CHAPITRE I : CONCEPTS DE BASE DES RESEAUX CELLULAIRES. I.1. Modes de propagation de signaux radio. Dans un contexte de propagation radio, les ondes radios peuvent être transmises d’une antenne émettrice vers une antenne réceptrice suivant plusieurs modes ; nous pouvons principalement citer : La propagation en visibilité directe ( line of sight), La propagation des ondes terrestres ou ondes de surfaces, La propagation par réflexion troposphérique, La propagation par réflexion ionosphérique. L’onde électromagnétique doit être propagée dans un media avec une certaine fréquence, le spectre électromagnétique a été divisé en différentes bandes suivants le type de service rendu, le tableau ci- dessous nous présente la division du spectre électromagnétique.
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5/9/2018 Concepts de base des réseaux cellulaires - slidepdf.com
Dans un contexte de propagation radio, les ondes radios peuvent être transmises d’une
antenne émettrice vers une antenne réceptrice suivant plusieurs modes ; nous pouvons
principalement citer : La propagation en visibilité directe (line of sight ),
La propagation des ondes terrestres ou ondes de surfaces,
La propagation par réflexion troposphérique,
La propagation par réflexion ionosphérique.
L’onde électromagnétique doit être propagée dans un media avec une certaine fréquence, le spectre
électromagnétique a été divisé en différentes bandes suivants le type de service rendu, le tableau ci-dessous nous présente la division du spectre électromagnétique.
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Dans le cadre de notre travail, nous nous mettons uniquement dans le mode de propagation en
visibilité directe tel que présenté dans le point I.1.1 de ce même chapitre. Il serait donc
intéressant pour nous de présenter dans le paragraphe suivant l’environnement dans lequel se
propagent les ondes radio dans un contexte de réseau mobile.
I.2 ENVIRONNEMENT DE PROPAGATION DE SIGNAUX
RADIO
La propagation des ondes dépend fortement de l’environnement dans lequel celui si sepropage (voir figure 5 ci-dessous). C’est pourquoi lors de la planification de la couverture dans
les systèmes cellulaires on tient compte de l’environnement de fonctionnement des antennes, des
terrains ainsi que des objets artificiels introduit par l’action humaine tels que les immeubles, les
monuments, routes etc. L’environnement de propagation radio caractérise directement le mode
de propagation radio à choisir, plusieurs facteurs majeures peuvent ainsi influencer la
propagation d’un signal d’un point à un autre, nous avons :
• La morphologie de l’environnement (Montagne, les vallées, les plaines, les surfacesmarécageuses, les cours d’eaux etc.) ;
• Les constructions artificielles, leur quantité et leur distribution;
• La caractéristique de la végétation de la région concernée.
• Le climat;
• Le bruit électromagnétique naturel et artificiel.
Nous avons aussi les environnements artificiels crées par l’homme tel que :
• Les zones urbaines denses;
• Les zones urbaines;
• Les zones périphériques et rurales
• Les autoroutes.
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Figure 5 : Environnement de propagation radio. [4]
1. Onde réfléchie sur les immeubles
2. Onde diffractée
3. Onde directe
4. Onde réfléchie sur le sol.
Dans le domaine de la recherché sur les phénomènes de propagation, la puissance du niveau de signalreçu par un récepteur est une caractéristique essentielle. Du fait des interférences et des trajets multiples
cette puissance est atténuée, ce qui explique les pertes de propagation.
Chacun des environnements su listés introduisent des pertes de propagation lors de la transmission de
signaux.
Nous pouvons en outre mentionner des pertes dues aux phénomènes électromagnétiques tels que la
réflexion, la réfraction, la diffraction, diffusion et la pénétration. Généralement lors de l’analyse de la
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Le phénomène de réflexion a une grande influence sur l’énergie de l’onde incidente, suivant larigidité de la surface d’incidence, l’onde réfléchie peut subir un éparpillement ou une dispersion dans un
ensemble de direction, ceci entrainant une perte d’énergie relativement à une direction privilégiée et un
rayonnement dans d’autres directions. (Figure 10).
Figure 10: Effet de la rugosité de la surface sur la réflexion.
La table qui suit présente la valeur des pertes dues à la réflexion pour un certain nombre de matériaux
réfléchissants. [4]
Tableau 2 : Facteur de réflexion
Type de surface Eaux Champs de
riz
Terrain
vegetatifs à
courtes
herbes
Villes, région de montagnes et
de forêts
FacteurEquivalent de la
surface
réfléchissante
0.9~1 0.6 ~ 0.8 0.6 ~ 0.8 0.3 ~ 0.5
Pertes dues à la
réflexion (dB)
0 ~ 1 2 ~ 4 2 ~ 4 6 ~ 10
Surface lisse Surface rugueuseSurface plus rugueuse
Directionprivilégiée
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montré que le signal reçu avait subit une atténuation de plusieurs décibels (voir définition du
décibel ci-dessous) supplémentaires du fait de la présence des arbres. En modélisant la perte de
propagation par ou est une constante et r la distance entre l’émetteur et le
récepteur, les résultats montrent qu’a 900MHz, l’atténuation due aux arbres présente un
coefficient d’atténuation n compris entre 4.1 et 8.4, pour une antenne située en dessous des
arbres (12m) et une valeur de 3 pour des antennes très élevées (84m).
Le modèle de Weissberger a été établi pour prendre en compte l’effet des arbres dans les calculs
de propagation. Il est valable pour les fréquences comprises entre 230MHz et 95GHz et en
environnement tempéré. Les formules pour ce modèle sont :
. .. pour 14<d<400 m
0.45. pour 0<d<14m
L est la perte de propagation en dB, F la fréquence en GHz, et d la distance parcouru par l’onde
radio à travers les arbres ; en mètres.
Définition du dB ou décibel : Le décibel est le rapport de puissance entre une puissance donnée
P et une de référence P0 via la relation suivante :
10
Un rapport de puissance de 2 correspond à 3dB, celui de 10 correspond à 10 dB.
P peut être exprimée en dBW(dB Watt) lorsque la puissance de référence est de 1Watt et dBm si
elle est de 1mW.
I.2 Caractéristiques de base des antennes.
L’antenne est l’élément de base du système de transmission permettant de couplerl’énergie électromagnétique avec un équipement d’émission/réception. Elle est généralement
caractérisée par : son diagramme de rayonnement, son ouverture, la polarisation de l’onde émise,
sa directivité, son gain, sa puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE), sa surface
équivalente de réception et la bande dans laquelle elle peut fonctionner.
I.2.1 Types d’antennes.
Les antennes communément utilisées dans les réseaux cellulaires sont :
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• Les antennes omnidirectionnelles. Principalement en environnement rural, elles
présentent des gains allant de 2 à 11 dBi.
• Les antennes directionnelles qui se présentent sous forme de panneaux, elles sontappropriées pour les zones rurales et urbaines. Leurs gains peuvent atteindre 18dBi.
• Les antennes des terminaux sont généralement des dipôles de longueur 4⁄ encore
appelées antennes ¼ d’ondes.
I.3 Modes d’accès multiple.
Pour pouvoir être partagée par différents utilisateurs une bande de fréquence doit être
divisée en unités de ressources (ou canaux) selon une méthode appelée mode d’accès multiple.
Les informations à transmettre sont ensuite multiplexées entre elles selon le mode choisi. Trois
méthodes sont actuellement utilisées dans les réseaux cellulaires et elles sont parfois combinées.
I.3.1 Acces multiple par répartition de fréquences (AMRF ou FDMA)
C’est la méthode le plus simple et la plus ancienne ; une bande de fréquence est subdivisée en
plusieurs sous bandes de largeur inférieure. Cette technique est à la base des systèmes
analogiques.
I.3.2 Accès multiple à répartition dans le temps (TDMA)
Sur une sous bande de fréquence un niveau de multiplexage supplémentaire peut être
réalisé. Ici on adopte un multiplexage temporel, chaque terminal utilise un intervalle de temps
ou time slot.
I.3.3 Accès multiple à répartition par code. (CDMA)Ici tous les mobiles utilisent la même bande de fréquence simultanéement. C’est le
codage de l’information qui permet de distinguer les différentes communications et qui permet
l’accès multiple.
I.4 Concepts et architecture des réseaux cellulaires.
Les réseaux cellulaires ont été conçus comme réponse à la pénurie de fréquences. Ils sont
basés sur le mécanisme de réutilisation des fréquences qui permet d’obtenir des densités de trafic
très élevées et de couvrir des zones d’étendue illimitée.
I.4.1 Principe de réutilisation des fréquences.Selon le principe de réutilisation, grâce à l’atténuation de la puissance de l’onde radio
électrique en fonction de la distance avec l’émetteur, il est possible de réutiliser la même
fréquence sur des sites différents, à condition qu’ils soient suffisamment éloignés les uns des
autres. Dans les systèmes basés sur l’AMRF et AMRT, le paramètre permettant de définir la
distance entre deux sites co canal est le rapport C/I (carrier/interférence) qui mesure le rapport
entre le signal utile et celles des signaux interférents. La condition de réutilisation est que le
rapport C/I réponde à certaines conditions minimales de qualité. Dans le GSM, le rapport C/I
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BTS (Base Transceiver Station): station de base d’émission et de réception
Assure couverture radio d’une cellule (rayon de 200m à ~30 km)
1 à 8 porteuse (s) radios, 8 canaux plein débit par porteuse
Prend en charge: modulation/démodulation, correction des erreurs, cryptage des
communications, mesure qualité et puissance de réception
BSC (Base Station Controller) pilote un ensemble de station de base (typiquement ~60)
• C’est un carrefour de communication:
n concentrateur de BTS
n aiguillage vers BTS destinataire
•
Gestion des ressources radio: affectation des fréquences, contrôle de puissance…• Gestion des appels: établissement, supervision, libération des communications, etc.
• Gestion des transferts intercellulaires (handover)
• Mission d’exploitation
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