Discussion autour de la localisation pour l’IdO basée sur les réseaux

Le besoin en localisation de certaines applications de l’IdO a necessité la mise en place de solutions adaptées dans les différents standards CIoT en Release 14. En effet, l’utilisation du GPS (Global Positioning System) n’était pas envisageable dans la majorité des cas, notamment à cause de la complexité et de la consommation énergétique induites. Un état de l’art et une analyse des différentes solutions de localisation pour l’IdO basées sur les réseaux cellulaires sont disponibles dans l’Annexe B.1. Cette section propose de présenter,

FeMTC eNB-IoT EC-GSM-IoT Déploiement Bande LTE _{garde LTE, standalone}^{Bande LTE, bande de} Bande GSM

MCL 155.7 dB 164 dB _{(33 dBm, CC5)}^{169 dB}

Bande passante 5 MHz 180 kHz 200 kHz par canal Débit max. 4 Mbps/ ^{250 kbps/250 kbps 70 kbps (GMSK),} (VD/VM) 4 Mbps ^{(20 kbps pour}_{une porteuse) (8PSK) (VD/VM)}^{240 kbps} Duplexage _{FDD et TDD}^{FD et HD,} FD- et HD-FDD HD-FDD Consommation PSM, eIDRX, PSM, eIDRX, PSM,

d’énergie eCDRX eCDRX eIDRX

Classe de 23 dBm 23, 20 et 33 dBm

puissance 20 dBm 14 dBm 23 dBm

Support Oui _{Non Non}

Voix (VoLTE)

Localisation OTDOA OTDOA _{par TA et OTD}^{trilatération}

Table 2.12 – Caractéristiques des différentes technologies CIoT en Release 14.

de manière concise, les conclusions tirées de cet état de l’art.

On définit deux cas d’usages classiques de la localisation dans l’IdO. Dans le cas d’un objet immobile, les localisations successives peuvent être très espacées dans le temps et une consommation d’énergie plus importante pour chaque localisation peut être envisa-gée, si le gain en précision est satisfaisant. Dans le cas d’un objet mobile, on préférera des localisations plus fréquentes mais moins consommatrices d’énergie, au prix éventuel d’une précision réduite. De plus, la localisation de l’objet doit aussi être réalisable si l’ob-jet est situé en intérieur ou sous le sol. Dans le cadre du 3GPP et du CIoT, et en prenant en compte ces considérations, seules les techniques de localisations basées sur le CellId, le TOA (Time Of Arrival) et le TDOA (Time Difference Of Arrival) ont été retenues. Dans sa forme basique, la technique de localisation par CellId associe la position de l’objet à la position de la station de base. Des versions plus évoluées peuvent utiliser la valeur du Timing Advance (ou l’équivalent suivant la génération de réseau cellulaire considéré), pour donner une meilleure approximation de la localisation de l’objet. Ces techniques sont simples à utiliser et transparentes pour l’objet, au prix d’une précision relative à la taille de la cellule. Les objets désirant une plus grande précision, mais pour une consommation d’énergie plus importante, pourront utiliser les techniques TOA et TDOA. Les techniques TOA demandent à l’objet de se connecter aux stations de base impliquées dans la locali-sation (au moins 3 différentes), la position de l’objet étant estimée à partir des valeurs de Timing Advance (ou équivalent) obtenues pour chaque station de base. Le positionnement par TOA implique une consommation d’énergie accrue en comparaison du TDOA, mais est plus simple à mettre en place pour le réseau. En effet, les techniques TDOA requièrent uniquement la réception de signaux et le calcul de différences de temps d’arrivée, mais nécessitent l’existence d’une référence de temps commune (au moins au niveau du réseau). L’avantage des techniques TOA et TDOA par rapport à d’autres techniques de localisation (voir l’Annexe B.1), est qu’elles conservent de bonnes performances quel que soit

l’envi-ronnement dans lequel se trouve l’objet. Les performances attendues par le 3GPP pour les solutions de type TOA et TDOA sont entre 50 et 100 m d’erreur moyenne. On peut aussi noter que, l’extension de couverture fournie à chaque objet par les standards CIoT induit qu’un plus grand nombre de stations de base peuvent être en visibilité. Cette ca-ractéristique peut permettre d’améliorer la précision de la localisation, soit en augmentant le nombre de stations de base utilisées, soit en permettant un meilleur choix géographique des stations de base impliquées.

Conclusion de chapitre

Au cours de ce chapitre, nous avons tout d’abord présenté et analysé le travail fourni par le 3GPP au cours du Study Item sur le CIoT. Cette première approche a ensuite permis la conception et la normalisation des technologies CIoT de la Release 13, à savoir EC-GSM-IoT, NB-IoT et LTE-M. Nous avons ainsi pu comprendre le processus de normalisation propre au 3GPP. De plus, les solutions présentées au Study Item et celles normalisées par la suite nous ont montré de quelle façon les réseaux cellulaires pouvaient répondre aux différents besoins de l’IdO, en termes de couverture, de consommation d’énergie et de gestion de la capacité. De même, des solutions de localisation, devant allier précision et faible consommation d’énergie, dans des environnements très différents, ont pu être fournies. La présentation de l’état actuel de ces standards en Release 14 pose la question du choix technologique pour les opérateurs, mais aussi les concepteurs d’objets. Et ce choix est déterminant, car on ne mesure pas le succès d’une technologie à la qualité de ses spécifications techniques, mais à l’existence d’objets employant ladite technologie. Pour l’instant, chaque solution semble s’adresser à un marché propre, mais les évolutions de ces technologies ne convergeront-elles pas vers une unique solution 5G ?

On pourra aussi noter l’utilisation de mécanismes identiques entre les différentes solu-tions CIoT. Par exemple, les modes d’économies d’énergie PSM et eDRX, qui permettent à l’objet de se mettre en sommeil durant de longues périodes, pendant lesquelles le réseau se charge de maintenir son contexte actif. Ou encore, l’utilisation de répétitions en aveugle, une technique efficace et peu complexe, qui est utilisée par l’ensemble des solutions CIoT pour accroître facilement la couverture du système. Pour la suite de ce manuscrit, nous nous intéresserons à la problématique de la couverture et plus particulièrement aux méca-nismes de recombinaison de répétitions aveugles en réception. Nous utiliserons le cas de la 2G (GSM/GPRS) comme cas d’application.

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^{Optimisation des techniques}de recombinaison au sein du

récepteur

Introduction

Les technologies CIoT actuelles se basent plus particulièrement sur l’utilisation de ré-pétitions pour augmenter la couverture du système. En effet, la qualité du lien radio entre un objet et la station de base peut être si mauvaise, qu’il est nécessaire d’effectuer un certain nombre de répétitions pour obtenir des performances acceptables pour le système. On parle alors de répétitions aveugles (blind repetitions), l’émetteur répétant aveuglément la trame d’information, sans attendre l’acquittement du récepteur. Suivant la configura-tion du système, le nombre de répéticonfigura-tions est déterminé plus ou moins dynamiquement, en fonction de la qualité estimée du lien. Car le principe sur lequel repose le mécanisme de répétition est simple : émettre une répétition c’est augmenter l’énergie totale dédiée à l’information, et accroître cette énergie c’est théoriquement faciliter la démodulation de l’information en réception. Mais pour faire bon usage de ces répétitions, le récepteur doit utiliser un mécanisme de recombinaison.

Ainsi, après une présentation de l’état de l’art des principaux mécanismes de recom-binaison, nous décrirons le système que nous avons considéré pour notre étude. Nous uti-liserons le système GSM/GPRS des réseaux 2G comme cas d’application, en référence au système EC-GSM-IoT. Nous présenterons les chaînes d’émission et de réception, ainsi que les mécanismes de recombinaison étudiés. Nous effectuerons ensuite une analyse théorique des performances attendues en termes de SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) moyen pour certains de ces mécanismes, et nous confronterons les résultats théoriques à des résultats de simulation.