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Implantation d'un réseau GSM sur Madagascar |
Table des Matières
I Etude de marché pour l’implantation d’un réseau GSM
I.2. Situation socio-économique
I.3. Répartition de la population en fonction de l’âge
II.2. Mise en place du réseau GSM
Rq : Les annexes contiennent les résultats des simulations ainsi que les différentes cartes. Ces annexes ne sont pas sur la même page car le fichier représente plusieurs centaines de ko...
Si votre accès n'est pas une ligne T1, une solution plus interressante serait de télécharger le rapport ainsi que les annexes :
rapport.zip (302ko) et annexes.zip (1570ko).
Dans le cadre de notre projet de fin d’études, nous avons voulu avoir une expérience dans le déploiement de réseau GSM, qui compléterait les notions de base acquises lors des TP.
Nous avons alors souhaité effectuer la couverture GSM d’un pays ne possédant pas encore de réseau ou en cours de développement.
Le pays qui nous a été proposé est Madagascar, cette île est particulièrement intéressante car le réseau comme nous le verrons est en phase de développement, de plus le relief particulièrement accidenté permet de voir de nombreuses configurations et de découvrir de nombreux problèmes.
Une première étape a été de collecter le maximum d’informations sur le pays, afin de réaliser une ébauche d’étude de marché qui nous permettra de déterminer de façon raisonnable le déploiement.
La seconde étape a été de récupérer des modèles de terrain d’une précision suffisante pour les utiliser avec le logiciel ICS Telecom (ATDI Software). Nous avons alors consulté des bases de données disponibles sur le web, comme les modèles ETOPO5 (résolution de 5 minutes d’arc) et GTOPO30 (30 secondes). Certains modèles issus des satellites d’observation russes sont également disponibles avec des résolutions intéressantes.
Dans tous les cas deux problèmes sont apparus :
Finalement nous avons pu récupérer des données issues directement des bases de données de la société ATDI avec une résolution de 500m pour le fichier d’élévation (DEM), et 100m pour la carte civile (routes, lieux, courbes isométriques). Nous tenons particulièrement à remercier M. Missud, pour son aide précieuse dans la compilation de ces données et pour nous en avoir fait gracieusement bénéficier.
Enfin nous nous sommes intéressés à la couverture actuelle afin de pouvoir à la fois comparer nos choix et les adapter. Nous tenons ici à remercier les opérateurs Telecom Malagasy et Madacom pour nous avoir fait parvenir des données sur leurs réseaux ainsi que leurs prévisions de déploiement.
I Etude de marché pour l’implantation d’un réseau GSM
Nous allons dans un premier temps expliquer l’importance de la situation géographique de Madagascar, puis nous intéresser aux ressources économiques du pays et enfin voir les enjeux politiques mis en oeuvre.
Madagascar est une île de 1.580km de long et 570km de large, ce qui correspond à une superficie de 590 000 km², soit environ 2.5 fois la superficie l’Angleterre ce qui en fait la quatrième plus grande île du monde. Le pays est situé à l’est du Mozambique et de l’Afrique du Sud et s’étend entre les longitudes 35°E et 50°E et les latitudes 12°S et 26°S.
Madagascar est situé au carrefour de grandes nations riches et développées comme l’Afrique du sud, la Réunion, l’île Maurice, et les Comores, ce qui lui permet de prendre une place décisive dans les relations économiques et culturelles entre ces différentes nations.
De plus, c’est une plaque tournante pour les voies maritimes entre les continents sud-africain et asiatique, car les navires marchands sont obligés de longer les cotes malgaches afin de retrouver les grands axes maritimes.
Outre cette situation géographique interressante d’un point de vue économique, le pays possède de par sa latitude et sa grande superficie, un climat varié : tropical le long de côtes, tempéré au centre et aride au sud.
Comme nous pouvons le voir ci-après et sur la figure de l’annexe 0 qui représente l’élévation du terrain, le relief est à dominante montagneuse. Madagascar est constitué en son centre d’une vaste chaîne de montagnes et de plateaux pouvant atteindre 2.876m, de plaines côtières à l’Est et à l’Ouest, de forêts tropicales, de savanes, et enfin d’un désert sur la partie ouest de l’île.
Représentation du relief autour d’Antananarivo
Route reliant la capitale à Mahajanga
De part cette diversité, Madagascar regroupe des millions d’espèces animales et végétales, dont de nombreuses uniques au monde ce qui en fait un attrait touristique et scientifique important. Un autre atout de la géologie du pays est l’importance des ressources minières qui intéressent les investisseurs étrangers.
Néanmoins, un important problème que subit Madagascar est le passage périodique de cyclones et de tremblements de terre, les infrastructures qui seront mises en places doivent donc tenir compte de ces phénomènes ce qui augmente le coût des installations.
Bref rappel historique : Madagascar est une ancienne colonie française qui a obtenu son indépendance le 26 juin 1960. Après une dizaine années sous un régime militaire, le pays choisit un gouvernement communiste qui applique une politique d’autarcie. Durant une vingtaine d’années, le président (qui malgré le changement de régime est toujours en place) coupe toutes les transactions et échanges commerciaux avec le reste du monde et développe les entreprises étatiques. Arrivé au milieu des années 90, le pays change complètement de politique et décide de s’ouvrir au monde, ce qui en fait actuellement un pays en plein développement.
Aujourd’hui le système légal est basé sur le système de loi française et sur la tradition malgache.
Le produit intérieur brut est de 11.4M$ répartis de la façon suivante :
Un indice significatif de la richesse du pays pourrait être l’état de son réseau routier (annexe 1) : sur 49.837 km seuls 5.781 km sont pavés. Le chemin de fer aligne 831 km de voie ferrée.
Ainsi un grand nombre d’investisseurs se retrouvent à Madagascar pour développer des routes, le transport ferroviaire, l’industrie automobile (Japon).
Enfin, la qualité du réseau téléphonique est à peine supérieure au niveau moyen en Afrique, le nombre de téléphones fixes a été estimé en 1997 à 50.000 postes. Les liaisons s’appuient sur des câbles coaxiaux, des faisceaux hertziens et des satellites pour certaines régions difficiles d’accès.
La grande force de Madagascar est la jeunesse de sa population. Le pays comporte 14.763.000 habitants (estimation de 1998), dont la moitié a moins de 15 ans.
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00-14 ans |
45% |
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15-64 ans |
52% |
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+ de 65 ans |
3% |
Comme nous pouvons le constater, c’est un pays où l’espérance de vie est très faible : 51 ans pour les hommes et 53 ans pour les femmes.
La population est en augmentation (2.83% par an), avec un taux de mortalité de 14.38
. L’UNICEF prévoit un doublement de la population d’ici 2025.
Il y a 7 millions de travailleurs, qui sont en majorité des agriculteurs (5.7millions), on a ensuite des travailleurs domestiques, des ouvriers, et enfin des artisans.
Aux vues de ces informations, Madagascar apparaît donc comme un pays ayant une situation géographique adéquate pour un bon développement économique.
Le pays possède un vaste choix de ressources agricoles et minières (donc un intérêt économique), une industrie performante, et une population jeune et travailleuse.
Néanmoins, le pays à une lourde dette extérieur, et ne subvient par réellement à ses besoins ce qui en fait un pays en voie de développement.
Toutefois la pauvreté générale du pays peut inciter à se demander : pourquoi choisir Madagascar pour installer un réseau GSM ?
Pour ces différentes raisons, l’implantation d’un réseau GSM pourrait toucher environ 5% de la population, soit 800 000 personnes.
Etant donné que le nombre de clients potentiels est largement plus faible que dans des pays industrialisés comme la France, on peut penser qu’un système de facturation identique à celui mis en place aux débuts du GSM, serait rentable :
.. Des prix inférieurs à ceux pratiqués en France il y a 7 ans, mais qui correspondent plus au marché visé, tout en permettant la rentabilité de la mise en place du réseau.
Avec ces chiffres arbitraires, on obtiendrait un revenu d’environ 4000FF par abonné et par an (abonnement + 2h par mois) sans compter les frais d’inscription.
En considérant un investissement initial (*) de 1.5 milliard de francs pour toute l’infrastructure et sa mise en place, ainsi que des frais de gestion et d’entretien de moins de 10 millions par an on obtient :
si l’on tient compte d’une progression exponentielle sur les deux premières années puis d’environ 200.000 abonnements par an, l’investissement initial est rentabilisé sur une période de 3 ans ce qui semble plausible.
(*) ces chiffres très approximatifs nous ont été donnés par un professionnel comme envisageables.
Plusieurs cartes ont été nécessaires afin de pouvoir rendre compte au mieux du sursol de Madagascar :
Une fois le sursol définit (annexe 17), il faut en déterminer les paramètres : réflexion, diffraction, trafic.
Pour les réflexions et diffractions on a utilisé les valeurs par défaut en ne modifiant que quelques cas : la différence entre forêts humides et sèches se fait sur un taux de diffraction plus élevé pour une forêt humide en raison du feuillage plus important.
Pour le trafic, il faut déterminer les besoins en ressources par abonné :
En considérant que chaque abonné téléphone 2h par mois sur une période d’environ 12h par jour, et qu’il y a 30 jours par mois pendant lesquels il a l’occasion de téléphoner, on a :
.. ensuite on multiplie ce chiffre par la densité estimée d’abonné par km² sur les différents types de sursols et on aboutit aux paramètres choisit :
.. des valeurs qui peuvent sembler faibles mais qui sont relatives à la jeunesse du réseau GSM et aux richesses du pays.
L’implantation du réseau a été effectuée dans un premier temps pour couvrir les capitales de chaque régions.
Puis nous avons souhaité couvrir les deux principaux axes routiers et commerciaux : de Toamasina à Toliary en passant par la capitale Antananarivo, Antsirabe et Fianarantsoa d’une part et de Antananarivo à Mahajanga.
Nous avons décidé de couvrir certaines autres villes de façon ponctuelle pour des raisons économiques ou commerciales :
l’île Sainte Marie et Morondava sont des lieux où le tourisme se développe beaucoup, Nosy Be et Fort Dauphin (ou Toalagnara) ont des installations portuaires développées.
Nous nous sommes ensuite interressé au réseau GSM en cours de mise en place par l’opérateur Telecom Malagasy donné en annexe 4 (les sites GSM apparaissent en jaune). Il reprend toutes les principales villes où nous avions décidé d’implanter un site, ainsi qu’un autre lieu que nous avons couvert par la suite : la ville de Sambava qui est, renseignements pris, la capitale de la crevette (exportée dans toutes les régions du monde).
On aboutit à la couverture en annexe 5, dont nous avons fait un zoom (cf. annexe 6) sur la portion Antananarivo – Toamasina. Sur cette figure on a volontairement ôter les BTS afin de mieux voir la couverture.
La capitale a été couverte de façon approximative, car nous ne disposons pas de modèle de terrain assez précis. Néanmoins nous avons utilisé la carte du centre ville d’Antananarivo ci-dessous afin de placer les BTS en fonction des quartiers.
Position des BTS dans le centre d’Antananarivo
Sur chacun des deux axes routiers couverts, on s’est fixé pour but de couvrir à la fois la route et la voie ferrée, sur des distances les plus longues possibles. En fait, grâce à l’échelle (annexe 6) on peut voir que les plus grandes zones de couverture ne dépasse pas 25km en raison du relief très accidenté du pays.
Un problème est apparu lors de l’assignation de fréquences, le logiciel plaçant systématiquement les mêmes fréquences sur toutes les BTS.. Nous avons alors essayé de diminuer le nombre de canaux par BTS, puis de diminuer la bande disponible, d’augmenter les écarts,.. sans aucun résultat. Les calculs d’interférences sont alors inutiles car en dehors des conditions intéressantes de simulation, et on peut formuler la même remarque pour le calcul de trafic.
Nous avons alors essayé de faire une assignation de fréquences en ne plaçant que deux canaux par BTS ; on arrive à une assignation à peu près correcte (cf annexe 7) même si des taux d’interférences de 0.0000% semblent suspects.
Pour cette couverture nous avons affiché un ‘best server display’ donné en annexe 8, qui montre bien le découpage en cellules pour chaque BTS.
On note cependant après ces simulations, une constatation importante : le temps de calcul pour l’assignation des fréquences avec environ 80 BTS réparties sur le territoire nous a obligé à limiter les simulations (16h de calcul sur un pentium II 450 à 100% d’occupation du processeur).
Lors d’un véritable déploiement les assignations de fréquences doivent être réalisées sur des stations de travail puissantes avec plusieurs processeurs et plusieurs centaines de Mo de RAM pour réaliser ces simulations…
Il est important comme nous l’avons vu de couvrir certaines villes pour des raisons touristiques, ou pour des raisons économiques, sans pour autant couvrir leurs accès, déploiement qui ne serait pas du tout rentable.
Une solution consisterait à implémenter localement des sites radios et de les raccorder par le réseau existant, mais nous avons voulu nous affranchir du réseau de l’opérateur national qui malgré la volonté du gouvernement d’aller vers une meilleure qualité, souffre aujourd’hui de nombreuses coupures. Il reste deux possibilités : tirer une liaison X.25 sur des centaines de kilomètres à travers les montagnes, ce qui est rapidement irréaliste, ou mettre en place une liaison par faisceaux hertziens, solution que nous avons choisit et simulé sous ICS Telecom.
Rq : Le réseau faisceaux hertziens est en cours de réalisation par l’opérateur national, il couvrira à terme deux axes (cf annexe 9) :
La solution que nous proposons couvre un plus grand nombre de villes, qui sont actuellement desservis par des liaisons satellites Domsat II et Inmarsat-C.
L’implantation de faisceaux hertziens diffère peu de celle des BTS, un menu supplémentaire permet de configurer de nombreux paramètres comme les pertes dans les câbles,.. le choix de l’antenne doit ici et dans tous les cas s’orienter vers une antenne la plus directionnelle possible puisqu’elle ne vise qu’un seul point, l’orientation s’optimisant de façon automatique. Une particularité des faisceaux hertziens est aussi la faible puissance (0.5 W soit 25 dBm) compenser par le gain important des antennes en réception et en émission (20dB).
Ce qui nous intéresse à présent, c’est de minimiser le nombre d’émetteurs et donc d’avoir des liaisons les plus longues possibles. Il est alors important d’avoir des liaisons en visibilité (1er ellipsoïde de Fresnel dégagé) :
Calcul d’un trajet direct entre deux sites candidats
Sur cette figure on a en violet le modèle numérique de terrain, en rouge le trajet direct, en orange le 1er ellipsoïde de Fresnel, et en bleu la propagation en espace libre.
Si l’horizon radioélectrique pour des pylônes de 50m n’est que de 28 km (
), on peu tirer avantage du relief très accidenté et avoir des liaisons sur des distances très supérieures : la plus longue liaison a été réalisée sur une distance de 160 km avec une marge de gain de 1.78 dB soit une puissance reçue de –81.22 dBm (supérieure à la sensibilité des antennes réceptrices).
On aboutit à la couverture finale GSM + Faisceaux Hertziens de l’annexe 10.
Les émetteurs ont donc été placés de façon à maximiser les distances parcourues. Une fois le réseau en place, nous avons procédé à une assignation de fréquence :
On aboutit aux résultats de l’annexe 11 : l’assignation s’est bien déroulé mais on a à présent plusieurs problèmes d’interférences. On procède alors à un calcul des marges de gain afin de savoir quelles liaisons ont des problèmes (cf annexe 12).
On s’aperçoit sur celui-ci que plusieurs liaisons ont des marges de gain négatives conduisant jusqu’à un niveau reçu de –128.67 dBm, en dessous du seuil de sensibilité des antennes. Il faut alors reprendre la position des émetteurs, l’optimiser, diminuer la puissance des émetteurs, parfois augmenter la hauteur du pylône, solution à utiliser au minimum en raison des phénomènes climatiques parfois violents qui sévissent périodiquement en plusieurs régions de l’île,..
On aboutit alors à un deuxième calcul d’assignation puis de marges de gain qui est particulièrement favorable (cf annexe 13 et 14).
Pour vérifier on a aussi lancé un calcul d’interférences sur les liaisons hertziennes qui a donné un niveau d’interférences quasi nul en tout point du réseau (cf annexe 15).
Rq sur les calculs d’interférences : comme on peut le voir sur les annexes 15 et 16, il apparaît parfois des stations GSM dans les calculs qui introduisent des interférences. Nous n’avons pas pu expliquer cette observation, les deux systèmes fonctionnant dans des bandes différentes.. On peut remarquer que dans la deuxième simulation il n’y plus que deux stations qui posent problème, après vérification il apparaît que les stations 18 et 60 sont assez proches l’une de l’autre mais qu’elles ne fonctionnent pas du tout aux mêmes fréquences.
Nous avons donc réalisé l’implantation d’un réseau GSM à Madagascar en couvrant les axes commerciaux et les grandes villes.
Le problème de l’interconnexion des BTS peut être posé, deux solutions sont envisageables:
Nous n’avons pas choisit cette dernière solution qui aurait doublé tout le réseau et rendu la carte difficilement lisible.
Ce projet nous a permis de découvrir de nombreux aspects et problèmes liés au dimensionnement d’un réseau GSM. Il nous a aussi permit de réfléchir sur les choix stratégiques que doivent prendre en compte les ingénieurs avant de développer un réseau.