L’école nationale polytechnique Deuxième partie LES réseaux mobiles

-La quatrième génération. -Les techniques utilisée. PLAN DE TRAVAIL: -Introduction -historique -Rappel -La quatrième génération. -Les techniques utilisée. -LTE (Long Term Evolution) -LTE-A -Conclusion

INTRODUCTION: -Accroissement des besoins et l’utilisation des réseaux mobiles 3G. -un coût pour l’abonné généralement stable ou décroissant. - une utilisation plus intensive des réseaux :saturation de réseau. *les operateurs: -doivent activer de nouvelles porteuses -La disponibilité des ressources fréquentielles nécessaires??? - le besoin d’accroître la capacité est une raison majeure ayant motivé l’introduction du LTE.

Historique: -Le LTE a été envisagé dès novembre 2004 par le 3GPP comme l’évolution à long terme de l’UMTS -Les travaux ont débuté au 3GPP en janvier 2005 en septembre 2006,une étude de faisabilité et la définition des grands principes - décembre 2008, la première version des spécifications a été approuvée le LTE est considéré comme constituant une quatrième étape de l’évolution des réseaux d’accès mobiles, ou 4G

Rappel: -1G(analogique): -AMPS , TACS, ETACS. -2G (numérique): -GSM , GPRS, EDGE -3G : -UMTS, CDMA2000 - HSPA (HSDPA-HSUPA), HSPA+ (version amélioré ) -UMTS c’est la famille de technologies qui a donné naissance au LTE. -la famille de systèmes CDMA2000 ne connaîtra pas d’évolution comparable au LTE donc le développement de la famille CDMA2000 est destiné à s’arrêter.

Le HSPA+: -l’introduction de nouvelles techniques. En voie descendante, la modulation 64QAM, et la modulation 16QAM en voie montante. -une cellule peut transmettre des données à un utilisateur sur deux porteuses simultanément en voie descendante, à l’aide de la fonctionnalité DC-HSDPA (Dual Carrier – HSDPA). -Le spectre de la transmission n’est donc plus limité à 5 MHz mais à 10 MHz. - Les débits sont doublés. La fonctionnalité MIMO (Multiple Input Multiple Output) est introduite pour améliorer les débits en voie descendante. - Le HSPA+ intègre une option d’architecture qui réduit la latence du système via la suppression du contrôleur de stations de base(BSC) pour les services de données

La Quatrième Génération (4G)

LTE: (Long Term Evolution ) « Non seulement l'accès radio est différent, mais surtout l'architecture du cœur de réseau est nouvelle et s'inspire de celle des réseaux informatiques IP » En fait LTE n’est pas considere comme une norme de 4G car elle ne satisfait pas le specifications technique de la 4g defini par UIT , elle est commercialisé sous l’appelation de 4G

LTE: (Long Term Evolution ) OFDMA:(Orthogonal Frequency Division Multiple Access): La bande passante disponible est divisée en plusieurs sous-porteuses orthogonales à bande étroite. Ces sous-porteuses sont partagées entre plusieurs utilisateurs Ayant pour but de partager une ressource radio commune entre +ieurs utilisateur codage radio associe les multiplexages en fréquence et temporel  L’OFDMA est compatible avec la technique des antennes MIMO

LTE: (Long Term Evolution )  SC-FDMA:(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access ) Dans cette technique, la transmission des symboles d’information sur des sous-porteuses orthogonales est réalisée séquentiellement plutôt qu’en parallèle. Avantage:

LTE: (Long Term Evolution ) MIMO: (Multiple Inputs Multiple Outputs)

LTE: (Long Term Evolution ) MIMO: (Multiple Inputs Multiple Outputs) La théorie de l’information montre que la capacité des systèmes MIMO augmente linéairement avec le nombre d’antennes utilisées. par exemple: LTE-A, utilise (8x8).

LTE: (Long Term Evolution ) Débit max descendant: 150 Mbps Débit montant max :50 Mbits/s Bande passante jusqu’à 20 MHz Large gamme de fréquences Modulation jusqu’à 64-QAM Antennes MIMO (Multiple Input Multiple Output) Taille de cellules variable (jusqu’à 100 kms) 200 clients actifs par cellule Latence faible de 20 ms vs 50-60ms for HSPA+ Evolution des deux parties: radio et cœur Tout est basé sur IP (la voix et les données sont transportés par IP) grâce au codage de type: OFDMA (descendante ) SC-OFDMA(descendante ) Les debut theorique est de 300 Mbps pour descendant /et 75 Mbps pour montant Latence…

Architecture du réseau LTE Le réseau est constitué de deux parties : une partie radio (eUTRAN) et un cœur de réseau « EPC » (Evolved Packet Core) Evolved Packet Core eUTRAN

Architecture du réseau LTE La partie radio eUTRAN Suppression du RNC Pas de domaine CS   3G 4G « eNode B » des fonctions de contrôle qui étaient auparavant implémentées dans les RNC (Radio Network Controller) des réseaux 3G UMTS.

Architecture du réseau LTE La partie radio eUTRAN  se compose des eNode B (eNB ), d’antennes  locales ou distantes, et des liens IP reliant les eNode B entre eux (liens X2) et avec le cœur de réseau

Architecture du réseau LTE Le cœur de réseau EPC: utilise des technologies « full IP»: basées sur les protocoles Internet  pour la signalisation, le transport de la voix et des données. permet l’interconnexion via des routeurs avec les autres eNB distants, les réseaux des autres opérateurs mobiles, les réseaux de téléphonie fixe et le réseau Internet. Composé de: MME (Mobility Management Entity): plan de contrôle S-GW (Serving Gateway) : plan de données L’utilisation du protocole IP permet des temps de latence réduit .

Architecture du réseau LTE Le cœur de réseau EPC: MME (Mobility Management Entity): plan de contrôle Poursuite des utilisateurs Manipule la signalisation se rapportant à la mobilité et la sécurité. S-GW (Serving Gateway) : plan de données transport des données IP utilisateur(UE) et les réseaux externes Interconnecte le réseau radio et le EPC la distribution des adresses IP pour les utilisateurs et route les paquets IP entrants et sortants

LTE-A (LTE Advanced) Meilleure couverture, capacité, latence, vitesse de transmission Largeur de bande jusqu’à 100 MHz Antennes intelligentes (ajout des relais radio annexes à coûts plus faibles ) Nouvelles fonctionnalités avancées CA (Carrier aggregation) CoMP (Coordinated Multipoint Transmission) Vrai 4G Amélioration de LTE (Release 8) SON (Self Organization Networks)????/Radio cognitive???????

Résultats: des débits plus élevés sur les liens montants et descendants ( 1 Gb/s à l’arrêt et de 100 Mb/s en mouvement.), grâce à l’agrégation de porteuses étendre la couverture des cellules principales  avec des meilleurs performances dans les zone mitoyennes de 2 cellules grâce aux techniques de micro-synchronisation entre cellules appelée « CoMP » (Coordinated Multi-Point) et SON (Self Organizing Network) et à la technologie MIMO(MIMO 8x8) et les antenne à relai . CoMP: permettront de maintenir des débits élevés en tout point de la cellule radio (alors qu’ils baissent fortement en bordure des cellules UMTS et LTE).

Agrégation de la porteuse : consiste en l’utilisation de plus d’une porteuse (contigües ou en différentes bandes), qui permettra d’étaler la largeur de bande effective totale de transmission une station mobile (SM) ou un EU peut être configuré avec un ensemble de fréquences porteuses qui peuvent être activées si on en a besoin sans délai. CoMP: permettront de maintenir des débits élevés en tout point de la cellule radio (alors qu’ils baissent fortement en bordure des cellules UMTS et LTE).

Agrégation de la porteuse Agrégation inter-bande non-contigüe Agrégation intra-bande Contigües Non contigües

C’est une technique qui consiste en la transmission/réception de donnée d’un EU sur multiples fréquences porteuses. dans le cas d’une transmission d’un grand paquet de données tel que les vidéos en temps réel ou un téléchargement de musique

Transmission et réception à multipoints coordonnés : (CoMP): une coordination dynamique des transmissions et des réceptions avec de multiple « eNB » séparées géographiquement. -dans les extrémités des cellules la force du signal est faible. -Le concept « CoMP » coordonne et combine de manière dynamique les signaux de plusieurs stations de base séparées géographiquement. -résultat: un EU peut être servi pas deux « eNBs » ou plus, à fin d’augmenter le débit dans ces régions critiques. -Il est clair que dans les extrémités des cellules il est difficile de maintenir la force du signal non seulement parce qu’on est loin de la station de base mais aussi des interférences dues aux « eNBs » voisines. Le concept « CoMP » coordonne et combine de manière dynamique les signaux de plusieurs stations de base séparées géographiquement, de cette façon, dans les extrémités d’une cellule, un EU peut être servi pas deux « eNBs » ou plus, afin d’améliorer la réception/transmission des signaux et d’augmenter le débit dans ces régions critiques.

L’architecture de réseau LTE-A: -le même principe que LTE +ajouter quelque élément et topologies : réseau hétérogène. les relais

Les réseaux hétérogènes utilisent un ensemble de stations de bases différentes pour améliorer l’efficacité spectrale par unité de surface Réseau macro petites cellules Intelligence du réseau assure une couverture réseau étendue. L’utilisation d’un grand nombre de ces cellules permet de fournir d’énormes quantités de bandes passantes. permet aux opérateurs de contrôler les petites cellules comme si elles étaient n’importe quelle autre cellule. Ptt cellule: femto-cellules, points d’accès WiFi… Intellegence: donc ces dernières peuvent être intégrées avec les macros cellules dans les hiérarchies du réseau sans courir le risque d’interférences les unes avec les autres ou avec le réseau macro.

le principe de base des réseaux hétérogènes est d’avoir un réseau macro qui coopère parfaitement avec les petites cellules intelligentes pour améliorer la couverture et augmenter la capacité globale du réseau.

Relais LTE-Advanced: un relais va démoduler, décoder la donnée, lui appliquer une correction d’erreurs, etc. puis retransmettre un nouveau signal. Dans le LTE-Advanced les relais utilisés ne sont pas des répéteurs qui renvoient simplement le signal. En effet les équipements de l’utilisateur (EUs) communiquent avec les noeuds du relai qui lui même communique avec le noeud principal (eNB) Augmentation de la densité du réseau Extension de la couverture du réseau (avec un faible cout)

Le concept « LTE D2D, LTE Device to Device »: Ce concept consiste en l’établissement d’une liaison directe entre deux équipements en utilisant le « spectre cellulaire ». Chose qui permettrait la transmission de larges volumes de données entre deux équipements dans le cadre de petites distances et en utilisant une liaison directe. Ce concept est toujours sous études, le besoin de services locaux à hauts débit Les communications entre deux équipements pourront se faire directement sans le besoin de passer par le réseau cellulaire et ainsi permettront d’éviter la surcharge de ce dernier.

CONCLUSION: Les principales améliorations qui ont été apportées à la norme 4G , et les différentes caractéristiques fixées pour la nouvelle norme permettent des gains et débits plus élevés . 5G: une norme  n'est pas encore définie . Permettra des débits de télécommunication mobile, de plusieurs gigabits de données par seconde, susceptible de doper le cloud computing , l'intégration  d'objets communicants et de smartgrids  et autres réseaux dits intelligents vers une moindre consommation, et autonomie énergétique à la gestion du big data et d'un très grand nombre d'IP Citant le passage vers un réseau tt IP, de nouvelles techniques comme l’aggregation de la porteuse et la technique d’access multiple OFDMA, l’insersion de nouveau element ds l’achitecture de réseau comme les relais la technique comp…