Soutenance mémoire
GÉNÉRALITÉS SUR LA COMMUNICATION MOBILE SANS FIL
Etat des lieux des abonnés au mobile
L’International Telecommunications Union (ITU) estime durant la fin 2013, environ six virgule huit milliards d’abonnements au cellulaire mobile à l’échelle planétaire comme nous le pouvons constater sur la figure 1.01, et d’ici la fin 2014 ce chiffre devrait effleurer les sept milliards. La moitié de ces abonnements sont souscrits dans la région Asiatique.
L’ITU collabore étroitement avec les offices nationaux de la statistique en vue d’améliorer la disponibilité et la qualité des données sur l’utilisation des téléphones mobiles et d’autres technologies de l’information et de la communication [23].
Le réseau de première génération (1G)
La première génération (1G) de réseaux mobiles naissait vers les 1980 et est caractérisée par plusieurs technologies instaurées au même moment dans le monde. Nous pouvons mentionner quelques-unes de ces technologies :
❖ AMPS (Advanced Mobile Phone System);
❖ TACS (Total Access Communication System);
❖ NMT (Nordic Mobile Telephone);
❖ Radiocom2000;
❖ C-NETZ.
Ces systèmes ne parvenaient pas à offrir un service de téléphonie en mobilité. En effet, ils n’arrivaient pas à dépasser les frontières de leurs pays d’origine et aucun système ne s’imposa en tant que véritable norme internationale. Cette hétérogénéité résultait principalement des cloisonnements nationaux en vigueur à l’époque dans le domaine des télécommunications. Elle impliquait de fait l’incompatibilité des systèmes et l’impossibilité d’itinérance internationale. Cet échec relatif était primordial dans la reconnaissance par les différents pays de la nécessité de définir des normes de téléphonie mobile à l’échelle internationale. Cependant, techniquement, ces systèmes étaient basés sur un codage et une modulation de type analogique. Ils employaient une technique d’accès multiples FDMA (Frequency Division Multiplex Access), associant une fréquence à un utilisateur. La capacité de ces systèmes restait très limitée, de l’ordre de quelques appels voix simultanés par cellule. Cette contrainte de capacité, et les coûts élevés des terminaux et des tarifs de communication ont restreint l’utilisation de la 1G à un très faible nombre d’utilisateurs. Par ailleurs, les dimensions importantes des terminaux limitaient significativement leur portabilité [3].
Le 2G-GSM : Global System for Mobile communications
Concept cellulaire
Rappelons qu’au tout début, les réseaux de première génération possédaient des zones de couverture de taille d’une cinquantaine de kilomètre de rayon environ, où une station de base était située au centre de la cellule. Ce système offrait une bande de fréquences statiques à chaque abonné qui se trouvait dans la cellule ; qu’il en ait besoin ou non. Par conséquent, ce système ne permettait donc de fournir un service qu’à un nombre d’utilisateurs équivalent au nombre de bandes de fréquences disponibles. Pour y remédier, le concept de cellule a pris naissance, en effet le principe est de subdiviser le territoire en de petites zones, dites cellules, et ainsi de partager les fréquences radio entre celles-ci. Une cellule est définie comme la surface sur laquelle le téléphone mobile peut établir une liaison avec une station de base déterminée. Chaque cellule est équipée d’une station de base fixe munie de ses antennes installées sur un point culminant (immeuble, pylône, toit). Ces cellules doivent être contiguës sur la surface couverte. Cependant, face au nombre restreint de fréquences dédiées au système GSM, l’opérateur téléphonique est obligé de réutiliser les mêmes fréquences sur des cellules suffisamment éloignées de telle sorte que deux communications utilisant la même fréquence ne se brouillent pas [3] [8].
En outre, l’hexagone est la forme régulière qui ressemble le plus au cercle et que l’on peut juxtaposer sans laisser de zones vides. Néanmoins, la réalité des lieux est bien différente de ce modèle théorique, principalement en zone urbaine où plusieurs obstacles empêchent une propagation linéaire. La figure 1.02 représente la structure d’un réseau cellulaire avec la réutilisation des fréquences numérotée de un à sept. La taille limitée des cellules permet de limiter la puissance d’émission nécessaire pour la liaison entrainant ainsi l’augmentation de l’autonomie des téléphones portables. En effet, pour diminuer la consommation d’énergie du téléphone tout en augmentant son autonomie, la puissance d’émission de cette dernière est calculée en fonction de sa distance à la station de base. Et à l’aide des mesures permanentes entre le mobile et la station de base, les puissances d’émission sont régulées en permanence, garantissant ainsi une qualité de liaison convenable pour une puissance minime. On distingue plusieurs types de cellules en fonction de leur rayon de couverture, lié à la puissance d’émission de la station de base, et de leur usage par les opérateurs :
❖ Les cellules macro sont des cellules larges, dont le rayon est compris entre quelques centaines de mètre et plusieurs kilomètres. Les cellules macro couvrent l’ensemble d’un territoire de façon régulière et forment ainsi l’ossature de la couverture d’un réseau mobile. Elles sont souvent déployées dans les zones rurales. Cependant, elles sont contrôlées par des stations de base macro dont la puissance est typiquement de 40 W pour une largeur de bande e 10 MHz. Leurs antennes sont placées sur des points hauts.
❖ Les cellules micro sont des cellules de quelques dizaines à une centaine de mètre de rayon, destinées à compléter la couverture des cellules macros dans des zones denses ou mal couvertes. Donc les stations de base associées sont des stations de base micro et leur puissance est de l’ordre de 10 W. Leurs antennes sont typiquement placées sur la façade des bâtiments.
❖ Les cellules pico poursuivent le même objectif que sur les cellules micron, mais sont associées à des puissances plus faibles, environ 0,25 à 5 W. Elle peut donc servir à couvrir des points d’accès ou de grandes zones intérieurs, tels que des aéroports ou des centres commerciaux. Les antennes des stations de bases pico peuvent être placées comme celles des stations de base micro.
❖ Les cellules femto sont des petites d’une dizaine de mètres de rayon, principalement destinées à couvrir une habitation ou un étage de bureaux. Elles sont associées à des puissances faibles, de l’ordre d’une centaine de mW et sont déployées à l’intérieur des bâtiments.
A noter qu’au cours d’un déplacement, il est possible qu’on sorte d’une cellule. Il est nécessaire alors de changer de station de base sans coupé la communication : c’est le transfert intercellulaire ou handover. Ce transfert est géré par la mesure en permanence de la force du signal radio reçu visà-vis de la station de base et du mobile tout en écoutant aussi les stations de base des cellules voisines. Ainsi, lorsque le téléphone mobile remarque qu’il reçoit mieux une autre station de base que celle avec laquelle il échange les signaux, il en informe sa station de base. Par conséquent la station de base décide alors de passer le relais à la station de base voisine et met en œuvre la procédure de handover, comme sur la figure 1.03 .
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉ SUR LA COMMUNICATION MOBILE SANS FIL
1.1 Introduction
1.2 Etat des lieux des abonnés au mobile
1.3 Le réseau de première génération (1G)
1.4 Le 2G-GSM : Global System for Mobile communications
1.4.1 Concept cellulaire
1.4.2 Architecture général du réseau
1.4.3 Le GPRS (General Packet Radio Service)
1.4.4 EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution)
1.5 Le 3G-UMTS : Universal Mobile Telecommunications System
1.5.1 Description
1.5.2 HSPA
1.5.3 HSPA+
1.5.4 Architecture général du réseau
1.6 Vers le LTE
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 : LE RÉSEAU D’ACCES LTE
2.1 Introduction
2.2 Les motivations pour LTE
2.2.1 La croissance des données mobiles
2.2.2 Les Motivations supplémentaires
2.3 Processus de normalisation du LTE
2.3.1 3GPP
2.3.2 Les exigences pour LTE
2.4 Architecture du réseau LTE/EPC
2.5 Le réseau d’accès LTE
2.6 Les canaux en LTE
2.6.1 Canaux logiques
2.6.2 Canaux de transport
2.6.3 Canaux physiques
2.6.4 Association des différents canaux
2.7 Structure de trame de l’interface radio
2.8 Dimension fréquentielle
2.9 Conclusion
CHAPITRE 3 : L’ACCES DOWNLINK POUR LTE
3.1 Introduction
3.2 Les technologies d’activation en LTE voie descendante
3.2.1 Codage de canal et modulation
3.2.2 Adaptation de lien
3.3 OFDM en LTE
3.4 Technique de multiplexage MIMO en LTE
3.4.1 Diversité de transmission
3.4.2 Multiplexage spatiale
3.4.3 Beamforming
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 : ÉVALUATION ET SIMULATION DES PERFORMANCES DE LTE POUR LA PARTIE DOWNLINK
4.1 Introduction
4.2 Modèle du canal de transmission AWGN
4.3 Condition de propagation multi-trajets
4.4 Traitement de la couche PHY
4.5 Précodage MIMO
4.6 Mappage de couches
4.7 Description du simulateur
4.8 Simulation sous MATLAB
4.8.2 Performance de la modulation en LTE
4.8.3 Performance du codage en LTE
4.8.4 LTE en voie descendante
4.9 Résultats de la simulation
4.9.1 Performance de la modulation en LTE
4.9.2 Performance du codage
4.9.3 Performance LTE en voie descendante
4.10 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
