Réseaux 4G LTE PDF

24/10/2024 Plusieurs raisons ont poussé le groupe 3GPP à élaborer la norme LTE parmi lesq...

24/10/2024 Plusieurs raisons ont poussé le groupe 3GPP à élaborer la norme LTE parmi lesquelles on peut citer : o La demande croissante de débit et de qualité de service (la 3G/3G+ arrive à saturation). o L’optimisation des systèmes à commutation de paquets. o La réduction de la complexité. 3GPP LTE : Long Term Evolution -Release 8 et 9 en 2009 -LTE est considérée comme une norme de troisième génération 3.9G (la plus proche de la quatrième Génération). 3GPP LTE-Advanced -A partir de release 10 en 2010 -Amélioration du LTE -All IP, architecture tout IP 105 Ines Kammoun, ENIS 2024 Ines Kammoun, ENIS 2024 Version des Génération Acronyme Description Intitulé normes 3GPP Long Term 4G (3.9G) LTE Données 8 et 9 Evolution  VoLTE signifie en fait Voice Over LTE. Cela signifie que contrairement à la LTE, même les appels, les SMS et la navigation Web ne seront servis que via des canaux de 4G+ LTE-Advanced Données + voix Long Term 10, 11, 12 et 13 Evolution données. (VoLTE) Advanced Ines Kammoun, ENIS 2024  24/10/2024  Débit max descendant (DL): 100 Mbits/s (en LTE-A: UTRAN (en 3G)  E-UTRAN (en 4G) 150Mbps). Architecture simplifiée comparée à celle hiérarchique de 2G/3G  Débit max ascendant (UL): 50 Mbits/s  Largeur de bande jusqu’à 20 MHz (vs 5MHz en 3G)  LTE supporte les deux modes de duplexage (FDD et TDD)  Technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output)  Technique d’accès multiple : OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) au lieu de CDMA en 3G  Latence faible de 30ms (vs 50-60ms pour HSPA+)  Large gamme de fréquences définie par l’ITU: Exemples: Spectre pour LTE (Bandes 700, 800, 2600) 108 109 Ines Kammoun, ENIS 2024 Ines Kammoun, ENIS 2024  Accès : Evolved UTRAN (E-RAN ou E-UTRAN) -> assure toutes les Fonctions relatives à l’interface radio.  Suppression du RNC Interface X2:  Interface X2 entre les eNB -Support de mobilité -Domaine PS (packet switching)  Cœur : EPC (Evolved uniquement Packet Core) -OFDMA au lieu de CDMA  MME(Mobility Management Equipment) : plan de contrôle Interface S1:  SGW (Serving Gateway): plan -Relie l’E-TRAN à l’EPC de données (User plane) -S1-MME pour le plan de contrôle (Control plane)  PGW ou PDN-GW (Packet -S1-U pour le plan de données (User plane) Data Network Gateway)  HSS (Home Subscriber Server ) 110 111 Ines Kammoun, ENIS 2024  24/10/2024  Le Cœur de réseau EPC : VoLTE et Assignation d'Adresse IP Utilise des technologies « full IP », c’est-à- L'abonné reçoit une adresse IP sans être connecté à l’Internet. Cela est possible grâce à l'infrastructure interne du réseau mobile. dire basées sur les protocoles internet pour la signalisation, le transport de la Comment cela fonctionne : voix et des données. Attachement au réseau LTE Ce cœur de réseau permet Lorsqu'un appareil se connecte au réseau LTE, une procédure d'attachement se déclenche. l’interconnexion via des routeurs avec les Le EPC, via le P-GW, attribue une adresse IP à l'appareil. Pas de connexion Internet nécessaire eNode B distants, les réseaux des autres L'adresse IP attribuée est utilisée pour les services internes du réseau mobile (VoLTE, SMS opérateurs mobiles, les réseaux de sur IP via IMS: IP Multimedia Subsystem). Elle reste à l'intérieur du réseau de l'opérateur. téléphone fixe et le réseau internet. IMS est une architecture qui permet la fourniture de services multimédias sur des réseaux L’utilisation du protocole IP de bout-en IP, y compris la voix et la vidéo. bout dans le cœur de réseau permet des Plus en détail : temps de latence réduits pour l’accès VoLTE uniquement : Une adresse IP est attribuée pour VoLTE. internet et les appels vocaux LTE. Accès à Internet : Une adresse IP distincte peut être attribuée pour la navigation Internet, mais parfois une seule adresse IP est utilisée pour les deux services. 112 113 Ines Kammoun, ENIS 2024 PDN-GW ou PGW -C’est l’interface du réseau LTE avec les autres réseaux de eNB/LTE données -Il remplace le Node B et le RNC SGW - Il assigne à l’UE son adresse IP -Il réalise toutes les procédures de la -Il gère le plan de données de dès l’attachement de l’UE couche physique et MAC l’usager. -Il est l’équivalent du GGSN de -Il coordonne le handover entre plusieurs -Il transmet les paquets de la 2G/3G. cellules sans remonter la décision à l’EPC données au eNodeB et au PDN. Ines Kammoun, ENIS 2024  24/10/2024 MME HSS -Il gère le plan contrôle de l’usager -une version évoluée du HLR -Il ne fait que la signalisation. - constitue une base de données centrale contenant des informations -Il gère l’attachement et le détachement du mobile sur tous les abonnés de l’opérateur au SAE et le suivi du mobile. Il communique les données de localisation au HSS. Policy and Charging Rule Functions (PCRF) - Il prend en charge la détection de flux de données de service, l'application de politiques et la facturation basée sur le flux. PDN-GW -C’est l’interface du réseau LTE avec les autres réseaux de eNB/LTE données -Il remplace le Node B et le RNC SGW - Il assigne à l’UE son adresse IP -Il réalise toutes les procédures de la -Il gère le plan de données de dès l’attachement de l’UE couche physique et MAC l’usager. -Il est l’équivalent du GGSN de -Il coordonne le handover entre plusieurs -Il transmet les paquets de la 2G/3G. cellules sans remonter la décision à l’EPC données au eNodeB et au PDN. 24/10/2024  24/10/2024 Les fonctions de l’entité MME incluent: Authentification: Le MME est responsable de l’authentification des UEs à partir des informations recueillies du HSS. Interaction avec le HSS nominal: Lorsque l’usager se rattache au réseau, le MME s’interface au HSS nominal afin de mettre à jour la localisation du mobile et obtenir le profil de l’usager. Joignabilité de l’UE dans l’état ECM-IDLE (incluant paging): C’est l’entité MME qui est responsable du paging lorsque l’UE est dans l’état IDLE et que des paquets à destination de l’UE sont reçus et mis en mémoire par le Serving GW. Sélection du Serving GW et du PGW: C’est au MME de sélectionner le Serving GW et le PDN GW qui serviront au moment du rattachement de l’UE au réseau. Sélection de MME lors du handover avec changement de MME. Lorsque l’usager est dans l’état ACTIF et qu’il se déplace d’une zone prise en charge par un MME à une autre zone qui est sous le contrôle d’un autre MME, alors il est nécessaire que le handover implique l’ancien et le nouveau MME. Sélection du SGSN lors du handover avec les réseaux d’accès 2G et 3G: Si l’usager se déplace d’une zone LTE à une zone 2G/3G, c’est le MME qui sélectionnera le SGSN qui sera impliqué. 126  24/10/2024 fréquence fréquence L'OFDMA permet à plusieurs utilisateurs ayant des besoins de bande Rappel: CDMA passante variables d'être servis simultanément. s1c1+s2.c2+s3.c3 s1.c1 VoIP temps s3.c3 temps HTTP streaming codes s2.c2 Un bloc de ressource (PRB: Physical Resource Block) de largeur 180kHz et dure un slot de 0,5ms.  L’affectation des PRBS aux utilisateurs se fait à la demande des abonnés. Chaque service à un débit quelconque nécessite un certain nombre de PRBs. OFDMA La répartition des PRBs est gérée par une fonction de  D’abord, Les bits sont représentés par des symboles (les modulations planification à la station de base utilisées en LTE en UL : QPSK, 16QAM et 64QAM) -1+j 1+j 00 0000 01 -1-j 1-j 10 11  Ensuite, les symboles sont transmis en parallèle sur les différentes sous- La bande de fréquences totale est découpée en porteuses (OFDM) n PRBs -1+j -Chaque PRB est découpé en 12 sous-porteuses de 15kHz chacune, comprend 7 symboles et dure un slot de 0,5ms -1-j -Chaque utilisateur aura un nombre de PRBS-> donc un nombre de sous-porteuses et y applique l’OFDM.  Maintenant la question: Comment les bits sont envoyés à travers ces PRBs?. (c’est l’étape de mapping bits-> symboles) 0.5ms 130  24/10/2024 SISO: Single Input Single Output LTE définit un certain nombre de largeurs de bande de canaux. (en 2G et 3G) Évidemment, plus la bande passante est grande, plus la capacité du canal est grande. Les largeurs de bande de canal choisies pour LTE sont les MIMO: Multiple Input Multiple Output suivantes: 1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz  En LTE, la technologie MIMO permet de transporter plusieurs flux en parallèles sur des antennes différentes en utilisant la même fréquence. Plusieurs antennes, aussi bien en émission qu’en réception.  Selon la configuration utilisée, elle permet d’améliorer la qualité et/ou 132 le débit de la transmission et/ou d’améliorer la couverture radio. 133  Principe de la diversité: fournir au destinataire plusieurs versions du même signal  La diversité spatiale en émission (respec. réception) : on envoie (respec. reçoit) simultanément un même message sur différentes antennes à l'émission (respec. En réception) Spatial multiplexing -> to improve capacity (enhance link efficiency)  Le multiplexage spatial MIMO : chaque message est découpé en sous-messages. On transmet simultanément les sous-messages différents sur chacune des antennes d'émission. Le multiplexage MIMO permet d'augmenter les débits de transmission Spatial diversity (transmit and /or receive diversity) -> transmission reliability (enhance link performance) 134 135  24/10/2024 4Tx 8Tx 1Tx 4Tx Multi-user beamforming -> to improve coverage and number of users LTE LTE-A  Le MIMO - Beamforming : on utilise le réseau d'antennes MIMO pour orienter et contrôler le faisceau d'onde radio (amplitude et phase du faisceau). Les techniques de beamforming permettent à la fois d'étendre une couverture radio et de limiter les interférences entre utilisateurs 136 137