Le document traite de l'évolution vers la 4G LTE, en expliquant les motivations, l'architecture technique, et les coûts de déploiement. Il discute des débits, de la capacité et des nouvelles fonctionnalités de la 4G, ainsi que des déploiements réalisés par différents opérateurs en France. Des spécifications techniques détaillées et des perspectives de déploiement futur sont également fournies.

1. Evolutions vers la 4G
Neila EL HENI
neila.elheni@lip6.fr
neila.elheni@green-communications.fr
1

2. Sommaire
Migration vers la 4G
LTE
Motivations
Avancées techniques
Architecture
Déploiement
La 4G
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3. Migration vers la 4G
Global Evolution Trends Wireless Transmission
–
Path 1 3G Evolution 100 Mbps (high mobility)
–
Path 2 802.11n, Gigabit WLAN 1Gbps(Fixed, Nomadic)
–
Path 3 Broadband wireless Access New Life Style Heterogeneous IW
Cost-effective
4G High capacity
Mobility Standard Larger coverage
1995 2000 2005 2010
1 LTE-A IMT-
High
(250 Km/h~)
Multimedia 3G Ev.
Advanced
OFDMA/LTE
802.16m 4G
3G 3G++
Medium 2G
W-CDMA/HSDPA 802.16e 3
(Vehicular) GSM CDMA2000/Ev-DV/DO
1G IS-41 WiBro
AMPS 2
WLAN
Low
Voice 802.16 a/d
WLAN 802.11vht
802.11n
(Nomadic) WLAN
802.11a/b
Data Rate
14.4 Kbps 144 Kbps 384 Kbps ~ 50 Mbps ~100 Mbps ~
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4. Réseaux cellulaires mobiles : Générations
1G NMT (Nordisk Mobil Telefoni), AMPS (Advanced Mobile Phone System) : analogique
2G GSM (Global System for Mobile Communications) : numérique, commutation de
circuit (CS)
2,5G GPRS (General Packet Radio Service) : numérique, commutation de paquet (PS)
2,9G Edge (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) : numérique, PS, modulation
rapide
3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) : transmission large bande
sur 5 MHz au lieu de 200 Khz avec la 2G : débit de 2 Mbps
3,5G HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) : débit de 14 Mbps sur 5 MHz
3,7G HSPA Dual Carrier – débit de 28 Mbps sur 5 MHz
3,9G LTE (Long Term Evolution) débit supérieur à 100 Mbps sur 20 MHz
4G LTE-A (LTE-Advanced): débit de 1Gbps sur 100 MHz
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5. Pourquoi LTE
La 3G/3G+ arrive à saturation
Tsunami vidéo (Youtube)
• 86.000 heures de vidéo téléchargées chaque jour
• Plus de 4 milliards vues vidéo par jour
LTE augmente le débit et la capacité pour les services IP
Nouveau spectre
Pas de “killer application” pour l’adoption du LTE
Internet/ FTP
Video/audio streaming, TV
Services temps réels : jeux en ligne, VoIP
Complément des solutions de cloud computing
Alléger les services de retransmission vidéo (de caméras de surveillance)
Une meilleure qualité des communications en forte mobilité
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6. Spécifications techniques du LTE
Débit max descendant
300 Mbps
Débit ascendant max : 75 Mbits/s
Bande passante jusqu’à 20 MHz
Modulation jusqu’à 64-QAM
Antennes MIMO (Multiple Input Multiple Output)
Large gamme de fréquences définie par ITU-R (International Telecommunication
Union-Radio)
Taille de cellules variable (jusqu’à 100 kms)
200 clients actifs par cellule
Latence faible de 20 ms vs 50-60ms for HSPA+
Uniquement le mode unicast dans la Rel 8, le broadcast est introduit dans la
Rel10
Support des duplexages FDD et TDD
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7. Coûts de déploiement du LTE
Nouvelle architecture de réseau
Nouvel accès radio avec un seul type d’équipement : Stations de base évoluées
(eNodeB)
Nouveau coeur de réseau (Evolved Packet Core)
Interfaces ouvertes et mécanismes efficaces de configuration et de maintenance
Est-ce plus rentable de faire des mises à jour logicielles des équipements
2G/3G existants ou d’investir dans des nouveaux équipements LTE?
Interopérabilité avec les systèmes existants
Premiers déploiements de LTE avec couverture partielle et handovers avec les
systèmes existants
Nouvelles bandes de fréquences
Complexité de terminaux
Low-cost et batterie de longue durée de vie
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8. 105 réseaux commerciaux LTE
Octobre 2012 : rapport du GSA (Global mobile Suppliers Association)
Le rapport confirme
105 réseaux commercialisés dans 48 pays
>17 millions abonnés LTE pour Q1 2012 (64% en Amérique du nord)
159 réseaux prévus à la fin de 2012
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9. Quel spectre pour le déploiement du LTE
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10. Bandes définies par 3GPP [36.101]
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11. Attribution des fréquences des 2.6 GHz (bande 7)
Après avoir validé les dossiers des 4 opérateurs et révélé les
montants consentis, dont la somme atteint 936 millions d'euros,
l'Autorité officialise leur position sur le spectre de 2.6 GHz
(150 000 000 €) (287 118 501 €) (228 011 012€) (271 000 000 €)
Free Mobile pourra, de droit, bénéficier de l’itinérance dans la
bande 800 MHz dès lors que son réseau à 2,6 GHz aura atteint
une couverture de 25 % de la population
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12. Attribution des fréquences des 800 MHz (bande 20)
Des licences sont attribuées (Janv. 2012) à Bouygues Telecom, Orange France
et SFR dans la bande 800 MHz.
Défi : interférences avec la TNT
(ARCEP Dec2011) 12

13. Déploiement Orange
Premier déploiement à Marseille
Fait avec des équipements fournis par Alcatel Lucent. Ce déploiement utilise la bande de
fréquence des 2,6 GHz
Equipements
• Tablette Galaxy Tab 8,9’’ 4G mis à disposition d’une partie des testeurs
• Clé 4G E392 de Huawei
• Domino 4G E589 de Huawei : capte le signal 4G et le rediffuse en WiFi
• Boitier fourni par la Société Aviwest et permettant la retransmission de la Sosh Freestyle Cup en 4G
Services testés
• Télé HD en mobilité
• Cloud Gaming 4G
• Accès fluide et immédiat à l’ensemble des outils professionnels sur le cloud depuis n’importe quel lieu
Commercialisation prévue à partir de début 2013
Orange vise une couverture de 50% de la population en 4G pour la mi- 2014,
et compte investir environ 500 M€ par an sur ses infrastructures mobiles. Les
prochaines grandes villes couvertes devraient être, après Marseille, Lyon et
Nantes.
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14. Déploiement Bouygues Telecom
Premier déploiement à Lyon et commercialisation à partir de 2013
Equipements fournis par Ericsson, déploiement ne concerne que la bande des 2,6 GHz. Celle
des 800 MHz pas encore utilisé à cause des perturbations occasionnées avec la TNT
Plus de 200 personnes retenues pour les tests :100 clients du grand public (tirés au sort sur
6.000 inscrits), 20 professionnels en télécom, 50 autres entreprises, 50 collaborateurs de
Bouygues à Lyon et une cinquantaine de VIP : blogueurs, journalistes, etc
Uniquement services data
Téléchargement rapide, jeux en réseau, surf, streaming HD, etc. Les débits proposés sont
limités pour le moment à une vitesse de 100 Mbps
Equipements prêtés
Hotspot Mobile ZTE MF91D
Samsung Galaxy Tab 8,9 LTE
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15. LTE : architecture
Accès : Evolved-UTRAN
• Suppression du RNC - architecture plate
• Interface X2 (support de mobilité)
• Pas de domaine CS
Cœur : SAE (System Architecture
Evolution)
• SAE est le nom du projet, le réseau
X2
X2
s’appelle EPC (Evolved Packet Core)
• MME : plan de contrôle
• S-GW : plan de données
• Architecture IP multi-accès (3GPP et des eNodeB : evolved Node B
non-3GPP)
MME (Mobility Management Entity)
• Architecture IP multi-accès (3GPP et des
S-GW (Serving Gateway)
non-3GPP)
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16. LTE : e-UTRAN
• Interface X2
• support de mobilité, gestion d’interférence
• Domaine PS uniquement
• OFDMA au lieu du CDMA
• HARQ
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17. Du CDMA 3G à l’OFDMA LTE
c1
c2
c3
S= s1.c1+s2.c2+s3.c3
Fréquences
1
s1= S. c1 2
s2= S. c2 3
s3= S. c3
Temps
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18. Du CDMA 3G à l’OFDMA LTE
OFDMA
Fréquences
VoIP
HTTP
streaming
Un bloc de ressource est de longueur 0,5 ms et
contient 12 sous-porteuses (15 Hz/porteuse)
Temps
18

19. Ordonnancement de paquet
VoIP Entrées
- Etat du canal de chaque usager
Vidéo
strea - Contraintes QoS applications
ming CQI1
- Profil abonné (catégorie, itinérence)
CQI2
FTP
CQI3
Sorties
Serveu r
Ordonna CQI4 - Choix d’usager à servir en premier
HTTP nceur
- Choix de débit
VoIP
CQI Channel Quality Indicator
Objectifs de l’ordonnancement
- Optimiser la capacité, le débit, les performances au bord de la cellule, l’équité, les délais
- 19-

20. HARQ
Hybrid Automatic Repeat reQuest
Stockage d’une transmission erronée & combinaison avec la (les) retransmission(s)
Gain en SNR
Versions
Algorithme de Chase : retransmissions identiques à la transmission originale
Redondance incrémentale : retransmission avec redondance supplémentaire
P1.1 P1.2 P2.1
ACK
NACK
P1.2
+
P1.1 P1.1
Soft combining
Pi,j : Transmission j du paquet i
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21. Multi-antennes
LTE LTE-A
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22. IMS
IP Multimedia Sub-system
3GPP Rel. 5-6
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23. Signalisation/média
Séparation de la signalisation et de la partie média
IMS/SIP
RTP Real-Time Transport Protocol
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24. IMS : exemples de services
• Echange de fichiers pendant un appel
• Service de présence
• Un usager peut créer une règle qui le montre connecté après 20:00 et rejette tous
les appels en provenance d’un appelant de son groupe professionnel.
• Un usager peut couper lorsque ses collègues professionnels appellent et les
rediriger vers une page Web spécifique présentant l'hôtel où il passe ses vacances
• Un usager peut activer la sonnerie au niveau de tous ses appareils en fonction de
l’appelant
• Messagerie instantanée et vidéo conférence
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25. Mobilité et nouveaux services: SIP & IMS, convergence
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26. Voix : scénarios
1. Solution All VoIP
VoIP sur LTE
VoIP dans UMTS
Sollicitation de l’IMS (IP-Multimedia Subsystem)
2. Solution hybride ou VOLGA (Voice Over LTE via Generic Access)
VoIP sous la couverture de LTE
Voix CS dans 3G/GERAN
Equivalent à l’UMA (Unlicenced Mobile Access)
3. CS Fallback
Voix CS partout (LTE, 3G, GERAN)
Transfert ‘classique’ de la voix : NB-RNC-MSC/VLR
(+) : fiabilité du service
(-) : ne profite pas des latences/débits LTE
(-) : pas de fonctionnalités avancées pour la voix (présence, messagerie..)
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27. LTE-A
Long Term Evolution- Advanced
3GPP Rel. 10
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28. LTE-A : la 4G
Amélioration de LTE (Release 8)
Meilleure couverture, capacité, latence, vitesse de transmission
Largeur de bande jusqu’à 100 MHz
Beamforming
Antennes intelligentes
MIMO Tout-IP
Nouvelles fonctionnalités avancées QoS
SON
SON (Self Organization Networks)
CA OFDMA
CA (Carrier aggregation) AMC
Radio cognitive
CoMP (Coordinated Multipoint Transmission) H-ARQ
CoMP
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29. Antennes plus avancées
Release 8 LTE maximum number of LTE-Advanced maximum number of
antenna ports and spatial layers antenna ports and spatial layers
MIMO avancé avec Multi MIMO
Smart antennas ou AAS (adaptative antenna systems) : les faisceaux sont
dirigés vers les utilisateurs : ceci nécessite la connaissance de leur positions
via des systèmes de géolocalisation
• Puissance dynamique
• Direction dynamique
• Fréquence dynamique
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30. CA (Carrier Aggregation) : Scénarios
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31. SON (Self Optimizing Network)
Self configuration : fonctionnement P&P
• Découverte de voisins, allocation de cell_ID, chargement automatique de software
Self optimization : ajustement automatique de paramètres de transmission
• Amélioration de la couverture et de la capacité
Self healing : reprise automatique suite aux problèmes
• Détection et correction des ‘ping-pong’
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