diff --git a/docs/RIO207/TD/.gitignore b/docs/RIO207/TD/.gitignore new file mode 100644 index 0000000..c357070 --- /dev/null +++ b/docs/RIO207/TD/.gitignore @@ -0,0 +1 @@ +TD*.pdf diff --git a/docs/RIO207/TD/38901-g10-channel-models.pdf b/docs/RIO207/TD/38901-g10-channel-models.pdf new file mode 100644 index 0000000..e6d4b8d Binary files /dev/null and b/docs/RIO207/TD/38901-g10-channel-models.pdf differ diff --git a/docs/RIO207/TD/TD1.mdx b/docs/RIO207/TD/TD1.mdx new file mode 100644 index 0000000..0b437e4 --- /dev/null +++ b/docs/RIO207/TD/TD1.mdx @@ -0,0 +1,423 @@ +# TD1 - Bilan de liaison + +## 1 - Introduction + +| Limiting link | - | UL | +|-----------------------------------|----------|------| +| UL ratio | $p_{UL}$ | 0.2 | +| Target cell edge data rate [Mbps] | $D$ | 20.0 | +| Carrier frequency [GHz] | $f_c$ | 28 | +| Allocated bandwidth [MHz] | $W$ | 100 | +| BS antenna height [m] | $h_b$ | 33 | +| UE antenna height [m] | $h_m$ | 1.50 | +| Coverage probability | $p_c$ | 0.90 | +| NLOS propagation | - | YES | +| Indoor coverage | - | NO | +| Shadowing standard deviation [dB] | $\sigma$ | 6 | +| Number of HARQ retransmissions | $N_h$ | 4 | + + +## 2 - Transmission + + +### 1. Compute the EIRP and the transmit diversity gain + +On a $P_{tx} = 23 dBm$ et $N_a = 2$ + +$$ +EIRP = P_{tx} + G_{tx} - L\\ +$$ + +Transmit diversity gain : + +$$ +G_{tx} = 10 \log_{10} (N_{tx})\\ +$$ + +On calcule : + +$$ +\begin{align*} +& EIRP = 23 + 10 \log_{2} - 0\\ +& EIRP = 23 + 3.01\\ +& EIRP = 26.01 dBm\\ +\end{align*} +$$ + +## 3 - Reception + +### 2. Compute the target SINR. + +$$ +SNR = 10 \log_{10}(\beta (2^{\frac{C_{cible}}{\alpha W}}- 1 )) +$$ + +On utilise $p_{UL}$ et $D$ de l'énoncé + +$$ +C_{cible} = \frac{D}{p_{UL}} = \frac{20}{0.2} = 100 Mbps +$$ + + +On connait $\alpha = 1$ et $\beta = 1$ et $W = 100 MHz$ + +$$ +\begin{align*} +& SNR = 10 \log_{10}(1 (2^\frac{100}{1 \cdot 100}- 1 ))\\ +& SNR = 10 \log_{10}(2^\frac{100}{100}- 1 )\\ +& SNR = 10 \log_{10}(2^1- 1 )\\ +& SNR = 10 \log_{10}(2- 1 )\\ +& SNR = 10 \log_{10}(1)\\ +& SNR = 10 \cdot 0\\ +& SNR = 0\\ +\end{align*} +$$ + +D'après l'énoncé, on a $L_i = 3 dB$ + +$$ +\begin{align*} +& SINR_{cible} = SNR + L_{i}\\ +& SINR_{cible} = 0 + 3\\ +& SINR_{cible} = 3 dB\\ +\end{align*} +$$ + +### 3. Compute the noise power at the receiver. + +On a + +- $N_0 = -174 dBm/Hz$ +- $W = 100 MHz$ +- $N_F = 3 dB$ + +En $W$ + +$$ +\begin{align*} +& N = N_0 \cdot W \cdot N_F\\ +\end{align*} +$$ + +En $dBm$ : + +$$ +\begin{align*} +& N = -174 + 10 \cdot \log(W) + N_F\\ +& N = -174 + 10 \cdot \log(100 \cdot 10^6) + 3\\ +& N = -174 + 10 \cdot 8 + 3\\ +& N = -174 + 80 + 3\\ +& N = -91 dBm\\ +\end{align*} +$$ + +### 4. Compute the receive array gain, the receive antenna gain and the diversity gain. + +On a + +- $Nb_{AE} = 128$ +- $Nb_{AP} = 2$ +- $G_{ae} = 8 dBi$ + +$$ +\begin{align*} +& G_{array} = 10 \cdot \log_{10}(\frac{Nb_{AE}}{Nb_{AP}})\\ +& G_{array} = 10 \cdot \log_{10}(\frac{128}{2})\\ +& G_{array} = 10 \cdot \log_{10}(\frac{128}{2})\\ +& G_{array} = 10 \cdot 1.80617997398\\ +& G_{array} = 18.06 dB\\ +\end{align*} +$$ + +$$ +\begin{align*} +& G_{diversity} = 10 \cdot \log_{10}(Nb_{AP})\\ +& G_{diversity} = 10 \cdot \log_{10}(2)\\ +& G_{diversity} = 10 \cdot 0.301\\ +& G_{diversity} = 3.01 dB\\ +\end{align*} +$$ + +Le gain de l'antenne de réception correspond au gain d'un élément d'antenne $G_{ae} = 8 dBi$ + +### 5. After including typical scheduling gain and HARQ gain, compute the sensitivity of the receiver. + +La valeur typique du gain d'ordonnancement est de $G_s = 3dB$ + +Dans l'énoncé on a $N_h = 4$ + +$$ +\begin{align*} +& G_{HARQ} = 10 \cdot \log_{10}(N_h)\\ +& G_{HARQ} = 10 \cdot \log_{10}(4)\\ +& G_{HARQ} = 6 dB\\ +\end{align*} +$$ + +$$ +\begin{align*} +& S = SINR + N - G\\ +& S = SINR + N - G_{array} - G_{diversity} - G_{ae} - G_s - G_{HARQ}\\ +& S = 3 +(-91) - 18.06 - 3.01 - 8 - 3 - 6\\ +& S = -126.07 dBm\\ +\end{align*} +$$ + +## 4 - Margins + + +### 6. Compute the shadowing margin. + +On connait + +- d'après l'énoncé $\sigma = 6 dB$ +- d'après l'énoncé $p_c = 0.9$ +- $P_{out} = 1 - p_c = 1 - 0.9 = 0.1$ + +On utilise la formule de Jakes + +$$ +\begin{align*} +& K_s = \sigma Q^{-1}(P_{out}) +\end{align*} +$$ + +On sait que $Q^{-1}(0.1) = 1.28$ + +$$ +\begin{align*} +& K_s = 6 Q^{-1}(0.1) +& K_s = 6 \cdot 1.28 +& K_s = 7.68 dB +\end{align*} +$$ + +### 7. Refer to [Raghavan et al., 2019](https://arxiv.org/pdf/1912.03717) and propose a hand and body loss for our link budget. + +On utilise les valeurs de la table 1 de l'article + +![table](./td1.png) + +On regarde les lignes Subarray type `2 x 1 dipole`. On choisit de prendre le “Hard Hand Grip” car c'est le pire des cas + +On a donc $K_{hl}=15dB$ + +### 8. Compute the indoor penetration loss when indoor coverage is required up to 1m. + +On regarde le modele 3GPP [38901-g10-channel-models.pdf](./38901-g10-channel-models.pdf) et on utilise le O2I building penetration loss. + +On a $f_c = 28$ + +$$ +PL = PL_b + PL_{tw} + PL_{in} + N(0, \sigma^2_P) +$$ + + +$$ +PL_{in} = 0.5 \cdot d = 0.5 dB +$$ + +On utilise le modèle de low-loose model pour $PL_{tw}$ (d'après l'article): + +$$ +\begin{align*} +& PL_{tw} = 5 - 10\log_{10} (p_{glass} \cdot 10^{\frac{-L_{\mathrm{glass}}}{10}} + p_{concrete} \cdot 10^{\frac{-L_{\mathrm{concrete}}}{10}}) \\ +& PL_{tw} = 5 - 10\log_{10} (0.3 \cdot 10^{\frac{-(2+0.2*f_c)}{10}} + 0.7 \cdot 10^{\frac{-(5+4*f_c)}{10}}) \\ +& PL_{tw} = 5 - 10\log_{10} (0.3 \cdot 10^{\frac{-(2+0.2*28)}{10}} + 0.7 \cdot 10^{\frac{-(5+4*28)}{10}}) \\ +& PL_{tw} = 5 - 10\log_{10} (0.3 \cdot 10^{\frac{3.6}{10}} + 0.7 \cdot 10^{\frac{5+4*28}{10}}) \\ +& PL_{tw} = 5 - 10\log_{10} (0.3 \cdot 10^{0.36} + 0.7 \cdot 10^{\frac{117}{10}}) \\ +& PL_{tw} = 5 - 10\log_{10} (0.3 \cdot 10^{0.36} + 0.7 \cdot 10^{11.7}) \\ +& PL_{tw} = 17.8 dB \\ +\end{align*} +$$ + +On trouve donc $PL = 0.5 + 17.8 = 18.3 dB$ + +### 9. Refer to [Bas et al., 2018](https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8647674) and propose a foliage loss for our link budget. + +On a $d_v$ = 2m$ + +![figure](./fig5.png) + +On trouve donc $4.5 dB$ + +### 10. Refer to [Azar et al., 2013](https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6655399) and propose a rain loss for our link budget. + +On connait $f_c = 28 GHz$ + +![fig](./fig1.png) + +On trouve donc $Rain_{loss} = 1.4 dB$ + +## 5 - Cell radius + +### 11. Compute the MAPL and the cell range indoor and outdoor. + +Modele 3GPP [38901-g10-channel-models.pdf](./38901-g10-channel-models.pdf). + +On connait + +- $PIRE = 26.01 dBm$ +- $S = -126.07 dBm$ +- $M_i = 0.5 dB$ +- $K_s = 7.68 dB$ - shadowing margin +- $G_{array} = 18.06 dB$ +- $G_{diversity} = 3.01 dB$ +- $G_{ae} = 8 dBi$ +- $K_{hl} = 15dB$ - hand and body loss +- $F_{loss} = 4.5 dB$ +- $Rain_{loss} = 1.4 dB$ +- $PL = 18.3 dB$ - indoor penetration loss + + +Cas "cell range indoor" : + +$$ +\begin{align*} +& MAPL = PIRE - S - Marges - Pertes + Gain\\ +& MAPL = 26.01 - (-126.07) - M_i - K_s - K_{hl} - PL - F_{loss} - Rain_{loss} + \\ +& MAPL = 26.01 - (-126.07) - 0.5 - 7.68 - 15 -18.3 - 4.5 - 1.4\\ +& MAPL = 104.7 dB\\ +\end{align*} +$$ + +Cas "cell range outdoor" : + +$$ +\begin{align*} +& MAPL = PIRE - S - Marges - Gains - Pertes\\ +& MAPL = 26.01 - (-126.07) - M_i - K_s - K_{hl} - F_{loss} - Rain_{loss}\\ +& MAPL = 26.01 - (-126.07) - 0.5 - 7.68 - 15 - 4.5 - 1.4\\ +& MAPL = 123 dB\\ +\end{align*} +$$ + + +On utilise la formule de NLOS propagation : + +$$ +PL_{UMA-NLOS} = 13.54 + 39.08 \log_{10}(d_{3D}) + 20 \log_{10}(f_c) - 0.6(h_{UT} - 1.5) +$$ + + +On inverse la formule pour avoir donc : + +$$ +d_{3D} = 10^{\frac{PL_{UMA-NLOS} - 13.54 - 20 \log_{10}(28) + 0.6(h_{UT} - 1.5)}{39.08}} +$$ + + +On connait aussi : + +- $h_{BS} = 33 m$ +- $h_{UT} = 1.5 m$ +- $f_c = 28 GHz$ + +![d3d.png](./d3d.png) + +Or nous voulons pour $d_{2D}$ + +$$ +d_{2D} = \sqrt{(d_{3D})^{2} - (h_{BS} - h_{UT})^{2}} +$$ + +On trouve donc $d_{3D-in} = 39.09m$ et $d_{2D-in} = 23.14m$ + +On trouve donc $d_{3D-out} = 114.9m$ et $d_{2D-out} = 110.5m$ + + +## 6 - Deployment scenario in Paris 13 + +### 12. Deployment scenario in Paris 13 + +On connait : + +- la formule de l'aire d'un cercle : $S = \pi \cdot R^2$ donc la formule du rayon d'un cercle : $\sqrt{\frac{S}{\pi}}$ +- la surface de Paris 13 : $7.15 km^2$ +- le nombre de sites LTE : 31 + +Surface moyenne d'une cellule : + + +$$ +\begin{align*} +& S_{moy} = \frac{Aire_{Paris13}}{Nb_{LTE}}\\ +& S_{moy} = \frac{7.15}{31}\\ +& S_{moy} = 0.230 km^2\\ +\end{align*} +$$ + +Le rayon moyen d'une cellule : + +$$ +\begin{align*} +& R_{moy} = \sqrt{\frac{S_{moy}}{\pi}}\\ +& R_{moy} = \sqrt{\frac{0.230}{\pi}}\\ +& R_{moy} = \sqrt{0.073}\\ +& R_{moy} = 0.27 km\\ +& R_{moy} = 270 m\\ +\end{align*} +$$ + +### 13. What is the proportion of Paris 13 area that could be covered with mmW if only LTE sites were reused? + +$$ +\begin{align*} +& Aire_{moy} = Nb_{LTE} \cdot \pi \cdot d_{2D-out}^{2}\\ +& Aire_{moy} = 31 \cdot \pi \cdot (110.5*10^{-3})^{2}\\ +& Aire_{moy} = 1.18 km^2\\ +\end{align*} +$$ + +$$ +\begin{align*} +& Proportion = \frac{Aire_{moy}}{Aire_{Paris13}}\\ +& Proportion = \frac{0.46}{7.15}\\ +& Proportion = 16\%\\ +\end{align*} +$$ + +### 14. How many mmW sites would be needed to cover the whole area? + +$$ +\begin{align*} +& Nb_{site} = \frac{Aire_{Paris13}}{Aire_{cell}}\\ +& Nb_{site} = \frac{Aire_{Paris13}}{\pi \cdot d_{2D-out}^{2}}\\ +& Nb_{site} = \frac{7.15}{\pi \cdot (110.5*10^{-3})^{2}}\\ +& Nb_{site} = 186\\ +\end{align*} +$$ + + +### 15. Same questions if the target cell edge data rate is set to 5 Mbps. + + +$$ +\begin{align*} +& C_{cible} = \frac{5}{0.2} = 25 Mbps\\ +& SNR = 10 \log_{10}(2^\frac{25}{1 \cdot 100}- 1 ) = -7.23 dB\\ +& SINR = -7.23 + 3 = -4.23 dB\\ +& S = -133.3 dBm\\ +& MAPL_{out} = 130.23 dB\\ +& d_{3D-out} = 173.6m\\ +& d_{2D-out} = 170.7m\\ +& Nb_{site} = 7.15 / (\pi \cdot (170.7*10^{-3})^{2}) = 78\\ +\end{align*} +$$ + + +### 16. Same questions if the target cell edge data rate is set to 5 Mbps and indoor coverage is required. + + +$$ +\begin{align*} +& C_{cible} = \frac{5}{0.2} = 25 Mbps\\ +& SNR = 10 \log_{10}(2^\frac{25}{1 \cdot 100}- 1 ) = -7.23 dB\\ +& SINR = -7.23 + 3 = -4.23 dB\\ +& S = -133.3 dBm\\ +& MAPL_{indoor} = 111.93 dB\\ +& d_{3D-out} = 59.85m\\ +& d_{2D-out} = 50.9m\\ +& Nb_{site} = 7.15 / (\pi \cdot (170.7*10^{-3})^{2}) = 878\\ +\end{align*} +$$ \ No newline at end of file diff --git a/docs/RIO207/TD/d3d.png b/docs/RIO207/TD/d3d.png new file mode 100644 index 0000000..d6ad6cb Binary files /dev/null and b/docs/RIO207/TD/d3d.png differ diff --git a/docs/RIO207/TD/fig1.png b/docs/RIO207/TD/fig1.png new file mode 100644 index 0000000..7f3bce7 Binary files /dev/null and b/docs/RIO207/TD/fig1.png differ diff --git a/docs/RIO207/TD/fig5.png b/docs/RIO207/TD/fig5.png new file mode 100644 index 0000000..bde89ae Binary files /dev/null and b/docs/RIO207/TD/fig5.png differ diff --git a/docs/RIO207/TD/td1.png b/docs/RIO207/TD/td1.png new file mode 100644 index 0000000..ca1bb5b Binary files /dev/null and b/docs/RIO207/TD/td1.png differ diff --git a/docs/RIO207/_category_.json b/docs/RIO207/_category_.json new file mode 100644 index 0000000..79b79b6 --- /dev/null +++ b/docs/RIO207/_category_.json @@ -0,0 +1,4 @@ +{ + "label": "RIO207", + "position": 7 +} diff --git a/docs/RIO207/index.mdx b/docs/RIO207/index.mdx new file mode 100644 index 0000000..0d09907 --- /dev/null +++ b/docs/RIO207/index.mdx @@ -0,0 +1,5 @@ +# RIO207 - Ingénierie radio + +## Description + +L'ingénierie radio rassemble tous les outils permettant de configurer, dimensionner, planifier, optimiser un réseau sans fil. Les techniques utilisées sont soit analytiques, soit fondées sur des simulations. Elles permettent notamment d'évaluer la couverture des réseaux sans fil. Dans cette UE, on se concentrera sur la technique de bilan de liaison et la planification. Le bilan de liaison est une approche très générique qui peut s'appliquer tant aux réseaux cellulaires qu'à l'Internet des objets. Les principaux paramètres de l'ingénierie radio seront présentés : les modèles de propagation, les marges, quelques notions sur les antennes et sur l'architecture des stations de base, etc. Lors des TP, les élèves étudieront ensuite la planification sur cartes de terrain. Les enjeux de santé et environnementaux sont devenus indissociables de l'ingénierie des réseaux cellulaires. De ce point de vue, l'UE aborde les problématiques de l'exposition aux ondes électromagnétiques et des impacts environnementaux de la 5G.