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Planification de réseaux cellulaires Chapitre 6 I.Généralité II.Allocation de fréquences III.Placement des émetteurs IV.Méthodes globales.

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2 Planification de réseaux cellulaires Chapitre 6 I.Généralité II.Allocation de fréquences III.Placement des émetteurs IV.Méthodes globales

3 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 72 Planification zRéalisé par lopérateur zOptimisation en continue Données de bases Caractéristiques de lenvironnement Caractéristiques de l'utilisateur Caractéristiques du systèmes Objectif : minimiser le coût de linfrastructure radio & réseau Contraintes : QoS Qualité de l appel Taux de pertes Taux de blocage

4 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 73 Moyens zModèles yTrafic, propagation, mobilité zLogiciels yIngénierie cellulaire, allocation de fréquences zValidation ySimulations, mesures, comportement du système

5 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 74 Schéma général de planification Contraintes du système Prédiction de couverture et dinterférences Plan fréquences Définition du réseau Implantation du système Ajustement des paramètres Densification du système

6 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 75 Estimation du trafic zDurée moyenne dun appel zTaux darrivée des appels zTaux de pénétration zVariations yTemporelles yGéographiques

7 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 76 Un exemple zZone de 1500 habitants 0,02 Erlang yCroissance +50 %/an yTaux de pénétration 5% (pouvoir d achat) zVisiteurs 2000 (heures de pointes) 0,1 Erlang yCroissance +20 %/an yTaux de pénétration 8 % zUne route principale 0,2 Erlang yMaximum 300 véhicules simultanément yTaux de pénétration 4 % yCroissance 5 %

8 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 77 Prédiction sur 5 ans Si l on désire un taux de blocage en année 1 de 1% 29 canaux minimum, donc 4x8 Trames TDMA En année 5, avec nos 32 canaux, on a un taux de blocage de 51% !!!! Le système s écroule en année 3 (taux de blocage supérieure à 5%)

9 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 78 Formule de calcul Erlang

10 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 79 Critères doptimisation zCouverture yArgument commercial zDemande yGénère réellement des revenus zÉvolution yRobustesse a laugmentation du trafic xImpact sur le taux de blocage ySouplesse de modification

11 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 710 Contraintes zPositionnement des émetteurs yLégalités, accessibilité xMaintenance, approvisionnement en énergie, connexion au réseau fixe (au BSC pour GSM) zRapport signal bruits yVariables suivant les types de réseaux zCoûts de linfrastructures yMatériels, locations des sites, coût de connexion au réseau fixe

12 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 711 Etat actuel zOutils existants yBases sur la couverture et sur les C/I yPlanet, Parcell, GRAND zMéthodes yReverses-ingineering zChangement avec lUMTS yForward-ingineering yBases essentiellement sur la demande

13 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 712 Schema general Déploiement des stations Analyses de la propagation Gestion des frequences Analyses de la charge

14 Planification de réseau Allocation de fréquences

15 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 714 Présentation du problème zProblématique générale yObjectif : maximiser la réutilisation yContraintes : minimiser les interférences xCo-channel, Channel-adajcent xOn parle du CIR = Carrier-to-Interference ratio zInterférence provenant essentiellement des stations co-canal

16 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 715 Formule du CIR dtdt d4d4 d3d3 d2d2 d1d1 p1p1 p2p2 p3p3 p4p4 p

17 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 716 Évolution du CIR

18 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 717 Influencer le CIR zAugmenter la distance entre cellules co- canal yTechnique de séparation zAugmenter la puissance démission sur le perturbe le lien radio yTechniques de contrôle de puissances

19 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 718 Gestion des canaux zFCA : fixed channel allocation yLa région est divisée en cellules, chaque cellules recevant des canaux suivant un schéma de réutilisation zDCA : dynamic channel allocation yLes canaux sont placés dans une file d attente et attribués aux appels en fonction de la valeur des CIR zHCA : hybrid channel allocation yUne partie fixe et une partie dynamique

20 Planification Allocation de canaux METHODES FIXES

21 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 720 Méthodes fixes zUne listes de canaux optimaux sont alloués a chaque cellule zLes allocations sont réalisées en respectant la distance de réutilisation zLe modèle le plus employé est le modèle hexagonal Comment gérer le trafic non-uniforme !

22 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 721 Pavage hexagonal

23 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 722 Taille des cellules zZone à fort trafic y2 km x 2 kmTrafic de 120 Erlangs yUne station peut servir 20 Erlangs maximum yIl faut 120/20=6 cellules yRayon des cellules zZone à faible trafic y200 km x 200 kmTrafic de 60 Erlangs yCellule de rayon max 30 km y15 cellules avec une capacité de 2 Erlangs

24 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 723 Clusterisation

25 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 724 Facteur de réutilisation zFacteur 1/N zGéométrie hexagonale y6 cellules co-canal yN=i 2 +ij+j 2

26 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 725 Cellules co-canal

27 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 726 Motif à 12 cellules

28 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 727 Facteur de réutilisation co-canal zModèle hexagonal yCellule de même taille

29 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 728 Motif et rapport S/I zUn système (AMPS) yPour la voix S/I supérieur à 18 dB zTaille de la cellule (atténuation 4)

30 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 729 Formule approximative Atténuation de 4 et N=7 Première formule73,518,6 dB Deuxième formule ,9 dB Valeur exacte60, dB

31 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 730 Augmentation de la capacité zSectorisation yUtilisation dantennes directives zReuse partitionning ySuperposer deux schémas cellulaires zDivision cellulaire zMéthodes exotiques ySchéma de Stockholm

32 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 731 Sectorisation Centre de cellule sectorisée Regroupement de cellules

33 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 732 Tri-sectorielle ou 6- sectiorielle 120° 60°

34 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 733 Sectorisation et S/I 3 secteurs 2 cellules 6 secteurs 1 cellule

35 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 734 Combinaisons motifs/secteurs Motif 4/12 Secteur i Canal i, 12i et 24i

36 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 735 Motifs combinés (reuse partitioning) A B C C A A B C A B C A A B C C

37 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 736 Division cellulaire

38 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre Motif de Stockholm

39 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 738 Trafic non-uniforme (I) Allocation uniforme de 7 canaux Nombre de Erlang

40 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 739 Trafic non-uniforme (II) Allocation uniforme de 7 canaux Facteur de blocage

41 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 740 Trafic non-uniforme (III) Facteur de blocage fixe 17%

42 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 741 Trafic non-uniforme (IV) Facteur de blocage fixe 17% Nombre de canaux : 4-7=-3 !!!!

43 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 742 Répondre aux demandes zEmprunt de canaux yDe nombreuses variantes zAllocation non uniforme yStatistiquement xFacteur de blocage réduit de 4% xTrafic total écoulé augmente de 10-22%

44 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 743 Emprunt de canaux zRègle générale yUne cellule utilisant lensemble de ces canaux nominaux peut emprunter un canal à une cellule voisine yUne cellule peut prêter lun de ces canaux non utilisés si cela nentraîne pas dinterférences au niveau des appels en cours yLors d un emprunt, un certain nombre de cellules doivent recevoir une interdiction dutilisation de ce canal

45 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 744 Channel locking Distance de réutilisation = 2 4

46 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 745 Emprunt de canaux zEmprunt plus performant que fixe en cas de réseau faible à moyennement chargé zLe fixe permet d écouler plus de trafic zQuel canal emprunter ? yLes stratégies diffèrent...

47 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 746 Stratégies demprunts zSBR : borrow from the richest ya la cellule qui à le plus de canaux libres zBA : basic algorithm yde façon à maximiser le nombre de canaux libres dans la plus pauvre des cellules zBAR : basic algorithm with reassignment yBA + handover intra-cellulaire dès que possible zBFA : borrow first available yLes canaux sont ordonnés et les cellules effectuent un scan jusqu au prochain libre (liste circulaire)

48 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 747 Stratégies hybrides zSHCB : Simple Hybrid Channel Borrowing yLes canaux sont divisés en 2 ensembles xEmpruntables et non empruntables zBCO : Borrowing with Channel Ordering yOn ordonne les canaux de chaque cellule xOn affecte localement par le bas, on prête par le haut

49 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 748 Méthode statique pour les demandes non-uniformes zBasée sur le maillage hexagonal zCapable de prendre en compte des contraintes de séparations

50 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 749 Définitions des contraintes zDeux contraintes : yContrainte co-site K0 yContrainte inter-site K zPour tout sommet v yf1 et f2 affectées à v, |f2-f1|>K0 zPour tout sommets v1, v2 yf1 affectée à v1 et f2 affectée à v2, |f2-f1|>K

51 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 750 Borne inférieure zCas K0=K=1 (coloriage classique) zOn ne peut faire mieux en nombre de fréquences que le poids de la clique maximale : W (G)= max {d(x)+d(y)+d(z)} (x,y,z) clique de G

52 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 751 Résultat de la méthode zSi W(G) est la borne inférieure pour G zOn définit quatre ensembles de fréquences yR, G, B et W (Red, Green, Blue, White) yChacun de taille W(G)/3 zOn attribuera les fréquences aux sommets du graphe quen utilisant les quatre ensembles définis

53 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 752 Coloriage RGB W(G)= R G B G

54 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 753 Graphe résultant G1

55 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 754 Reduction à des arbres zR sans voisin B avec 2 ou 3 voisins yemprunte aux B zG sans voisins R avec 2 ou 3 voisins yemprunte aux R zB sans voisins G avec 2 ou 3 voisins yemprunte aux G

56 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 755 Suppressing configurations W(G) R G B

57 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 756 Graphe résultant Collection darbres = bipartis

58 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 757 Fin de lalgorithme Sur chaque arbre, on numérote les sommets 0 ou 1 en alternant et en partant du centre dA dB Fréquences W Les voisins piochent dans W Par le haut ou le bas !

59 Allocation des canaux METHODES DYNAMIQUES

60 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 759 Méthodes dynamiques zDéfinition yLorsque les canaux sont sans relations avec les cellules zFamilles méthodes yCanaux utilisables dès que les conditions radio le permettent yÉvaluation du coût de lutilisation d un canal en fonction du contexte yDécision centralisée ou non

61 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 760 DCA centralisée (I) zFA : first avaible yLe premier non utilisé dans la distance de réutilisation zLODA : Locally Omptimized Dynamic Assignment yChoix de celui qui minimise la probabilité de blocage dans le voisinage de la cellule ou il va être employé

62 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 761 DCA centralisé (II) zRING yLe canal utilisé est celui le plus utilisé dans les cellules co-canal zMSQ yLe canal utilisé est celui qui minimise le moindre carré des distances de toutes les cellules utilisant ce canal zNN : Nearest neigbhbor yLe canal utilisé est celui employé dans la cellule la plus proche au delà de la distance de réutilisation yVariante NN+1, permet déviter un Handover assez fréquemment puisque la fréquence sera souvent libre dans le voisinage

63 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 762 DCA decentralisés zLes décisions se prennent localement avec une information locale uniquement Recherche d une colonne vide ou de 3 colonnes consécutives Permet de réaliser des Handover intracellulaire pour diminuer les blocages

64 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 763 Systèmes avec mesures zBase sur la mesure du CIR yAttention : très coûteux en temps yObjectif : minimiser les mesures zTechnique dite du Channel Segregation yLe canal i est sélectionné en fonction d une probabilité p(i) xS il est libre p(i) augmente et on lutilise xS il n est pas libre, p(i) diminue et on cherche le suivant

65 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 764 Channel segregation IDLE BUSY

66 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 765 Recherche des sites zSites théoriques yMNT yModèles de prédiction de couverture yDimensionnement théorique zSites pratiques yVisibilité réelle yMorphologie des bâtiments, structures yAlimentation électrique, problèmes juridiques yEssais avec talkie-walkie

67 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 766 Heuristiques de recherche de sites zMéthode des quadtrees yDécoupage récursif « cell-spliting » zPoints de concentrations yRéduire le temps de calcul zMéthodes par sur-présentation yOn a dimensionné N sites yOn en prend 5-10 fois plus yRecherche dun sous ensemble

68 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 767 Allocation de fréquences zSystèmes à allocation fixe yCalcul du nombre de canaux yCalcul des contraintes du systèmes zSystèmes à allocation dynamiques yModélisation des contraintes physiques yAllocation avec vérification « à la demande » zSystèmes hybrides yStratégie demprunts

69 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 768 Matrice de réutilisation zPour chaque cellule, on calcul le C/I ij, pour chaque point de la cellule yHistogramme Les cellules considérées comme co-canal

70 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 769 Matrice de réutilisation zA ij = 095% du diagramme > 5 dB zA ij = 1 5% du diagramme < 5 dB zA ij = 2 5% du diagramme < 18 dB

71 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 770 Coloriage de graphe Nombre chromatique du graphe G NP Complet

72 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 771 Allocation de fréquences Demandes Fréquences minimales 19 !!! Contraintes inter-sites

73 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 772 Quelques heuristiques zType « recuits simulés » yOn génère une affectation aléatoirement yOn prend une configuration conflictuelle yOn chance localement laffectation zType génétique yOn génère N affectations yOn évalue chaque solution yOn combine les meilleurs

74 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 773 Algorithmes génétiques zDe loin le plus courant chez les opérateurs Populations : P Individus : P 1,…,P n Pour 1 i n P i solution aléatoire Tant que fin non décidée Pour 1 i < n/2, choisir deux individus P a et P b croisement (P a, P b ) suivant probabilité p Pour 1 i n, mutation (P i ) suivant probabilité p P sélection(P)

75 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 774 Schéma génétique Les sites sont numérotés de 1 à 10 Les fréquences de 1 à 7 Chromosome :

76 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 775 Croisement (Exemple)

77 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 776 Mutation (Exemple) Choisir un gène au hasard Remplacer par Random(7)

78 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 777 Sélection (Exemple) On évalue le niveau dinterférence (maximum ou moyen) On sélectionne parmi les 2N individus les N qui obtiennent les meilleurs scores !

79 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 778 Optimisation du réseau fixe zA partir de la position des cellules yDétermination de la matrice de trafic yChoix du nombre de contrôleur de stations xMinimiser le Handover inter-BSC yChoix du nombre de commutateurs xOptimisation des zones de localisation

80 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 779 Densification du réseau zAdjonction de canaux yEn GSM, ajouter du hardware (TRX) yModification du motif cellulaire yEmprunt de canaux yReplanification avec contraintes zCell-spliting zSectorisation zDown-tiling

81 Planification Sélection des sites

82 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 781 Les différentes techniques zDéfinition du DNC = Demand Node Concept yUn point x i dans le plan qui correspond au centre dune concentration de demande a i yMaximum Covering Location Problem zMethode par surdimensionnement yOn explore la combinatoire des solutions à partir dune solution contenant une représentation des sites

83 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 782 Methode MCLP Concentration de demande Site potentiel (éventuellement plusieurs configurations possibles) Pour chaque site, évaluation de la zone de couverture (seuillage sur le niveau de reception)

84 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 783 MCLP : PL en 0/1 0 : noeud i non couvert 1 : noeud i couvert Valeur du noeud i 0 : site i non selectionne 1 : site i selectionne N i est lensemble des sites couvrant i Nombre max de sites

85 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 784 MLCP : heuristique Begin S = ensemble des configurations/sites possibles C=vide /* ensemble retenu */ D=ensemble des points de demandes Tantque cardinal(C)<=p faire Chercher dans S lelement x qui maximise couverture(c+x,d) C=C U x S=S-{S x } /* S x configurations du site correspondant a x*/ End

86 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 785 Méthode par sur- représentation zUtilisé dans loutil STORMS zBasé sur la notion de recouvrement zObjectif : lever le problème du multicritère yUn bon réseau xMinimise les interférences : peu de BTS Maximise la couverture : beaucoup de BTS xCONTRADICTOIRE !

87 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 786 Zone dinterférences Modélisation par sur représentation zGraphes dinterdictions ydéfinis par des intersection densemble zGraphe de recouvrement zGraphe dinterférence Zone de service

88 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 787 Problèmes de ce modèle zNombreux artefacts : yNon symétrique : xA brouille B, mais B ne brouille pas A yReliefs amplificateurs xLac (surfaces réfléchissantes), rivières (guide d ondes), collines etc... Une station qui brouille presque toutes etc... yCes artefacts doivent recevoir un traitement particulier

89 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 788 Sur-représentation initiale Calcul des ZoC pour toutes les BTS Construction dun graphe de recouvrement

90 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 789 Construction dun graphe de recouvrement zDéfinition dun seuil maximal de recouvrement A B C A B C 17% 46% 23%

91 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 790 Objectif zSi le R entre les cellules A et B est supérieur au seuil : yLes deux BTS se recouvrent trop pour appartenir à la même solution zObjectif : yChoisir un sous ensemble de BTS qui ne viole pas la contrainte et qui maximise la couverture

92 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 791 Le graphe Une arête entre A et B si le seuil est dépassé. Trouver le Stable de poids maximal....

93 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 792 Heuristiques 1. Sélectionner un sommet v du graphe G 2. On ajoute v à la solution 3. On retire du graphe G le sommet v et N(v) 4. Sil reste des sommets dans G recommencer à 1.

94 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 793 Sélection du sommet

95 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 794 Nuées dynamiques (I)

96 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 795 Nuées dynamiques (II)

97 Stéphane Ubéda et Fabrice Valois ARM Chapitre 796 Planification : conclusion zPlanification initiale (1990) yEntièrement manuelle zPlanification moderne (1995) yQuelques outils daides, en Europe Planet yOutil de France Télécom : Parcell / Atoll zFutur de la planification yOutils à inventer xInvestigation du Indoor xAdaptation à lUMTS (services / fréquences)


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