Evolution de la 3G vers LTE

La téléphonie mobile regroupe un ensemble de systèmes d’accès radio, RAN ou Radio Access Network, complémentaires tels que la 2G (GERAN : Gsm/Edge Radio Access Network), la 3G (UTRAN : Umts Terrestrial Radio Access Network) et la 4G (EUTRAN : Evolved Umts Terrestrial Access Network). L’objectif du déploiement et du maintien de ces différents accès radio est de permettre un accès nomade à haut débit. Actuellement, concernant le réseau 2G et 3G, de nombreux paramètres sont ajustés manuellement sur chaque station de base tels que : la planification cellulaire, la configuration (puissance, handover, tilt,etc) et la gestion des stations. Dans ce contexte, les opérateurs doivent faire face à la fois à la gestion de leur réseau (configuration optimale des stations de base) tout en introduisant de nouveaux services et en garantissant la satisfaction de chaque utilisateur. Pour faciliter cette tâche et réduire le cout d’exploitation ou OPEX (OPerational EXpenditure), l’organisme 3GPP (3rd Generation Partnership Project) a défini plusieurs scénarios d’autooptimisation des équipements actifs du réseau mobile via une procédure nommée SON (Self Optimization Network). L’objectif du SON est, d’une part d’optimiser le réseau cellulaire en temps réel en implémentant des algorithmes permettant d’adapter le réseau aux nombres d’utilisateurs et aux services désirés (QoS : Quality of Service), et d’autre part de réorganiser le réseau en cas de panne d’une station de base, ou en cas d’extinction de stations de bases pour réduire la consommation énergétique des équipements.

Evolution de la 3G vers LTE

La 3ème génération UMTS basée sur la technologie d’accès W-CDMA (Wideband CDMA ou CDMA large bande) est déployée partout dans le monde. Pour s’assurer que ce système reste compétitif dans le futur, 3GPP a commencé, en novembre 2004, à étudier de nouvelles spécifications techniques pour les réseaux LTE, une sorte d’amélioration de la technologie cellulaire UMTS. Ces spécifications sont considérées comme l’évolution E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) et E-UTRANdans le projet LTE .

La première documentation sur la technologie LTE est apparue dans le Release 8 des spécifications 3GPP :
– Réduction du coût par bit ;
– Proposition de nouveaux services à moindre coût ;
– Utilisation flexible des bandes de fréquences ;
– Simplification de l’architecture du réseau et de ses interfaces ;
– Consommation raisonnable des terminaux.

L’architecture UMTS telle que décrite dans la release 99 du 3GPP s’appuie sur une nouvelle interface radio, l’UTRAN, et une évolution des cœurs réseaux GSM (Global System for Mobile Communication) et GPRS (General Packet Radio Service) .

L’UMTS Release 99 utilise la technologie W-CDMA. Cette technologie est basée sur une technique d’accès multiples CDMA (Code Division Multiple Access) et supporte les deux schémas de duplexage FDD (Frequency Division Duplexing) et TDD (Time Division Duplexing). Le signal utile est étalé sur une largeur de bande de 3.84 MHz avant mise sur porteuse (d’où le nom de large bande), une porteuse occupant un canal de 5 MHz. Chaque appel est associé à un code spécifique connu de la station de base et du terminal, qui permet de le différencier des autres appels en cours sur la même porteuse. La W-CDMA autorise la connexion simultanée à plusieurs cellules renforçant la qualité des communications lors du changement de cellule en mobilité. La Release 99 est limitée à un débit maximal de 384Kbits/s dans le sens montant et descendant.

Techniquement et contrairement au réseau 2G, l’UMTS transmet les données sur toute la largeur de sa bande de radiofréquences : chaque utilisateur peut occuper simultanément la totalité des canaux. Les communications, pour la voix et les données, se voient attribuer un code unique permettant de ne pas tout mélanger.

Evolution HSPA (High Speed Packet Access) 

Dans le but d’accroitre les débits, les évolutions HSPA (High Speed Packet Access), commercialisées sous le nom de 3G+, sont introduites :
– HSDPA (High Speed DownlinkPacket Access) pour la voie descendante ;
– HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) pour la voie montante.

Ces évolutions ont été définies par le 3GPP respectivement en Release 5 (2002) et Release 6 (2005) afin d’accroître les débits possibles et de réduire la latence du système. L’innovation principale du HSPA concerne le passage d’une commutation circuit sur l’interface radio, où des ressources radio sont réservées à chaque UE (User Equipment) pendant la durée de l’appel, à une commutation par paquets, où la station de base décide dynamiquement du partage des ressources entre les UE actifs. L’allocation dynamique des ressources est effectuée par la fonction d’ordonnancement ou scheduling, en fonction notamment de la qualité instantanée du canal radio de chaque UE, de ses contraintes de qualité de service, ainsique de l’efficacité globale du système. La commutation par paquets optimise ainsi l’usage des ressources radio pour les services de données.

La modulation 16QAM (16 Quadrature Amplitude Modulation) est introduite pour la voie descendante en complément de la modulation QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) en vigueur en Release 99.De même, la modulation QPSK est introduite pour la voie montante en complément de la modulation BPSK (Binary Phase Shift Keying) et un nouveau mécanisme de retransmission rapide des paquets erronés, appelé HARQ (Hybrid Automatic Response reQuest). Ce dernier est défini entre l’UE et la station de base, afin de réduire la latence du système en cas de perte de paquets. Ces évolutions offrent aux utilisateurs des débits maximaux de 14,4 Mbit/s en voie descendante et de 5,8 Mbit/s en voie montante, ainsi qu’une latence réduite.

Evolution HSPA+: Release 7 et release 8

Avec l’augmentation de la charge des réseaux, la qualité de service fourni aux clients se dégrade, ce qui pose un véritable problème aux opérateurs de réseaux mobiles. Deux évolutions ont été développées par le 3GPP afin de répondre à ces contraintes :
– La définition d’évolutions du HSPA, appelées HSPA+ ;
– La définition du LTE.

HSPA+ est un terme qui regroupe plusieurs évolutions techniques visant principalement à améliorer les débits fournis aux utilisateurs et la capacité du système par l’introduction de nouvelles techniques, ainsi que la gestion des utilisateurs always-on, qui fait référence aux utilisateurs toujours connectés. Ainsi, en voie descendante, le HSPA+ utilise la modulation 64QAMet en voie montante la modulation 16QAM.En plus de cela, deux porteuses peuvent transporter des données vers un utilisateur simultanément en voie descendante, grâce à la fonctionnalité DC-HSDPA (Dual Carrier –HSDPA). De ce fait, la limite du spectre de transmission n’est donc plus à 5 MHz mais à 10 MHz. L’introduction de la fonctionnalité MIMO (Multiple Input Multiple Output) en voie descendante améliore encore plus le débit. Les évolutions HSPA+ permettent ainsi la perpétuité des réseaux 3G.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 PRESENTATION DU SYSTEME LTE ET SON
1.1 Introduction
1.2 Evolution de la 3G vers LTE
1.2.2 Evolution HSPA (High Speed Packet Access)
1.2.3 Evolution HSPA+(High Speed Packet Access+): Release 7 et release 8
1.3 Quatrième génération et ses caractéristiques
1.3.1 Objectifs de la LTE
1.3.2 Caractéristiques du LTE
1.3.3 Architecture du réseau 4G/LTE
1.3.4 Technologies employées dans le réseau 4G
1.4 Evolution 3GPP et SON
1.4.1 Spécifications 3GPP LTE
1.4.2 Développement du SON dans NGMN (Next Generation Mobile Networks)
1.5 Architectures et fonctionnalités SON dans les réseaux LTE
1.5.1 L’objectif du réseau auto-organisateur
1.5.2 Architectures SON
1.5.3 Fonctionnalités SON
1.5.4 Migration UMTS-LTE et fonctionnalités du SON
1.6 SON (Self Optimization Network)
1.6.1 Principe du réseau auto optimisation
1.6.2 Procédure self-optimisation
1.6.3 Cas d’utilisation du self-optimisation network
1.6.4 Effet du processus d’auto-organisation (self-organization) au niveau de l’UE
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 AUTOMATIC NEIGHBOR RELATION
2.1 Introduction
2.2 Handover dans le réseau LTE
2.2.1 Mobilité au sein du réseau LTE
2.2.2 Le Handover
2.2.3 Phases de réalisation d’Handover
2.2.4 Rôle de l’UE
2.2.5 Optimisation du Handover
2.2.6 Types de Handover à l’intérieur de LTE
2.2.7 Rapport déclenché par les événements
2.3 Indicateurs clés de performance (KPIs)
2.3.1 Mesure statistique de la KPI
2.3.2 Mesure de test sur site (ou Drive Test)
2.3.3 Calcul des KPIs au sein du réseau 4G
2.4 Automatic Neighbor Relation (ANR) pour LTE
2.4.1 Fonctionnalités d’ANR
2.4.2 Mesure radio en LTE
2.4.3 Configuration de mesure
2.4.4 Rapport de mesure
2.4.5 ANR intra-LTE intra-fréquence
2.4.6 Interactions entre la procédure d’ANR et l’O&M (Opération et Maintenance)
2.4.7 Paramètres de l’ANR
2.4.8 Avantages de la gestion automatique des relations de cellules voisines
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 ETUDE DE L’ANR D’UN CAS REEL DE RESEAU 4G
3.1 Introduction
3.2 Etude du réseau 4G/LTE
3.2.1 Procédure d’optimisation radio Objectif optimisation
3.2.2 Zone d’étude
3.2.3 Paramètres de configuration d’eNodeB
3.2.4 Etat du réseau avant optimisation
3.3 Optimisation d’handover 4G à partir d’ANR
3.3.1 Paramètre 1 : AnrFunction.removeNrelTime
3.3.2 Paramètre 2 : AnrFunction.removeNcellTime
3.3.3 Paramètre 3 : ReportConfigEutraBestCell.A3Offset
3.3.4 Paramètre 4 : ReportConfigEutraBestCellAnr.A3OffsetAnrDelta
3.3.5 Paramètre 5 : ReportConfigEutraBestCellAnr.HysteresisA3
3.3.6 Paramètre 6 : ReportConfigEutraBestCellAnr.TimeToTriggerA3
3.3.7 Paramètre 7 : AnrFunctionEutran.CellAddRsrpThresholdEutran
3.3.8 Paramètre 8 : AnrFunctionEutran.CellAddRsrqThresholdEutran
3.3.9 Paramètre 9 : EUtranCellRelation.isRemoveAllowed
3.3.10 Paramètre 10 : AnrFunctionEUtran.hoAllowedEutranPolicy
3.3.11 Paramètre 11 : AnrFunctionEUtran.anrUesEUtrPaIntraFIncrAnr
3.4 Résultats obtenus après l’optimisation
3.4.1 Analyse statistique des KPIs
3.4.2 Analyse statistique des relations de voisinage par cellule après optimisation
3.5 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE

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