CAPACITE DES SYSTEMES CDMA SUPPORTANT DES SERVICES MULTICLASSES

Principe de fonctionnement d’un réseau cellulaire

                 Dans le réseau téléphonique fixe, chaque abonné est identifié par le numéro d’une certaine boucle d’abonnés qui est reliée à un certain concentrateur. Dans le cas d’un téléphone cellulaire, l’identification est dans le poste téléphonique (station mobile) lui-même. La structure des cellules du réseau et la mobilité de l’utilisateur exigent du réseau cellulaire de suivre la localisation de chaque station mobile, afin de pouvoir conduire un appel à sa destination. Nous passerons en revue par la suite la façon dont le réseau cellulaire contrôle la mobilité des utilisateurs et les principes des appels lancés et reçus. Nous présenterons l’opération d’un réseau cellulaire en général ; donc, les limites et l’opération présentées peuvent ne pas être conformes aux limites et à l’opération détaillées d’une technologie de réseau particulière.
Stations mobiles au repos [1] La station mobile est préprogrammée pour savoir les fréquences des canaux de commande. Quand elle est alimentée, le mobile vérifie les fréquences et choisit la station de base avec le canal de commande commun le plus puissant. Ainsi, il lui transmet son code unique d’identification, qui peut être son numéro de téléphone (ou tout autre code d’identification selon le système), utilisant ce canal de commande afin d’informer le VLR. Ce dernier, avec l’aide de l’identification de la station de base, détermine l’adresse du pays d’origine et du centre du réseau de l’abonné. Puis le MSC/VLR transmet le message de signalisation vers le centre du réseau en question. Le message est conduit au HLR, qui est alors informé que cet abonné spécifié se situe maintenant dans la région d’un certain VLR. Le HLR stocke cette information. Il peut ensuite conduire les appels au MSC/au VLR directement, qui le conduit à son tour à l’abonné mobile. La station mobile alloue alors sans interruption le canal et, au besoin, effectue les transferts au canal commun de commande d’une autre cellule (voir figure 1.04). Chaque réseau est divisé en petits secteurs qui contiennent un groupe de cellules. Toutes les stations de base à l’intérieur d’un certain secteur envoient le même code global consacré pour ce secteur sur le canal commun de commande. Si les stations mobiles qui sont en mouvement changent de canal et de position, les informations envoyées par le réseau changent également ; la station mobile le note et informe le réseau, qui met à jour alors l’information sur la position stockée dans le VLR et le HLR (si nécessaire).
Appel sortant [1] Le numéro, que l’utilisateur veut appeler, est mémorisé dans la station mobile à partir des touches. Quand l’utilisateur appuie sur le bouton d’appel, la station mobile envoie un ensemble de messages de signalisation à la station de base par l’intermédiaire du canal commun de commande, suivant les indications de la figure 1.04. Ces messages contiennent les numéros composés que la station de base passe au MSC pour le cheminement. Le MSC analyse le numéro composé, remet les chiffres au réseau téléphonique public pour l’établissement de l’appel par le PSTN, et invite un BS à assigner un canal dédié à la parole pour le mobile appelant. La station mobile et les BS se connectent à ce canal lorsqu’une partie de l’appel arrive ; finalement, la conversation peut commencer.
Appel entrant [1] Quand un appel doit être relié à une station mobile, le HLR détermine à quelle adresse de VLR l’appel devrait être acheminé. Cette adresse est globale, elle définit en même temps le pays et les codes de réseau selon la numérotation internationale du téléphone. L’appel est alors amené au MSC/au VLR, qui connaît la localisation la plus exacte (le secteur de l’endroit) de cet abonné spécifié à l’intérieur de son secteur. Un message de pagination avec l’identification de la MS est envoyé sur le canal commun de commande de toutes les stations de base dans le secteur où l’abonné est actuellement localisé. La station mobile destinataire de l’appel écoute sans interruption ce canal et quand il reçoit le message contenant sa propre identification il demande un canal pour la voix et de ce fait, un canal lui est attribué pour son appel. Les BS et la MS se connectent à ce canal qui leur est attribué ; le téléphone sonne, et quand l’abonné appuie sur le bouton d’appel, l’appel est relié.
Handover ou handoff [1] [2] Pendant un appel la qualité de la connexion est toujours surveillée. La puissance de transmission de la MS et du BS est ajustée pour maintenir la qualité à un niveau suffisant tout en gardant en même temps la puissance de transmission aussi basse que possible. Quand une MS se déplace près de la frontière d’une cellule, la puissance de transmission est ajustée sur le maximum permis à cette cellule. Pendant qu’une MS se déplace plus loin du BS, le rapport S/N (Signal sur Bruit) du canal diminue et le taux d’erreur augmente. Si la qualité tombe au-dessous d’un niveau prédéterminé, un nouveau canal est assigné dans une cellule voisine et les BS et la MS sont invités à commuter à ce nouveau canal en même temps. Le réseau cellulaire analyse les résultats de mesure avant la commutation et estime la qualité de connexion entre la MS et ses cellules voisines. La meilleure alternative est choisie pour une nouvelle cellule.
Puissance de transmission d’une MS [1] Pendant la phase de planification d’un réseau cellulaire, la puissance de transmission maximum pour chaque cellule est définie. Cette puissance dépend de la taille désirée des cellules et des conditions géographiques. La puissance de transmission du canal commun de commande du BS est ajustée sur un niveau qui est assez élevé pour couvrir le domaine des cellules (mais pas trop élevé que le nécessaire). Durant un appel, le réseau, pour réduire au minimum l’interférence entre les cellules qui utilisent la même fréquence, commande sans interruption la puissance de transmission de la MS et de la BS. Ceci économise également la batterie de la MS.

Etalement de spectre

                      L’idée est de transformer un signal en bande relativement étroite en un signal qui a l’apparence d’un bruit sur une bande large. Le principe en l’étalement de spectre à séquence directe ou Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) consiste à remplacer chaque bit ‘1’ par une séquence de code à M ‘chips’ et chaque bit ‘0’ par la séquence complémentaire. Ces séquences de code sont judicieusement choisies pour leurs propriétés mathématiques. Comme le signal obtenu contient beaucoup plus de transitions (changement de chip) que le signal message original (changement de bit), la bande spectrale est élargie dans un rapport égal au nombre de chips. Il existe aussi d’autres méthodes : « sauts de fréquence » (frequency hopping), où la fréquence de la porteuse est changée M fois pendant la durée d’un bit de message. On obtient donc un spectre étalé en modulant le signal avec une séquence connue sous le nom de séquence pseudo aléatoire ayant une apparence de bruit, en remplacement de chaque bit de message. Le signal étalé (spectralement) doit apparaître comme du bruit, en particulier pour les autres transmissions éventuelles utilisant le même spectre étalé. Ceci permet aussi de cacher ou crypter le message d’où son ancienne utilisation par les militaires. A la réception, on calcule la corrélation du signal avec une réplique du code émetteur (la séquence pseudo-aléatoire : PN pour pseudo noise), ce qui permet de régénérer les bits de message selon sa valeur : positive (=>1), négative (=>-1) ou nulle (mauvais code).

CONCLUSION GENERALE

                 Le revenu global de l’opérateur dépend de la capacité du réseau qui est limitée par les ressources totales du système. Une étude judicieuse de la capacité s’avère alors nécessaire pour obtenir un meilleur rendement que ce soit pour l’exploitant du réseau que pour les utilisateurs. Dans le présent mémoire, après avoir examiné les théories des systèmes CDMA telles que la capacité d’un canal radio, la capacité d’Erlang, notre travail a été axé sur la conception d’un programme de simulation pour étudier le comportement de la capacité des systèmes CDMA supportant des services multiclasses. Ce programme permet de déterminer la capacité du système en fonction de toutes les contraintes imposées par la QoS et les paramètres comme la largeur de bande utilisée et les paramètres de voix et de données. Dans la partie simulation de cet ouvrage, nous avons analysé le comportement de la capacité du système en donnant différentes valeurs du rapport signal/bruit requis ( ) d req b N0 E / et du débit d’information Rd pour le groupe d’utilisateurs de données. Nous avons pu constater que :
• Le groupe d’utilisateurs qui a besoin d’une meilleure qualité d’information ou d’un débit d’information élevé a une limite inférieure du nombre maximum d’utilisateurs, ceci signifie que l’utilisateur dans ce groupe emploie plus de ressources système.
• La largeur de bande W permet d’augmenter la capacité totale du système.
Nous pouvons en conclure que pour obtenir un meilleur rendement, en ce qui  concerne une valeur élevée de la capacité, nous avons intérêt à choisir une large bande W et à prendre des valeurs raisonnables pour ( )d req b N0 E / et Rd. Mais dans la pratique, ces paramètres doivent rester dans les domaines admissibles limités par les performances technologiques et les normes internationales. De plus quelque soit la technologie utilisée, un opérateur de réseau peut augmenter sans limite la capacité en réduisant la taille des cellules. Naturellement, ceci exige l’emplacement de BS additionnelles Finalement, ce travail nous a permis de mettre en évidence les avantages pratiques du CDMA et connaître de façon précise les importances des différents paramètres. Par la suite, des études sur l’optimisation du système seraient envisageables. Cette partie nécessite alors des réalisations avec lesquelles nous pourrions effectuer des mesures et apporter encore des améliorations.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 . GENERALITES SUR LES COMMUNICATIONS CELLULAIRES
1.1 Présentation
1.2 Principes des réseaux cellulaires
1.3 Structure cellulaire
1.3.1 Structure cellulaire
1.3.2 HLR et VLR
1.3.3 Les Canaux Radio
1.4 Principe de fonctionnement d’un réseau cellulaire
1.4.1 Stations mobiles au repos
1.4.2 Appel sortant
1.4.3 Appel entrant
1.4.4 Handover ou handoff
1.4.5 Puissance de transmission d’une MS
1.5 Générations des systèmes cellulaires
1.5.1 Les trois générations des réseaux mobiles
1.5.1.1 La première génération
1.5.1.2 La deuxième génération
1.5.1.3 La troisième génération
1.6 Services
1.7 Les réseaux CDMA
1.7.1 Les techniques d’accès multiples ou techniques de multiplexages
1.7.1.1 Présentation
1.7.1.2 La technique d’accès FDMA ou AMRF
1.7.1.3 La technique d’accès TDMA ou AMRT
1.7.2 Les principes du CDMA
1.7.2.1 Etalement de spectre
1.7.2.2 Gain de Codage
1.7.2.3 PN codes
1.7.2.4 Trajets multiples et filtre en râteau
1.7.2.5 Contrôle de Puissance
1.7.2.6 Variation des débits des données
1.7.3 Principe du DS CDMA
1.7.4 Modèle de la liaison montante (uplink) du DS CDMA
CHAPITRE 2 . CAPACITE D’UN RESEAU CDMA SUPPORTANT DES SERVICES MULTICLASSES
2.1 Capacité du canal radio pour un système Direct Séquence (DS) CDMA
2.1.1 Présentation
2.1.2 Capacité du canal radio
2.1.2.1 Capacité du canal radio pour une cellule isolée
2.1.2.2 Capacité de canal radio multicellulaire
2.1.2.3 Exemple numérique 1
2.1.2.4 Solution
2.1.2.5 Exemple numérique 2
2.1.2.6 Solution
2.2 Capacité d’Erlang des systèmes CDMA
2.2.1 Présentation
2.2.1.1 Définition de la capacité d’un canal radio
2.2.2 Le modèle LLC
2.2.3 Le modèle LCD
2.2.3.1 Définition de la probabilité d’interruption
2.2.3.2 Expression de la probabilité de d’interruption
2.2.4 Cas d’un système CDMA
2.3 Capacité des systèmes de CDMA supportant des services multiclasses
2.3.1 Présentation
2.3.2 Modèle d’analyse du système
2.3.3 Capacité unicellulaire du CDMA
2.3.4 Capacité multicellulaire du CDMA
CHAPITRE 3 . SIMULATION SOUS MATLAB DE LA CAPACITE DES SYSTEMES CDMA
3.1 Présentation
3.2 Etude théorique
3.2.1 Deux groupes d’utilisateurs
3.2.1.1 Cas 1
3.2.1.2 Cas 2
3.2.2 Trois groupes d’utilisateurs
3.2.3 Interprétation
3.3 Simulation sous MATLAB
3.3.1 Principe
3.3.2 Page d’accueil
3.3.3 Choix des services
3.3.4 Lancement de la simulation
3.3.5 Deux groupes d’utilisateurs
3.3.5.1 Cas 1
3.3.5.2 Cas 2
3.3.6 Trois groupes d’utilisateurs
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1 : CHAINE DE MARKOV
ANNEXE 2: LA MODULATION BPSK
BIBLIOGRAPHIE

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