Le LTE (évolution du réseau radio et du cœur de réseau) est désormais sur le marché. La version 8 a été gelée en décembre 2008 et elle a servi de base à la première vague d’équipements LTE. Les spécifications LTE sont très stables, avec l’avantage supplémentaire que des améliorations ont été introduites dans toutes les versions 3GPP ultérieures.
La motivation pour le LTE
- Nécessité d’assurer la continuité de la compétitivité du système 3G pour l’avenir
- Demande de l’utilisateur pour des débits de données plus élevés et une qualité de service
- Commutateur de paquets optimisé. système
- Demande continue de réduction des coûts (CAPEX et OPEX)
- Faible complexité
- Éviter une fragmentation inutile des technologies pour l’exploitation en bandes appariées et non appariées
Vue d’ensemble du LTE
Auteur : Magdalena Nohrborg, pour 3GPP
LTE (Long Term Evolution) ou l’E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), introduit dans le 3GPP R8, est la partie accès du système de paquets évolués (EPS). Les principales exigences pour le nouveau réseau d’accès sont une efficacité spectrale élevée, des débits de données de pointe élevés, un temps d’aller-retour court ainsi qu’une flexibilité en termes de fréquence et de largeur de bande.
Le GSM a été développé pour transporter des services en temps réel, de manière commutée par circuit (bleu dans la figure 1), les services de données n’étant possibles que sur une connexion modem commutée par circuit, avec des débits de données très faibles. La première étape vers une solution de commutation par paquets basée sur IP (vert dans la figure 1) a été franchie avec l’évolution du GSM vers le GPRS, en utilisant la même interface radio et la même méthode d’accès, TDMA (Time Division Multiple Access).
Pour atteindre des débits de données plus élevés dans l’UMTS (Universal Mobile Terrestrial System), une nouvelle technologie d’accès WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) a été développée. Le réseau d’accès de l’UMTS émule une connexion à commutation de circuits pour les services en temps réel et une connexion à commutation de paquets pour les services de communication de données (en noir sur la figure 1). Dans l’UMTS, l’adresse IP est attribuée à l’UE lorsqu’un service de communication de données est établi et est libérée lorsque le service est libéré. Les services datacom entrants dépendent donc toujours du noyau à commutation de circuits pour la radiomessagerie.
Le système de paquets évolués (EPS) est purement basé sur IP. Les services en temps réel et les services datacom seront transportés par le protocole IP. L’adresse IP est attribuée lorsque le mobile est allumé et libérée lorsqu’il est éteint.
La nouvelle solution d’accès, le LTE, est basée sur l’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) et en combinaison avec une modulation d’ordre supérieur (jusqu’à 64QAM), de grandes largeurs de bande (jusqu’à 20 MHz) et un multiplexage spatial dans la liaison descendante (jusqu’à 4×4), des débits de données élevés peuvent être atteints. Le débit de données maximal théorique le plus élevé sur le canal de transport est de 75 Mbps sur la liaison montante, et sur la liaison descendante, en utilisant le multiplexage spatial, le débit peut atteindre 300 Mbps.
Le réseau d’accès LTE est simplement un réseau de stations de base, de NodeB évolués (eNB), générant une architecture plate (figure 2). Il n’y a pas de contrôleur intelligent centralisé, et les eNB sont normalement interconnectés via l’interface X2 et vers le réseau central par l’interface S1 (figure 2). La raison pour laquelle l’intelligence est répartie entre les stations de base dans le LTE est d’accélérer l’établissement de la connexion et de réduire le temps nécessaire à un transfert. Pour un utilisateur final, le temps d’établissement de la connexion pour une session de données en temps réel est souvent crucial, notamment dans les jeux en ligne. Le temps pour un handover est essentiel pour les services en temps réel où les utilisateurs finaux ont tendance à mettre fin aux appels si le handover prend trop de temps.
Un autre avantage avec la solution distribuée est que la couche de protocole MAC, qui est responsable de l’ordonnancement, est représentée uniquement dans l’UE et dans la station de base conduisant à une communication et des décisions rapides entre l’eNB et l’UE. Dans l’UMTS, le protocole MAC et l’ordonnancement sont situés dans le contrôleur et lorsque le HSDPA a été introduit, une sous-couche MAC supplémentaire, responsable de l’ordonnancement du HSPA, a été ajoutée dans le NB.
Le planificateur est un élément clé pour la réalisation d’un ajustement rapide et d’une utilisation efficace des ressources radio. L’intervalle de temps de transmission (TTI) est fixé à seulement 1 ms.
Pendant chaque TTI, l’ordonnanceur de l’eNB doit :
– tenir compte de l’environnement radio physique par UE. Les UE signalent leur qualité radio perçue, en tant qu’entrée pour l’ordonnanceur afin de décider du schéma de modulation et de codage à utiliser. La solution s’appuie sur une adaptation rapide aux variations du canal, en employant HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) avec une combinaison douce et une adaptation du taux.
– hiérarchiser les exigences de service de qualité de service parmi les UE. Le LTE prend en charge à la fois les services en temps réel sensibles aux retards et les services de datacom nécessitant des pics de données élevés.
Pour atteindre une efficacité spectrale radio élevée ainsi que pour permettre un ordonnancement efficace dans le domaine temporel et fréquentiel, une approche multiporteuse pour l’accès multiple a été choisie par le 3GPP. Pour la liaison descendante, l’OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) a été choisi et pour la liaison montante le SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) également connu sous le nom de DFT (Discrete Fourier Transform) spread OFDMA (figure 3).
L’OFDM est une technologie multiporteuse subdivisant la largeur de bande disponible en une multitude de sous-porteuses orthogonales mutuelles à bande étroite. En OFDMA, ces sous-porteuses peuvent être partagées entre plusieurs utilisateurs. La solution OFDMA conduit à un rapport puissance de crête sur puissance moyenne (PAPR) élevé, nécessitant des amplificateurs de puissance coûteux avec des exigences élevées en matière de linéarité, ce qui augmente la consommation d’énergie de l’expéditeur. Ce n’est pas un problème pour l’eNB, mais cela conduirait à des combinés très coûteux. Une solution différente a donc été choisie pour l’UL. Comme l’illustre la figure 3, la solution SC-FDMA génère un signal avec des caractéristiques de porteuse unique, donc avec un faible PAPR.
Pour permettre un déploiement possible dans le monde entier, en prenant en charge autant d’exigences réglementaires que possible, le LTE est développé pour un certain nombre de bandes de fréquences – les bandes d’exploitation E-UTRA – allant actuellement de 700 MHz à 2,7 GHz. Les bandes passantes disponibles sont également flexibles, allant de 1,4 MHz à 20 MHz. La technologie LTE est développée pour prendre en charge la technologie duplex à répartition dans le temps (TDD) et la technologie duplex à répartition en fréquence (FDD). Dans la R8, 15 bandes sont spécifiées pour le FDD et huit bandes pour le TTD. Dans la R9, quatre bandes ont été ajoutées pour FDD. Ont également été ajoutés dans la R9, par exemple, le Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS) et le Home eNB (HeNB), voir la figure 4. Le MBMS est utilisé pour fournir des informations de diffusion à tous les utilisateurs, par exemple des annonces, et de multidiffusion à un groupe fermé abonné à un service spécifique, par exemple la télévision en continu. Les HeNB sont introduits principalement pour fournir une couverture à l’intérieur, dans les maisons ou les bureaux. Le HeNB est un eNB de faible puissance qui sera utilisé dans les petites cellules – femtocellules. Normalement, il appartiendra au client, sera déployé sans planification de réseau et connecté à l’EPC (Evolved Packet Core) des opérateurs.
Figure 4 Nouveautés du LTE R9 : a) MBMS, b) HeNB.
Lecture complémentaire
– TS 36.211 Accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) ; canaux physiques et modulation
– TS 36.212 Accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) ; multiplexage et codage des canaux
– TS 36.213 Accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) ; procédures de la couche physique
– TS 36.300 Accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) et réseau radio terrestre universel évolué (E-UTRAN) ; description générale ; phase 2
– TS 36.321 Accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) ; spécification du protocole de contrôle d’accès au support (MAC)
– TS 36.331 Accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) ; contrôle des ressources radio (RRC) ; spécification du protocole
– TS 36.413 Réseau d’accès radio terrestre universel évolué (E-UTRAN) ; protocole d’application S1 (S1AP)
– TS 36.423 Réseau d’accès radio terrestre universel évolué (E-UTRAN) ; protocole d’application X2 (X2AP)
Informations historiques sur le LTE
Le document technique UTRA-UTRAN Long Term Evolution (LTE) et 3GPP System Architecture Evolution (SAE) constitue un bon point de départ.
Initié en 2004, le projet Long Term Evolution (LTE) s’est concentré sur l’amélioration de l’accès radio terrestre universel (UTRA) et l’optimisation de l’architecture d’accès radio du 3GPP.
La série de spécifications 3GPP 36, couvre l' »accès radio terrestre universel évolué (E-UTRA) ».
Voir aussi – la page des technologies sur le LTE-Advanced, qui décrit le travail au-delà de la version 8/9 du LTE.
…Obtenez des détails sur la façon d’utiliser les logos LTE et LTE-Advanced
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