TD : Systèmes Cellulaires Rappel : concept cellulaire
Exercice 1 :
1- K=9 => i=0 et j=3 => 9 = 3x3 + 0 + 0 (voir figure le motif) (ou i=0 et j=3) 234-
3 × 3 × √ 3 × 3√ 3 −√ 3 ∑= − × × √ 3
: la distance de réutilisation
et
avec
avec n est le facteur d’atténuation
Exercice 2 :
Exercice 3 :
Exercice 4: On considère la station de base d'un réseau GSM. Cette station gère l'interface avec les mobiles de sa cellule. L'interface utilise une technique d'accès au canal radio de type FTDMA, dans laquelle la trame de base possède 16 porteuses, c'est-à-dire 16 fréquences disponibles. La durée de la trame est de 4,615 ms, et chaque trame est divisée en 8 tranches de temps.
a) Si une parole téléphonique compressée en GSM représente 12 Kbit/s, combien de communications simultanées une cellule peut-elle contenir au maximum ? Une tranche de temps correspond au passage d’une voie GSM. Il y a donc 8 voies de parole par porteuse et donc 8 x 16 = 128 voies de parole.
b) Pourquoi le transfert de données est-il limité à 9,6 Kbit/s sur le GSM ? Les canaux de parole permettent un débit effectif de l'ordre d'une dizaine de kbits/s, correspondant à la compression de la parole téléphonique. Si Ion remplace la parole par une transmission de données, le canal permet une transmission à 9,6 Kbit/s.
c) Si un client souhaite obtenir une communication à 64 Kbit/s, combien doit-il trouver de tranches disponibles sur chaque trame pour arriver à ce débit ? Il faut 6 tranches de temps. Sur chaque tranche de temps, un débit de 9,6 Kbit/s peut être pris en charge
d) En supposant que l'on puisse permettre à un utilisateur d'atteindre des débits en mégabit par seconde, combien de tels abonnés pourraient être pris en charge simultanément? Si un utilisateur peut acquérir l’ensemble des 8 tranches de temps d’une porteuse, cela lui permet d’obtenir un d ébit de 8 x 9,6 = 76,8 Kbit/s. Même si un seul utilisateur pouvait occuper toutes les tranches et toutes les porteuses (un seul utilisateur prendrait toutes les ressources de la cellule), il aurait un débit total de 1228,8 Kbit/s, c’est -à-dire un peu plus d’un Mbit/s.
e) On suppose que deux cellules se recouvrent partiellement de façon à éviter une coupure des communications. Un mobile peut-il capter la même fréquence sur les deux cellules ? Non, un mobile ne peut capter la même fréquence sur les deux cellules si un TDMA est utilisé il y aurait des interférences.
f) On suppose que le mobile capte les fréquences des deux cellules. Comment doit-t-il choisir sa cellule dans le GSM ?
Dans le GSM, le terminal choisit la cellule d’où provient l’émission la plus forte.
g) La technique TDMA affecté une tranche de temps à un utilisateur pendant sa communication. Que se passe-t-il si ce client n'a rien à transmettre pendant un certain laps de temps ?
Les tranches de temps sont perdues. Des mécanismes existent pour essayer d'utiliser ces tranches perdues, mais ils ne sont encore que très peu employés. L'augmentation du transfert de données pourrait permettre une utilisation de ces tranches en affectant des paquets de données sur les intervalles libres.
h) Pourquoi un système cellulaire permet-il de couvrir le monde entier, sachant que le problème principal d’un tel système provient d’un nombre de fréquences limité ?
Le découpage en cellules permet de recouvrir un territoire. Une même fréquence ne peut être utilisée dans deux cellules connexes, car cela entraînerait des interférences. En revanche, une même bande de fréquences peut être utilisée dans deux cellules qui ne sont pas connexes. De ce fait, grâce à la technique cellulaire, on peut réutiliser des centaines de milliers de fois la même fréquence.
Exercice 5 Pour éviter de déconnecter un utilisateur en cours de transmission, il faut que, lors d'un handover, une fréquence soit disponible dans la nouvelle cellule. a) Existe-t-il un moyen de s'assurer qu'il y ait toujours une fréquence disponible ?
Non, il n’y a, a priori, aucun moyen d’être sûr qu’il y a une fréquence disponible dans la cellule dans laquelle le mobile entre. Cependant, si un utilisateur est capable de connaître son temps de communication et son déplacement en fonction du temps, on pourrait éventuellement lui réserver une fréquence dans toutes les cellules traversées. Cette possibilité est mise en oeuvre dans certaines communications par satellite.
b) Il existe deux sortes de handovers : les soft-handovers et les hard-handovers. Dans le premier cas, soft-handover, pour être sûr que t o u t se passe bien, le mobile commence à travailler sur la fréquence de la nouvelle cellule, tout en continuant à utiliser la fréquence de l'ancienne cellule, et ce jusqu'à ce que le terminal soit sûr du comportement dans la nouvelle cellule. Cette technique du soft-handover vous paraîtelle très contraignante, en particulier quant à l'utilisation des ressources ?
Cette solution de soft-handhover demande des ressources dans les deux cellules en même temps , il y a donc une certaine contrainte sur les ressources. Cependant, cela n’est pas vraiment contraignant puisque ce ne sont pas les ressources d’une même cellule et que le recouvrement est très court (moins d’une seconde en général).
c)
Le hard-handover s’effectue à un moment précis, le mobile passant de la fréquence de l'ancienne cellule à la fréquenre de la nouvelle cellule. Indiquer quels peuvent être les problèmes posés par ce hard-handover.
Dans le hard-handover, le problème est de permettre la continuité sans aucune perte d’information que ce soit de parole ou de données et de resynchroniser la communication surtout si c’est de la parole. d) Est-il possible de prévoir le moment où un mobile va effectivement effectuer un handover, solution qui permettrait d'effectuer une réservation de ressources à l'avance et de minimiser la probabilité d'interruption de la communication ?
Il est presque impossible de connaître avec certitude le lieu et la date du prochain changement de cellule mais de très bonnes prédictions peuvent en être faites. Il est donc possible d’effectuer des réservations de ressources dans de nombreux cas. Cette solution n’est aujourd’hui pas opérationnelle.
Exercice 6 On considère un opérateur GSM couvrant une zone géographique en utilisant 1500 cellules. L’opérateur dispose de 84 paires de fréquences. On suppose que chaque cellule est de rayon 600 m et que le trafic moyen par un utilisateur actif est 0.03 Erlang. 1. Calculer la distance de réutilisation. (1 point)
√ 3 √ 3 ×12 600 3,6 8412 7 é 7×856. é 56 ×150084 000.
2. Quel est le nombre de fréquences allouées à chaque cellule ? (1 point)
3. Quelle est la capacité totale en nombre d’abonnés de la zone de couverture ? (2 points)
4. Sachant que la population à desservir est de 8 millions abonnés, les ressources allouées
suffisent-t-elles pour véhiculer la charge totale ? Justifier votre réponse. (2 points) Chaque utilisateur n’utilise que 0.03 % d’une ressource donc :
×0.03⁄1500 160 é/ 8 ×10
, or on ne dispose que de 56
ressources par cellule. ou
×0.03240000 é/ 8 ×10
, or on ne dispose que de 84000
ressources par zone.
Donc les ressources allouées ne suffisent pas pour véhiculer la charge totale. 5. Afin d’augmenter d’avantage la capacité totale de la zone de couverture, comment faut-t-
il procéder ? (1 point) Afin d’augmenter la capacité totale de la zone de couverture, il faut augmenter le nombre de cellules en minimisant la taille de chaque cellule. 6. Que doit être le nombre de cellules pour répondre aux besoins ? (1 point)
8 ×10 ×0.03⁄56 4286
Exercice 7
Puissance reçue utile au point A par le mobile, avec : o R : le rayon de la cellule Pe : la puissance d’émission o Le mobile reçoit n signaux des BTS voisines.
D : Distance de réutilisation (
Q1- Une propagation en
brouilleurs
causant
−
−
des
√ 3
−
depuis la BTS qu’il gère
telque K est la taille du motif cellulaire)
∑= ∑= −
(la puissance reçue est inversement proportionnelle à interférences co-canal :
Le rapport signal sur interférences :
− − 1 −
Q2- Etant
√ 3 1 − 1 − (√ 3 1) (√ 3 1) :
) et n
Exercice 8
10 5 10
Zone de couverture Nombre d’abonnés 84 paires de fréquences. Rayon de cellule R = 500m
répartis uniformément
Q1- Le nombre de cellule à installer
.√ 15396
Avec A l'aire d'un hexagone régulier de côté a est :
Q2- Le nombre de fréquences allouées à chaque cellule
(avec le GSM un motif cellulaire est de taille K=12). Q3- Le nombre d’abonnés dans une cellule
= 7 paires de fréquences
325. 7 ×856
Q4- La capacité en nombre d’abonnés d’une cellule est : (une communication nécessite une paire pour les sens uplink et downlink) et la trame TDMA contient 8 IT. Q5- Trafic moyen d’un abonné A ab= 0.03 E == > un abonné actif utilise 3% d’une ressource.
× 325 ×0.039,75
Les ressources nécessaires par cellule
Q6- La cellule peut supporter tous les abonnées dans son aire.
Exercice 9
Q1- Nombre de porteuses GSM ?
La taille du motif cellulaire N=4 et Bande Passante W = 12.5 MHz Pour la norme GSM, 200 KHz nécessaire pour chaque canal. Le nombre de canaux
. 62
Le nombre de canaux (porteuses) par cellule
15
Q2- Nombre maximal d’abonnés par cellule sachant un abonné a un trafic de 0.03 Erlang.
N_ressources = 15 x 8 = 120. N_max = 120/0.03 = 4000 abonnés
113 √ 355
Q3- Aire d’une ville
Nbre de cellules
Exercice 10
cellules
Q1 – le mode de multiplexage utilisé CDMA. Cette technique est utilisée avec UMTS 3 ème génération. Q2 – Afin de montrer que les séquences sont orthogonales, il faut
0,≠, 4
Q3 – Le facteur d’étalement est égal à n=4.
.
Q4 – La séquence codée d’un utilisateur i = séquences de chips avec la séquence binaire de chaque utilisateur avec est respectivement a, b, c et d.
,,,
∑= × ++++++ + ++ ×4 Q5 – Le signal reçu est le signal composite (obtenu en superposant les 4 séquences de chips
codées)
Q6- On peut extraire la séquence binaire de chaque utilisateur en multipliant grâce à la propriété d’orthogonalité.
Q7a) Il s’agit d’une opération de démultiplexage b) donc utilisateur 2 et le mot trouvé est 4 b.
1,1,1,1
