Conséquences pour le modèle probabiliste

Les modifications introduites par EDGE affectant le réseau GSM ne remettent pas en cause le principe général d'évaluation par le modèle probabiliste. Néanmoins, quelques adaptations sont nécessaires.

•

Evaluation des charges brouilleuses et brouillées sur les TRX d'un secteur

L'évaluation de la charge de la brouilleuse par le simulateur doit tenir compte des deux modes : GSM/GPRS et EDGE/EGPRS. Le simulateur utilisé pour la répartition de trafic doit effectuer une répartition du trafic par type de TRX :

Chapitre 5 - Evaluation de la qualité pour les systèmes de données

133

o TRX Normal : TRX ne supportant pas EDGE o TRX EDGE : TRX compatible EDGE

On notera que la coexistence des deux types de TRX est incompatible avec le saut de fréquences en Bande de Base. En effet, une communication émise en 8PSK ne peut pas sauter sur un TRX n'étant pas compatible EDGE. La répartition du trafic sur les TS correspondant au même type de TRX est effectuée selon le fonctionnement décrit au paragraphe 5.2.7.

La donnée des quantités de trafic voix/données écoulées par type de TRX est nécessaire en entrée du simulateur. Idéalement, ces quantités sont obtenues à partir de mesures effectuées sur le réseau. En pratique, ces charges sont estimées par l'opérateur.

•

Evaluation de la probabilité de BER

L'évaluation de la distribution de probabilité du BER par le modèle utilise les tables de performances C/I→BER. Du fait de l'introduction d'une nouvelle modulation 8PSK en plus de GMSK, le modèle doit prendre en compte les deux modulations.

Les deux tables de performances C/I→8PSK_BER et C/I→GMSK_BER sont nécessaires pour évaluer les distributions de probabilité du 8PSK_BER et du GMSK_BER. Des tables de performances spécifiques à chaque constructeur sont utilisées par le modèle.

Le phénomène de back-off présent chez la plupart des constructeurs implique une variation du

C/I en chaque maille dépendant du TRX constructeur et n'est pas représenté dans le modèle. La

modélisation de ce paramètre impliquerait de prendre en compte dans les calculs des TS interférant d'un même secteur brouilleur mais transmis avec des puissances différentes. Ces TS n'auraient donc pas un impact équivalent lors de la collision avec des bursts de service. Cet aspect n'est donc pas actuellement pris en compte dans le modèle et nécessite une réflexion plus générale sur la prise en compte des mécanismes de contrôle de puissance. Pour pallier ce défaut, on peut évaluer la qualité dans les deux cas limites concernant les TRX configurés EDGE :

o Tous les TS sont en GMSK.

o Tous les TS sont en 8PSK et le seuil de puissance appliqué dépend alors du TRX constructeur.

• Evaluation de la qualité de service

La complexité de l'hybridation entre les mécanismes d'adaptation de lien et d'IR, et la dépendance de ces mécanismes avec des implémentations constructeur rendent difficile leur intégration algorithmique dans le modèle d'évaluation de la qualité.

L'approche retenue a été l'utilisation de tables de performances directement fournies par les constructeurs ou obtenues par simulation. Ces tables permettent de définir le débit EDGE nominal par TS obtenu par adaptation de lien et IR directement en fonction du niveau de BER calculé par le modèle probabiliste.

Ces tables de performances sont souvent fournies en supposant une adaptation de lien et une utilisation de l'IR de manière idéale. Elles permettent cependant de comparer différentes ingénieries à hypothèses égales et de donner une idée du débit pouvant être atteint moyennant une calibration.

Chapitre 5 - Evaluation de la qualité pour les systèmes de données

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Les figures 86 et 87 représentent respectivement des évaluations de la probabilité d'obtenir un débit EDGE nominal supérieur ou égal à 45 et 55 kBits/s. Ces résultats ont été obtenus sur un réseau de 70 secteurs en situation de Saut Synthétisé plan classique.

Le dégradé de couleur affiché sur les cartes est dépendant du niveau de probabilité associé au débit. Plus la probabilité d'avoir un débit supérieur à la valeur d'analyse est forte, plus on se rapproche de la couleur verte. On distingue une légende à 5 niveaux :

o 0% ≤ Probabilité < 1% : Noir o 1% ≤ Probabilité < 10% : Rouge o 10% ≤ Probabilité < 50% : Orange o 50% ≤ Probabilité < 90% : Jaune o 90% ≤ Probabilité <= 100% : Vert

Figure 83 : Carte de probabilité de service au delà de 45 kBits/s

Figure 84 : Carte de probabilité de service au delà de 55 kBits/s

Les résultats obtenus pour l'évaluation du service EDGE sont actuellement en cours de validation expérimentale. Les premiers retours liés à cette validation montrent des résultats cohérents avec les débits mesurés par des utilisateurs sur les réseaux en termes de localisation des zones à faibles débits.

Chapitre 5 - Evaluation de la qualité pour les systèmes de données

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En valeurs absolues, les débits calculés par le modèle sont toutefois optimistes par rapport à la réalité. Ce phénomène peut s'expliquer par l'utilisation de tables de qualité "idéales", par la non-prise en compte du Back-off ou encore des phénomènes liés aux autres couches du réseau. La qualité de la prévision pourra sans doute être améliorée par l'ajustement des tables de passage du BER au débit.

Ces phénomènes montrent cependant les limites de la modélisation proposée dans cette thèse pour la prise en compte de services de données complexes par rapport à la qualité du modèle pour l'évaluation de l'interférence. L'analyse de la qualité de service avec ce modèle ne peut donc se faire aisément que lorsque celle-ci est directement liée à l'interférence comme le montrent les résultats du chapitre 4.

Chapitre 5 - Evaluation de la qualité pour les systèmes de données

136

5.3 Conclusion

Ce chapitre présente les adaptations apportées au modèle probabiliste d'évaluation de la qualité pour que celui-ci puisse prendre en considération des services de données. Ces évolutions, peu importantes pour les services GPRS, demandent de faire de nombreuses hypothèses simplificatrices pour les services EDGE.

Si les composantes de calcul de probabilité de collision et de probabilité d'effacement de bits restent quasiment inchangées, les modifications interviennent en amont et en aval de ces composantes.

Le premier point de modification concerne l'utilisation d'un simulateur de trafic afin de déterminer la charge de chaque type de TRX de chaque secteur en fonction des priorités d'allocation de ressources et des configurations matérielles permettant la transmission de données GPRS et EDGE.

Le deuxième point est spécifique aux services EDGE et consiste à prendre en compte la modulation au moment de la détermination du taux de bits impactés par une collision de

time-slot. La modulation a un impact sur la capacité du récepteur à supporter l'interférence, et des

tables différentes de correspondance C/I -> BER doivent donc être utilisées lors de l'analyse des services EDGE émis en 8PSK, et lors de l'analyse des services GSM et GPRS.

Le dernier point concerne la transformation de la distribution de probabilité d'effacement de bits issue du modèle en un indicateur de qualité pertinent pour le service étudié. Les mécanismes permettant d'aboutir à un tel indicateur sont assez proches entre GSM et GPRS. Pour les services EDGE, les mécanismes pour passer de l'un à l'autre sont complexes, souvent gardés confidentiels par les constructeurs et dépendant de couches du réseau supérieures à l'interface radio. Pour cette raison, des tables de qualité directement fournies par les constructeurs sont utilisées pour calculer un débit à partir de la distribution de probabilité d'effacement de bits.

Conclusion

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Conclusion

Cette thèse présente un nouveau modèle d'évaluation de la qualité pour des services voix et données dans les réseaux FTDMA (Frequency Time Division Multiple Access) utilisant un saut de fréquences lent. La mise en place du mécanisme de saut de fréquences pour augmenter l'efficacité spectrale d'un système FTDMA ne permet plus de faire un lien simple entre la réutilisation de fréquences et l'impact de l'interférence sur la qualité de service. En effet, le saut de fréquences a un effet majeur sur la qualité de la porteuse et sur la qualité de service à travers les gains en diversité de fréquences et en diversité d'interférences. L'objectif du modèle d'évaluation proposé dans cette thèse est de permettre l'analyse de l'impact du saut de fréquences sur la qualité de service dans un contexte réaliste de propagation des ondes, sur des réseaux de plusieurs centaines de secteurs, et avec des temps de calcul acceptables pour effectuer des études d'ingénierie du spectre.

Ce modèle est basé sur un processus complet d'évaluation de l'interférence dans un mode maillé pour les réseaux FTDMA. Il repose sur :

o L'utilisation de modèles de propagation semi-empiriques.

o Un calcul de probabilité de prise de service pour chaque secteur en chaque point du réseau prenant en compte les critères de service radio et les phénomènes de HO (Handover ou transfert cellulaire automatisé).

o Une comparaison de l'interférence subie par un mobile servi par chaque secteur par rapport à un seuil d'interférence nécessaire à la bonne réception d'un service.

o Une méthode d'agrégation de ces résultats pour un ensemble de secteurs et un ensemble de mailles afin d'obtenir des statistiques de surface et de trafic brouillés globalement sur le réseau analysé.

L'obtention des probabilités de prise de service est axée sur une analyse des mécanismes de mesure et de remontée de critère de qualité du lien radio au niveau du mobile. Deux critères principaux sont retenus comme contribuant majoritairement à la liaison du mobile avec la station de base lui offrant le meilleur service, et donc au transfert intercellulaire en cas de mobilité. Ce sont les critères de puissance (critère absolu) et de liaison (critère relatif). Le calcul de probabilités de prise de service sur ces deux critères permet donc de prendre en compte de manière statistique les phénomènes de HO dans le calcul du trafic du réseau impacté globalement par l'interférence.

La structuration de l'interférence en situation de saut de fréquences est ensuite analysée. Un modèle analytique permettant le calcul de la distribution de probabilités de collisions entre

bursts de communication est proposé. Ce modèle se construit en deux étapes. Un premier

modèle est basé sur un calcul de probabilité d'apparition de bursts d'un secteur brouilleur sur un canal de fréquences. Cette probabilité permet de mettre en évidence les aspects liés à la discontinuité du trafic et de l'interférence générée par le trafic sur un canal de fréquences fixe en situation de saut de fréquences. Ce premier modèle peut être vu comme un modèle d'interférence si l'on se place dans une hypothèse de destruction complète de l'information d'un

burst de service lors de la collision avec un burst brouilleur.

La deuxième étape de modélisation conduit à un deuxième modèle, basé sur le précédent, qui a pour objectif de lever cette hypothèse de conséquence binaire à la collision de deux bursts. Ce modèle général calcule la distribution de probabilité du taux d'effacement de bits sur un ensemble de trames de service. Il permet de prendre en compte des secteurs brouilleurs de puissances différentes intervenant sur le service. Ce modèle, bien qu'essentiellement analytique, fait appel à des tables de correspondance issues de la simulation.

Conclusion

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L'application du modèle d'évaluation de distribution de probabilités du taux d'erreur binaire à l'évaluation de la qualité d'un service voix en GSM (Global System for Mobile communications) est ensuite reprise et validée sur un ensemble de points de mesures. La métrique calculée par le modèle et mesurée sur les parcours de mesures est le FER (Frame Erasure Rate). Cette validation montre la précision du modèle de FER, en situation de secteur serveur unique, lorsque les modèles de propagation sont suffisamment proches de la réalité ou que la propagation des ondes à partir de l'ensemble des secteurs présente un biais équivalent.

Cette campagne de validation n'a pu être effectuée que sur un réseau en ingénierie en Bande de Base. La capacité du modèle à comparer des ingénieries jouant sur l'équilibre entre séparation des fréquences (Bande de Base) et étalement de la charge sur le spectre (Motifs en Saut Synthétisé) n'a pas pu être validée lors de cette campagne.

Une deuxième validation est donc effectuée. Cette validation permet à la fois de vérifier la capacité du modèle à comparer des ingénieries et la validité de l'approche d'évaluation globale du réseau. Tout d'abord une étude de comparaison de différentes stratégies d'ingénierie d'allocation des fréquences est effectuée. Cette comparaison montre la souplesse du modèle à s'adapter à des configurations de réseau différentes tout en restant cohérent avec les phénomènes structurant l'interférence : recouvrement des champs, qualité du plan de fréquences, tailles des MAL et taux de charge.

Ces résultats d'études sont ensuite validés par une expérimentation sur un réseau de 140 secteurs. Cette expérimentation montre l'utilité du modèle dans l'aide à la décision pour l'allocation des ressources fréquentielles sur un réseau. Elle montre également le lien fort qui existe entre un critère radio lié à l'interférence, tel le FER, et des indicateurs remontés du réseau, tels que le taux de coupure ou les HO sur qualité.

Enfin, la comparaison en valeur absolue des résultats de prévision de trafic brouillé avec des mesures de qualité de service ressentie par l'utilisateur montre la pertinence, à une échelle macroscopique, des méthodes d'agrégation de l'interférence par probabilité de prise de service. Les résultats de ces expérimentations ont été suivis du déploiement opérationnel par Orange d'un module d'évaluation basé sur le modèle de FER présenté dans cette thèse. Ce modèle est donc utilisé depuis 2003 par Orange pour évaluer la qualité de ses réseaux GSM et choisir ses stratégies d'allocation des fréquences avec et sans saut de fréquences.

La dernière partie de cette thèse présente les adaptations apportées au modèle probabiliste d'évaluation de l'interférence pour que celui-ci puisse évaluer la qualité de services de données. Ces évolutions, peu importantes pour les services GPRS (General Packet Radio Service), demandent à faire de nombreuses hypothèses simplificatrices pour les services EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Peu de changements interviennent sur les composantes de calculs de probabilité de collision de bursts et de probabilité d'effacement de bits, hormis pour prendre en compte l'impact sur la probabilité d'effacement de bits de la nouvelle modulation introduite dans EDGE.

Une modification majeure concerne la mise en place d'un simulateur de trafic afin de déterminer la charge de chaque type de TRX (Transceiver) de chaque secteur en fonction des priorités d'allocation de ressources et des configurations matérielles permettant la transmission de données GPRS et EDGE. La deuxième modification principale concerne la transformation de la distribution de probabilité de taux d'erreur binaire issue du modèle, en un indicateur de qualité pertinent pour le service étudié. Les mécanismes permettant d'aboutir à un tel indicateur sont assez proches entre GSM et GPRS.

Conclusion

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Pour les services EDGE, les mécanismes à mettre en place sont complexes, souvent gardés confidentiels par les constructeurs, et dépendant de couches réseau autres que l'accès radio. Pour cette raison, des tables de qualité directement fournies par les constructeurs sont utilisées pour calculer un débit à partir de la distribution de probabilité d'effacement de bits. Les débits calculés par le modèle sont toutefois optimistes par rapport à la réalité. Ce résultat peut s'expliquer d’une part par l'utilisation de tables de qualité "idéales", et d’autre part parce que le

Back-off et les phénomènes liés aux autres couches du réseau ne sont pas pris en compte.

Ces résultats sur EDGE montrent les limites de la modélisation proposée dans cette thèse pour la prise en compte de services de données complexes par rapport à la qualité du modèle pour l'évaluation de l'interférence. L'analyse de la qualité de service avec ce modèle ne peut donc se faire aisément que lorsque celle-ci est directement liée à l'interférence sur la couche radio comme l’illustre la fiabilité des résultats pour la voix.

Malgré ces limites, le modèle d'évaluation de la qualité des services de données a été utilisé par Orange au cours de l'année 2005 afin d'élaborer sa stratégie d'allocation de fréquences pour l'ouverture commerciale du réseau EDGE. L'industrialisation de ces méthodes d'évaluation des services de données dans les services opérationnels est prévue en 2006 en complément des méthodes d'évaluation du service voix actuellement utilisées. Au cours de l'année 2006, un module d'évaluation de la qualité basé sur le modèle présenté dans cette thèse devrait également être commercialisé sur le marché international au sein d’un logiciel d'allocation de fréquences. Les évolutions étudiées actuellement et liées à la modélisation proposée consistent en la prise en compte des mécanismes de contrôle de puissance sur le lien descendant. Ces mécanismes impactent l'hypothèse de transmission de l'ensemble des TS d'une même brouilleuse à la même puissance et changent donc l'approche probabiliste liée à l'évaluation des collisions. Le modèle ne peut pas être adapté de manière triviale en dupliquant les secteurs brouilleurs car la répartition du trafic sur les dupliquas ne peut pas être considérée comme aléatoire.

Une autre direction d'études est liée à l'adaptation de ce modèle pour d'autres systèmes FTDMA tels que IS-136, AMPS ou iDEN. La généricité de l'approche par calcul de collisions devrait permettre une adaptation relativement aisée à ces systèmes. L'adaptation de ce modèle au découpage temps / fréquences des systèmes OFDMA est également étudiée. Cependant la granularité temporelle très fine de ce système risque de rendre inutile une analyse du type de celle proposée dans cette thèse qui est essentiellement axée sur l'analyse des phénomènes non aléatoires dans les collisions entre TS d'information.

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