Couverture ElectroniqueS n°127

Les abonnés de téléphonie mobile attendent tous de la part de leur opérateur de disposer d'une bonne qualité de service. L'un des moyens désormais disponibles dans les tout derniers instruments portables pour identifier les problèmes d'interférence sur les réseaux sans fil et visualiser les résultats de mesure s'appuie sur la technologie CPRI. Cet article présente les nouveaux enjeux associés aux mesures CPRI sur site. L es principaux objectifs économiques des opérateurs de réseaux sans fil sont à la fois de réduire le coût du déploiement du réseau sur le terrain, de garantir la couverture cellulaire la plus importante possible et d'assurer la meilleure qualité de service – et ce malgré l'impact des interférences sur la qualité de la réception. Les systèmes de communication sans fil modernes sont en effet sensibles aux interférences, en particulier celles survenant au centre du canal spectral, dans le cas du LTE. En plus de devoir être isolées et localisées par les ingénieurs pour être corrigées, les interférences sont, du point de vue des opéra-teurs, sources de coupures d'appel, de couverture géographique réduite du réseau, de débits de données plus faibles (en augmentant le taux d'erreur, ou BER) et de qualité du ser-vice réduite entre les téléphones portables et le réseau. Ces problèmes coûtent de l'argent aux opérateurs, parce qu'ils leur font perdre des abonnés. CYRIL NOGER (ANRITSU FRANCE) Diplômé de l'Université de Limoges en 1995, Cyril Noger a commencé sa carrière dans la filiale française du japonais Anritsu en 1996, en tant qu'ingénieur technico-commercial pour la région parisienne. Depuis 1998, Cyril Noger occupe le poste d'ingénieur support pour les produits RF et radiocommunications, toujours chez Anritsu France. Figure 1.-Évolution de l'architecture des stations de base L'évolution de l'architecture des sites cellulaires passe d'une conception classique avec des câbles coaxiaux à une nouvelle conception faisant intervenir une fibre optique entre l'unité en bande de base centralisée (BBU) et le réseau d'antennes distribuées. Une petite révolution s'est opérée dans les systèmes de communication sans fil avec l'adoption des Centralized Radio Access Network (C-RAN), ou réseaux d'accès radio centralisé, par l'industrie des télécommunications pour contribuer à faire baisser les coûts. Grâce à l'utilisation des réseaux C-RAN, la nouvelle architecture de la connexion mobile fronthaul est configurée avec des unités en bande de base centralisées ( Base Band Unit ou BBU) contrôlant de multiples têtes radio déportées ( Remote Radio Head ou RRH) localisées à côté des antennes ( voir figure 1 ). Ces têtes sont situées au sommet des pylônes, tandis que les unités BBU se trouvent au niveau du sol. Comprendre les perturbations via le canal Uplink Auparavant, les têtes radio déportées et les unités en bande de base centralisées étaient reliées entre elles par des câbles coaxiaux qui étaient sensibles à des phénomènes tels que les pertes coaxiales, le vieillissement, la corrosion et l'intermodulation. Pour prévenir la plupart de ces effets, un nouveau standard commun a été adopté par la plupart des fournisseurs d'infrastructures réseaux : le Common Public Radio Interface (CPRI) qui utilise la fibre optique à la place des câbles coaxiaux. Les opérateurs profitent également de la fibre optique pour réduire les coûts d'installation et de maintenance de chaque site cellulaire. Le standard Common Public Radio Interface (CPRI) définit la connexion entre l'unité en bande de base centralisée (Base Band Unit ou BBU) et la tête radio déportée (Remote Radio Head ou RRH) avec des couches de protocoles entre les deux. Avec les liaisons CPRI, il est désormais possible, à l'aide des instruments de mesure portables adéquats, de réaliser des analyses précises et rapides permettant de diagnostiquer les problèmes du réseau radio en décodant le lien CPRI entre la RRH et la BBU, sans avoir besoin de monter jusqu'au sommet du pylône. De manière générale, on peut dire que la technologie CPRI convertit les signaux radiofréquences du domaine électrique vers le domaine optique. C'est ce que la tête radio déportée réalise au sommet du pylône quand elle reçoit les signaux RF (W-CDMA pour la 3G ou LTE pour la 4G, par exemple) et les convertit en signaux optiques, en utilisant le protocole CPRI, avant de les envoyer à l'unité en bande de base centralisée au niveau du sol. La BBU convertit ensuite les données reçues sous forme de signaux optiques en signaux électriques pour qu'elles soient traitées par le réseau au niveau du backhaul . Malheureusement, bien que les fibres optiques soient moins sensibles aux effets de distorsion et aux interférences externes, elles n'éliminent pas les problèmes engendrés si les signaux reçus sur l'antenne sont corrompus par du bruit ajouté au signal, ou si des fréquences supplémentaires indésirables sont contenues dans la bande du signal lui-même. Les perturbations extérieures continuent alors d'être transmises à la BBU depuis la RRH, via la liaison optique. Pour analyser la liaison CPRI sur site à l'aide d'un instrument portable, les données RF I/Q transmises depuis la tête radio déportée vers l'unité en bande de base centralisée (canal Uplink ou UL) et depuis la BBU vers la RRH (canal Downlink ou DL) doivent être décodées. On peut ainsi obtenir la représentation du spectre du canal RF transporté dans la fibre optique. En regardant principalement le lien Uplink , les techniciens peuvent plus facilement comprendre le type de perturbations affectant le réseau qui empêche les téléphones portables de se connecter normalement aux stations de base sur le terrain. Leurs principaux objectifs économiques étant de réduire le coût du déploiement du réseau sur le terrain et d'assurer la meilleure qualité de service, les opérateurs de réseaux sans fil peuvent compter sur les nouveaux moyens d'analyse, tels que l'utilisation de la technologie CPRI, pour identifier les problèmes d'interférence. Comme le CPRI est un standard bien défini et adopté par quasiment tous les principaux fournisseurs d'infrastructures, l'implémentation d'une carte CPRI dans un analyseur portable permet aux utilisateurs de décoder et d'analyser les deux principales couches protocoles du standard pour diagnostiquer les erreurs et les alarmes, en plus de vérifier le transport physique des données. La figure 2 illustre la liaison entre l'équipement radio ( Radio Equipment ou RE) et son contrôle ( Radio Equipment Control ou REC). L'« interface réseau » est connectée au backhaul et l'« interface air », aux antennes, selon les directives de la spécification CPRI v6.0 (2013-08-30). Le contrôle de l'équipement radio, qui est situé à un endroit facile d'accès, contient les fonctions radio en bande de base numérique, et l'équipement radio, proche de l'antenne, intègre, lui, les fonctions RF analogiques. Voir le signal perturbateur via le spectrogramme Le principe de base d'un analyseur portable compatible avec le protocole CPRI consiste à capturer une petite quantité de la puissance du signal optique pendant que la tête radio déportée communique avec l'unité en bande de base centralisée et que les téléphones portables sont toujours connectés au réseau. Pour ce faire, il est nécessaire d'utiliser une dérivation optique (un coupleur) pour insérer le testeur entre la RRH et la BBU. Par exemple, le modèle BTS Master MT8220T d'Anritsu peut embarquer une carte CPRI en option, permettant ainsi aux techniciens interve-nant sur le terrain de réaliser des diagnostics sur le type de spectre que la BBU reçoit depuis l'antenne via la RRH et la fibre optique. Figure 3.-Spectres LTE «normal» et «perturbé» Sont représentés ici une transmission LTE de 10MHz de largeur de bande sans et avec signal perturbateur sur la bande Uplink (UL). Figure 4.-Fonction de zoom dans le canal On voit ici un spectrogramme d'un canal LTE de 10MHz de largeur sans et avec possibilité de zoomer dans le canal, pour mettre en évidence le comportement du perturbateur. La plupart des techniciens radio à travers le monde sont familiers avec les mesures de spectre RF, parce qu'ils utilisent souvent le BTS Master MT8220T et que, comme l'interface homme-machine de la mesure du spectre CPRI est très semblable à celle pour les mesures classiques du spectre RF, ils peuvent comprendre de manière intuitive ce qui se produit sur la liaison optique. La partie «User Plan» du standard CPRI définit un autre paramètre important, qui est l'«Antenna Container». Ce paramètre, désigné en principe par AxC, contient les données I/Q nécessaires pour la réception ou la transmission d'une seule porteuse à un seul élément d'antenne indépendant, et doit être connu par les utilisateurs afin qu'ils puissent sélectionner la bonne antenne pour analyser le signal CPRI reçu depuis le sol. Comme expliqué précédemment, en regardant la forme d'un signal RF, l'utilisateur peut souvent se rendre compte d'un simple coup d'œil si tout lui semble normal. La figure 3 montre deux captures d'écran : l'une avec une représentation graphique d'un spectre CPRI RF «normal» et l'autre avec un signal perturbateur situé dans le canal lui-même. De plus, grâce à la possibilité d'observer le comportement du signal perturbateur dans le temps via le spectrogramme, le technicien est mieux à même de mettre l'accent sur la stabilité, en fréquence et en amplitude, du signal perturbateur. En utilisant un codage de couleurs pour le niveau d'amplitude, il devient alors aisé de voir rapidement ce qui se produit au niveau de la fréquence porteuse et dans la largeur du canal considéré ( voir figure 4 ). Une fois le signal perturbateur repéré depuis le sol et sa fréquence identifiée en utilisant des marqueurs sur le graphique, le technicien peut alors utiliser l'analyseur de spectre RF classique pour localiser le signal perturbateur, en se basant sur le fait que son amplitude sera d'autant plus grande qu'il se rapprochera de la source. Cependant, comme les interférences peuvent se produire de manière aléatoire, il n'est pas toujours simple ou rapide de les localiser dans les environnements denses. Dans ce cas, il peut parfois s'avérer utile de se rendre sur un site voisin pour déterminer si ce nouveau site est plus ou moins affecté par ce même signal perturbateur, ou pas du tout. Dans le contexte de la recherche d'une bonne qualité de service par les opérateurs de télécommunications, avec en particulier la possibilité pour les abonnés de téléphonie mobile de se connecter au réseau depuis n'importe où et à n'importe quel moment, la vérification des liens CPRI et, plus généralement, les nouveaux moyens pour identifier les problèmes d'interférences et visualiser les résultats de mesures prennent donc de plus en plus d'importance. n

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