IV SOLUTIONS AUX PROBLEMES ACTUELS:

1. OPTIMISATION DU RESEAU :

On cherche à optimiser le réseau principalement dans les domaines suivants :

• Augmentation de l'efficacité spectrale.
• Réduction de la taille des cellules.

1. Augmentation de l'efficacité spectrale :
   Le système œuvre dans une bande de fréquences limitée. La réutilisation des fréquences est donc necessaire pour couvrir l'ensemble d'un territoire. Cette réutilisation des porteuses induit un brouillage entre émissions.
   Pour améliorer l'efficacité spectrale, les opérateurs disposent de plusieurs techniques :

• La puissance d'émission du signal radio du terminal et de la BTS est ajustée en permanence pour assurer la quantité de communication voulue. Ce mécanisme de réglage de puissance réduit au minimum le brouillage entre les cellules utilisant un même canal radio.
  
• En outre, en profitant de la nature discontinue de la parole dans un dialogue normal (en principe, lorsque l'un des correspondants parle, l'autre écoute, le flux verbal de chacun contient donc des blancs entre les syllabes prononcées). Ce mécanisme d'émission discontinue est présenté plus longuement activé par un détecteur d'activité vocale (Cf IV, partie 2).
  
• Une autre technique de brouillage consiste à utiliser le saut de fréquence déjà expliqué auparavant(Cf IV, partie 3).

2. Réduction de la taille des cellules :
   En diminuant la taille des cellules, le nombre de canaux de communication disponible dans une zone donnée augmente. En effet la distance de réutilisation <D> dépend de la taille du motif. Elle est donnée par la formule suivante :

D=(2*N)*R
avec N :le nombre de cellule du motif.
R :le rayon de la cellule.

En contre partie, les changements de cellule sont plus fréquent à travers le réseau. Cela nécessite une procédure de TAI (Transfert Automatique Intercellulaire) rapide et efficace.
Le mobile écoutera en permanence sa cellule et les cellules voisines...

2. TRANSMISSION DISCONTINUE :
Lors des communications, les 2 intervenants ne parlent pas en même temps. En outre, les caractéristiques de la parole font apparaître des silences entre chaque mots.
Au total, on peut considérer que le taux d'inutilisation du canal de transmission est de 60%.
Lors des silences, l'émission n'est pas interrompue, mais réduite afin d'émettre le bruit de fond pour que le correspondant ne détecte pas les ruptures.
La transmission discontinue (DTX) consiste à réduire le débit d'émission à 260 bits/480 ms au lieu de 260 bits/20ms.
Le mécanisme DTX nécessite donc les fonctions suivantes :

• Détection d'activité vocale du côté émetteur.
• Evaluation du bruit de fond du côté émetteur pour transmettre les paramètres caractéristiques au récepteur.
• Génération du côté récepteur du bruit de fond pendant les silences.

Le DTX permet de réduire la consommation des émetteurs, notamment des MS. En outre, il permet également de réduire le niveau moyen d'interférence généré.

3. SAUT DE FREQUENCE:
Le saut de fréquence provient des systèmes militaires. Il consiste à changer régulièrement la fréquence d'émission.
Dans GSM, le type de saut de fréquence utilisé est le SFH (Slow Frequency Hopping: saut de fréquence lent). Par opposition au saut de fréquence rapide qui consiste à changer de fréquence plusieurs fois lors de l'émission d'un message (par exemple, saut de fréquence au rythme bit), le SFH consiste à changer de fréquence à chaque émission de burst.
Habituellement, le saut de fréquence n'est pas activé pendant la période de déploiement d'un réseau, la charge étant faible. A charge importante, il devrait apporter un accroissement notable des performances.

a) Principe:
Un canal physique ne siège pas sur une seule porteuse, mais utilise un ensemble de N fréquences qui se succèdent suivant un ordre défini par la séquence de saut.

Remarque: Il est nécessaire de disposer au minimum d'un canal physique simplex sans saut de fréquence dans le sens descendant. Ce canal forme une voie balise pour permettre aux mobiles extérieurs à la cellule de venir écouter le BCCH (pour permettre au MS de se rattacher à la BTS la plus favorable).

La séquence de saut est une suite définie sur un l'ensemble des N fréquences attribuées à la BTS. Ces N fréquences sont numérotées de 0 à N-1.
Un algorithme utilise le N° de trame FN et un paramètre HSN (compris entre 0 et N-1) pour générer une suite pseudo-aléatoire de nombres Ai (compris entre 0 et N-1).
Lors de l'allocation d'un canal, la BTS précise au mobile un index MAIO (compris entre 0 et N-1). Le N° de fréquence à utiliser par le MS est le résultat de l'addition modulo N de MAIO et Ai.
De cette façon, deux valeurs distinctes de HSN vont générer deux suites pseudo-aléatoires différentes. On prendra donc soin d'affecter deux HSN différents à deux BTS utilisant le même ensemble de fréquences. En outre, deux index MAIO différents pour un même HSN définissent 2 séquences de fréquences orthogonales.

b) Avantages:
Le SFH apporte une protection contre les évanouissements sélectifs et créé une diversité des brouilleurs.

• Protection contre les évanouissements: Dans une agglomération urbaine, les nombreuses façades induisent des ondes réfléchies définissant un réseau d'ondes stationnaires dans lequel un véhicule à l'arrêt peut ne plus recevoir un signal porté par une fréquence particulière: c'est l'effet du fading de Raleigh.
  En général, les évanouissements sont sélectifs; ainsi, l'utilisation de plusieurs fréquences différentes pour une communication diminue la probabilité de pertes de message par évanouissements. De cette façon, et grâce aux techniques de codage et d'entrelacement spécifiés par la norme GSM, un message perdu sur une fréquence donnée, peut être reconstitué au niveau du récepteur grâce aux informations transportées par les messages transmis sur les autres fréquences.
  

• Diversification des brouilleurs: Dans les zones urbaines, les systèmes sont principalement limités par les interférences. L'implantation du saut de fréquence permet de moyenner le niveau d'interférence global sur toutes les porteuses plutôt que d'avoir un niveau de brouillage élevé sur certaines porteuses uniquement.
  
  Exemple: Soient 3 mobiles A, B et C situés dans la cellule cell 1 et 3 mobiles P, Q et R se trouvant dans une même cellule adjacente à cell 1.
  
  
  • Sans saut de fréquence:
    

    Les mobiles (A,P), (B,Q) et (C,R) émettent respectivement à f1, f2 et f3 sur un slot 3.

    Les MS A, B et C émettent donc un signal utile vers la BTS de cell 1 alors que P, Q et R sont des brouilleurs pour cette BTS.
    
    

    Le signal émis par A est interféré par P et le C/I (rapport porteuse sur interférences) est faible: la communication est brouillée; c'est le pire cas.

    De même, B est brouillé par Q et C par R; mais ici, les C/I sont acceptables.
    
    

     

  • Avec saut de fréquence:

    Reprenons les mêmes configurations spatiales que précédemment. Chaque mobile émet sur un slot 3 en utilisant l'ensemble des fréquences {f1,f2,f3}selon une séquence pseudo-aléatoire propre à sa communication.

    Ici, le pire cas rencontré (A interféré par P) ne se reproduira que de temps en temps.
    

    Avec le saut de fréquence, le signal émis par A est interféré par P, Q et R. Le C/I moyen est supérieur au seuil et la communication n'est pas brouillée. Il en va de même pour B et C.
    
    

Conclusion: Le saut de fréquence permet donc de considérer le cas moyen et non le pire cas. Le gain apporté par cette technique est d'autant plus important que le nombre de fréquences est grand. Pour obtenir un gain appréciable, il est recommandé de disposer d'au moins 4 fréquences.

4. EGSM:
Actuellement, le système GSM travaille dans les bandes de fréquences :

• 890-915 MHz pour la voie montante.
• 935-960 MHz pour la voie descendante.

On dispose alors de 124 couples de fréquences (Fd,Fu) (Cf Fig. 2.1).

L'EGSM travaille dans les bandes :

• 880-915 MHz pour la voie montante.
• 925-960 MHz pour la voie descendante.

On bénéficie ainsi de 50 couples de fréquences (Fd,Fu) nouveaux, soit 174 couples de porteuses au total.
Cette extension de la bande de fréquences permet d'augmenter la capacité du réseau et de résoudre des problèmes d'interférences pour certaines cellules.

5. HALF RATE:
La norme GSM prévoit la possibilité de n'allouer à l'utilisateur qu'un slot toutes les 2 trames TDMA. Une allocation de ce type constitue un canal demi débit par opposition au canal plein débit utilisé actuellement (à chaque trame TDMA, on alloue 1 slot par communication).
L'implantation du half rate nécessite des codeurs de parole plus performants à débit réduit. En effet, le codage demi taux correspond à un débit en ligne deux fois moindre (11.4 au lieu de 22.8 kBits/s); le codage de la parole est ici réduit à 5.6 kBits/s.
Le choix du codec s'est tourné sur celui proposé par Motorola (codage compressif & codage du canal). Ce codec reprend certaines techniques du codeur plein débit. Il travaille également sur des trames de parole de 20 ms, mais considère des dictionnaires plus développés pour reconstituer le signal.
L'utilistion du half rate permet à l'opérateur de doubler la capacité de son réseau.