TD Réseaux Mobiles: Fgi/Ttic [PDF]

Zitiervorschau

FGI/TTIC

TD Réseaux Mobiles Exercice 1 : 1)

Donner la signification des sigles : GSM ; GPRS ; EDGE ; UMTS ; HSDPA ; HSUPA ; LTE

2)

Sous quelles bandes de fréquences fonctionne le GSM au Cameroun ?

3)

Que vaut la largeur en KHz d’un canal fréquentiel en GSM 900 ? Combien de canaux fréquentiels existent-il en GSM 900 ?

4)

Que vaut la largeur d’un canal fréquentiel en WCDMA ?

5)

Donner les principaux sous systèmes d’un réseau GSM

6)

Dans quel sous système s’effectue l’allocation des ressources radio ?

7)

Que contiennent les bases de données AUC ; EIR ?

8)

Comment appelle t-on l’interface entre la BTS et la BSC ? Entre la BSC et la MSC ?

9)

Qu’appelle-t-on « Interférence co-canal » ?

10)

Quel est la technologie d’accès utilisée dans le réseau CT phone de CAMTEL ?

Exercice 2 : Répondre par vrai ou faux 1) Propriétés générales du réseau GSM : a) la modulation GMSK du téléphone GSM est une modulation FM. b) les cellules sont toutes hexagonales c) une station de base peut couvrir toutes les cellules d’une ville d) l’émission de la station de base est continue et à puissance constante. 2) La bande GSM900 normale est divisée en 125 canaux numérotés de n=0 à n=124 La fréquence de réception du mobile (et d’émission de la base) est donnée par : fRX = 935+0,2n pour 0 ≤ n ≤ 124 a) chaque station de base dispose de 125 fréquences à affecter aux conversations b) un canal est occupé en permanence par la voie balise. c) une base équipée pour 10 fréquences peut gérer 10 conversations simultanées d) une base équipée pour 10 fréquences peut gérer 80 conversations simultanées e) une base équipée pour 10 fréquences peut gérer 72 conversations simultanées. 1

f) une transmission dans le canal 60 correspond à fRX = 947 MHz et fTX = 902 MHz. 3) Lorsque le mobile M est raccordé à la base A, en conversation ou non : a) Il surveille le niveau du signal de la base pour détecter une éventuelle panne b) Il mesure le niveau reçu de la base A et des bases des cellules voisines. c) S’il reçoit mieux une autre base B, il se raccorde à cette nouvelle base B d) S’il reçoit mieux une autre base B, il en informe la base A qui le transfère sur B.

4) Lorsque le mobile M est en conversation avec la base B a) La base affecte au mobile M une fréquence pour la conversation. b) Une fois démarrée, la liaison radio se fait directement de mobile à mobile c) B mesure la qualité du signal reçu de M et règle la puissance de M. d) B mesure la qualité du signal reçu de M et règle la puissance d’émission de B e) M mesure la qualité du signal reçu de B et informe B qui règle la puissance. Exercice 3 On considère une station de base d’un réseau GSM. Cette station gère l’interface air avec les mobiles de sa cellule. L’interface air utilise une technique d’accès au canal radio de type TDMA, dans laquelle la trame de base possède 16 porteuses, c’est-à-dire 16 fréquences disponibles. La durée de la trame est de 4,615 ms, et chaque trame est divisée en 8 tranches. a) Si une parole téléphonique compressée en GSM représente 12 Kbit/s, combien de communications simultanées une cellule peut-elle contenir au maximum ? b) Si un client souhaite obtenir une communication à 64 Kbit/s, combien doit-il trouver de tranches disponibles sur chaque trame pour arriver à ce débit ? c) En supposant que l’on puisse permettre à un utilisateur d’atteindre des débits en mégabit par seconde, combien de tels abonnés pourraient être pris en charge simultanément ? d) On suppose que deux cellules se recouvrent partiellement de façon à éviter une coupure des communications. Un mobile peut-il capter la même fréquence sur les deux cellules ? e) On suppose que le mobile capte les fréquences des deux cellules. Comment doit-il choisir sa cellule dans le GSM ? f) En supposant que la cellule dispose d’un certain nombre de porteuses, qui lui ont été allouées lors de la mise en place d’un plan de fréquences. Les porteuses sont partiellement utilisées pour la signalisation, c’est-à-dire pour les communications entre les mobiles actifs (allumés mais sans communication orale) et la station de base. Si 2

l on suppose qu’une cellule possède 5 porteuses, elle dispose de 40 intervalles de temps, dont un est utilisé pour le contrôle commun et la diffusion, deux pour fournir des canaux de signalisation point à point, et le reste pour donner 37 canaux de trafic utilisateur. Si l’on suppose que, pour contrôler un utilisateur, il faille 2% d’un canal de signalisation, combien de mobiles peuvent être actifs dans la cellule ? Exercice 4 : Application de la loi de Rigault Une certaine cellule a 4000 utilisateurs qui génèrent un trafic moyen de 2mE par personne aux heures de travail. 1) Combien de canaux sont nécessaires pour servir ces utilisateurs avec une probabilité de blocage inférieure ou égale à 0.02? 2) Combien d’utilisateurs peuvent être servis avec ce même nombre de canaux avec une même qualité de service si la cellule est divisée en trois secteurs? Note  : a) D’après Rigault, le nombre de canaux N est donné par :

Où A0 est le trafic offert et K= -log (Probabilité de blocage) b) Abaques d’Erlang

Exercice 5 Soit une zone à desservir caractérisée par les paramètres suivants : r = 1000 abonnés/km2 3

S = 0,5 km² Durée moyenne de communication = t = 90 secondes, Taux d’appels entrants = 0,5 appels/abonné à l’heure de pointe, Taux d’appels sortants = 0,6 appels/abonné à l’heure de pointe, Taux d’appels entrants avec succès = 0,80, Taux d’appels sortants avec succès = 0,65, Taux de blocage admissible sur les canaux de trafic = 1%. •

Quel est le trafic total de la zone à l’heure de pointe ?

•

Quel est le nombre de canaux de trafic nécessaires pour desservir cette zone ?

Exercice 6 1) Quel est le nombre minimum de canaux nécessaires pour desservir une zone où la demande potentielle est estimée à 1600 Erlangs pour un taux de blocage de 1% ? 2) Quel est le nombre minimum de stations de base nécessaires et leurs capacités (en Kbps/cellule) respectives quand l’opérateur dispose de 63 fréquences pour un motif de réutilisation de 9 ? 3) Quel est le nombre de canaux total ? Commentaires. On supposera que dans chaque trame TDMA, 1 IT est réservé au canal BCCH et 2 ITs sont réservés aux canaux SDCCH. La trame TDMA est constituée de 8 IT. Chaque IT contient 156.25 bits qui sont transmis en un temps de 0.5769ms. Dans chaque IT, seuls 116 bits sont réservés aux données (c'est-à-dire l'information utile à l'utilisateur et le reste des bits pour entête, queue,..). Note  : A = trafic ; C= nombre de canaux, La probabilité de blocage Pr est :

Pr 

1 C  C  C  1   C  n  1  1     ...  A A A n 1     

Rep. 1629 canaux ; 125 x 7 = 875kb/s par cellule ; 47cellules

Exercice 7 : Dimensionnement Réseau GSM/GPRS/Interconnexion  Un réseau d’un opérateur GSM (PLMN) doit couvrir une aire de 10 000 Km2. La population 4

à desservir est de 5 Millions et est répartie géographiquement de manière uniforme .Le taux de pénétration prévu en capacité finale est de = 30 %. L’opérateur dispose de 84 paires de fréquence. Pour faire un premier dimensionnement du réseau, on se base sur les hypothèses suivantes : 

motif cellulaire « moyen » à 7 cellules



par cellule : 3 canaux réservés à la signalisation; le reste est utilisé par la voix (canaux TCH/F) et par le GPRS (canaux PDCH)



trafic voix bidirectionnel de 0,035 E par MS.



trafic pour le GPRS : en trafic de pointe, 12 utilisateurs GPRS par cellule avec un débit net de l’ordre de 20 kbit/s et un codage CS2.



le réseau radio voix est dimensionné avec B= 2 %



une BS pour 3 cellules (BS tri-secteurs); un BSC peut gérer au maximum 320 TRX’s et peut concentrer le trafic voix des BS’s vers le MSC.



un MSC pour une capacité maximum de 200 000 MS. Les MSC’s sont distribués de manière uniforme sur l’ensemble du territoire.



la répartition du trafic voix est la suivante : 20% reste sur le réseau de l’opérateur ; 35% est échangé avec les réseaux d’autres opérateurs nationaux mobiles , 40% avec les réseaux des opérateurs nationaux fixes, et 5 % avec des opérateurs internationaux.



l’interconnexion voix avec les réseaux extérieurs nationaux fixes est assurée de la manière suivante : chaque MSC est directement connecté par des faisceaux directs L1 avec 8 centres de transit externes TR ; le trafic est équiréparti sur ces centres. Pour l’interconnexion avec les opérateurs internationaux , le trafic est équiréparti sur 3 centres internationaux ISC via des faisceaux directs L2.



les TRAU’s/TCE’s et les SGSN’s sont co-situés avec les MSC’s (voir figure)



6 data-link’s à 64 kbit/s sont réservés pour la signalisation entre BSC et MSC.

On demande : 1. le nombre de cellules à installer en capacité finale pour le réseau et la taille moyenne d’une cellule 2. le nombre de BS, BSC et MSC en capacité finale 3. le nombre de E1’s à mettre en place sur les faisceaux d’interconnexion L1 et L2. Le blocage est de 1 % maximum et l’efficacité est limitée à 90 % 4. le nombre de systèmes E1’s à mettre en place dans la partie fixe du RSS entre un BSC et un s ite MSC/SGSN pour écouler les trafics voix et données. Pour les canaux voix, le blocage est de 1 % maximum et l’efficacité est limitée à 90 %. Le trafic de données des PDCH est véhiculé par des systèmes E1’s transportés par les mêmes systèmes de transmission mis en place pour la voix ; l’overhead est estimé à 20 %. La séparation des trafics voix et données est effectuée au niveau du centre de transmission TR. 5

Note : on ne s’intéresse pas ici aux détails de la transmission (e.g. SDH avec container pour data) mais on cherche à avoir une idée globale du volume à transporter exprimé en modules 2 Mbit/s.

Exercice 8 Supposons un trafic prévisionnel de 10 Erlang avec un système qui permet d’avoir 7 voies de parole par fréquence. Combien de fréquences devez-vous utiliser pour garantir une probabilité de blocage inférieure à 1% ?

Exercice 9: Vous êtes un opérateur. Vous disposez dans une zone rurale d’une station de base avec une 6

antenne omnidirectionnelle couvrant une cellule. Or dans cette zone la population augmente rapidement et votre réseau sera prochainement saturé. Quelle solution allez-vous adopter pour faire face à cette augmentation de trafic ?

􀂅

Vous décidez d’implanter sur votre station de base une antenne qui rayonne de façon

plus privilégiée dans le plan horizontal. 􀂅. Vous décidez de diviser votre cellule, par exemple en trois secteurs (angles de 120°), tout en gardant la même station de base. 􀂅 Vous décidez de diviser votre cellule en cellules plus petites, et d’implanter sur chacune une nouvelle station de base.

Exercice 10: Dimensionnement d’un lien BSC – MSC

Hypothèses de calcul : - 20 sites à 3 BTS convergent vers le BSC - chaque BTS écoule 20 Erlang ce qui correspond à 29 canaux TCH - pour chaque canal TCH, il y a un circuit entre BTS et BSC Sur la liaison BSC – MSC, vous choisissez : 􀂅

1740 circuits.

􀂅 1320 circuits 7

􀂅 1278 circuits 􀂅 1206 circuits Exercice 11 Vous êtes spécificateur de GSM et vous devez spécifier le mécanisme de mise à jour de localisation en cas de changement de MSC/VLR. Que choisissez-vous de faire et pourquoi ?

􀂅 Recopier le profil du VLR1 vers le VLR2. 􀂅 Recharger le profil à partir du HLR Arguments : 􀂅 Parce que le coût de transfert du profil est moindre 􀂅 Pour se ramener au cas d'une première mise sous tension du mobile 􀂅 Pour garantir l'exactitude des données. Exercice 12 Vous êtes spécificateur de GSM et vous devez spécifier le mécanisme de handover Que faites-vous en cas de handover inter-MSC, par exemple de A à B ?

8

Vous décidez : 􀂅 de transférer tout le contexte d'une communication d'un MSC vers un autre. 􀂅 de garder la communication sous le contrôle du MSC A Arguments : 􀂅 Car en cas de retour du mobile dans la zone de couverture A, il n'est pas nécessaire de re-tranférer le contexte de la communication de B vers A 􀂅 Car on évite ainsi d'utiliser un circuit supplémentaire entre deux MSC, y compris en cas de handover ultérieur. 􀂅 Car en cas de handover ultérieur vers un autre MSC (par exemple C), on peut établir facilement un circuit de A vers C. Exercice 13 : Liaison sans répéteurs Montrer à l’aide d’un calcul de bilan de liaison si les caractéristiques suivantes permettent d’avoir une liaison équilibrée. BTS Puissance d’émission Perte de feeder Gain de l’antenne Sensibilité en réception Gain de diversité

MS 39dBm +3 dB +14 dB -104 dBm +5 dB

PIRE Sensibilité en réception

33 dBm -103 dBm

Quelle est le rayon de la cellule en considérant une loi d’atténuation : L = 137 + 35,2 log (R) où R est exprimé en km ?

Exercice 14 : Mobile terminating short message 9

Figure: Mobile terminating short message The figure above shows a transfer of a short message from the SMS–C to a MS. Match each number of the figure with correct sentence chosen between the following a) The MS is paged and a connection is set up between the MS and the network, as in the normal call set-up case b) The SMS–GMSC queries the HLR for routing information c) A user sends a message to a SMS–C d) If the delivery was successful, a report is sent from the MSC/VLR to the SMS–C. If not, the HLR is informed by the MSC/VLR, and a failure report is sent to SMS–C e) The HLR returns routing information to the SMS-GMSC f) If authentication is successful, the MSC/VLR delivers the message to the MS. Short messages are transmitted on the allocated signaling channel, SDCCH g) The SMS–C sends the message to the SMS–GMSC h) The SMS-GMSC re-routes the message to the MSC/VLR In the case of an unsuccessful delivery, the SMS-C informs the HLR and VLR that there is a message waiting to be delivered to the MS. The HLR then informs the SMS–C when the MS becomes available.

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Exercice 15 : Dimensionnement de la charge de signalisation SS7 et de la capacité CPU MSC Le tableau suivant résume les statistiques de trafic à l'heure de pointe d'un MSC, avec une longueur de MSU (Message Signaling Unit) par un type de procédure : Procédures MOC MTC LU Intra VLR LU Inter VLR HO intra MSC HO inter MSC SMS-MO SMS-MT

Nombre par seconde 17,3 10,1 5,3 16,6 2,1 3,6 3,7 6,4

Total MSU échangé (octets) par procédure 670 858 461 896 148 530 400 270

Note   : MOC = Mobile originating Calls, MTS = Mobile Terminating Calls, LU = Location Update, HO = Handover, SMS-MO = Short Message Service – Mobile Originating, SMS-MT = Short Message Service – Mobile Terminating. 1) Quel est le nombre de liens de signalisation E0 et E1 pour une charge U = 0,3 E? Soit le MSC décrit ci-dessus et le modèle de trafic des abonnés de la zone desservie et le temps de traitement de chaque procédure suivants : Evénement Appel sortant Appel entrant LU inter VLR IMSI Attach

Durée/événement 25 msec 35 msec 45 msec 15 msec

Taux par abonné à l'heure de pointe 0,70 0,50 0,15 0,30

2) Quelle est la consommation moyenne (trafic) à l'heure de pointe ? 3) Quelle est la capacité maximum du commutateur pour la zone considérée Rép. 6 E0 / 1E1 ; 0,013 mE / Abonné ; 23077 appels simultanés

Exercice 16: Dimensionnement de la capacité de la liaison MSC-VMS Soit le modèle de trafic pour le serveur de messagerie vocale (VMS) suivant : Nombre de boîtes vocales Nombre moyen de messages /jour/abonné Durée du message d'accueil Durée moyenne de message Nombre de retraits/jour/abonné Durée du message d'accueil pour le retrait Pourcentage de trafic à l'heure de pointe

10 000 4 10 secondes 20 secondes 4 10 secondes 12%

a)  Quel est le trafic total écoulé par jour sur ce serveur ? b)  Quel est le nombre de liens MIC (E0 et /ou E1) à prévoir entre le MSC et le VMS si le taux de blocage admissible est de 1% ? rep : 666,7 E/j ; 96 E0 / 3 E1

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Exercice 17: Nombre de fréquences par cellule   Un système de téléphonie cellulaire dispose de 240 fréquences, sachant que les cellules ont un profil hexagonal et qu’une même fréquence ne peut être réutilisée dans une cellule adjacente, quel est le nombre de fréquences disponibles pour une cellule (accès FDMA) ? Faire le schéma de réutilisation de fréquence.

  Haut du

formulaire Le nombre de fréquences par cellule 88 fréquences 80 fréquences. 76 fréquences 70 fréquences   Exercice 18 : Changement de cellule  Lors d’un changement de cellule, votre communication téléphonique est interrompue alors que d’autres personnes déjà présentes dans la nouvelle cellule poursuivent leur communication, choisissez 4 raisons possibles de cette interruption Les 4 raisons possibles d'interruption du trafic

Exercice 19: Dimensionnement d'une zone •  On souhaite implanter un réseau cellulaire de type GSM dans une ville de 2 millions d'habitants. Les hypothèses de travail sont les suivantes : 12

•  Trafic deux fois plus dense au centre ville qu'à la périphérie, •  Trafic par abonné à l'heure de pointe = 25 mErlangs •  Taux de pénétration du service mobile = 25% •  Nombre de fréquence allouées à l'opérateur = 63 •  Motifs de réutilisation = 3/9 •  Qualité de service : 1% de taux de blocage •  Pour chaque cellule, 3 ITs sont réservés aux canaux BCCH et SDCCH •  On supposera que pour des raisons techniques, le nombre maximal de porteuse d'une cellule est de 8. a) Quel est le trafic total à écouler à l'heure de pointe ? b) Quel est le trafic maximum que peut écouler une cellule ? c) Quel est le nombre de cellules à prévoir pour écouler le trafic des abonnés au centre ville ? d) Quel est le nombre de cellule à prévoir pour écouler le trafic des abonnés à la périphérie ? e) Quel est le nombre total (centre et périphérie) de site correspondants ? f) On suppose que la mobilité des utilisateurs nécessite le surdimensionnement de la capacité totale d'un facteur de 20%. Reprendre les questions a), c) et d) en intégrant cette nouvelle hypothèse. Données : Extrait des Tables d'Erlang QoS Canal 1% 2% 3% 51

38,8 41,2 42,9

52

39,7 42,1 43,9

53

40,6 43,1 44,8

54

41,5 44,0 45,8

55

42,4 44,9 46,7

Rep : 12500 E ; 47,8 E ; 206 cellules ; 88 cellules ; 294 cellules

Exercice 20: Call from PSTN subscriber to a mobile subscriber Below is the description of the call set-up procedure for a call from a PSTN subscriber to a mobile subscriber

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Figure: Call from PSTN subscriber to a mobile subscriber 1) Match each number of the figure with correct sentence chosen between the following a) The HLR requests an MSRN from the serving MSC/VLR b) The MSC/VLR knows which LA the MS is located in. A paging message is sent to the BSCs controlling the LA c) The MSC/VLR returns an MSRN via HLR to the GMSC d) The PSTN subscriber keys in the MS’s telephone number (MSISDN). The MSISDN is analyzed in the PSTN which identifies that this is a call to a mobile network subscriber. A connection is established to the MS’s home GMSC e) The BSCs distribute the paging message to the RBSs in the desired LA. The RBSs transmit the message over the air interface using PCH. To page the MS, the network uses an IMSI or TMSI valid only in the current MSC/VLR service area f) The GMSC analyzes the MSISDN to find out which HLR the MS is registered in, and queries the HLR for information about how to route the call to the serving MSC/VLR g) The GMSC analyses the MSRN and routes the call to the MSC/VLR

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h) SDCCH is used for the call set-up procedures, as in a call from an MS. A TCH is allocated and the SDCCH is released. The mobile phone rings. If the subscriber answers, the connection is established i)

The HLR translates MSISDN into IMSI, and determines which MSC/VLR is currently serving the MS. The HLR also checks the service, “Call forwarding to C–number”. If the service is activated, the call is rerouted by the GMSC to that number

j) The BSC provides a SDCCH, using AGCH k) When the MS detects the paging message, it sends a request for a SDCCH 2) Which GSM logical channel is used to locate the Mobile?

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