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à‰tude de dimensionnement et planification d'un réseau d'accès WCDMA 3G

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par Mohamed Lamine CAMARA
Institut supérieur d'informatique de Dakar (ISI) - Master en télécommunications 2008
  

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I . 3 . 1 . 2 . L E S CODES D ' E T A L E M E N T UTILISES E N U T R A

Le choix des codes d'étalement est directement influencé par leurs propriétés de corrélation, et plus précisément par leurs propriétés d'autocorrélation et d'intercorrélation. Du point de vue statistique, l'autocorrélation est une mesure de la correspondance entre un code et une version décalée de celui- ci. Par ailleurs, l'intercorrélation représente le degré de correspondance entre deux codes différents.

Il existe deux codes en UMTS :

Codes de canalisation ou OVSF

Codes d'embrouillages ou codes de Gold

~ Codes de canalisation ou codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) : utilisés pour identifier les utilisateurs dans une cellule.

> Dans la voie montante :

· Chaque utilisateur possède un code de canalisation et un code d'embrouillage. > Dans la voie descendante :

· Les utilisateurs utilisent les codes de canalisations à l'intérieur de la cellule et

les codes d'embrouillages pour garantir l'orthogonalité entre les cellules.

Le code OVSF est un code de Walsh-Hadamard utiliser pour varier le Spreading Factor selon le début usager et de multiplexer les différentes informations à transmettent.

Figure 4 : L'arbre des codes de canalisation OVSF

~ Codes d'embrouillages ou de Gold : utilisés pour pallier les problèmes d'interférences

provenant des stations de base voisines qui utilisent un code d'embrouillage différent. > Dans la voie montante (pas de synchronisation) :

· Séparent les différents utilisateurs dans une cellule donnée.

> Dans la voie montante (synchronisation) :

· Séparent les différentes stations de base dans le réseau

Le SF maximal autorisé par la norme UTRAN est de 256 pour les canaux montants et de 512 pour les canaux descendants.

I.3.1.3. T E C H N I Q U E D ' A C C E S W C D M A ( W I D E B A N D C D M A ) L'étalement de spectre est considéré comme une forme de modulation, car le message d'origine est transformé de telle sorte que la largeur spectrale après transformation est plusieurs fois supérieure à celle du message d'original. L'UMTS a adopté un système CDMA nouveau, appelé W-CDMA, ou CDMA large bande (en fonction de largeur de bande occupée par le signal étalé). Les usagers du W-CDMA utilisent tous la même bande tout le temps. La séparation entre deux utilisateurs est assurée par un code.

Nombres de codes

Familles de codes

Fonctionnalités Channelization Codes - OVSF Scrambling Codes

Utilisation

Longueur

UL : séparation des canaux provenant d'un même terminal

DL : séparation des connexions des différents usagers d'une même cellule

Nombre de codes égaux au SF

UL : 4 à 256 chips DL : 512 chips

OVSF

UL : 10 ms = 38400 chips
DL : 10 ms = 38400 chips

UL : plusieurs millions DL : 512

UL : séparation des terminaux DL : séparation des cellules

Code de Gold

Tableau 2 : Fonctionnalités et caractéristiques des codes d'étalement utilisé en UMTS Le WCDMA, supporte la variabilité du débit et ceci en variant la période du code d'étalement.

B

La largeur de bande Bc est toujours constante et le rapport G = [1] est le facteur d'étalement.

C

B S

B

Le rapport PG C

= [2] est le gain de traitement (Processing Gain), R est la bande du signal

R

utilisateur avant codage correcteur d'erreur.

Le principe d'étalement de spectre utilisé en UMTS est appelé le DSSS (Direct Sequence Spreading Spectrum). Les valeurs du gain de traitement et du facteur d'étalement sont différentes. Cette différence vient du fait que l'étalement de spectre est appliqué non pas sur les bits utiles d'information, mais sur les symboles qui ont un débit. Le Spreading Factor, ou encore gain de traitement, est le rapport de la bande après étalement sur la bande avant étalement.

L'étalement de spectre se fait en deux étapes. La première, dite de Channelization ou de Spreading, transforme chaque symbole de données en un certain nombre de chips. La seconde, dite de Scrambling, s'applique aux chips. Ces deux étapes sont nécessaires :

· Pour séparer les différentes applications issues d'une même source, utilisation des séquences de Hadamard ;

· Pour séparer différentes stations de bases :

o En mode FDD : utilisation des séquences de Gold, de période 10 ms, à 3,84 Mchips/s ; o En mode TDD : utilisation de codes de longueur 16 ;

· Pour séparer différents mobiles :

o En mode FDD : utilisation de séquence de Gold longues, de période 10 ms, ou de séquences courtes, de période 256 chips ;

o En mode TDD : utilisation de codes de période de 16 chips et de midambules de différentes longueur suivant l'environnement.

PARAMETRES

Paramètres W-CDMA

W-CDMA

Méthode d'accès multiple

DS-CDMA

Méthode de duplexage

FDD / TDD

Synchronisation de la station de base

Opération asynchrone

Débit chip

3,84 Mchips/s

Longueur de la trame

10 ms

Nombre de slots/trame

15 Time Slots

Multiplexage de service

Plusieurs services avec différentes qualités d'exigences de service multiplexés sur une seule connexion

Concept multi-débit

Spreading factor variable et multi-code

Detection

Usage cohérent de symbole pilote ou pilote commun

Détection multi-usagers, petites antennes

Supporté par le standard, elle est optionnelle dans l'implémentation

 

Tableau 3 : Les caractéristiques W-CDMA

Grâce aux propriétés de la technique WCDMA présentées, cette norme possède les avantages suivants :

· Rejet d'interférence : le signal utile est désétaler et les interférences restent faibles,

· Capacité d'accès multiple : tous les utilisateurs utilisent simultanément toute la bande de fréquence grâce aux codes de faibles corrélations,

· Protection contre les trajets multiples : en WCDMA les trajets multiples sont combinés d'une façon constructive,

· Faible probabilité d'interception : le signal utilisateur possède une faible puissance dans l'interface air (grâce à l'étalement).

· Meilleure efficacité spectrale : réutilisation totale des fréquences dans les cellules,

· Confidentialité : on ne peut décoder le signal de l'utilisateur que si on connaît son code,

Le système W-CDMA apporte les avantages d'une plus grande bande passante disponible pour l'usager, mais aussi l'avantage d'une plus grande souplesse dans l'allocation des ressources nécessaires et dans le déploiement du réseau.

TECHNIQUE RADIO Modes d'accès multiple

UTRA/FDD
DS-CDMA

UTRA/TDD
DS-CDMA

Mode de duplexage

FDD

TDD

Débit chip

3,84 Mchps/s

3,84 Mcps (1,28 Mcps optionnel)

Facteur d'étalement (Spreading Factor)

Entre 4 et 512 (VD)

1 ou 16 (VD)

 

1, 2, 4, 8 ou 16 (VM)

Séparation nominale entre porteuse

5000 kHz

5000 kHz (1600 kHz optionnel)

Périodicité du contrôle de puissance

1500 Hz (VM et VD)

100 Hz ou 200 Hz en boucle ouverte
(VM)

 

Bande de fréquence

Une bande appariée de
0-60 MHz

UL : 1920-1980,
DL : 2110-2170

Deux bandes de 20 et de 15 MHz
non appariées

UL : 1900-1920, DL : 2010-2025

Durée de la trame

10ms

Durée d'un slot

10/15 0,667 ms

10/15 0,667 ms

Débit max. pour un code

384 kbps

144 kbps

Handover (HO)

Soft Handover

Hard Handover

Synchronisation entre station de base

Asynchrone
Synchrone (optionnelle)

Synchrone

Type de modulation RF

QPSK

Espacement entre les porteuses

4,4 à 5,2 MHz

 

Tableau 4 : Principales caractéristiques entre l'UTRA/FDD et l'UTRA/TDD

I.3.1.4. L E S C A R A C T E R I S T I Q U E S D U CANAL D E PROPAGATION Le canal de propagation est la bête noire de tout système de radiocommunication, parce qu'il engendre des dégradations sur le signal transmis. Afin de choisir les techniques de traitement du signal appropriées et qui seront mises en oeuvre dans la chaine d'émission et de réception (type de codage canal, entrelacement, vocodeur etc.) et au niveau du réseau (contrôle de puissance lent ou rapide, diversité de transmission, antennes adaptatives, transmission discontinue, etc.). On peut classer les différents modèles de propagation en deux catégories : « évanouissement à long terme » et « évanouissement à court terme ».

> Evanouissement à long terme : se manifestent lorsque la distance qui sépare l'émetteur du récepteur est importante (de quelques dizaines à quelques milliers de mètres).

> Evanouissement à court terme : sont caractérisés par des variations rapides de la puissance du signal dans les intervalles de temps assez courts. Ce type d'évanouissement trouve ses origines dans les réflexions du signal transmis sur les différents obstacles et dans la vitesse relative entre le mobile et la station de base.

A la réception, plusieurs versions du signal (dit des trajets multiples) arrivent à des intervalles de temps différents. L'angle d'arrivée, l'amplitude et la phase de chacun des trajets varient d'une manière aléatoire. Et lorsque les trajets s'additionnent (de façon vectorielle), une certaine forme d'interférence est créée qui peut être constructive (ce qui augmenterait la puissance du signal résultant), ou destructive (ce qui arrive la plupart du temps). Les évanouissements à court terme sont parfois appelés « évanouissement de Rayleigh ».

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"Qui vit sans folie n'est pas si sage qu'il croit."   La Rochefoucault