2. Principe et concept de base
2.1. Le concept cellulaire
Les réseaux de première génération
possédaient des cellules de grande taille (50 [km] 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. 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 (8 [W]) et donc des
appareils mobiles de taille et de poids conséquents. De plus, afin
d'éviter les interférences, deux cellules adjacentes ne peuvent
pas utiliser les mêmes fréquences. Cette organisation du
réseau utilise donc le spectre fréquentiel d'une manière
sous-optimale. C'est pour résoudre ces différents
problèmes qu'est apparu 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 nommés
fréquences. Comme précédemment, ces fréquences ne
peuvent 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
ci-dessous montre un tel motif, en guise d'exemple.
6
7
5
2
1 4 7
3
6
2
7
1
4
5
3
2
1
4
3
7
6
2
1
4
3
6 5
5
Figure 1: motif élémentaire (à gauche) et un
ensemble de motifs dans un réseau (à droite).
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Etude de la qualité de service dans les réseaux
mobiles GSM
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. 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
:
> 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 ;
> par la fréquence de porteuse utilisée pour
l'émission radioélectrique 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 :
> du nombre d'utilisateurs potentiels dans la zone,
> de la configuration du terrain (relief géographique,
présence d'immeubles, . . .),
> de la nature des constructions (maisons, buildings,
immeubles en béton, . . .) et
> de la localisation (rurale, suburbaine ou urbaine) et
donc de la densité des constructions.
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
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Etude de la qualité de service dans les réseaux
mobiles GSM
compte des contraintes du relief topographique et des
contraintes urbanistiques pour dimensionner les cellules de son réseau.
On distingue pour cela quatre services principaux :
> Le service Outdoor : qui indique les conditions
nécessaires pour le bon déroulement d'une communication en
extérieur.
> Le service Incar : qui tient compte des utilisateurs se
trouvant dans une voiture. On ajoute typiquement une marge
supplémentaire de 6 décibel Watt, notée 6 [dBw], dans le
bilan de puissance pour en tenir compte.
> 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 :
> 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 10 [dB] d'atténuation
supplémentaire pour le Soft Indoor et de 20 [dB] pour Deep Indoor
à 900 [MHz]. Quand on sait que 10 [dB] représente 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.
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