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LTE: Long Term Evolution
Plan
•   Introduction
•   Architecture
      - Couche Physique
      - Couche Mac
LTE: Introduction
 Le LTE (Long Term Evolution ) est un projet mené par
  3GPP pour définir les Normes du future réseau de la 4G.
 Il permettra le transfert des données à des hauts débits,
  avec des portées plus superieures.
 Technologie semble s’être imposée face au Wimax
  mobile qui accumule les retards
 LTE considéré comme évolution des normes
  d’UMTS/3GPP 3G
 Il emploie une forme différente d’interface radio, utilisant
  OFDMA/SC-FDMA au lieu de CDMA
LTE: Motivations

1.       Besoin de système optimisant la commutation des paquets
     –       Evolution de l’UMTS vers le tout paquet

2.       Besoin des débits plus élevés
     –       Débit théorique élevé du LTE:

     Downlink ~100 Mbits/s --Uplink ~ 50 Mbits/s

3.       Besoin d’une très bonne qualité de service
     –       Réduit le temps d’aller-retour
     –       Réduire le temps d’établissement de connexion (< 100 ms)
     –       Réduit le temps de transit (< 10 ms)

4.       Besoin d’infrastructures moins coûteuses
     –       Nouvelle architecture simplifiée avec moins d’équipements sur le réseaux
LTE: Comparaison

                        WCDMA             HSPA
                        (UMTS)       (HSDPA / HSUPA)      HSPA+            LTE

Vitesse maximum bps
de liaison               384 k             14M             28M             100M
descendante

Vitesse maximum bps
de liaison montante      128 k             5.7M            11M             50M


Latence
temps de voyage
aller-retour             150 ms           100ms          50ms (ms)        ~10 ms
approximativement


Années
approximatives de      2003 / 2004   2005 /2006 HSDPA    2008 /2009      2009 /2010
déroulement initial                  2007 / 2008 HSUPA

Méthodologie d'accès     CDMA             CDMA            CDMA        OFDMA / SC-FDMA
LTE: Caractéristiques

Paramètres                      Détails
Vitesse maximale de liaison
     descendante 64QAM          100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO)
     Mbps
La liaison montante maximale    50 (QPSK), 57 (16QAM), 86 (64QAM)
      expédie (Mbps)
Type de donneés                 Toutes les données de commutation de paquets (voix et données). Pas avec
                                     commutation à circuit.
Channel bandes passantes        1.4, 3, 5, 10, 15, 20
    (MHz)
Duplex régimes                  FDD et TDD
Mobilité                        0 - 15 km/h (optimised),
                                15 - 120 km/h (haute performance)
Latence                         Inactif à l'état actif de moins de 100ms
                                Petits paquets ~ 10 ms
Efficacité spectrale            liaison descendante : 3 - 4 times Rel 6 HSDPA
                                Liaison montante : 2 -3 x Rel 6 HSUPA
Arrangements d'accès            OFDMA (Downlink)
                                SC-FDMA (Uplink)
Types de modulation supportée   QPSK, 16QAM, 64QAM (Uplink and downlink)
Long Term Evolution (LTE)

 • Caractéristiques :
   – Méthode d’accès en Dowlink : OFDMA
   – Méthode d’accès en Uplink : SC-FDMA
   – Type Handover : Hard Handover
   – Fonction d’auto-réglage et d’auto-optimisation
   – LTE supportera des bandes passante allant
     de 1,25 MHz jusqu'à 20 MHz.
   – Architecture décentralisée : antennes
     intelligentes.
Plan
•   Introduction
•   Architecture
      - Couche Physique
      - Couche Mac
Architecture d’un
   système LTE

• Suppression de la partie radio (RNC)
• Evolved-UTRAN (e-UTRAN) : évolué avec les
  options d’auto-réglage et d’auto-optimisation
• Enhaced-NodeB (eNB): contient les
  fonctionnalités du RRM (Radio Access
  Management) , celles du RNC et gère les
  Handover
Architecture d’un
    système LTE

Le Système s’appellerait
EPS :Evolved Packet System
Composé de deux partie :
1 / LTE : partie radio du réseau
   – Contient les eNB reliés entre elles et reliés
      au réseau cœur les fonctions supportées
      par RNC sont reporté au eNB
Architecture d’un
  système LTE
Architecture d’un
    système LTE

2/SAE (System Architecture Evolution): le cœur du
  réseau composé de différentes partie
• Mobility Management Entity (MME)
• Serving Gateway (SGW)
• Packet Data Network Gateway (PDN GW)
• Home Subscriber Server (HSS)
• Policy and Charging Rules Function (PCRF)
Architecture d’un
  système LTE
•   L'élément principal du réseau de LTE SAE se nomme le noyau de paquet
    évolué (evolved Packet core) ou EPC.
•    Quand l’utilisateur se déplace dans les régions desservies par différentes
    eNodeBs, la SGW sert de point d'ancrage de mobilité veillant à ce que le
    chemin de données soit maintenu
Architecture du système évolué
E-ULTRAN-EPC




Relation fonctionnelle entre E-UTRAN et EPC
• Les eNBs manipulent plusieurs autres fonctions y
  compris le control d’admission et les décisions de
  transfert pour l’UE.




              Protocole du plan d’utilisateur
Plan
•   Introduction
•   Architecture
      - Couche Physique
      - Couche Mac
Pourquoi OFDM?

• Adapter au débit très élevés
• Adapter au communications mobiles
• Resistance au perturbations : parasites,
  brouilleurs, etc.…
• Résistance aux trajets multiples
• Taux d’erreurs binaires faible
• Pas d’interférence entre symboles: grâce
  à l’intervalle de garde
Pourquoi OFDM?

• Possibilité de l’associer au CDMA, TDMA,
  FDMA et aux systèmes multi-antennes
• une allocation adaptative des sous-porteuses :
  selon le rapport SNR(signal sur bruit )
• Au vu de ses avantages, l’utilisation d’OFDM et
  les technologies d’accès associées, OFDMA et
  SC-FDMA sont des choix naturels pour la
  nouvelle norme (standard) cellulaire LTE
LTE OFDMA: sens descendant (downlink)


•   Le signal d’OFDM utilisé dans LTE comporte un maximum de 2048

    sous-porteuses différentes espacées de 15 kHz

•   La station de base a seulement les besoins de pouvoir soutenir la
    transmission de 72 ondes sous-porteuses

•   Dans la liaison descendante, les ondes sous-porteuses sont coupées en
    blocs de ressource, ceci permet au système de pouvoir compartimenter
    les données à travers des nombres standards des ondes sous-
    porteuses
LTE SC-FDMA (up link)
•   Un nouveau concept différent est employé pour la technique d’accès
•   Elle est basée sur la forme de la technologie OFDMA
•   Elle s’appelle l’accès multiple de Division de fréquence
•    La détection s’effectue sur l’ensemble du signal ce qui permet de
    moyenner le SNR sur la totalité de la bande de fréquences (OFDMA/
    sous porteuse)




                               Diagramme de bloc de SC-FDMA
LTE- MIMO (Multiple Input Multiple Output)



•   MIMO est une autre des innovations principales de la technologie de LTE
•   Une technologie qui procure à LTE d’améliorer plus loin le flux de données et
    l’efficacité spectrale obtenus en employant OFDM
•   Il permet à des débits élevés d’être réalisés avec une efficacité spectrale
    améliorée




                      Principe de fonctionnement
LTE-FDD,TD,TDD,TD-LTE : Plans Duplex



•   L’équipement d’utilisateur sera adapté pour des modes de FDD et de TDD
•   Peut transmettre dans les deux directions simultanément (montante et
    descendante)
•   Liaison montante (Uplink): transmission de l’utilisateur à l’e NodeB
•   Liaison descendante (Dowlink): transmission de l’e NodeB à l’utilisateur
LTE-FDD,TD,TDD,TD-LTE : Plans Duplex
                    (2)
•   Afin de pouvoir être en mesure de transmettre dans les deux sens, un
    équipement d'utilisateur ou d'une station de base doit disposer d'un
    régime duplex.
•   Il existe deux formes de duplex qui sont couramment utilisés :
     – FDD Division de Fréquence Duplex
     – TDD Division de Temps Duplex
•   LTE FDD (Frequency Division Duplex) : division duplex de fréquence
•   LTE TDD (Time Division Duplex) : répartition temporelle, elle utilise une
    fréquence mais assigne différentes tranches de temps pour la
    transmission et la réception
•   LTE s’adapte aux deux spectres FDD et TDD
Structure de frame et sub frame de LTE


•   Les structures de frame LTE diffèrent entre la répartition duplex

    temporelle et la division duplex de fréquence

•   Il existe deux types de structures LTE :

     – Type 1 utilisé pour les systèmes de mode de LTE FDD

     – Type 2 utilisé pour les systèmes de LTE TDD
Structure de frame et sub frame de LTE (2)




              Structure de frame LTE type 2
Canaux Physiques, Logiques et de
                    Transport de LTE
•   Ils sont utilisés pour séparer les différents types de données et leur permettre
    d'être transportés à travers le réseau d'accès radio d’une manière ordonnée
•   Efficacement les différents canaux fournissent des interfaces aux plus hautes
    couches dans la structure de protocole LTE et permettent une ségrégation
    ordonnée et définie des données.
•   Il existe trois catégories dans lesquelles les canaux de données différentes
    peuvent être groupés.
•   Canaux physiques : sont des canaux de transmission qui portent des données
    d'utilisateur et contrôlent des messages.
•   Canaux de transport : les canaux de transport de couche physiques offrent le
    transfert d'information au Contrôle d'Accès Moyen (MAC) et aux plus hautes
    couches.
•   Canaux logiques : ils fournissent des services pour la couche MAC dans la
    structure de protocole LTE.
Canaux Physiques, Logiques et de
     Transport de LTE (2)




     Mapping entre les canaux Dowlink logique et les canaux de transport




      Mapping entre les canaux Uplink logique et les canaux de transport
Plan
•   Introduction
•   Architecture
      - Couche Physique
      - Couche Mac
************************************
************************************
************************************
*****************
Handover


Handover : est une fonction importante qui maintient
  une connectivité sans faille lors du passage d'une station de
  base à une autre.

Garantie la continuité de l’appel (~100ms d’interruption )

Il existe deux type de Handover :
    Intra-RAT: on reste dans le même réseau LTE –LTE

    Inter-RAT : d’un réseau à l’autre LTE-UMTS

RAT : Radio Access Technologie
Les 3 phases du Handover


 1. Prise des mesures et supervision du lien

 2. Choix de la cellule cible et déclenchement du handover

 3. Exécution du handover (i.e. transfert effectif des liens)
Type d’exécution du Handover(1/2)

• Hard Handover :

  ancien lien libéré avant l’établissement du nouveau lien
  avec la BS cible



• Seamless Handover :

  ancien lien libéré pendant l’établissement du nouveau
  lien avec la BS cible
Type d’exécution du Handover(2/2)


• Soft Handover :

  ancien lien libéré après l’établissement du nouveau
  lien avec la BS cible

• Softer handover :

  C’est dans le cas de sectorisation avec des antenne
  omnidirectionnelles, le même signal est envoyé par
  deux secteur au mobile.
Principe du déroulement du Hard Handover


 1.   Suspension des opérations normales sauf pour la couche
      gestion des ressources radio
 2.   Déconnexion du lien de signalisation
 3.   Déconnexion et désactivation des canaux alloués
      précédemment et leur libération
 4.   Activation de nouveaux canaux et leur connexion si
      nécessaire
 5.   Déclenchement de l'établissement d'une connexion de
      liaison de données sur les nouveaux canaux
Principe du déroulement du Hard Handover
Gestion de la mobilité
                                          Protocole EMM

                                          Protocole ESM
                                                                  MME


                                           Protocole MM

                                           Protocole CM


                                            Protocole GMM        (3G) SGSN
                                          Protocole SM




EMM (EPS Mobility Management)
 •   Attachement au réseau EPS (Attach).
 •   Détachement du réseau EPS (Detach).
 •   Allocation de GUTI (GUTI Reallocation).
 •   Authentification et chiffrement (Authentication And Ciphering).
 •   Mise à jour de tracking Area (Tracking Area Update).
 •   Demande d'identité (e.g., IMSI, IMEI) (Identity).
Gestion de la mobilité
                                      Protocole EMM

                                       Protocole ESM
                                                              MME


                                        Protocole MM

                                        Protocole CM


                                         Protocole GMM        (3G) SGSN
                                       Protocole SM




ESM (EPS Session Management)
 Permet l’établissement, la modification et la libération de default bearer et de dedicated
 bearer.
 Un bearer correspondent grossièrement à des circuits virtuels permettant à l’UE de
 transmettre et de recevoir des paquets IP.
Attachement initial de l’UE au réseau
5. L MME soumet une l’UE HSS disposant d’un
2. 1. ’EIR, interrogé par le dud’attachement enIMEI. default requête Attach l’UE
CetteMME obtient auprèsMMEaléatoire dans leémettant uneune réponse de à
4. Le procédure conduira à indique à l’UE etprofil de de retour si le terminal
              demande à valeur la création          escompte bearer permanent
3. LeL’UE initie la procédure de lui fournir son dumessage l’UE, des quintuplets
fait ou ne un résultat connectivité IP égal celui interdits le
contenantfait pas partie de la liste des SendàAuthentication Info.IPv4 ou
d’authentification une d’authentificationpermanente à un par(black list). IPv6.
correspondant à à l’aide de la requêteéquipementsfourniréseau HSS. L’UE
   l’eNodeB.
retourne la réponse au MME.
                                                      Servin
                            New                                   PDN
                                                        g                    PCRF
                            MME                                   GW
                                                       GW

    1. EMM Attach Request
                                               2.a. Send Authentication Info (IMSI)

                                               2.b. Send Authentication Info Ack (Vector)

   3.a. EMM Authentication and ciphering req

   3.b. EMM Authentication and ciphering response (RES)

  4.a. EMM Identity req

  4.b. EMM Identity response (IMEI)
                                  5.a Check IMEI (IMEI)

                                  5.b Check IMEI Ack (IMEI, Status)
Attachement initial de l’UE au réseau
13.
12.
11.
10. Le serving GW créemessage réponseet assigne une valeur ausousde etLocation
 9.
 8.
 7.
 6.     Serving GW retourne à réponsePCRF dans par tableréponseau au taxation à
        PDN GW interagit un Serving GW LocationSession Response deforme EPS
        HSS acquitte la une nouvelle Subscriber d’obtenir d’EPS bearerMME.de
        MMEémet unun mise une Update CreateData une les règles Serving GW
              sélectionne avec l’entité localisation sa (IMSI, données
              délivre message jour de entrée afin (adresse MME paramètre
                   retourne une Insert Create Session Response Update émetsouscription
contenant l’adresse HSS le bearerprocédurequi transiteront par le Insert bearer le
permettantnouveau IP allouéeflux le service retourne une réponse defaultSubscriber
son tour uneIMSI) leMME. rejette lade PDN GW associé à jour UE.localisation, leuneet
 Bearer MME. Si au HSS.
 Ack au Identity (BI) Create par par défaut à PDN
 EPS) au de différencier les nouveau MME aumise Gateway Puis, il émet
 hostname, requête pour Le Session Requestde l’UE. à cet de en utilisant alors
ainsi différencier la taxation de ces au l’UE d’accéder à Internet
protocole Create demandeRequest flux. de l’UE. sélectionné. par exemple.
 requête GTP-C. Ce bearer
 MME rejette la au HSS. permet à serving GW
 Data Ack (IMSI)Session d’attachement
                                                       Servin
                           New                                    PDN
                                                         g                  PCRF
                           MME                                    GW
                                                        GW

                                 6. Update Location

                                    7.a. Insert Subscriber Data

                                    7.b. Insert Subscriber Data Ack

                                    8. Update Location Ack

                                 9. Create Session Request
                                                         10. Create Session Request
                                                                          11. PCRF Interaction
                                                      12. Create Session Response

                                 13. Create Session Response
Attachement initial de l’UE au réseau

18.
16. A MME émet un réponse retournant une ReconfigurationBearer Response
15. l’UE retourne du message InitialConnectionréponse Modify MME Complete,
14. L’eNodeB émet l’acquitte ende contrôle sur l’interfaceet de l’Attach incluant
17. Lela réceptionunemessage RRCInitial Context Response auà Complete à de
19.      Servingretourne message RRC Connection Reconfiguration request incluant
                 GW un le message Context Response S1-C l’eNodeB, afin
l’entité MME de créer requête messageentreGW et Serving GW. GUTI assigné
l’eNodeB incluant EPS) auet EMM Attach Complete. (Identité trafic descendant
l’identité du bearer une unl’adresse de Serving Requestdès à présent prêt relayerdu
lui demanderémet le message leModifyl’eNodeBl’UEest le pour le du beareràEPS (BI),
(Identité            d’accès MME. Le Bearer à Accept contenant le
                     EPS, bearer d’accès Attach utiliser
adresse eNodeB) au Serving GW.
à l’UE par leIP,l’eNodeBsensl’interface S1-U.
les paquets MME.
Serving GW à dans le sur descendant à l’UE à travers l’eNodeB.
                                                      Servin
                             New                                   PDN
                                                        g                     PCRF
                             MME                                   GW
                                                       GW

                    14. S1-AP Initial Context Setup Request (Attach Accept (new GUTI))

    15. RRC Connection Reconfiguration Request (Attach Accept (GUTI)))
    16. RRC Connection Reconfiguration Complete(Attach complete)

                   17. S1-AP Initial Context Setup Response (Attach Complete)


    First uplink data

                                18. Modify Bearer Request

                                   19. Modify Bearer Response

                                                            First downlink data
Détachement de l’UE du réseau
5. L’eNode GW deémet message lelibérer AcceptRequest
3. Les bearers l’acquittelaEMM deen 2 auSession l’aide de (TEID) au l’envoi du
1. La procédureEPSdétachementDetach Request d’indiquer auàréponsePDN GW.
9.
8.
7.
6.    PDN B GW acquitte l’aide de l’UE du réseau estSession àRelease les bearer
                 message cet requête retournant par le décrite Response
                        ce la EMM Detach afinDelete MME travers suivante.
                                                                      figure Delete
4. Le Serving le peut pour à requête Delete MME au à d’accèsS1l’aide de Complete
2. L’UE émet acquitteà l’eNodeB sont PCRFle bearerMME. la PCRF quela(TEID).
      MME émet un messageavec ladésactivés à réponse
            demandeinteragir UE           réponse la l’UE.
une pour cet UE ont étéexécutée, avec
commande S1 Release Command l’UE la plus accès au Detach”.
EPSfois lesla procédure radio libérées. n’a Cause égale à “TEID .
message Delete Session libérés. (TEID) au Serving GW.réseausignifie Tunnel
   Une fois ressources Request
Session Response (TEID).
Endpoint Identifier et identifie le tunnel à libérer entre le Serving GW et le P-GW.
                                               Servin
                             New                                    PDN
                                                 g                                    PCRF
                             MME                                    GW
                                                GW

     1. Detach Request
                                2. Delete Session Request
                                                     3. Delete Session Request


                                                        4. Delete Session Response
                         6. Delete Session Response
                                                                          5. Interactions PCRF
     7. Detach Accept


   Libération       8. S1 Release Command
       de
   ressource        9. S1 Release Complete
      radio
Mise à jour de Tracking Area

Dans ce cas l’UE change de MME et de Serving GW. Les opérations suivantes
doivent être réalisées lors de la procédure TAU:

•   Mise à jour du chemin média :

     Le default bearer doit être mis à jour ainsi que tout bearer
      supplémentaire (defaut et dedicated) établi une fois l’UE attaché au
      réseau.

     Le PDN GW doit être informé du nouveau Serving GW en charge de la
      nouvelle Tracking Area (TA), et un nouveau bearer doit être créé entre
      l’UE et le nouveau Serving GW si l’UE est dans l’état actif.

•   Transfert du contexte usager de l’ancien MME au nouveau MME.

•   Mise à jour du profil de l’usager dans le HSS notamment avec
    l’adresse du nouveau MME.
Gestion de session
Default bearer

Sert poour d’accéder aux services du réseau, l’UE doit disposer d’un default

bearer :

     Permanent par nature est établi par le réseau dès l’attachement.

     Ce bearer est maintenu pour toute la durée d’attachement de l’UE afin de

           lui fournir une connectivité IP permanente à un réseau IPv4 ou IPv6.

     A tout moment l’UE peut établir un ou plusieurs default bearers additionnels.

        Seul l’UE peut initier la demande d’établissement d’un default bearer

        additionnel

          Ne fournissent pas de débit garanti.
Gestion de session
Dedicated bearer

Afin que l’usager puisse accéder à des services temps réel IP :

       il est nécessaire qu’un dedicated bearer soit établi ;

       un dedicated bearer a une durée limitée et fournit un débit garanti,

       toujours associé à un default bearer.

        Le default bearer et tous les dedicated bearer associés partagent la

        même adresse IP.

         Le réseau ou l’UE peuvent initier l’établissement d’un dedicated

    bearer.
QoS dans LTE
LTE supporte une QoS de bout en bout : ce qui signifie que


 les caractéristiques du bearer sont définis et contrôlés pendant
   toute la durée d'une session entre l'unité mobile (UE) et le P-GW.


 QoS est caractérisée par un indice
         • QCI (QoS Class Identifier).
         • Le paramètre ARP (Allocation and Retention Priority).


 Il y a deux classes principales des bearer, avec des taux garantis et non garantis


   et les étiquettes qui spécifie plus en détail quelles sont les valeurs du délai et le
   taux de perte des paquets qui peuvent être tolérés pour chaque bearer donné.
E-UTRAN Architecture: U-plane
              The ARQ functionality provides error correction
              by retransmissions in acknowledged mode at
              Layer 2.

              The HARQ functionality ensures delivery
              between peer entities at Layer 1.
Layer 2 Structure (eNB and aGW)
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  • 1. LTE: Long Term Evolution
  • 2. Plan • Introduction • Architecture - Couche Physique - Couche Mac
  • 3. LTE: Introduction  Le LTE (Long Term Evolution ) est un projet mené par 3GPP pour définir les Normes du future réseau de la 4G.  Il permettra le transfert des données à des hauts débits, avec des portées plus superieures.  Technologie semble s’être imposée face au Wimax mobile qui accumule les retards  LTE considéré comme évolution des normes d’UMTS/3GPP 3G  Il emploie une forme différente d’interface radio, utilisant OFDMA/SC-FDMA au lieu de CDMA
  • 4. LTE: Motivations 1. Besoin de système optimisant la commutation des paquets – Evolution de l’UMTS vers le tout paquet 2. Besoin des débits plus élevés – Débit théorique élevé du LTE: Downlink ~100 Mbits/s --Uplink ~ 50 Mbits/s 3. Besoin d’une très bonne qualité de service – Réduit le temps d’aller-retour – Réduire le temps d’établissement de connexion (< 100 ms) – Réduit le temps de transit (< 10 ms) 4. Besoin d’infrastructures moins coûteuses – Nouvelle architecture simplifiée avec moins d’équipements sur le réseaux
  • 5. LTE: Comparaison WCDMA HSPA (UMTS) (HSDPA / HSUPA) HSPA+ LTE Vitesse maximum bps de liaison 384 k 14M 28M 100M descendante Vitesse maximum bps de liaison montante 128 k 5.7M 11M 50M Latence temps de voyage aller-retour 150 ms 100ms 50ms (ms) ~10 ms approximativement Années approximatives de 2003 / 2004 2005 /2006 HSDPA 2008 /2009 2009 /2010 déroulement initial 2007 / 2008 HSUPA Méthodologie d'accès CDMA CDMA CDMA OFDMA / SC-FDMA
  • 6.
  • 7. LTE: Caractéristiques Paramètres Détails Vitesse maximale de liaison descendante 64QAM 100 (SISO), 172 (2x2 MIMO), 326 (4x4 MIMO) Mbps La liaison montante maximale 50 (QPSK), 57 (16QAM), 86 (64QAM) expédie (Mbps) Type de donneés Toutes les données de commutation de paquets (voix et données). Pas avec commutation à circuit. Channel bandes passantes 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 (MHz) Duplex régimes FDD et TDD Mobilité 0 - 15 km/h (optimised), 15 - 120 km/h (haute performance) Latence Inactif à l'état actif de moins de 100ms Petits paquets ~ 10 ms Efficacité spectrale liaison descendante : 3 - 4 times Rel 6 HSDPA Liaison montante : 2 -3 x Rel 6 HSUPA Arrangements d'accès OFDMA (Downlink) SC-FDMA (Uplink) Types de modulation supportée QPSK, 16QAM, 64QAM (Uplink and downlink)
  • 8. Long Term Evolution (LTE) • Caractéristiques : – Méthode d’accès en Dowlink : OFDMA – Méthode d’accès en Uplink : SC-FDMA – Type Handover : Hard Handover – Fonction d’auto-réglage et d’auto-optimisation – LTE supportera des bandes passante allant de 1,25 MHz jusqu'à 20 MHz. – Architecture décentralisée : antennes intelligentes.
  • 9. Plan • Introduction • Architecture - Couche Physique - Couche Mac
  • 10.
  • 11. Architecture d’un système LTE • Suppression de la partie radio (RNC) • Evolved-UTRAN (e-UTRAN) : évolué avec les options d’auto-réglage et d’auto-optimisation • Enhaced-NodeB (eNB): contient les fonctionnalités du RRM (Radio Access Management) , celles du RNC et gère les Handover
  • 12. Architecture d’un système LTE Le Système s’appellerait EPS :Evolved Packet System Composé de deux partie : 1 / LTE : partie radio du réseau – Contient les eNB reliés entre elles et reliés au réseau cœur les fonctions supportées par RNC sont reporté au eNB
  • 13. Architecture d’un système LTE
  • 14. Architecture d’un système LTE 2/SAE (System Architecture Evolution): le cœur du réseau composé de différentes partie • Mobility Management Entity (MME) • Serving Gateway (SGW) • Packet Data Network Gateway (PDN GW) • Home Subscriber Server (HSS) • Policy and Charging Rules Function (PCRF)
  • 15. Architecture d’un système LTE
  • 16. L'élément principal du réseau de LTE SAE se nomme le noyau de paquet évolué (evolved Packet core) ou EPC. • Quand l’utilisateur se déplace dans les régions desservies par différentes eNodeBs, la SGW sert de point d'ancrage de mobilité veillant à ce que le chemin de données soit maintenu
  • 19. • Les eNBs manipulent plusieurs autres fonctions y compris le control d’admission et les décisions de transfert pour l’UE. Protocole du plan d’utilisateur
  • 20. Plan • Introduction • Architecture - Couche Physique - Couche Mac
  • 21. Pourquoi OFDM? • Adapter au débit très élevés • Adapter au communications mobiles • Resistance au perturbations : parasites, brouilleurs, etc.… • Résistance aux trajets multiples • Taux d’erreurs binaires faible • Pas d’interférence entre symboles: grâce à l’intervalle de garde
  • 22. Pourquoi OFDM? • Possibilité de l’associer au CDMA, TDMA, FDMA et aux systèmes multi-antennes • une allocation adaptative des sous-porteuses : selon le rapport SNR(signal sur bruit ) • Au vu de ses avantages, l’utilisation d’OFDM et les technologies d’accès associées, OFDMA et SC-FDMA sont des choix naturels pour la nouvelle norme (standard) cellulaire LTE
  • 23. LTE OFDMA: sens descendant (downlink) • Le signal d’OFDM utilisé dans LTE comporte un maximum de 2048 sous-porteuses différentes espacées de 15 kHz • La station de base a seulement les besoins de pouvoir soutenir la transmission de 72 ondes sous-porteuses • Dans la liaison descendante, les ondes sous-porteuses sont coupées en blocs de ressource, ceci permet au système de pouvoir compartimenter les données à travers des nombres standards des ondes sous- porteuses
  • 24. LTE SC-FDMA (up link) • Un nouveau concept différent est employé pour la technique d’accès • Elle est basée sur la forme de la technologie OFDMA • Elle s’appelle l’accès multiple de Division de fréquence • La détection s’effectue sur l’ensemble du signal ce qui permet de moyenner le SNR sur la totalité de la bande de fréquences (OFDMA/ sous porteuse) Diagramme de bloc de SC-FDMA
  • 25. LTE- MIMO (Multiple Input Multiple Output) • MIMO est une autre des innovations principales de la technologie de LTE • Une technologie qui procure à LTE d’améliorer plus loin le flux de données et l’efficacité spectrale obtenus en employant OFDM • Il permet à des débits élevés d’être réalisés avec une efficacité spectrale améliorée Principe de fonctionnement
  • 26. LTE-FDD,TD,TDD,TD-LTE : Plans Duplex • L’équipement d’utilisateur sera adapté pour des modes de FDD et de TDD • Peut transmettre dans les deux directions simultanément (montante et descendante) • Liaison montante (Uplink): transmission de l’utilisateur à l’e NodeB • Liaison descendante (Dowlink): transmission de l’e NodeB à l’utilisateur
  • 27. LTE-FDD,TD,TDD,TD-LTE : Plans Duplex (2) • Afin de pouvoir être en mesure de transmettre dans les deux sens, un équipement d'utilisateur ou d'une station de base doit disposer d'un régime duplex. • Il existe deux formes de duplex qui sont couramment utilisés : – FDD Division de Fréquence Duplex – TDD Division de Temps Duplex • LTE FDD (Frequency Division Duplex) : division duplex de fréquence • LTE TDD (Time Division Duplex) : répartition temporelle, elle utilise une fréquence mais assigne différentes tranches de temps pour la transmission et la réception • LTE s’adapte aux deux spectres FDD et TDD
  • 28. Structure de frame et sub frame de LTE • Les structures de frame LTE diffèrent entre la répartition duplex temporelle et la division duplex de fréquence • Il existe deux types de structures LTE : – Type 1 utilisé pour les systèmes de mode de LTE FDD – Type 2 utilisé pour les systèmes de LTE TDD
  • 29. Structure de frame et sub frame de LTE (2) Structure de frame LTE type 2
  • 30. Canaux Physiques, Logiques et de Transport de LTE • Ils sont utilisés pour séparer les différents types de données et leur permettre d'être transportés à travers le réseau d'accès radio d’une manière ordonnée • Efficacement les différents canaux fournissent des interfaces aux plus hautes couches dans la structure de protocole LTE et permettent une ségrégation ordonnée et définie des données. • Il existe trois catégories dans lesquelles les canaux de données différentes peuvent être groupés. • Canaux physiques : sont des canaux de transmission qui portent des données d'utilisateur et contrôlent des messages. • Canaux de transport : les canaux de transport de couche physiques offrent le transfert d'information au Contrôle d'Accès Moyen (MAC) et aux plus hautes couches. • Canaux logiques : ils fournissent des services pour la couche MAC dans la structure de protocole LTE.
  • 31. Canaux Physiques, Logiques et de Transport de LTE (2) Mapping entre les canaux Dowlink logique et les canaux de transport Mapping entre les canaux Uplink logique et les canaux de transport
  • 32. Plan • Introduction • Architecture - Couche Physique - Couche Mac
  • 34. Handover Handover : est une fonction importante qui maintient une connectivité sans faille lors du passage d'une station de base à une autre. Garantie la continuité de l’appel (~100ms d’interruption ) Il existe deux type de Handover :  Intra-RAT: on reste dans le même réseau LTE –LTE  Inter-RAT : d’un réseau à l’autre LTE-UMTS RAT : Radio Access Technologie
  • 35. Les 3 phases du Handover 1. Prise des mesures et supervision du lien 2. Choix de la cellule cible et déclenchement du handover 3. Exécution du handover (i.e. transfert effectif des liens)
  • 36. Type d’exécution du Handover(1/2) • Hard Handover : ancien lien libéré avant l’établissement du nouveau lien avec la BS cible • Seamless Handover : ancien lien libéré pendant l’établissement du nouveau lien avec la BS cible
  • 37. Type d’exécution du Handover(2/2) • Soft Handover : ancien lien libéré après l’établissement du nouveau lien avec la BS cible • Softer handover : C’est dans le cas de sectorisation avec des antenne omnidirectionnelles, le même signal est envoyé par deux secteur au mobile.
  • 38. Principe du déroulement du Hard Handover 1. Suspension des opérations normales sauf pour la couche gestion des ressources radio 2. Déconnexion du lien de signalisation 3. Déconnexion et désactivation des canaux alloués précédemment et leur libération 4. Activation de nouveaux canaux et leur connexion si nécessaire 5. Déclenchement de l'établissement d'une connexion de liaison de données sur les nouveaux canaux
  • 39. Principe du déroulement du Hard Handover
  • 40. Gestion de la mobilité Protocole EMM Protocole ESM MME Protocole MM Protocole CM Protocole GMM (3G) SGSN Protocole SM EMM (EPS Mobility Management) • Attachement au réseau EPS (Attach). • Détachement du réseau EPS (Detach). • Allocation de GUTI (GUTI Reallocation). • Authentification et chiffrement (Authentication And Ciphering). • Mise à jour de tracking Area (Tracking Area Update). • Demande d'identité (e.g., IMSI, IMEI) (Identity).
  • 41. Gestion de la mobilité Protocole EMM Protocole ESM MME Protocole MM Protocole CM Protocole GMM (3G) SGSN Protocole SM ESM (EPS Session Management) Permet l’établissement, la modification et la libération de default bearer et de dedicated bearer. Un bearer correspondent grossièrement à des circuits virtuels permettant à l’UE de transmettre et de recevoir des paquets IP.
  • 42. Attachement initial de l’UE au réseau 5. L MME soumet une l’UE HSS disposant d’un 2. 1. ’EIR, interrogé par le dud’attachement enIMEI. default requête Attach l’UE CetteMME obtient auprèsMMEaléatoire dans leémettant uneune réponse de à 4. Le procédure conduira à indique à l’UE etprofil de de retour si le terminal demande à valeur la création escompte bearer permanent 3. LeL’UE initie la procédure de lui fournir son dumessage l’UE, des quintuplets fait ou ne un résultat connectivité IP égal celui interdits le contenantfait pas partie de la liste des SendàAuthentication Info.IPv4 ou d’authentification une d’authentificationpermanente à un par(black list). IPv6. correspondant à à l’aide de la requêteéquipementsfourniréseau HSS. L’UE l’eNodeB. retourne la réponse au MME. Servin New PDN g PCRF MME GW GW 1. EMM Attach Request 2.a. Send Authentication Info (IMSI) 2.b. Send Authentication Info Ack (Vector) 3.a. EMM Authentication and ciphering req 3.b. EMM Authentication and ciphering response (RES) 4.a. EMM Identity req 4.b. EMM Identity response (IMEI) 5.a Check IMEI (IMEI) 5.b Check IMEI Ack (IMEI, Status)
  • 43. Attachement initial de l’UE au réseau 13. 12. 11. 10. Le serving GW créemessage réponseet assigne une valeur ausousde etLocation 9. 8. 7. 6. Serving GW retourne à réponsePCRF dans par tableréponseau au taxation à PDN GW interagit un Serving GW LocationSession Response deforme EPS HSS acquitte la une nouvelle Subscriber d’obtenir d’EPS bearerMME.de MMEémet unun mise une Update CreateData une les règles Serving GW sélectionne avec l’entité localisation sa (IMSI, données délivre message jour de entrée afin (adresse MME paramètre retourne une Insert Create Session Response Update émetsouscription contenant l’adresse HSS le bearerprocédurequi transiteront par le Insert bearer le permettantnouveau IP allouéeflux le service retourne une réponse defaultSubscriber son tour uneIMSI) leMME. rejette lade PDN GW associé à jour UE.localisation, leuneet Bearer MME. Si au HSS. Ack au Identity (BI) Create par par défaut à PDN EPS) au de différencier les nouveau MME aumise Gateway Puis, il émet hostname, requête pour Le Session Requestde l’UE. à cet de en utilisant alors ainsi différencier la taxation de ces au l’UE d’accéder à Internet protocole Create demandeRequest flux. de l’UE. sélectionné. par exemple. requête GTP-C. Ce bearer MME rejette la au HSS. permet à serving GW Data Ack (IMSI)Session d’attachement Servin New PDN g PCRF MME GW GW 6. Update Location 7.a. Insert Subscriber Data 7.b. Insert Subscriber Data Ack 8. Update Location Ack 9. Create Session Request 10. Create Session Request 11. PCRF Interaction 12. Create Session Response 13. Create Session Response
  • 44. Attachement initial de l’UE au réseau 18. 16. A MME émet un réponse retournant une ReconfigurationBearer Response 15. l’UE retourne du message InitialConnectionréponse Modify MME Complete, 14. L’eNodeB émet l’acquitte ende contrôle sur l’interfaceet de l’Attach incluant 17. Lela réceptionunemessage RRCInitial Context Response auà Complete à de 19. Servingretourne message RRC Connection Reconfiguration request incluant GW un le message Context Response S1-C l’eNodeB, afin l’entité MME de créer requête messageentreGW et Serving GW. GUTI assigné l’eNodeB incluant EPS) auet EMM Attach Complete. (Identité trafic descendant l’identité du bearer une unl’adresse de Serving Requestdès à présent prêt relayerdu lui demanderémet le message leModifyl’eNodeBl’UEest le pour le du beareràEPS (BI), (Identité d’accès MME. Le Bearer à Accept contenant le EPS, bearer d’accès Attach utiliser adresse eNodeB) au Serving GW. à l’UE par leIP,l’eNodeBsensl’interface S1-U. les paquets MME. Serving GW à dans le sur descendant à l’UE à travers l’eNodeB. Servin New PDN g PCRF MME GW GW 14. S1-AP Initial Context Setup Request (Attach Accept (new GUTI)) 15. RRC Connection Reconfiguration Request (Attach Accept (GUTI))) 16. RRC Connection Reconfiguration Complete(Attach complete) 17. S1-AP Initial Context Setup Response (Attach Complete) First uplink data 18. Modify Bearer Request 19. Modify Bearer Response First downlink data
  • 45. Détachement de l’UE du réseau 5. L’eNode GW deémet message lelibérer AcceptRequest 3. Les bearers l’acquittelaEMM deen 2 auSession l’aide de (TEID) au l’envoi du 1. La procédureEPSdétachementDetach Request d’indiquer auàréponsePDN GW. 9. 8. 7. 6. PDN B GW acquitte l’aide de l’UE du réseau estSession àRelease les bearer message cet requête retournant par le décrite Response ce la EMM Detach afinDelete MME travers suivante. figure Delete 4. Le Serving le peut pour à requête Delete MME au à d’accèsS1l’aide de Complete 2. L’UE émet acquitteà l’eNodeB sont PCRFle bearerMME. la PCRF quela(TEID). MME émet un messageavec ladésactivés à réponse demandeinteragir UE réponse la l’UE. une pour cet UE ont étéexécutée, avec commande S1 Release Command l’UE la plus accès au Detach”. EPSfois lesla procédure radio libérées. n’a Cause égale à “TEID . message Delete Session libérés. (TEID) au Serving GW.réseausignifie Tunnel Une fois ressources Request Session Response (TEID). Endpoint Identifier et identifie le tunnel à libérer entre le Serving GW et le P-GW. Servin New PDN g PCRF MME GW GW 1. Detach Request 2. Delete Session Request 3. Delete Session Request 4. Delete Session Response 6. Delete Session Response 5. Interactions PCRF 7. Detach Accept Libération 8. S1 Release Command de ressource 9. S1 Release Complete radio
  • 46. Mise à jour de Tracking Area Dans ce cas l’UE change de MME et de Serving GW. Les opérations suivantes doivent être réalisées lors de la procédure TAU: • Mise à jour du chemin média :  Le default bearer doit être mis à jour ainsi que tout bearer supplémentaire (defaut et dedicated) établi une fois l’UE attaché au réseau.  Le PDN GW doit être informé du nouveau Serving GW en charge de la nouvelle Tracking Area (TA), et un nouveau bearer doit être créé entre l’UE et le nouveau Serving GW si l’UE est dans l’état actif. • Transfert du contexte usager de l’ancien MME au nouveau MME. • Mise à jour du profil de l’usager dans le HSS notamment avec l’adresse du nouveau MME.
  • 47. Gestion de session Default bearer Sert poour d’accéder aux services du réseau, l’UE doit disposer d’un default bearer :  Permanent par nature est établi par le réseau dès l’attachement.  Ce bearer est maintenu pour toute la durée d’attachement de l’UE afin de lui fournir une connectivité IP permanente à un réseau IPv4 ou IPv6.  A tout moment l’UE peut établir un ou plusieurs default bearers additionnels. Seul l’UE peut initier la demande d’établissement d’un default bearer additionnel  Ne fournissent pas de débit garanti.
  • 48. Gestion de session Dedicated bearer Afin que l’usager puisse accéder à des services temps réel IP :  il est nécessaire qu’un dedicated bearer soit établi ;  un dedicated bearer a une durée limitée et fournit un débit garanti,  toujours associé à un default bearer.  Le default bearer et tous les dedicated bearer associés partagent la même adresse IP.  Le réseau ou l’UE peuvent initier l’établissement d’un dedicated bearer.
  • 49. QoS dans LTE LTE supporte une QoS de bout en bout : ce qui signifie que  les caractéristiques du bearer sont définis et contrôlés pendant toute la durée d'une session entre l'unité mobile (UE) et le P-GW.  QoS est caractérisée par un indice • QCI (QoS Class Identifier). • Le paramètre ARP (Allocation and Retention Priority).  Il y a deux classes principales des bearer, avec des taux garantis et non garantis et les étiquettes qui spécifie plus en détail quelles sont les valeurs du délai et le taux de perte des paquets qui peuvent être tolérés pour chaque bearer donné.
  • 50.
  • 51. E-UTRAN Architecture: U-plane The ARQ functionality provides error correction by retransmissions in acknowledged mode at Layer 2. The HARQ functionality ensures delivery between peer entities at Layer 1.
  • 52. Layer 2 Structure (eNB and aGW)