1.1.1.4.1. Notion de couverture cellulaire
La notion de couverture cellulaire s'applique à ces
différentes technologies et permet de repartir et de mieux distribuer le
signal et le débit en fonction des cellules. Les réseaux de
première génération possédaient des cellules de
grande taille (50km de rayon) au centre desquelles se situait une station de
base (antenne d'émission). Au tout début, ce système
allouait une bande de fréquences de manière statique à
chaque utilisateur qui se trouvait dans la cellule qu'il en ait besoin ou non.
Ce système ne permettait donc de fournir un service qu'à un
nombre d'utilisateurs égal au nombre de bandes de fréquences
disponibles.
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La première amélioration consista à
allouer un canal à un utilisateur uniquement à partir du moment
où celui-ci en avait besoin permettant ainsi d'augmenter «
statistiquement » le nombre d'abonnés, étant entendu que
tout le monde ne téléphone pas en même temps. Mais ce
système nécessitait toujours des stations mobiles de puissance
d'émission importante (8W) et donc des appareils mobiles de taille et de
poids conséquents. De plus, afin d'éviter les
interférences, deux cellules adjacentes ne pouvaient pas utiliser les
mêmes fréquences. Cette organisation du réseau utilisait
donc le spectre fréquentiel d'une manière sous optimale. C'est
pour résoudre ces différents problèmes qui sont apparus
dans le concept de cellule.
Le principe de ce système est de diviser le territoire
en de petites zones, appelées cellules, et de partager les
fréquences radio entre celles-ci. Ainsi, chaque cellule est
constituée d'une station de base (reliée au Réseau
Téléphonique Commuté, RTC) à laquelle on associe un
certain nombre de canaux de fréquences à bande étroite,
sommairement nommées fréquences.
Comme précédemment, ces fréquences ne
pouvaient pas être utilisées dans les cellules adjacentes afin
d'éviter les interférences. Ainsi, on définit des motifs,
aussi appelés clusters, constitués de plusieurs cellules, dans
lesquels chaque fréquence est utilisée une seule fois. La figure
9 montre un tel motif, en guise d'exemple.
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Figure 9. Figure représentant un motif
élémentaire (à gauche) et un
ensemble de motifs dans un
réseau (à droite).
Graphiquement, on représente une cellule par un
hexagone car cette forme approche celle d'un cercle. Cependant, en fonction de
la nature du terrain et des constructions, les cellules n'ont pas une forme
circulaire. De plus, afin de permettre à un utilisateur passant d'une
cellule à une autre de garder sa communication, il est nécessaire
que les zones de couverture se recouvrent de 10 à 15%, ce qui renforce
la contrainte de ne pas avoir une même bande de fréquences dans
deux cellules voisines.
Pour éviter les interférences à plus
grande distance entre cellules utilisant les mêmes fréquences, il
est également possible d'asservir la puissance d'émission de la
station de base en fonction de la distance qui la sépare de
l'utilisateur. Le même processus du contrôle de la puissance
d'émission est également appliqué en sens inverse.
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En effet, pour diminuer la consommation d'énergie des
mobiles et ainsi augmenter leur autonomie, leur puissance d'émission est
calculée en fonction de leur distance à la station de base.
Grâce à des mesures permanentes entre un téléphone
mobile et une station de base, les puissances d'émission sont
régulées en permanence pour garantir une qualité
adéquate pour une puissance minimale. En résumé, une
cellule se caractérise :
V' par sa puissance d'émission nominale : ce
qui se traduit par une zone de couverture à l'intérieur de
laquelle le niveau du champ électrique est supérieur à un
seuil déterminé,
V' par la fréquence de porteuse utilisée
pour l'émission radioélectrique V' et par le
réseau auquel elle est interconnectée.
Il faut noter que la taille des cellules n'est pas la
même sur tout le territoire. En effet, celle-ci dépend :
V' du nombre d'utilisateurs potentiels dans la zone,
V' de la configuration du terrain (relief
géographique, présence d'immeubles, . . .),
V' de la nature des constructions (maisons,
buildings, immeubles en béton, . . .) et
V' de la localisation (rurale, suburbaine ou urbaine)
et donc de la densité
des constructions.
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Ainsi, dans une zone rurale où le nombre
d'abonnés est faible et le terrain relativement plat, les cellules
seront plus grandes qu'en ville où le nombre d'utilisateurs est
très important sur une petite zone et où l'atténuation due
aux bâtiments est forte. Un opérateur devra donc tenir compte des
contraintes du relief topographique et des contraintes urbanistiques pour
dimensionner les cellules de son réseau. On distingue pour cela quatre
services principaux:
1. Le service « OutDoor » qui indique les
conditions nécessaires pour le bon déroulement d'une
communication à l'extérieur.
2. Le service « In car » qui tient compte des
utilisateurs se trouvant dans une voiture. On ajoute typiquement une marge
supplémentaire de 6 décibels Watt, notée 6dB, dans le
bilan de puissance pour en tenir compte.
3. Le service « Indoor » qui permet le bon
déroulement des communications à l'intérieur des
bâtiments. Cette catégorie de service se subdivise à son
tour en deux :
a. le « Soft Indoor » lorsque l'utilisateur se trouve
juste derrière la façade d'un bâtiment et
b. le « Deep Indoor » lorsqu'il se trouve plus
à l'intérieur.
Typiquement, on considère que, lors de
l'établissement du bilan de puissance, c'est-à-dire de l'analyse
du rapport de la puissance émise à la puissance reçue au
droit du récepteur, il faut tenir compte de 10dB d'atténuation
supplémentaire pour le Soft Indoor et de 20dB pour Deep Indoor à
900 MHz.
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Quand on sait que 10dB représentent un facteur de 10 en
puissance, on comprend qu'il est crucial pour un opérateur de
dimensionner au mieux son réseau, quitte à effectuer des mesures
sur le terrain. Par rapport au système de première
génération, les cellules étant de taille plus petite, la
puissance d'émission est plus faible et le nombre d'utilisateurs peut
être augmenté pour une même zone géographique. C'est
grâce au principe de réutilisation des fréquences qu'un
opérateur peut augmenter la capacité de son réseau. En
effet, il lui suffit de découper une cellule en plusieurs cellules plus
petites et de gérer son plan de fréquences pour éviter
toute interférence.
Il y a ainsi toute une nomenclature spécifique pour
classer les cellules en fonction de leur taille (macro, micro, pico,
etc.).Étant donné que, dans un réseau, une même
fréquence est réutilisée plusieurs fois, il est
nécessaire d'évaluer la distance minimum qui doit séparer
deux cellules utilisant la même fréquence pour qu'aucun
phénomène perturbateur n'intervienne. En calculant le rapport
entre la puissance de la porteuse et celle du bruit, il est possible d'estimer
cette distance. Pratiquement, dans une cellule, un mobile reçoit
à la fois le message utile (dont la puissance vaut C) qui lui est
destiné et un certain nombre de signaux perturbateurs. La connaissance
du rapport entre ces puissances, nous permettra de connaître la
qualité de la communication. Pour commencer, il est nécessaire
d'identifier les différents signaux perturbateurs. On peut les
subdiviser en deux classes :
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