# [TC2] TP2 - *RAN* (Adèle et Tit)
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[Le lien du sujet](https://moodle.insa-lyon.fr/pluginfile.php/160295/mod_folder/content/0/TP2/TP2-GSM%20RAN2017.docx?forcedownload=1)

# Question préalable

1. Quelle est la bande fe fréquence utilisée en GSM

La 2G utilise les bandes 900 MHz et 1 800 MHz

Wikipedia : "Le GSM 900 utilise la bande 880-915 MHz pour l'envoi de la voix ou des données depuis le mobile et la bande 925-960 MHz pour la réception des informations venant du réseau.

Le GSM 1800 utilise la bande 1 710 MHz-1 785 MHz pour l'envoi des données depuis le terminal mobile (upload) et la bande 1 805 MHz-1 880 MHz pour la réception des informations (download). "

2. Quel est le nombre de canaux disponible pour chaque opérateur sur la bande GSM et sur la bande DCS1800

## Bande de 900 MHz

Jusqu'à fin 2012 :


Après 2012, arrivée de Free mobile:


Cas particulier, autour de 13 camps militaires, Bouygues procède la moitié de la bande qui lui est attribuée


## Bande DCS1800

Jusqu'en mai 2016:


Après mai 2016, à l'introduction de la 4G (LTE) en France:


On peut trouver l'allocation des fréquence pour chaque opérateur sur [le site de l'ARCEP](https://www.arcep.fr/la-regulation/grands-dossiers-reseaux-mobiles/la-couverture-mobile-en-metropole/le-patrimoine-de-frequences-des-operateurs-mobiles.html)

3. A quoi correspond dBm, dBW, dBi, PIRE ?

| Acronyme | signification |
|:--------:|:-----------------------------------------:|
| dBm | Decibel-milliwatts |
| dBW | Decibel-watts |
| dBi | Decibel isotopique |
| PIRE | Puissance isotropique rayonnée équivalente |

4. Rappelez quelles sont les principales méthodes de prédiction de couverture radio. Quels sont les différents paramètres qui peuvent être pris en compte pour améliorer la prédiction de couverture ?

On construit un modèle simple, comprenant deux parties :
- Une composante déterministe
- Une composante stochastique


On peut prendre en compte les incertitudes, donnant un effet de "shadowing" sur la prédiction.

5. Qu’entend-on par ‘dégagement du 1er ellipsoïde de Fresnel’ ?

C'est un volume dans l'espace permettant d'évaluer l'atténuation apportée par un obstacle (immeuble, colline...) à la propagation du signal considéré.

6. Que calcule à votre avis une prédiction de lien radio en visibilité directe ?

Elle prédit le Path Loss considéré vis à vis d'une distance donnée.

> Exemple de calcul de prédiction de lien radio en visibilité directe

# 1.3.2 Données Géographiques

Les différents types de données présentes sont :

Ils permettent de prendre en compte certains facteurs, et de voir leur impact sur les signaux émis, en étudiant la planification selon ces facteurs. Ces options permettent aussi de repérer visuellement la répartition de ces éléments pour le travail de planification.

## Tableaux de données pour l'item "Traffic density"

## Tableaux de données pour l'item "Clutter"

# 1.3.3 Modèles de prédiction

Les différents modèles d'études existants sont les suivants:

Pour chaque classe d'occupation, on peut choisir une formule à utiliser dans le cas considéré. Ainsi, les paramètres d'observations peuvent varier selon ces différents facteurs et on peut avoir une visualisation plus ou moins complète des différents facteurs.

# 1.3.4 Dimensionnement du système

Les informations auxquelles nous avons accès à ce stade et qui seront utiles pour la planification sont les suivantes :
- Les fréquences d'émission (bande d'émission) et le type d'antenne
- puissance d'émission
- L'hauteur de l'antenne
- L'azimut
- Les canaux utilisés et nombre de canaux requis

Les antennes en 900MHz sont placées en rouge et dans des zones peu denses
Les antennes en 1800MHz sont placées en vert et dans des zones urbaines denses


Cela se justifie par la puissance nécessaire pour l'émission sur différentes fréquences. Nous avons besoin de moins d'énergie pour transmettre sur de longues distances avec des fréquences petites.

Tous les sites comportent 3 antennes, sauf les sites 40 (site en 1800) et 47 (site en 900) n'en comportent que 2.

- Pour les sites en 1 800 les antennes utilisées sont des PD10192. On a alors un gain de 15,24 dBi. La largeur de bande est de 61,5 MHz.
>Ouverture horizontale

>Ouverture verticale
>

On utilise un modèle de propagation de type "Cost-Hata"

- Pour les sites en 900 les antennes utilisées sont des GSMA090-12-6. Avec un gain de 14 dBi. La largeur de bande est de 90 MHz

>Ouverture horizontale

>Ouverture verticale

On utilise un modèle de propagation de type "Okumara-Hata"

> Représentation en ligne directe du site 3

On peut conjecturer que la zone de visibilité directe concorde avec la topologie des lieux : seules les faces orientées des montagnes alentour sont celles ayant une visibilité directe de l'antenne. De plus, l'altitude du site à 34m et celle de la petite zone sur la droite de la carte à une hauteur de 450m confirment ces observations.

# 1.3.5 Prédiction de couverture

## Analyse de couverture

Les différentes propriétés paramétrables pour le calcul de prédiction sont les suivantes :

Lorsqu'on affiche les couvertures GSM et DCS, on obtient les résultats suivants :
- DCS
- GSM

Les différents paramètres associés pour chacun des résultats sont les suivants :

> Interférences DCS 1800

> Interférences GSM

> Coverage DCS 1800

>Coverage GSM

>Signal level DSC 1800

On notera que le paramètre "signal level" n'est pas disponible pour le GSM.

Les zones d'interférences permettent de visualiser les zones où on a des conflits entre deux antennes, et vérifier que les placements et répartitions en fréquence des antennes de la zone géographique sont corrects. Le paramètre "coverage area" permet de visualiser la zone que permet de couvrir en théorie l'antenne. De plus, "signal level" permet de prendre en compte le bilan de puissances, mais aussi la géographie des lieux (topographie montagneuse par exemple comme ici).

## Analyse du plan fréquence

# Etude de propagation et dimensionnement

Dans un premier temps, on crée les transmetteurs par défaut. On suppose être un opérateur disposant de 62 canaux en fréquence (canaux 1 à 62). Par la suite, on calcule le facteur de multiplexage associé :
> Tableau de référence pour la correspondance canaux physiques, nombre de fréquences, et nombre de TCH.

Par la suite, on choisit par lecture du tableau de référence un nombre de TCH à 56 et 8 fréquences associées, correspondant à un nombre de 64 canaux (correspondance avec la valeur de la puissance de 2 la plus proche de 62).

> Définition d'une bande de fréquences

On procède à la création d'un nouveau type omnidirectionnel, avec une antenne A09209, une PIRE de 35 dBm, associé à la bande de fréquence que nous avons créé auparavant.

> Définition du modèle de la station

## Facteur de réutilisation

Par la suite on cherche à obtenir le facteur de réutilisation associé. On choisit dans un premier temps la taille du cluter N. Dans notre cas, on prendra N tel que N = 12 de manière à avoir une marge sur le rapport C/I. On se réfère par la suite au modèle suivant :
> Correspondance cluter/ valeurs i et j pour la distance entre les cellules co- canales.

On cherche à avoir un n=3 dans notre cas, et garantir 12dB de C/I.
$SIR = \frac{C}{I}$

> cf. annexe

$\frac{C}{I} = \frac{\sqrt{3N^{n}}}{6}$
$N = \sqrt[n]{(\frac{6*\frac{C}{I}}{3^{\frac{1}{2}}})^{2}}$
$N = \sqrt[3]{(\frac{6*10^{1.2}}{3^{\frac{1}{2}}})^{2}}$
$N \cong 12$

Avec un modèle d'affaiblissement en N=12. Par lecture du tableau, on peut prendre un i et un j à 2.

## Taille des cellules

On dispose dans notre cas d'un facteur de réutilisation de N=12. De plus, on considère être un opérateur ayant 62 canaux disponibles. Par conséquent, on peut en déduire dans notre cas que nous avons $\frac{62}{12} \cong 5$. On considère ainsi 5 fréquences par cellule. La courbe d'Erlang de la page 18 nous permet par la suite d'utiliser cette donnée de manière à exploiter les demandes du sujet : on souhaite dans notre cas un taux de blocage inférieur à 2%. Par lecture du graphe, nous avons ici 25 Erlang.
> Etude du taux de refus d’appel en fonction du trafic demandé, pour un nombre de porteuses attribué à la cellule variant de 1 à 8.

D'après l'annexe, nous avons :
$A_{tot} = A*S$, avec ici $A_{tot} = 50E$ et $A = 25E$
On fait ici l'approximation que les cellules sont des cercles. On a donc le rayons d'une cellule r = 400m.

## Déploiement régulier

On déploie de manière régulière les antennes sur le site à couvrir. Pour cela, on considère une distance de 100m d'overlap sur les zones couvertes par les antennes pour le handover entre chaque zone couverte. Le déploiement effectué est le suivant :


## Paramétrage global des prédictions

Le système de propagation utilisé par la suite dans nos simulations sera Okumura-Hata.

Le modèle de propagation choisi utilise des résultats expérimentaux pour estimer la couverture radio.
Le récepteur est simulé à 1,5m (hauteur moyenne d'un utilisateur). On le simule avec un récepteur AO9209 classique.
On fixe ici la portée maximale du système en cohérence avec les calculs effectués plus tôt par rapport aux contraintes du sujet. Il est donc de 400m dans notre cas.

## Calculs de couverture

Par la suite on effectue le calcul de couverture de la zone étudiée ici. On considère les différentes visualisations suivantes :

> Couverture par émetteur

> Couverture par niveau de champ

> Recouvrements

> Zones brouillées

Sur le résultat obtenu, on peut voir que le modèle présente des trous de couverture (notamment entre les sites 7 et 4 par exemple), mais aussi des zones de sur-recouvrement (notamment entre les sites 3 et 1). Par rapport à la disposition des sites actuels, on peut conjecturer que la taille des cellules est trop grande par rapport à la proximité de ces dernières en haut à gauche de la zone. Cependant, pour une taille de cellule identique ou plus petite, il faudrait une couverture plus importante sur le bas de la zone, vers la mer (car présence de trous de couverture).

## Réglages des sites

Dans notre cas, il est nécessaire que tout le territoire soit couvert. Il y a un recouvrement sur le bord des cellules qui est requis pour répondre au besoin du handover. De plus, les cellules ont toutes le même nombre d'Erlang au km². Par conséquent, on veut avoir une taille fixe de cellule dans notre déploiement de manière à avoir une répartition constante de la qualité de zone couverte. En effet, en faisant des cellules plus grandes à certains endroits, typiquement dans le bas de la zone, il y aurait besoin d'acheminer plus d'Erlang, et donc plus de fréquences. Une piste d'amélioration serait donc de venir ajouter des antennes à cette répartition faite auparavant, de manière à couvrir les zones présentant des trous de couvertures. De plus, il est nécessaire de faire attention à la puissance d'émission des antennes considérées. Amplifier la puissance d'émission de ces dernières permet d'augmenter la qualité du signal reçu dans cette cellule, cependant les normes fixées pour les puissances d'émissions ne permettent pas de dépasser un certain palier. Il en est de même pour la hauteur des antennes. Il faut donc trouver un compromis entre hauteur, puissance, et répartition des antennes considérées.

Le modèle alors obtenu est le suivant :

> Amélioration du déploiement en ajoutant des sites

La puissance d'émission n'a pas été augmentée, tout comme la hauteur des émetteurs. Le principal élément ayant été changé est ici la disposition des sites pour les déploiements de ce modèle. On observe qu'en venant réduire le nombre d'antennes dans les zones de sur-recouvrement, et en augmentant la densité d'antennes dans les zones présentant des trous de couverture, on arrive à avoir une zone qui est globalement bien couverte, et permettant un recouvrement suffisant pour le handover.

## Nombre de canaux requis

Nous voulons un taux de bloquage d'appels inferieur à 2%, nous choissisons donc cette valeur pour les paramètres du calcul.

> Paramètres pour le calcul du nombre de canaux pour les cellules

> Zones de recouvrements du modele

Par la suite on observe que le recouvrement des différents sites n'est pas forcément optimal. On vient ensuite déplacer les différents sites de manière à avoir un recouvrement nécessaire pour le handover, sans qu'il soit trop important.

> Zones de couverture du modele apres déplacement des sites

## Affectation des codes BSIC

Le BSIC (Base Station Identity Code), est un code de ‘couleur’ qui permet de distinguer des émetteurs utilisant la même fréquence de voie balise. Le BSIC est un code utilisé dans le GSM pour identifier de manière unique une station de base. Le code est nécessaire, car il est possible que les stations mobiles reçoivent le canal de diffusion de plus d'une station de base sur la même fréquence. Cela est dû à la réutilisation des fréquences dans un réseau cellulaire.

Chaque station de base a son propre BSIC, ce code est à tout moment transmis sur le canal de diffusion, de sorte que les stations mobiles puissent faire la distinction entre les stations de base.

> Valeurs automatiques des BSIC

## Affectation des fréquences

On lance dans un premier temps le calcul automatique de canaux requis pour le taux de blocage de 1%. Par la suite, on lance l'affectation automatique de fréquences pour le modèle considéré. Les canaux sont alors attribués comme il se doit.

>Valeurs des canaux attribués automatiquement

Le modèle finalement obtenu permet donc de répondre au besoin du taux de blocage à 1%, avec un overlap des zones permettant le handover, ainsi qu'une taille de cellule constante sur toute la zone. On peut donc considéré que les 50E/km² sont respectés dans la mesure du possible dans ce déploiement.
Il faut donc trouver un compromis entre hauteur, puissance, et répartition des antennes considérées, ainsi que la répartition en fréquence et selon les canaux des différentes cellules.