous allons introduire l’outil de planification, à savoir Atoll, que nous avons employé lors de la simulation. Puis on va faire le dimensionnement du communes Imerintsiatosika et ses environs.
Logiciel Atoll
Nous avons choisi l’outil Atoll en raison de sa capacité à mettre en œuvre rapidement la méthode d’accès radio. Notre prochaine étape consistera à définir les paramètres géographiques et radio du réseau à planifier. Atoll est un logiciel de conception et de planification de réseaux cellulaires, basé sur une interface graphique facile et intuitive, développé par la société Forsk.
Il permet de réaliser des analyses préliminaires pour le déploiement de pratiquement tous les types de réseaux sans fil, de la phase de conception initiale à la mise en service finale. Son avantage principal réside dans sa capacité à prédire la couverture radio en fonction de conditions spécifiques, telles que les modèles de propagation, l’emplacement des antennes et les configurations variables de émetteurs.
De plus, il offre la possibilité de simuler directement les liaisons FH entre sites.
Les étapes à suivre lors de la planification de la couverture sous Atoll.
Voici les étapes de dimensionnement :
- Création du projet
- Configuration du système de projection
- Importation de la carte à planifier
- Étude de la zone à planifier
- Emplacement des sites
- Configuration et emplacement des émetteurs
- Prédictions
Création du projet
Lancez Atoll et créez un nouveau projet pour votre réseau sans fil. Voici les étapes à suivre pour le faire :
« Fichier Nouveau À partir d’un modèle de document… LTE »
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Figure 4.01 : Création d’un projet LTE.
Configuration du système de coordonnées
Un système de coordonnées est une méthode standardisée pour spécifier la position d’un point dans un espace géographique. Il peut s’agir de coordonnées géographiques (latitude et longitude) pour la terre. Lors de la planification de la couverture radio, il est important de connaître avec précision la position géographique des émetteurs, des antennes, des obstacles et des zones à couvrir. La configuration du système de coordonnées facilite cette analyse.
Dans notre projet, nous avons choisi le système géographique WGS 84 qui est un standard international. Pour Madagascar, le système de projection à utiliser dans l’Atoll est le WGS/UMT zone 38S. Vous pouvez le configurer en suivant ces étapes :
Document Propriétés… (puis choisir le système de coordonnées qui correspond à Madagascar)
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Figure 4.02 : Paramétrage du système de coordonnées.
Importation de la carte
Nous utiliserons le fichier madagascar.bil pour télécharger la zone que l’on souhaite à planifier à Madagascar. Voici les étapes à suivre pour ce faire :
Fichier Importer (puis choisir le fichier madagascar.bil)
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Figure 4.03 : carte de Madagascar.
Étude de la zone à planifier
Dans cette simulation, nous allons essayer de planifier la zone à haute altitude et la zone à haute densité de population à Madagascar. La figure suivante montre l’ensemble des zones à planifier, qui a une surface d’environ 61 𝐾𝑚2 et nous limitons d’abord la zone en forme hexagonale :
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Figure 4.04 : La zone réelle à planifier.
- Computation zone (en rouge) : utilisé pour délimiter la zone où Atoll prend en compte les émetteurs actifs.
- Focus zone (en vert) : c’est la zone exacte à planifier, où Atoll produit ses rapports et statistiques.
Nombres de sites nécessaires et choix du modèle de propagation utilisé
Après avoir connaître la superficie de la zone à couvrir, nous allons calculer maintenant le nombre d’eNodeB à déployer sur cette zone.
- Calcul des MAPL
MAPL = PIRE −𝑆𝑒𝑛𝑠𝑅𝑋 – 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 – pertes
- Calcul de PIRE
PIRE = Puissance totale + Gain d’antenne – Pertes
Avec :
𝑃𝑇𝑋 = 43 dBm (puissance d’émission / antenne) N = 2 (Nombre d’antennes de transmission
𝐺𝑇𝑋 = 18 dBi (Gain d’antenne)
Pertes = Pertes câble + perte du corps
Pertes = 1,80 Db
Donc :
PIRE = 59,2 dBm
PIRE = 𝑃𝑇𝑋 ∗ 10𝑙𝑜𝑔10(𝑁) + 𝐺𝑎𝑖𝑛 − 𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠
- Calcul de sensibilité de réception
SINR requis = – 9,74 dB Puissance de bruit = -104 dBm Facteur de bruit = 8 Db
Total de gain = 12,02 Db Surcharge protocolaire = 30,49 Db
Donc, le sensibilité de réception est égal à -109,7 dBm
- Calcul de Marges
Notons M = Marges
M= M (interférence) + M (shadowing) + M (pénétration) M d’interférence = 1,20 dB
M de shadowing = 18,64 dB M de pénétration = 20 dB
Alors ; M = 39,84 dB
- Calcul des autres
Posons qu’il n’y a pas des autres pertes. Conclusion :
MAPL = 59,2 – (-109,7) – 39,84 MAPL = 129,06 Db
- Calcul du rayon de cellule
Le modèle de propagation utilisé est l’Okumura Hata Selon la formule que nous avons vue au chapitre 3,
𝑅𝑐𝑒𝑙𝑙 = 10
𝑀𝐴𝑃𝐿 – 65.55−26.16𝑙𝑜𝑔10 (F)+ 13.82 𝑙𝑜𝑔10 (ℎ𝑏)+ a (ℎ𝑚)
44.9 – 6.55 𝑙𝑜𝑔10 (ℎ𝑏)
[
Afin de calculer le rayon de la cellule, nous allons prendre quelques valeurs obtenues à partir du modèle Okumura -Hata, et ces valeurs sont également utilisées lorsque nous configurons les sites dans la simulation.
F = 1400 MHz
ℎ𝑏= 30 m
ℎ𝑚= 1,5 m
a (ℎ𝑚)= (1.1 𝑙𝑜𝑔10 (F) – 0.7) ℎ𝑚 – (1.56𝑙𝑜𝑔10 (F) – 0.8)
a (ℎ𝑚)= -3,6347
D’après le calcul, 𝑅𝑐𝑒𝑙𝑙 = 229 m ou 0,229 km
On peut déduire le nombre de sites nécessaire à partir des formules suivantes :
9√3 × 𝑅𝑐𝑒𝑙𝑙2
𝑆𝑆3 = 8
𝑆𝑆3 = 0,103 𝑘𝑚2
𝑁𝑆𝑖𝑡𝑒𝑠= 3,02
𝑁𝑆𝑖𝑡𝑒𝑠
= E ( 𝑺𝒅é𝒑𝒍𝒐𝒊𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕)
𝑺𝑺𝑿
Alors, les nombres des sites que l’on doit installer dans la zone de 61𝑘𝑚2 sont 3.
Emplacement des sites
D’après le calcul précédent, il faudrait mettre en place 3 sites sur la zone de déploiement. La mise en place de nouveaux sites nécessite de gros investissements de la part de l’opérateur donc il est préférable de réutiliser des sites déjà existants.
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Figure 4.05 : Emplacement du site.
Configuration et emplacement des émetteurs
Les cellules de chaque site ont été configurées en fonction des données du bilan de liaison.
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Figure 4.06 : Configuration d’émetteur.
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Figure 4.07 : Activations des antennes.
Prédictions
Une fois les configurations de chaque site terminé, nous procèderons aux différents types de prédictions afin de déterminer si les attentes en termes de couverture, de débit et de qualité du réseau LTE ont été satisfaites.
- Couverture par d’émetteur
Cette prédiction nous fournit des données immédiates concernant les domaines de chaque antenne. On peut ensuite identifier les zones de superposition des antennes, puis les réduire pour réduire au minimum les interférences.
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Figure 4.08 : Couverture par émetteurs.
- Couverture par niveau de signal en downlink
Cette prédiction permet d’évaluer la qualité de la couverture réseau, assurant ainsi que les utilisateurs bénéficient d’un signal fiable pour avoir des connexions stables. De plus, elle identifie les zones présentant une couverture insuffisante. Donc, cette prédiction aide les opérateurs à planifier des améliorations, que ce soit par l’ajout de nouvelles stations de base ou l’ajustement des paramètres du réseau.
La figure 4.09 montre l’intervalle des niveaux de signal en downlink :
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Figure 4.09 : Niveau de signal en downlink.
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Figure 4.10 : Niveau de signal en downlink.
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Figure 4.11 : Niveau de signal en downlink vue par Google earth pro.
- Couverture par débit en downlink
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Figure 4.12 : Couverture par débit en downlink.
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Figure 4.13 : Couverture par débit en downlink vue par Google Earth.
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Figure 4.14 : Débit selon la couleur de zone à couvrir.
- Couverture par niveau de (C/I + N) en downlink
Cette prédiction montre l’estimation anticipée de la qualité du signal dans un environnement donné. C/I signifie Carrier-to-Interference ratio, c’est-à-dire le rapport signal-porteur sur interférence) en présence de bruit (N, qui représente le bruit). Cette prédiction permet d’évaluer la performance et la qualité d’un réseau sans fil.
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Figure 4.15 : Couverture par niveau de (C/I + N) en downlink.
Conclusion
Dans cette partie, nous avons déployé un réseau 4G LTE sur une zone située à Imerintsiatosika. Les prédictions ont été faites avec le logiciel Atoll. Les prédictions ont montré qu’il y a des zones de couverture faibles et il y a aussi des zones non-couverture, c’est pourquoi l’optimisation est nécessaire.
CONCLUSION GÉNÉRALE
Notre mémoire décrit le développement d’une technologie LTE pour répondre aux besoins croissants des utilisateurs en matière de vitesse et de services avancés. Il se concentre sur le dimensionnement des réseaux LTE. Cela revient donc à déterminer le nombre de sites à déployer pour combler les besoins en termes de couverture d’une zone déterminée et de faire les différents types de prédictions avec un outil de simulation.
Pour cela, nous avons étudié dans le premier chapitre les généralités des systèmes cellulaires et le concept cellulaire. Dans cette partie, nous avons parlé aussi l’évolution des systèmes cellulaires, de la première génération à la troisième génération.
Ensuite, le deuxième chapitre a été consacré pour l’étude détaillé du réseau 4G LTE, en particulier le fonctionnement du réseau d’accès.
Puis, le troisième chapitre, nous avons entamé les processus de dimensionnement du réseau quatrième génération, les méthodes de dimensionnement de la couverture, cela consiste à calculer le bilan de liaison et les nombres des sites nécessaires. Nous avons aussi présenté l’outil de mise en œuvre du réseau de quatrième génération.
Enfin, le dernier chapitre se penche sur la planification du réseau 4G LTE à la commune Imerintsiatosika et ses environs avec l’outil Atoll. Cela nous a permis de simuler sous le logiciel Atoll la couverture de la zone de déploiement. Cette zone couvre une superficie de 61 𝐾𝑚2. De cette manière, en utilisant les différents types de prédictions, il état possible d’évaluer si les exigences en ce qui concerne la portée, la qualité et la vitesse de transmission étaient effectivement satisfaites, ou s’il était nécessaire d’ajuster les paramètres pour optimiser les performances radio.
Questions Fréquemment Posées
Comment utiliser le logiciel Atoll pour planifier la couverture 4G LTE?
Pour utiliser Atoll, il faut créer un nouveau projet, configurer le système de projection, importer la carte à planifier, étudier la zone à planifier, définir l’emplacement des sites et des émetteurs, puis effectuer des prédictions.
Quels sont les paramètres à considérer lors de la planification de la couverture radio?
Les paramètres à considérer incluent la latence, le débit, la capacité, le taux de réussite des transmissions, ainsi que la position géographique des émetteurs et des obstacles.
Quelle méthode est utilisée pour calculer le nombre d’eNodeB nécessaires?
Le nombre d’eNodeB nécessaires est calculé en utilisant la formule MAPL = PIRE − SensRX – marges – pertes, où PIRE est la puissance isotrope rayonnée équivalente.