RESEAU WIMAX :

(1)

¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)

¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤¤

DEPARTEMENT DE GENIE INFORMATIQUE ET TELECOMMUNICATIONS (GIT)

Option : Réseaux et Télécommunications (RT)

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION

POUR L’OBTENTION DU

DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

Réalisé par :

Juste Mon-Désir BINAZON

Maître de mémoire: Sous la supervision : Dr. Michel DOSSOU Dr. Kokou Marc ASSOGBA Maître-Assistant CAMES Maître de Conférences CAMES

Année Académique : 2014 - 2015

8

^ème

Promotion

R

ESEAU

WIMAX : E

TUDE DU CAS DE DEPLOIEMENT A BENIN TELECOMS INFRASTRUCTURES S

.

A

(2)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON i

S OMMAIRE

SOMMAIRE ... i

DEDICACES………iii

REMERCIEMENTS ... iv

LISTE DES SIGLES ET ACRONYMES ... v

LISTE DES TABLEAUX... viii

LISTE DES FIGURES ... ix

RESUME ... xi

ABSTRACT ... xii

INTRODUCTION GENERALE ... 1

CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE ... 3

OBJECTIFS ... 4

Première Partie: REVUE BIBLIOGRAHIQUE ... 5

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA TECHNOLOGIE WIMAX : CAS DE BENIN TELECOMS INFRASTRUCTURES S.A ... 6

CHAPITRE 2 : MODELES ET REGLES DE PLANIFICATION D’UN RESEAU WIMAX ... 28

Deuxième Partie: APPROCHE METHODOLOGIQUE ... 38

CHAPITRE 3 : DIMENSIONNEMENT DU RESEAU WIMAX DE BENIN TELECOMS INFRASTRUCTURES S.A POUR LA VILLE DE COTONOU ... 39

CHAPITRE 4: SIMULATION DU DIMENSIONNEMENT ... 47

Troisème Partie: RESULTATS ET DISCUSSION ... 61

CHAPITRE 5 : ANALYSE DES RESULTATS ET DISCUSSION ... 62

CONCLUSION ET PERSPECTIVES ... 65

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 67

(3)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON ii

ANNEXES……… 68

PRESENTATION ET ORGANISATION DE LA SOCIETE BENIN

TELECOMS S.A ... 70 Summary………71

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Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON iii

D EDICACES

A Dieu le Père Tout Puissant, gloire à toi pour l’éternité.

A mes parents Corneille BINAZON et Cathérine CADJA.

Recevez ici ma profonde gratitude pour tous vos efforts consentis dans mon éducation.

A mes sœurs Michèle, Danielle et Méritée.

J’ai été un plant que vous aviez entretenu avec soin, amour et affection.

Recevez ce travail comme le fruit de ce plant.

Juste Mon-Désir BINAZON.

(5)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON iv

R EMERCIEMENTS

Mes sincères remerciements vont à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la concrétisation de ce travail. Je pense particulièrement :

Au Professeur Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC ;

Au Professeur Kokou Marc ASSOGBA, Chef du département de Génie Informatique et Télécommunications de l’EPAC ;

Au Dr. Michel DOSSOU, mon maître de mémoire, pour avoir accepté suivre ce travail ;

A tous les enseignants du département de Génie Informatique et Télécommunications ;

A M. Edgard CHOGNIKA, Chef Centre du service Transmission à Bénin Télécoms Infrastructures S.A, pour sa disponibilité et son assistance;

A M. Alassane MAMADOU, Ingénieur des réseaux télécommunications, pour son aide considérable dans la collecte d’informations sur le réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A ;

A M. Abdel DJIMAN, Chef Division du service de Commutation de Bénin Télécoms S.A, pour ses explications ;

A mon oncle Séraphin AGBAHOUNGBATA, pour son soutien indéfectible ;

A Grâce CODJIA pour son affection et son soutien ;

A Marielle, Cosme, Ernestine, Thiburs, Thalès, Jolive, Pulchérie, Sophie, pour avoir été toujours là pour moi.

(6)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON v

L ISTE DES SIGLES ET ACRONYMES

A

AAA : Authentication, Authorization, Accounting/Auditing ADSL : Asynchronous Digital Subscriber Line

ASN : Access Service Network

B

BS : Base Station

C

CDMA : Code Division Multiple Access

CEN- SAD : Communauté des Etats Sahélo-Sahariens CPE : Customer Premise Equipment

CSN : Connection Service Network

D

DL : Down Link

F

FDD : Frequency Division Duplex FTP : File Transfer Procol

I

IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers

(7)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON vi

L

LOS : Line Of Sight

M

Mbps : Méga bit par seconde MS : Mobile Station

N

NLOS : No Line Of Sight

0

OPT : Office des Postes et Télécommunications

ORTB : Office de Radiodiffusion et Télévisions du Bénin

P

PC : Personal Computer PMP : Point à MultiPoints PS : Physical Slot

Q

QAM : Quadrature Amplitude Modulation QoS : Quality of Service

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

(8)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON vii

S

SS : Subscriber Station

T

TDD : Time Division Duplex

U

UL : Up Link

V

VPN : Virtual Private Network

W

WIMAX : World Wide Interoperability for Microwave Access

(9)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON viii

L ISTE DES TABLEAUX

Tableau 1.1: Spécificités des différentes normes WIMAX ... 8

Tableau 1.2 : Coordonnées GPS des différents sites WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A ... 18

Tableau 1.3 : Abonnés par station de base ... 20

Tableau 1.4: Offres des différentes technologies d’accès à internet de Bénin Télécoms Infrastructures S.A ... 24

Tableau 2.1: Valeurs des paramètres en fonction du type de terrain ... 31

Tableau 2.2 : Bilan de liaison ... 36

Tableau 3.1 : Facteurs démographiques de la ville de Cotonou ... 42

Tableau 3.2 : Paramètres de bandes de fréquences et du spectre utilisés. ... 43

Tableau 3.3 : Bilan de liaison de l’étude ... 46

Tableau 4.1 : Description des logiciels ... 48

Tableau 4.2 : Coûts équipements/station de base ... 59

(10)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON ix

L ISTE DES FIGURES

Figure 1.1: Topologie PMP (Point à MultiPoints).. ... 10

Figure 1.2 : Topologie Maillée. ... 11

Figure 1.3 : Architecture du réseau WIMAX ... 13

Figure 1.4 : Customer Premise Equipment (CPE) Indoor and Outdoor ... 14

Figure 1.5 : Station de base WIMAX ... 20

Figure 1.6 : Antennes CPE Outdoor ... 22

Figure 1.7 : Equipements CPE Indoor ... 23

Figure 2.1 : Processus de la planification radio ... 29

Figure 3.1 : Carte géographique de la ville de Cotonou ... 41

Figure 4.1 : Interface du logiciel Atoll ... 49

Figure 4.2 : Choix de la technologie WIMAX ... 49

Figure 4.3 : Insertion de la carte numérique de la ville de Cotonou ... 50

Figure 4.4 : Insertion finale des cartes numériques ... 51

Figure 4.5 : Localisation de la zone de couverture ... 52

Figure 4.6 : Création de sites et paramètres ... 53

Figure 4.7: Paramètres d’antenne ... 54

Figure 4.8 : Paramètres antenne 2 ... 54

Figure 4.9 : Paramètres transmitters ... 55

Figure 4.10: Importation des sites. ... 55

Figure 4.11 : Calcul de prédilection ... 56

Figure 4.12 : Configuration des services ... 57

Figure 4.13 : Subscribers List ... 58

(11)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON x

Figure 5.1 :Résultats de simulation pour les débits du VoIP ... 62 Figure 5.2 : Résultats du niveau de Trafic en DL et en UL (selon le service) ... 63

(12)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON xi

R ESUME

Le présent projet a consisté dans un premier temps à faire une étude du déploiement actuel du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A. Pour ce faire, nous avions étudié l’architecture de déploiement, les équipements qui interviennent dans le réseau ainsi que les relations existant entre eux. Cette étude nous a amenés à constater que la planification du réseau faite avant son déploiement n’était pas optimale.

Nous avons alors étudié les différents modèles de planification et de dimensionnement d’un réseau WIMAX en vue de choisir le mieux adapté pour pouvoir faire un redéploiement optimal du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A. Enfin, nous avons grâce à l’outil Atoll de simulation des réseaux WIMAX, fait la simulation du redéploiement proposé afin d’analyser la couverture du réseau ainsi que ses paramètres techniques.

Mots clés : Réseau WIMAX - Architecture de déploiement – Planification – Dimensionnement – Atoll.

(13)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON xii

A BSTRACT

This project initially consisted in making a study of the current deployment of the WIMAX network of Benin Télécoms Infrastructures S.A. Thus, we studied the deployment architecture, the equipment which intervenes in the existing network as well as the relations between them.This study led us to note that no planning of the network had been made before its deployment.We then studied the various models of planning and dimensioning of a WIMAX network in order to choose the best adapted one to implement an optimal redeployment of the WIMAX network of Benin Télécoms Infrastructures S.A. Finally, we did, thanks to the Atoll simulation tool of WIMAX network, the simulation of the redeployment suggested in order to analyze the cover of the network as well as its technical parameters.

Key words : WIMAX network - Deployment Architecture -Planning - Design - Atoll.

(14)

Réalisé par Juste Mon-Désir BINAZON 1

I NTRODUCTION GENERALE

L’échange d’informations a toujours été pour l’homme une préoccupation majeure. Ce besoin de communication grandissant au fil des années a conduit à un essor très important du secteur des télécommunications. L’internet qui est l’une des applications de la télécommunication à l’instar de la téléphonie mobile, a suscité un grand engouement du fait de sa facilité à assurer un transfert de données rapide et satisfaisant.

Cet engouement du consommateur, amène les opérateurs des télécommunications à multiplier et surtout à diversifier les technologies d’accès à l’information et à la communication. Il s’agit pour eux d’améliorer sans cesse la qualité et le débit de la transmission des données tout en diminuant au mieux les coûts des investissements. C’est dans cette course au « toujours plus, toujours plus vite » que les technologies d’accès à internet sans fil à large bande ont fait leur apparition.

Au nombre de ces technologies à large bande sans fil, figure le WIMAX (World Wide Interoperability for Microwave Access) qui a fait son apparition au début des années 2000 et qui constitue une véritable révolution du fait de sa bande passante élevée, de sa flexibilité, de son rayon de couverture et surtout de sa facilité de déploiement [1]. Pour assurer une bonne qualité de service, le WIMAX comporte des exigences en matière d’architecture et de planification. Son dimensionnement optimal en vue d’un déploiement du réseau inclut une optimisation des ressources et une couverture maximale.

(15)

Par le biais du sommet de la CEN-SAD (Communauté des Etats Sahélo-Sahariens) tenu à Cotonou du 17 au 18 juin 2008, L’opérateur historique en charge de la gestion des Télécommunications au Bénin, Bénin Télécoms Infrastructures S.A s’est doté de la technologie WIMAX.

Malheureusement, la société n’a pas respecté toutes les exigences en matière de planification et dimensionnement du réseau WIMAX lors du premier déploiement. Tout ceci engendre un dysfonctionnement du réseau causant d’énormes désagréments aux usagers du réseau.

C’est face à cet état de chose que nous nous sommes intéressés pour notre mémoire de fin de formation à l’étude du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A tel que déployé afin de proposer une planification et un dimensionnement pouvant permettre un redéploiement optimal du réseau.

L’essentiel de ce travail sera subdivisé en trois (03) parties. La première partie sera consacrée à la présentation de la technologie WIMAX, suivie de la présentation du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A. Nous aborderons ensuite toujours dans cette même partie, les différents modèles de planification et de dimensionnement d’un réseau WIMAX. Le choix du modèle de planification opéré ainsi que tous les calculs effectués intervenant dans la planification seront exposés dans la deuxième partie. Il sera aussi fait cas dans cette partie du logiciel utilisé et de la description des différentes étapes de la simulation ainsi que des paramétrages effectués. Enfin la troisième partie sera consacrée à l’analyse des résultats de la simulation.

(16)

C ONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

Le WIMAX (Worldwide Interoperability Microwave Access) est un réseau hertzien, haut débit, large bande qui couvre un rayon de 50 kilomètres en théorie [1]. Il est normalisé par l’organisme UIT (Union Internationale des Télécommunications) sous la norme 802.16. Son objectif principal est de fournir une connexion Internet haut débit aux zones dépourvues d’accès aux réseaux filaires à cause des contraintes économiques ou géographiques.

Lors de la tenue du dixième sommet de la CEN-SAD à Cotonou (BENIN), la technologie WIMAX a été déployée pour permettre l’accès à internet aux villas devant servir de logement aux invités. A la fin du sommet, Bénin Télécom S.A a décidé d’étendre le réseau en vue de sa commercialisation.

Ce fut un véritable succès compte tenu du débit qu’offrait le réseau et du coût d’abonnement. Mais 3 ans après sa commercialisation (soit en 2011), le réseau a commencé par montrer des signes de dysfonctionnements tels que des coupures fréquentes, difficile accès à internet, etc.

Face à la concurrence farouche des opérateurs privés de télécommunications qui de jour en jour gagnent du terrain sur le marché béninois des télécommunications, il est important qu’une solution soit trouvée. Cette solution permettra de booster le réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A afin de fidéliser la masse non négligeable de clients. Cela permettra également à la société de rester visible sur le marché des fournisseurs d’accès internet.

Notre travail consistera donc à diagnostiquer le réseau afin d’apporter une solution à long terme aux dysfonctionnements constatés.

(17)

O BJECTIFS

L’objectif principal de ce travail est de faire une planification et un dimensionnement du réseau WIMAX sur la ville de Cotonou. Cela nous permettra de proposer un redéploiement optimal du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A. Ce qui garantirait une bonne qualité de service aux usagers tout en contrôlant le facteur coût d’investissement.

De manière spécifique lors de cette étude nous aurons à :

 étudier l’architecture de déploiement du réseau WIMAX de Bénin Télécoms S.A ainsi que les différents paramètres techniques du réseau ;

 présenter les différents modèles de planification et de dimensionnement d’un réseau WIMAX ;

 choisir à la lumière des caractéristiques techniques de chaque modèle de planification, le modèle le plus adapté à notre travail de dimensionnement;

 utiliser un outil de planification des réseaux WIMAX pour simuler le déploiement proposé afin d’étudier les performances du réseau.

(18)

Première Partie

REVUE

BIBLIOGRAHIQUE

(19)

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA TECHNOLOGIE WIMAX : CAS DE BENIN TELECOMS INFRASTRUCTURES S.A

1.1. Introduction

Le besoin grandissant de transfert de données et l'utilisation des applications ont permis le développement de plusieurs technologies de transfert de données et d’accès internet. Au nombre de ces technologies, le WIMAX apparait comme une solution idéale pour l’accès à internet à haut débit sans fil surtout pour les zones à relief accidenté [1]. Après avoir fait une description de la technologie WIMAX, nous allons présenter le réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures tel qu’il est actuellement.

1.2 Présentation de la technologie WIMAX

1.2.1 Généralités

1.2.1.1 Définition du WIMAX

Le WIMAX « World Wide Interoperability for Microwave Access » est une technologie sans fil qui utilise les ondes hertziennes pour la transmission des données sur une grande distance à des débits élevés. En théorie, le réseau WIMAX peut couvrir un rayon de 50 kilomètres pour un débit de 70 Mbps [1]. Il est normalisé par l’organisme UIT sous la norme 802.16. Son objectif principal est de fournir une connexion Internet haut débit aux zones dépourvues d’accès aux réseaux filaires à cause des contraintes économiques ou géographiques. En pratique, la portée va de 2 à 30 km pour un débit allant de 12 Mbps à 30 Mbps. Le signal du WIMAX ne peut traverser que des petits obstacles tels que les arbres ou les maisons, mais, ne peut traverser un immeuble ou une colline [2]. Il existe deux types de variantes du réseau WIMAX, à savoir :

(20)

Le WIMAX fixe : Dont la norme est l’IEEE 802.16d. Il a été conçu pour un usage fixe avec une petite antenne d’abonné placée sur un point d’une certaine hauteur, tel qu’un toit, de la même manière qu’une antenne TV, ou directement sur le PC. Ce type de réseau opère dans une bande de fréquences allant de 2 à 11 GHz. Son débit théorique est de l’ordre de 70 Mbps et son rayon de couverture est de 50 km [2].

Le WIMAX mobile : Sa norme est la 802.16e. Son objectif est de permettre aux abonnés mobiles, une communication continue, en basculant d’une antenne émettrice à une autre, donc d’une cellule à une autre. Ce réseau opère dans les bandes de fréquences allant de 2 à 6 GHz et permet de préserver la connexion lorsque l’on est en déplacement dans une zone couverte par le réseau. La vitesse de déplacement peut atteindre 150 km/h dans des conditions idéales qui se résument par l’absence d’obstacles [2].

La technologie WIMAX apporte un concept nouveau pour permettre aux opérateurs d’accroître leurs chiffres d’affaires. Elle leur permet aussi de garantir la qualité de service, de faire face aux concurrences avec la prise en charge de sécurité, l’interopérabilité avec les autres réseaux externes.

Grâce à son débit et à sa couverture, elle est à la portée d’un nombre élevé d’utilisateurs, du fait de son faible coût d’installation et de sa facilité de déploiement. La technologie WIMAX existe sous différentes versions. Le tableau ci-dessous illustre les différentes normes WIMAX avec leurs spécificités.

(21)

Tableau 1. 1: Spécificités des différentes normes WIMAX [3]

1.2.1.2 Principe de fonctionnement du WIMAX

Le WIMAX adopte le principe du concept cellulaire avec des cellules qui définissent la zone de couverture de l’antenne du WIMAX [3]. Le concept cellulaire du WIMAX est basé sur :

- la sectorisation (utilisation des antennes sectorielles) ;

- le regroupement de plusieurs stations de base pour couvrir une zone ;

- le nombre minimal de cellules sans réutilisation de fréquence ; - le handover (continuité du service).

Une connexion s’établit directement par l’intermédiaire d’ondes hertziennes. Une station émettrice (station de base) émet des ondes radio (hertziennes), dans la bande de fréquences de 2,5 GHz (3,5 GHz en Europe), qui sera captée par plusieurs antennes d’abonnés, ainsi que par d’autres stations WIMAX conçues pour jouer le rôle de relais.

Dans un système WIMAX, la station de base est connectée au réseau public en utilisant la fibre optique, le câble coaxial, la liaison à ondes radio,

Date d’émission Janvier 2003 Juin 2004 2005

Norme 802.16 802.16-2004 802.16e

Bande 10-66 GHz 2-11 GHz 2-6 GHz

Application et conditions de propagation du

canal

Backhaul LOS

Backhaul NLOS

Internet Mobile NLOS

Largeur du canal 20, 25 et 28 MHz 1,5 à 20 MHz 1,5 à 20 MHz

Mobilité Fixe Fixe Mobilité piéton

Débit Jusqu’à 134

Mbps

Jusqu’à 70 Mbps Jusqu’à 15 Mbps

(22)

ou n’importe quelle autre connexion point à point haute vitesse, connue sous le nom de Backhaul [4]. La station de base sert ses abonnés en utilisant des connexions Point à Multipoints.

Les stations réceptrices utilisent deux modes pour communiquer avec la station de base :

 Le mode Line Of Sight (LOS) utilise une antenne qui pointe directement vers la station de base du WIMAX. Dans ce cas, les hautes fréquences sont utilisées. Celles-ci peuvent atteindre les 66 GHz où il y a moins d’interférences et plus de bande passante [4].

 Le mode Non Line Of Sight (NLOS) quant à lui utilise une antenne qui n’est pas en visibilité directe avec la station de base. Une communication NLOS connaît une diminution en termes de débit, qui pourra atteindre les 20 Mbps.

En outre, les grands obstacles tels que les collines et les grands immeubles ne peuvent malheureusement pas être franchis par les signaux WIMAX. Les connexions LOS sont donc plus puissantes et plus stables que celles NLOS, qui connaissent un taux d’erreur plus élevé [4].

1.2.2 Caractéristiques techniques du WIMAX 1.2.2.1 Topologie du WIMAX

Deux topologies peuvent être définies pour un réseau WIMAX: La topologie en étoile (Figure 1.1) ou Point à MultiPoints (PMP), et la topologie maillée (Figure 1.2) [3].

La différence principale entre les deux, est que dans la topologie PMP, le trafic ne peut avoir lieu qu’entre la station de base (BS) et ses stations réceptrices (SSs), alors que dans la topologie maillée, les SSs peuvent également échanger de l’information entre elles.

(23)

Figure 1.1: Topologie PMP (Point à MultiPoints). Inspirée de [3].

(24)

Figure 1.2 : Topologie Maillée. Inspirée de [3]

Il existe deux types de réseau maillé : le réseau maillé complet (Full Mesh), où chaque nœud a une liaison avec tous les autres nœuds du même réseau, et le réseau maillé partiel (Partial Mesh) où quelques nœuds seulement ont des liaisons avec tous les autres nœuds du réseau, alors que les autres nœuds ont seulement une ou deux liaisons dans tout le système [4].

1.2.2.2 La Qualité de Service

La qualité de service (QoS) est un élément important pour la mesure de la performance du système [5]. Elle constitue une priorité et un souci pour les constructeurs des réseaux de nouvelle génération.

Le réseau WIMAX est conçu de telle sorte à assurer la QoS pour le trafic montant, ainsi que pour le trafic descendant [5].

(25)

 Les éléments de la QOS

Le WIMAX permet de mesurer les quatre éléments de QoS suivants [6]:

 La disponibilité du service : qui représente la proportion du temps durant laquelle un client autorisé est apte à exploiter les ressources du réseau, par rapport au temps total qui lui est alloué. Ce service peut être affecté par le processus de contrôle d’admission. Parfois, un même client peut se voir refuser la transmission d’un fichier FTP (File Transfer Protocol), alors qu’il peut utiliser la VoIP (Voix sur Internet Protocol) au même instant. Ceci est dû à l’ajustement de l’utilisation des ressources de la bande passante par le mécanisme de contrôle d’admission afin d’assurer un certain niveau de QoS.

 Le Data Throughput : c’est la quantité d’information qui peut être transférée pendant la communication. Le WIMAX est en mesure de fournir différents niveaux de Data Throughput, selon les exigences du trafic, tels que le Constant Bit Rates (CBR) et le Best Effort (BE).

 Le Délai : comprend le temps requis pour l’établissement d’une connexion et celui pris pour la transmission de l’information. L’IEEE 802.16 garantit une gestion de trafics par priorité, afin de respecter les exigences de certaines applications en termes de délais maximaux.

 Le taux de perte de paquets: c’est le rapport entre le nombre de paquets perdus et le nombre de paquets total transmis, pendant la communication.

 La gigue : c’est la variation du délai de transfert de l'information. Pour les applications multimédias, elle doit être la plus faible possible pour pouvoir parler d’un réseau fiable et d’une bonne QoS [7].

(26)

1.2.3 Architecture du réseau WIMAX

Le réseau WIMAX est constitué de la partie d'accès aux services (ASN : Access Service Network), de la partie de connexion aux services (CSN : Connectivity Service Network) et des équipements d'abonnés.

Figure 1.3: Architecture du réseau WIMAX [7]

L'ASN (Access Service Network) est le réseau d'accès aux services. Il comprend un ou plusieurs Stations de Bases (BS) et un ou plusieurs ASN – Gateway [3]. L'ASN Gateway est un routeur de bordure qui permet de relier le réseau d'accès au cœur du réseau. Il permet le routage des paquets IP et s'interface avec plusieurs systèmes tels que l'IP mobile, l'AAA (Authentication, Authorization, Accounting/Auditing), le DNS (Domain Name Serveur), le DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) etc. L'ASN Gateway est le principal point d'ancrage des stations de base WIMAX, il réalise l'ensemble des fonctions de gestion du réseau notamment l'identification, l'authentification, la gestion de la mobilité et de contrôle des stations de base.

La partie de connexion aux services (CSN) assure la connectivité à Internet et à d'autres réseaux publics [8]. Il inclut le serveur AAA qui fait l'authentification des équipements d'abonnés et des services spécifiques. Il

(27)

gère : la QoS, la sécurité, les adresses IP, la localisation entre ASN, la mobilité et l'itinérance entre ASN.

Les équipements d'abonnés sont des terminaux permettant à l'utilisateur d'avoir accès aux services de l'opérateur WIMAX.

Les équipements terminaux sont de 3 genres : terminaux Indoor, terminaux Outdoor et les terminaux mobiles [8].

Figure 1.4: Les terminaux d’intérieur et d’extérieur (Customer Premise Equipment, CPE) [8]

1.2.4 Avantages et limites du WIMAX

 Avantages du WIMAX

 Contrairement au Wifi, le WIMAX dispose d’une technologie gérant la bande passante (Grant / Request Access). Ainsi, un utilisateur qui effectue une opération qui demande beaucoup de ressources (une vidéo conférence de haute qualité par exemple) disposera d’une large bande passante.

 Le débit et la portée du WIMAX sont largement supérieurs à celui du Wifi bien qu’ils aient été revus à la baisse [8].

(28)

 Le WIMAX permet une connexion sans fil entre une station de base (Base Transceiver Station ou BTS) et plusieurs centaines d’abonnés sans ligne visuelle directe (Line Of Sight) [8].

 Le WIMAX pourrait donner un accès à beaucoup plus de monde à Internet, notamment dans les campagnes. Le déploiement de cette technologie permettra de proposer l’accès à Internet dans des zones actuellement non couvertes par la technologie ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line). Cela permettrait donc de réduire la fracture numérique [8].

 Le coût de mise en place des infrastructures est largement inférieur à celui d’infrastructures filaires [9].

 Dans les bandes de fréquences avec licence, le standard 802.16d pourrait amener des opérateurs à proposer des offres multiples. Par exemple une offre complète Internet, téléphone et Vidéo avec des débits supérieurs à l’actuel UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) et même UMTS 2 [8].

 Dans les bandes de fréquences sans licence, le WIMAX, pourrait éventuellement remplacer l’actuel Wifi (réseaux locaux et Hot Spot) grâce à sa portée plus importante, à plus de sécurité ainsi que plus de débit [8].

 Limites du WIMAX

 Contrairement au Wifi, le WIMAX met plus de temps pour s’implanter.

En effet, alors que le Wifi est « libre », pour qu’un opérateur puisse offrir un service WIMAX, il devra d’abord obtenir une licence d’exploitation auprès d’une autorité publique [8].

 En réalité, le signal WIMAX ne pourra franchir que de petits obstacles comme un arbre ou une maison mais le signal est incapable de passer au travers de collines ou d’immeubles importants [8].

(29)

 Le débit en présence d’obstacle est fortement diminué (on parle de 20 Mbits/sec) [9].

1.3 Présentation du réseau WIMAX actuel de Bénin Télécoms S.A

1.3.1 Contexte de mise en place du réseau WIMAX de Bénin Télécoms S.A

La mise en place du réseau WIMAX est intervenue dans un contexte bien précis. En effet du 17 au 18 Juin 2008 devrait se tenir à Cotonou le dixième sommet de la CEN-SAD (Communauté des Etats Sahélo-Sahariens) et après construction des différentes villas devant servir de logements aux participants, il s’est posé le problème d’équiper ces différentes villas en accès internet haut débit. C’est alors que Bénin Télécoms S.A avec l’appui du gouvernement libyen a décidé de déployer le réseau WIMAX vu qu’il présentait une facilité de déploiement. Deux stations de base étaient alors installées, toutes deux étaient à Cotonou :

Une dans l’enceinte de la maison de l’Office de Radiodiffusion et Télévisions du Bénin (ORTB) face à la place des martyrs et une à Jéricho, dans l’enceinte de l’Office des Postes et Télécommunications du Bénin (OPT) face au marché S^t Michel. Le débit était de 256 kb/s. Une véritable révolution pour Bénin Télécoms S.A où l’ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) peinait à trouver ses marques. Voyant alors les avantages qu’offrait la technologie WIMAX notamment la facilité de déploiement et le débit élevé, les dirigeants de Bénin Télécoms S.A ont alors décidé après les travaux du sommet de la CEN-SAD de commercialiser le réseau WIMAX. L’ouverture du réseau à la population fut un véritable succès.

Devant un tel engouement de la population, Bénin Télécoms Infrastructures S.A a décidé d’étendre le réseau. C’est ainsi qu’une station de base à été ajoutée à Cotonou plus précisément dans l’enceinte de l’Office des Postes

(30)

et Télécommunications du Bénin (OPT) se trouvant au carrefour le Bélier, une installée à Godomey, une autre à Cococodji et enfin une dernière à Calavi. Une nouvelle ère s’ouvrait au Bénin en matière de technologie à connexion sans fil haut débit à Internet. Malheureusement au fil des années les ardeurs se sont vite émoussées compte tenu des différentes difficultés que rencontrent les abonnés du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A.

Il faut noter que Bénin Télécoms Infrastructures S.A fait du WIMAX fixe.

1.3.2 Description générale du réseau WIMAX de Bénin Télécoms S.A.

Le réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A dispose exactement de 6 stations de base dont 3 à Cotonou, 1 à Godomey, 1 à Cocokodji et 1 à Calavi. Les stations de base sont localisées sur les sites suivants :

- Site de Jéricho : il se trouve dans l’enceinte de l’Office des Postes et Télécommunications du Bénin (OPT) face au marché S^t Michel

- Site de la cité de l’Espoir : il est dans l’enceinte de l’Office des Postes et Télécommunications du Bénin (OPT) au niveau du carrefour le Bélier.

- Site de l’ORTB : cette station se trouve dans l’enceinte de l’Office de Radiodiffusion et Télévisions du Bénin (ORTB). Elle est située sur l’alignement du ministère des affaires étrangères en allant vers la présidence et fait face à la place des martyrs.

- Site de parc des princes : il est situé à Godomey non loin de l’échangeur de Godomey en allant à Calavi.

- Site de Calavi : il est situé au niveau du carrefour Kpota.

- Site de Cococodji : il se trouve au bord de la voie inter-Etats Godomey-Pahou non loin du marché Cococodji.

(31)

Seul le site de parc des princes est relié au cœur du réseau par des faisceaux hertziens, les autres étant reliés au cœur du réseau par la fibre optique. Le cœur du réseau NOC (Network Operating Center) est situé au siège de la société à Ganhi plus précisément au niveau du centre de commutation.

Le réseau WIMAX à ses débuts en 2008, offrait un débit de 256 kb/s.

Aujourd’hui le réseau offre un débit de 1024 kb/s (1 Mbps). La bande de fréquence utilisée est de 2.3 GHz avec une largeur de canal de 60 MHz.

Entre les stations de base (BS) et l’antenne des clients SSs, sont établies des liaisons hertziennes. Chaque abonné dispose des équipements CPE (Customer Premise Equipment) Outdoor et Indoor.

Le réseau utilise le duplexage TDD (Time Division Duplex). Dans ce mode de duplexage, le lien montant et le lien descendant utilisent la même bande de fréquence et émettent les informations pendant un temps bien défini.

L’équipementier utilisé est Alvarion.

Le tableau ci-dessous montre la localisation géographique des différentes stations de base et l’altitude des différentes antennes de ces stations de base.

Tableau 1.2 : Coordonnées GPS des différents sites WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A

Coordonnées GPS des différents sites WIMAX de BENIN TELECOMS S.A LATITUDE LONGITUDE ALTITUDE(m)

ORTB 6°21.128 2°24.228 71m

ESPOIR 6°21.777 2°29.953 49m

CALAVI 6°26.794 2°21.249 42m

COCOCODJI 6°23.254 2°16.805 52m

JERICHO 6°22.237 2° 25.563 49m

PARC DES PRINCES 6°23.173 2°20.854 28m

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1.3.3 Description des équipements du réseau WIMAX de Bénin Télécoms S.A

 Le cœur du réseau

Le cœur du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A est situé au siège de la société à Ganhi plus précisément au centre de commutation (OCB). Le cœur du réseau est une stratification en cinq couches. Chaque site est relié à une couche qui est constituée en réalité d’équipements qui sont des média gateways. Chaque station de base possède un switch de Cisco qui la relie au cœur du réseau par la fibre optique en atterrissant sur le switch Cisco du cœur de réseau. Ce dernier communique avec les différents média gateways. Lorsqu’il s’agit d’un trafic de voix le switch envoie le flux au niveau d’un Soft switch pour le traiter. Par contre si c’est un trafic data, c’est-à-dire l’internet, le trafic est envoyé vers Bénin Pac (une structure de Bénin Télécoms S.A qui s’occupe essentiellement du trafic internet) à travers les routeurs et le firewall.

On retrouve alors au niveau du cœur du réseau un media gateway simple, un Soft switch, des switch Cisco, des routeurs et des firewalls.

 Les stations de base

La station de base est un châssis contenant plusieurs cartes jouant chacune un rôle bien défini. Elle est insérée dans un shelter qui constitue un grand boîtier se trouvant à côté du pylône supportant l’antenne d’émission.

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Figure 1.5 : Station de base WIMAX (tirée du site www.alvarion.com) Les stations de base qui sont reliées au cœur du réseau par la fibre optique reçoivent un débit de 120 Mbps. Chaque station de base à un rayon de couverture allant de 2 km à 6 km. Malheureusement faute de dimensionnement du réseau, les stations de base ne sont pas positionnées de façon à assurer une couverture optimale du réseau. De même, certaines stations de base supportent un grand nombre d’usagers, ce qui entraîne une saturation de la bande passante et donc une chute du débit au niveau des clients. Le tableau ci-dessous donne une répartition des abonnés par station de base.

Tableau 1. 3 : Abonnés par station de base

BTS CPE CONFIGURES

ORTB 317

ESPOIR 197

PARC DES PRINCES 32

CALAVI 89

JERICHO 87

COCOCODJI 7

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Chaque station de base fait une couverture tri sectorielle. Ainsi chaque station de base dispose de trois (3) antennes chacune faisant une couverture de 120°. La hauteur des antennes varie entre 28 m et 71 m et dépend des caractéristiques urbaines de la ville. Les antennes sont reliées à la station de base à travers des guides d’onde.

 Au niveau de la clientèle

Au niveau de la clientèle on retrouve les équipements CPE Outdoor et Indoor et des modems.

CPE Outdoor

Le CPE Outdoor est une antenne émettrice/réceptrice placée à l’extérieur sur le toit de la maison. Elle est reliée à un équipement d’intérieur servant de modem. Elle a les caractéristiques suivantes :

Gain : 13 dbi (2.3 GHz) Azimuth : 23° (2.x), 20° (3.x) Elevation : 27° (2.x), 20° (3.x)

Elle est installée suivant une polarisation verticale et contient la radio, le traitement des données et des composants de gestion. L’antenne est alimentée par la technologie POE (Power Over Ethernet).

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Figure 1.6 : Antennes CPE Outdoor

CPE Indoor

La partie CPE Indoor est constituée d’équipements se trouvant tous à l’intérieur de la maison. Nous avons l’équipement POE qui prend sa charge d’une prise électrique pour alimenter l’antenne se trouvant à l’extérieur ; ensuite il récupère le signal capté par l’antenne et l’envoie sur un modem qui à son tour est relié à l’ordinateur du client. Lorsque le client veut desservir plusieurs terminaux, il utilise dans ce cas un routeur pour pouvoir avoir plusieurs adresses IP. Le routeur est dans ce cas situé entre le modem et les terminaux. L’équipement POE dispose aussi d’un port RJ 11 destinés aux téléphones fixes pour la Voix sur IP (VoIP).

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Figure 1.7 : Equipements CPE Indoor (tirée du site www.alvarion.com)

1.3.4 Avantages et limites du WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A

Afin d’analyser les avantages et limites du WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures, nous allons étudier les différents réseaux d’accès à internet dont dispose la société. Cela nous permettra de faire une étude comparative du WIMAX avec ces différents réseaux.

Aujourd’hui Bénin Télécoms Infrastructures S.A dispose de 3 réseaux pour l’accès à internet aux clients : le réseau WIMAX, la clé de connexion Kanakoo (utilise la technologie CDMA : Code Division Multiple Access) et l’ADSL. Dans le tableau ci-après nous avons le débit qu’offre chaque réseau ainsi que le coût de l’abonnement et les frais d’installations ou d’activation au réseau choisi.

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Tableau 1.4: Offres des différentes technologies d’accès à internet de Bénin Télécoms Infrastructures S.A

Offres Connexion ADSL Réseau

WIMAX

Clé de connexion

Kanakoo Débit 512 kbps

Asymétrique

1 Mbps Asymétrique

2 Mbps Asymétrique

1 Mbps 256 kbps

Coût mensuel d’abonnement

15 000 FCFA

25 000 FCFA

45 000 FCFA

50.000 FCFA

15 000 FCFA Frais

d’activation 20 000 FCFA

450 000 FCFA

50 000 FCFA

Il faut noter que pour un client désireux de s’abonner à la connexion ADSL et n’ayant pas une ligne téléphonique fixe, il doit débourser une somme de 131 535 FCFA pour acquérir la ligne filaire avant d’activer la connexion à l’ADSL.

A l’analyse du tableau, on remarque que L’ADSL et la technologie WIMAX, offrent les débits les plus élevés. L’ADSL offre des débits intéressants mais plus difficiles à déployer que le WIMAX. Le génie civil au niveau de l’ADSL reste coûteux ce qui justifie le faible déploiement du réseau. En outre peu sont les béninois qui disposent d’une ligne téléphonique surtout face à l’expansion explosive des opérateurs de téléphonie mobile. Le WIMAX reste alors la meilleure solution pour desservir les clients en haut débit malgré la présence des opérateurs de téléphonie mobile (MOOV, MTN, etc). Cela est rendu possible grâce à sa facilité et son faible coût de déploiement.

Le WIMAX se trouve aussi être une solution efficace pour les hôtels n’ayant pas de grands moyens pour prendre directement la fibre optique. C’est aussi le cas des entreprises n’ayant pas de grands moyens mais voulant desservir plusieurs bureaux. Les institutions bancaires se retrouvent être

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les gros clients du réseau WIMAX. Ayant besoin d’un grand débit et d’une connexion permanente, ils prennent la connexion ADSL mais utilisent plus le réseau WIMAX pour renforcer leur connexion internet. Enfin les institutions d’Etat ainsi que certaines institutions privées sont des clients non négligeables du réseau WIMAX.

En outre, le réseau WIMAX se place comme le meilleur atout pour Bénin Télécoms Infrastructures S.A face à la concurrence des opérateurs de téléphonie mobile et des Fournisseurs d’Accès Internet (FAI). Il permet au réseau d’avoir une bonne partie de la clientèle et surtout d’être présent sur le marché de l’internet. Il permet à Bénin Télécoms Infrastructures S.A de redorer son blason vu que la société connaît une série de crises de gestion.

Cependant le réseau WIMAX de Bénin Télécoms présente de nombreux dysfonctionnements et crée ainsi beaucoup de désagréments à sa clientèle. On peut citer :

- L’instabilité du réseau ;

- Les coupures fréquentes observées dans la fourniture de l’accès internet ;

- Le débit réel qui se trouve nettement en deça du débit proposé par le réseau ;

- L’accès difficile à internet pour les clients.

1.3.5 Cause des dysfonctionnements observés dans le réseau WIMAX

Le réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A souffre d’un manque de dimensionnement avant son déploiement. En effet le réseau tel que déployé au début, était juste destiné pour un nombre limité d’usagers.

Les stations de base étaient alors disposées de sorte à couvrir les zones où étaient situées les villas devant abriter les invités au sommet de la CEN- SAD. Lorsque la société a voulu étendre le réseau du fait de sa commercialisation, les stations de base supplémentaires ont été disposées

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avec une étude de déploiement qui ne garantissait pas une couverture optimale du réseau. Ce qui a pour conséquence une mauvaise couverture du réseau, une saturation en nombre d’usagers de certaines stations de base et par ricochet une mauvaise qualité de service dans le réseau. Le déploiement du réseau ne respecte aucune norme exigée par le WIMAX Forum¹. Bien qu’opérant dans une meilleure bande de fréquence, le réseau est sujet à des interférences et à des coupures dues aux pertes d’intensité des ondes hertziennes. Il est donc impératif qu’un dimensionnement du réseau soit fait pour non seulement permettre un déploiement optimal des stations de base mais aussi pour assurer une bonne qualité de service aux abonnés ainsi que pour ceux du futur car la fidélisation de la clientèle passe par un service de meilleure qualité. Bénin Télécoms Infrastructures S.A doit à tout prix booster son réseau WIMAX si elle veut toujours tenir sur le marché de l’internet face à la concurrence des opérateurs de téléphonies mobiles.

1.4 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté dans un premier temps la norme IEEE 802.16 correspondante aux réseaux WIMAX. Cette technologie fournit des solutions pour les Backhaul, les réseaux VPN (Virtual Private Network), les réseaux d’entreprise, l’accès Internet pour des clients résidentiels. Elle permet aussi de relier des réseaux Wifi, et offre l’accès haut débit à internet avec mobilité.

Ensuite nous avons fait une présentation technique du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A. Cela nous a permis de voir les caractéristiques techniques du réseau tout en nous permettant de relever ses limites et par conséquent d’en relever la cause. Nous allons à présent étudier les différents modèles de planification et de dimensionnement d’un

1 www. wimaxforum.org visité le 10 Juillet 2015

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réseau WIMAX afin de choisir le mieux adapté pour notre dimensionnement.

(41)

CHAPITRE 2 : MODELES ET REGLES DE PLANIFICATION D’UN RESEAU WIMAX

2.1 Introduction

Pour le bon déploiement d’un réseau WIMAX, il est nécessaire de faire au préalable sa planification. Ce chapitre sera consacré à l’étude des différents modèles de planification d’un réseau WIMAX ainsi que l’étude de l’ensemble des règles et calculs qui interviennent dans la planification.

2.2 Rôle de la planification

La planification joue un rôle crucial dans l’orientation des stratégies adoptées par les opérateurs. Elle peut être considérée comme un élément essentiel pour garantir le succès du déploiement d’un réseau. Car bien avant un déploiement de réseau de téléphonie, il est indispensable de prédire le nombre d’antennes nécessaires pour offrir un service de bonne qualité, tout en limitant le matériel installé, et donc le coût du système.

Pour cette phase, des cartes géographiques détaillées et une estimation du trafic sont nécessaires. La localisation des stations de base est déterminée par les règles de planification. Pour la capacité et la couverture, elles peuvent être analysées par chaque cellule ou par zone.

Par ailleurs, lorsque le réseau est en fonctionnement, il est possible de mesurer et d’analyser ses performances. Les résultats obtenus permettront ensuite d’optimiser si possible le réseau.

La figure ci-dessous présente le processus global de planification.

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Données Résultats

Exigences en terme de : COUVERTURE

CAPACITE QUALITE MORPHOLOGIE PROPAGATION RADIO

Figure 2.1: Processus de la planification radio (inspirée de [5]).

2.3 Planification de la couverture

La prédiction de la couverture s’appuie sur la formule suivante :

Sr = Pt + Gt + Gr – Ls – PF - Pindoor [5] (2.0) Où Sr : sensibilité du récepteur en dBm

Pt : puissance maximale de l’émetteur en dBm Gt : gain de l’antenne émettrice en dBi

Gr : gain de l’antenne réceptrice en dBi

-Nombre approximatif de stations de base et de sites

-Configuration des stations de base

DIMENSIONNEMENT

PLANIFICATION EN CAPACITE ET EN COUVERTURE

ANALYSE DES PERFORMANCES

DU RESEAU

OPTIMISATION

-Sélection des sites -Configuration des stations de base -Définition des paramètres RRM

-Analyse de la couverture de la capacité

-Analyse de la QOS

Mesure des performances du réseau

Ajustement des

paramètres RRM

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Ls : pertes de l’effet de masques PF : pertes de Fading en dB Pindoor : perte indoor de pénétration

Sr implique une meilleure réception du signal ; Sr implique une mauvaise réception du signal.

2.3.1 Les méthodes de propagation

2.3.1.1 Les modèles de SUI

Pour des fréquences en deça de 11GHz, le standard 802.16 inclut des modèles de propagations connus sous le nom de SUI (Standford University Intérim). En réalité, les modèles SUI sont définis pour des services de boucle locale multipoint opérant dans la bande de fréquence allant de 2.3 GHz à 2.7 GHz. L’usage de ces modèles peut être étendu pour couvrir la bande des 3.5 GHz avec l’introduction de facteurs de correction [7].

Dans ce modèle, la hauteur de l’antenne de la station de base varie entre 10 m à 80 m. Le rayon de la cellule se situe entre 0.1 km à 8 km [7].

La perte de chemin est donnée par : L = A + 10.γ.log10(^𝒅

𝒅𝒐) + Xf + Xh + S pour d > do [7]. (2.1)

Où d est la distance en mètre entre la station de base et l’antenne réceptrice (CPE) ; do : 100 m. S : représente l’effet de marque qui suit une distribution log-normale. Les valeurs typiques de S sont entre 8.2 et 10.6 dB dépendant de l’environnement.

Avec A = 20 log10 (^{𝟒.𝝅.𝒅𝟎}

𝝀 ) [5 ; 7] (2.2) où 𝜆 est la longueur d’onde du signal.

Les termes Xf et Xh sont les facteurs de correction de la fréquence et de la hauteur du récepteur. Ils sont définis par :

Xf = 6log10 ( ^𝒇

𝟐𝟎𝟎𝟎) [9] (2.3) Xh = -10.8log10 ( ^𝒉𝒎

𝟐𝟎𝟎𝟎) pour les terrains de type A et B [9] (2.4)

(44)

Xh = -20log10 ( ^𝒉𝒎

𝟐𝟎𝟎𝟎) pour les terrains de type C [9]. (2.5) f: Fréquence d’émission en MHz ;

hm : La hauteur de l’antenne réceptrice exprimée en mètre. Elle varie entre 2 m à 10 m.

Le terme γ représente l’exposant de Pathloss et est défini par : γ = a – b.hb + ^𝒄

𝒉𝒃 [5 ; 7] (2.6) Où a, b, c : sont des constantes de l’exposant de Pathloss dépendant de la catégorie du terrain en question telle que illustrée par le tableau ci-dessous et hb : la hauteur de la station de base (80 m<hb<100 m).

Tableau 2.1: Valeurs des paramètres en fonction du type de terrain [7]

Paramètres du modèle

Terrain de type A Terrain de type B Terrain de type C

a 4.6 4 3.6

b 0.0075 0.0065 0.005

c 12.6 17.1 20

Les modèles SUI s’appliquent à trois types de terrain qui sont :

Type A : Terrain présentant trop de relief avec une densité moyenne. Il est souvent utilisé pour le milieu urbain avec un maximum d’affaiblissement.

Type C : Il est associé au terrain plat à faible densité d’arbres et présente un minimum d’affaiblissement. Il est souvent utilisé dans les zones rurales.

Type B : Ce type est intermédiaire, il s’applique aussi en cas de terrain plat, par conséquent il est utilisé pour caractériser les zones suburbaines.

2.3.1.2 Le modèle COST-231 WALFISCH IKEGAMI

Ce modèle est utilisé pour les environnements urbains et sous urbains. Il est conçu initialement pour les fréquences inférieures à 2 GHz, mais il peut être étendu pour atteindre des fréquences jusqu’à 6 GHz [10]. La perte du chemin Lp, de ce modèle est [10] :

(45)

Lp= Lo + Lrts + Lmsd; (2.7) Avec :

Lo = perte en espace libre défini par :

Lo = 32.4 + 20log10 (d) + 20log10 (f) [10] (2.8) où d : distance du récepteur en kilomètre et f: Fréquence utilisée en

MHz ;

Lrts = perte de diffraction du toit vers la rue définie par [10] : Lrts = -16.9 - 10log10(^𝒘

𝒎) + 10log10(^𝒇

𝟐𝟎) + 20log10(^{𝜟𝒉𝒎𝒐𝒃𝒊𝒍𝒆}

𝒎 ) + Lorigine (2.9) Lorigine est le facteur de correction empirique prenant en compte l’orientation de rue, W est la largeur de rue en mètre. 𝝙hmobile est la différence entre la hauteur des bâtiments et celle du récepteur et est définie par :

𝝙hmobile = hroof – hrec [10]. (2.10) hroof : hauteur des bâtiments et hrec : hauteur du récepteur.

Lmsd = perte de diffraction multi masques définie par : Lmsd = Lbeh.ka.kd.log( ^𝒅

𝑲𝒎) + kf.log(^𝒇

𝟐𝟎) - 9log(^𝒃

𝒎) [3 ; 10], (2.11) b est la séparation entre les bâtiments en mètre.

Lbeh = -18* log(1+^{𝚫𝐡𝐛𝐚𝐬𝐞}

𝒎 ), pour hbase >hroof [9 ; 10] (2.12) Lbeh = 0 pour hbase ≤ hroof [9 ; 10] (2.13) ka = 54 pour hbase >hroof [9];

kd = 18, pour hbase >hroof [9];

kd = (18-15)*𝚫𝐡𝐛𝐚𝐬𝐞 𝐡𝐫𝐨𝐨𝐟 ⁄ , pour hbase ≤ hroof [9]. (2.14) kf = - 4 + 0.7 [𝒇(𝑴𝑯𝒛) 𝟗𝟐𝟓 − 𝟏⁄ ], pour les cités de taille (2.15) moyenne et centres sous urbains avec une densité d’arbres modérée [10].

Kf = -4 + 1.5 [𝑓(𝑀𝐻𝑧) 925 − 1⁄ ], pour les centres métropolitains avec 𝝙hbase = hbase – hroof [10]. (2.16)

(46)

2.3.1.3 Le modèle COST-231 HATA

Ce modèle est utilisé pour les macros cellules. Il est essentiellement fait pour les fréquences inférieures à 2 GHz. Dans le but de l’utiliser pour des fréquences supérieures (jusqu’à 6 GHz), on lui a introduit des corrections [11].

L’équation basique d’affaiblissement (dB) pour les milieux urbains s’écrit comme suit :

Lu = 46.3 + (33.9)*log10(f) - (13.82)*log10(hb) - A(hm) + [44.9 - (6.55)*log10(hb)]. Log10(d) + Cm [11 ; 12]. (2.17) Avec

Lu : l’affaiblissement du parcours ; f : la fréquence en MHz ;

d : la distance en kilomètre ;

hb : hauteur de la station de base en mètre ; hm : hauteur du récepteur en mètre ;

Cm = 0 dB pour les milieux suburbains et les environnements ouverts ; Cm

= 3 dB pour les zones urbaines.

Le paramètre A(hm) est un terme correctif dépendant de la hauteur de l’antenne réceptrice [12]. Il a été défini comme suit :

A(hm)=3.20[log10(11.75*hm)]² – 4.97 pour f > 400 MHz en milieu urbain [13];

A(hm)=1.1[log10(f) – 0.7].hm – (1.56.log10(f) – 0.8) en milieu suburbain ou rural [13].

D’après les formules ci-dessous, l’exposant de pathloss issu de la prédiction du modèle COST-231 HATA s’écrit de la manière suivante :

Ncost= (44.9 – 6.55.log10(hm))/10 [13]. (2.18)

(47)

2.3.2 Sensibilité du récepteur

Pour que le signal reçu soit intelligible par le récepteur, il faut que celui-ci ait une sensibilité suffisante. La puissance effective du signal reçu doit être supérieure à la sensibilité de l'ensemble, faute de quoi le signal ne pourra pas être utilisé. Donc, l’élément de base qui doit être calculé pour le bilan de liaison du côté du récepteur est la puissance minimale reçue de récepteur. La sensibilité du récepteur est définie comme la quantité de puissance en dBm qu'un détecteur doit recevoir pour réaliser une performance spécifique en bande de base, comme un taux d'erreurs sur les bits spécifiés ou un ratio du signal sur bruit. La sensibilité Pr,min en dBm est donnée par l’équation suivante :

Pr,min = SNRrx + 10log(W) + F + No [14] (2.19)

Où SNRrx est le rapport signal sur bruit en dB, W est la bande passante du canal efficace en Hz, F est le facteur de bruit en dB, No est le niveau du bruit thermique en dBm.

No = 10log(KT.10³) [14], avec K la constante de Boltzmann et T la température. (2.20)

2.3.3 Bilan de liaison

Le but de bilan de liaison est de calculer l’atténuation de parcours maximale permise entre la station de base et le récepteur pour un service donné.

L’atténuation de parcours maximale est alors employée pour choisir des antennes et des configurations pour les stations de base, et pour la planification de la puissance de sortie sur les différents canaux des stations de base [15].

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L’atténuation de parcours maximale détermine la portée de chaque BS et permet de déterminer le nombre requis de station de base pour couvrir une zone donnée. Les composants permettant de déterminer l’atténuation de parcours varient selon la nature du média, les types de signaux, mais surtout de la technique de modulation utilisée.

Le tableau ci-dessous présente les paramètres utilisés dans le bilan de liaison.

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Tableau 2.2 : Bilan de liaison [15]

Scénario Trafic en DL Trafic en UL

Morphologie Modèle de prédilection

Sectorisation

Bande passante du canal (MHz) Modulation

Configuration de l’antenne du BS Nombre de BS

Type de BS Localisation de BS

Tx DL UL

Max de puissance Tx/ antenne en dBm

Pertes du câble en dB Gain de l’antenne en dBi

PIRE en dBm

Rx DL UL

Gain de l’antenne en dBi Perte du câble Facteur de bruit

Couverture de la cellule DL UL

Hauteur de l’antenne SS Hauteur de l’antenne BS Fréquence de porteuse Modèle de propagation

PIRE : Puissance Isotropiquement Rayonnée.

2.3.4 Détermination du nombre de stations de base

Le dimensionnement d’un réseau consiste à déterminer le nombre de stations de base requises pour couvrir une surface donnée. Pour cela, le

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rayon de couverture ou la portée d’une station de base doit être calculée. Il s’agit en premier lieu, d’estimer l’affaiblissement de parcours maximum.

Ensuite, il est question de calculer la portée maximale en utilisant les modèles de propagation conformément au type de terrain d’étude.

L’étape suivante consiste à déterminer le nombre de stations de base donné par la formule suivante :

NBS = Stotal / SBS [8], (2.21) avec NBS nombre de stations de base requise pour la couverture ; Stotal : surface totale à couvrir ;

SBS : surface couverte par une station de base.

Si on suppose qu’une cellule est hexagonale, alors :

S

BS

= (3√3 .R

²

)/2

[8] (2.22) Où R est la portée de la station de base.

2.5 Conclusion

A travers ce chapitre, nous avons pu étudier les différentes méthodes de planification et de dimensionnement d’un réseau WIMAX. Ce qui nous a permis de cerner les données indispensables au processus de planification ainsi que les concepts de base de dimensionnement du trafic. Il est donc clair que la planification et le dimensionnement sont deux étapes importantes pour la détermination du nombre d’équipements pour le déploiement d’un réseau WIMAX. Nous allons grâce à ces données pouvoir faire un dimensionnement optimal du réseau WIMAX de Bénin Télécoms Infrastructures S.A.

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