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

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

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

17. Architecture du système évolué

18. E-ULTRAN-EPC
Relation fonctionnelle entre E-UTRAN et EPC

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

33. ************************************
************************************
************************************
*****************

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.

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)