Optimisation des paramètres radio du réseau mobile 4G par la logique floue

Les réseaux des opérateurs mobiles ont été conçus initialement pour le trafic de la voix. Progressivement, la nature du trafic a évolué vers des services plus complexes de données tels que les SMS, l’accès Internet ou encore la télévision mobile. Les équipementiers ainsi que les opérateurs mobiles ont su accompagner cette évolution en introduisant de nouveaux types de modulations et de technologies d’accès et technologies de réseau. Cependant, l’évolution au cours de la dernière décennie est sans aucune commune mesure comparée au tsunami du besoin en bande passante déclenché notamment par la généralisation des abonnements data mobiles et notamment avec un usage du vidéo streaming pour mobile depuis les Smartphones. L’introduction de la 4G a donc été anticipé par les opérateurs afin de mieux contrôler cette évolution des usages dans un monde mobile tout IP.

Depuis plusieurs années le développement des réseaux mobiles n’a pas cessé d’accroitre, plusieurs générations (G) se réfère généralement à un changement dans la nature fondamentale du service, de la technologie de transmission non-compatible, et de nouvelles bandes de fréquences. Les nouvelles générations sont apparues environ tous les dix ans depuis le premier mouvement de 1981 analogique (1G) à (2G) transmission numérique en 1992. Elle a été suivie, en 2001, par la 3G support multimédias, la transmission à étalement de spectre et de débits de pointe de 200 kbit / s; et en 2011 par la 4G, qui se réfère à tout IP des réseaux commutés, ultrahaut débit mobile (vitesse mégabit) accès et de transmission multi-porteuse.

La Premier Génération

La première génération de réseaux mobiles émerge au cours des années 1980 et est caractérisée par une multitude de technologies introduites en parallèle à travers le monde. Ces systèmes devaient offrir un service de téléphonie en mobilité. Ils ne parvinrent pas à réellement franchir les frontières de leurs pays d’origine et aucun système ne s’imposa en tant que véritable norme internationale. D’un point de vue technique, ces systèmes étaient basés sur un codage et une modulation de type analogique. Ils utilisaient une technique d’accès multiples appelée FDMA (Frequency Division Multiplex Access), associant une fréquence à un utilisateur. La capacité de ces systèmes demeurait très limitée, de l’ordre de quelques appels voix simultanés par cellule. Cette contrainte de capacité, ainsi que les coûts élevés des terminaux et des tarifs de communication ont restreint l’utilisation de la 1G à un très faible nombre d’utilisateurs.

La deuxième génération

La deuxième génération de réseaux mobiles (2G) es telle aussi marquée par le nombre de systèmes ayant été définis et déployés à travers le monde. On retrouve le GSM (Global System for Mobile communications) en Europe, le PDC (Personal Digital Communications) au Japon et l’IS-95 aux ÉtatsUnis. Ces systèmes, dans leurs versions initiales, donnaient accès au service voix en mobilité, mais aussi aux messages textes courts plus connus sous le nom de SMS ( Short Message Service).

En complément, ces systèmes permettaient des transferts de données à faible débit. Les progrès technologiques réalisés dans la conception de circuits hyperfréquences et de dispositifs de traitement numérique du signal permirent une réduction drastique de la taille des terminaux, autorisant une réelle mobilité.

GSM (Global System for Mobile Communication)

Le GSM est apparu dans les années 90. Il s’agit de la norme 2G. Son principe, est de passer des appels téléphoniques, s’appuyant sur les transmissions numériques permettant une sécurisation des données (avec cryptage), il a connu un succès et a permis de susciter le besoin de téléphoner en tout lieu avec la possibilité d’émettre des minimessages (SMS, limités à 80 caractères). Ainsi qu’il autorise le roaming entre pays exploitant le réseau GSM. Devant le succès, il a fallu proposer de nouvelles fréquences aux opérateurs pour acheminer toutes les communications, et de nouveaux services sont aussi apparus, comme le MMS. Le débit de 9.6 kbps proposé par le GSM est insuffisant, dans ce concept, ils ont pensaient à développer de nouvelles techniques de modulations et de codages qui ont permis d’accroitre le débit pour la nouvelle génération .

Architecture du système 

Un système de réseau mobile a deux composantes principales: le fixe installé l’infrastructure (réseau) et les abonnés mobiles, qui utilisent les services du réseau. Le réseau installé fixe peut encore être subdivisé en trois sous-réseaux sont les suivants:
✦ Sous-systèmes de station de base (BSS).
✦ sous-système de d’acheminement (NSS).
✦ sous-systèmes d’exploitation et de maintenance (OSS).

Le sous-système radio (BSS)
Celui-ci comprend le contrôleur de station de base (BSC) et de Base Transceiver Station (BTS ). La contrepartie à une station mobile (MS) dans un réseau cellulaire est la Base Transceiver Station, qui est l’interface mobile vers le réseau. Une BTS est généralement situé dans le centre d’une cellule. La BTS dispose les canaux de radio pour la signalisation et le trafic de données d’utilisateur dans les cellules. Les principaux rôles de la BSC comprennent:
✦ administration de fréquence.
✦ contrôle des BTS.
✦ fonctions d’échange.

sous-système de d’acheminement (NSS)
Le sous-système de d’acheminement (NSS) se compose de Mobile centres et bases de données, qui stockent les données requises pour les dispositions de routage et de commutation. Le nœud de commutation d’un réseau de téléphonie mobile est appelé centre de commutation mobile (MSC). Il effectue toutes les fonctions de commutation d’un nœud de commutation réseau fixe.

La Troisième génération

La troisième génération de réseaux mobiles (3G) regroupe deux familles de technologies ayant connu un succès commercial : l’UMTS ( Universal Mobile Telecommunications System ), issu du GSM et largement déployé autour du globe, et le CDMA2000, issu de l’IS-95 et déployé principalement en Asie et en Amérique du Nord. Les interf aces radio de ces deux familles reposent sur des caractéristiques techniques proches, notamment un schéma d’accès multiples à répartition par les codes (CDMA). Dans ce qui suit, nous nous concentrons sur l’UMTS, car c’est cette famille de technologies qui va donner naissance au LTE.

La quatrième génération

4G se réfère à la quatrième génération de normes sans fil cellulaires. Il est le successeur des familles de normes 3G et 2G. La nomenclature du générations se réfère généralement à un changement dans la nature fondamentale du service, de la technologie de transmission compatible non vers l’arrière et le nouveau des bandes de fréquences., la transmission à spectre étalé et au moins 200 kbit / s, devrait bientôt être suivie par 4G, qui se réfère à tous les réseaux IP à commutation de paquets, mobiles ultra-large bande (vitesse gigabit) accès et de transmission à porteuses multiples. technologies pré-4G comme le WiMAX mobile et la première version 3G Long Term Evolution (LTE) sont disponibles sur le marché depuis 2006 et 2009, respectivement.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I Evolution du réseau mobile
I.1 Introduction
I.2 La Premier Génération
I.3 La deuxième génération
I.3. 1 GSM (Global System for Mobile Communication)
I.3. 1.1 Architecture du système
I.3.1.2 Utilisation des fréquences
I.3.1.3 Débit de système
I.3.2 Le réseau GPRS (General Packet Radio Service)
I.3.2 .1 Architecture du système
I.4 La Troisième génération
I.4.1 UMTS (Universal Mobile Télécommunications System)
I.4.1.1 Architecture du système
I.4.1.2 Les fréquences de l’UMTS
I.4.1.3 Le débit de l’UMTS
I.4.1.4 Le mode de transmission dans le réseau UMTS
I.5 La quatrième génération
I.5.1 LTE (Long Term Evolution)
I.5.1.1. Architecture du système
I.6. Conclusion
Chapitre II Etude détaillée de réseau LTE
II.1 INTRODUCTION
II.2 Les caractéristiques fondamentaux du LTE
II.2.1 Débits et fréquences du réseau LTE
II.2.2 La latence
II.2.3 Les technique d’accès
II.2.4 Multiplexage
II.2.5 Modulation adaptative
II.3 Les Paramètres radio du réseau LTE
II.3.1 Délai pour la transmission de données
II.3.2 Mobilité
II.3.3 L’efficacité spectrale cellulaire
II.3.4 Puissance de control
II.4 Propriétés du réseau LTE
II.4.1 Structure de trame de l’interface radio
II.4.2 L’interface radio du LTE
II.5 Le Handover en LTE
II.5.1 Types du Handover
II.5.2 Techniques de Handover
II.5.3 Processus de Handover LTE
II.5.4 Les principaux paramètres lors d’un Handover
II.6. Conclusion
Chapitre III l’intelligence artificielle
III.1 Introduction
III.2 Définition de la logique floue
III.3 Domaines d’applications
III.4 Principe de fonctionnement
III.4.1. Univers de discours
III.4.2. Fonctions d’appartenance
III.4.3 Opérateurs de la logique floue
III.4.4 Raisonnement en logique floue
III.5 Conclusion
Chapitre IV Solution proposée
IV.1. Introduction
IV.2. Présentation du simulateur Matlab
IV.3 Paramètres de simulation
IV.4 Résultats de simulation
IV.5 Intégration de la logique floue dans la simulation
IV.5.1 Modèle traditionnel
IV.5.2 Notre modèle
IV.5.3 Système d’interférences flou
IV.5.4 Fonctions d’appartenance
Le tableau IV.3 résume les 68 états pour que le mobile prend une décision pour le HO
IV.6 Résultats et interprétations
IV.7 Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographique

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