Cell6a13

SYSTÈMES 4G
1Marek Ziolkowski A-2013

Marek Ziolkowski A-2013 2
Standardisation 3G
ITU (InternationalTelecommunication Union)
IMT-2000
3GPP & 3GPP2 (3G Partnership Projects)
Organismes nationaux et régionaux (TIA, ETSI, etc.)

Réseaux 3G
EDGE – GSM, le réseau GSM évolué, basé sur l’accèsTDMA (2.75G);
CDMA 2000 – Multi Carrier CDMA : nouvelle version de IS-95, utilise les
bandes appariées;
UMTS/3GSM (W-CDMA, HSPA) – Direct Spread CDMA, défini par 3GPP,
utilise les bandes appariées;
TD-SCDMA – Time Division Synchronous CDMA, développé par Chinese
Academy of Telecommunications Technology, utilise les bandes non
appariées etTDD (Time Division Duplexing).

Fréquences utilisées par les différents systèmes cellulaires

HSDPA lancé en 2006 : 1à14,4 Mbits/s sur le lien descendant
HSUPA lancé en 2008 : 0.8-5.7 Mbits/s sur le lien montant
HSPA+ lancé en 2010 : 42 Mbits/s sur le lien descendant
UMTS 99
WCDMA
3GPP UMTS 4
NGN
UMTS 5
HSDPA
UMTS 6
HSUPA
UMTS 7
HSPA+
4G
Long Term
Evolution
Broadband
downloads
Broadband
uploads
Extended
capacity
DL: 384 Kbps
UL: 384 Kbps
DL: 14.4 Mb/s
UL: 5.7 Mb/s
DL: 42 Mb/s
UL: 11 Mb/s
Génération 3G+ (3GPP)

Évolution des systèmes cellulaires

Réseaux 4G
Les réseaux 4G, actuellement déployés ou en cours de déploiement en Europe, aux
Etats-Unis, et en Asie s’appuient sur des spécifications techniques internationales
normalisées en 2009 sous l’acronyme 3GPP version 8.
Ces spécifications établissent les standards de performances communément admis
pour les réseaux 4G : 100 Mbit/s maximum sur le lien radio descendant (antenne relais
vers mobile), et 50 Mbit/s maximum sur le lien montant (mobile vers antenne relais).
La technologie LTE fonctionne dans une variété de fréquences selon la zone
géographique couverte : 700 MHz aux Etats-Unis pour le réseau de Verizon Wireless,
2,6 GHz et 800 MHz en Europe, et 2,1 GHz pour le réseau japonais de NTT Docomo.
En France, les opérateurs postulent pour l’attribution des sous-bandes 2500-2570
MHz et 2620-2690 MHz et des dessous-bandes 791-821 MHz et 832-862 MHz qui
sont utilisées en mode de duplexage fréquentiel (mode FDD).

Réseaux 4G
Les spécifications LTE prévoient le fonctionnement en deux modes : multiplexage de
fréquences (FDD) et multiplexage temporel (TDD). En mode FDD (Frequency Division
Duplex), l'émission et la réception se font à des fréquences différentes. En mode TDD,
(Time Division Duplex) l'émission et la réception transitent à une même fréquence, mais
à des instants différents.
La technologie LTE repose sur une combinaison de technologies sophistiquées à
même d'élever nettement le niveau de performances (haut débit et latence) par
rapport aux réseaux 3G existants. Le multiplexage OFDMA (Orthogonal Frequency
Division Multiple Access) apporte une optimisation dans l’utilisation des fréquences en
minimisant les interférences. Le recours à des techniques d’antennes multiples MIMO
(déjà utilisés pour le Wi-Fi ou le Wimax) permet de multiplier les canaux de
communication parallèles, ce qui augmente le débit total et la portée.
L’interface radio E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) utilise l’OFDMA pour
le lien descendant et le SC-FDMA (Single Carrier FDMA) sur le lien montant.

LTE Advanced
La prochaine génération de la technologie LTE porte le nom de LTE Advanced. Ses
spécifications les plus récentes ont été normalisées au printemps 2011 sous
l’appellation 3GPP version 10. Elles perfectionnent notamment le recours à la
technique d’antennes multiples pour accroître encore le débit global sur le lien radio
entre le mobile et l’antenne relais.
La technologie LTE s'appuie sur un réseau de transport de paquet IP. Elle n’a pas
prévu de mode d'acheminement pour la voix, autre que la VoIP, contrairement à la 3G
qui transporte la voix en mode circuit (à la manière des réseaux de téléphonie fixes
classiques).

Évolution des systèmes cellulaires
Débit réel (moy.) Débit théorique (max.)
Disponibilité
Lien descendant Lien montant Lien descendant Lien montant
2.5G GPRS 32-48 Kbps 15 Kbps 114 Kbps 20 Kbps Maintenant
2.75G EDGE 175 Kbps 30 Kbps 384 Kbps 60 Kbps Maintenant
3G
UMTS 226 Kbps 30 Kbps 384 Kbps 64 Kbps Maintenant
W-CDMA 800 Kbps 60 Kbps 2 Mbps 153 Kbps Maintenant
EV-DO Rev.A 1 Mbps 500 Kbps 3.1 Mbps 1.8 Mbps Maintenant
HSPA 3.6 650 Kbps 260 Kbps 3.6 Mbps 348 Kbps Maintenant
HSPA 7.2 1.4 Mbps 700 Kbps 7.2 Mbps 2 Mbps Maintenant
Pre-4G
HSPA+ – – 42 Mbps 11 Mbps 2011
HSPA 14 2 Mbps 700 Kbps 14 Mbps 5.7 Mbps Maintenant*
WiMAX 3-6 Mbps 1 Mbps 100 Mbps+ 56 Mbps Maintenant
LTE
5-12 Mbps
(~36 Mbps)
2-5 Mbps
300 Mbps
(100 Mbps)
75 Mbps
(50 Mbps)
Fin 2010
4G
WiMAX 2
(802.16m) – – 100 Mbps mobile /
1 Gbps fixe 60 Mbps 2012
LTE Avancé – – 100 Mbps mobile /
1 Gbps fixe 500 Mbps 2012+

Comparaison des systèmes cellulaires

WCDMA
(UMTS)
HSPA
(HSDPA / HSUPA) HSPA+ LTE
Vitesse maximum bps de
liaison descendante 384 kbits/s 14 Mbits/s 28 Mbits/s 100 Mbits/s
Vitesse maximum bps de
liaison montante 128 kbits/s 5.7 Mbits/s 11 Mbits/s 50 Mbits/s
Latence, temps de voyage
aller-retour
approximativement
150 ms 100ms 50ms (ms) ~10 ms
Méthodologie d'accès CDMA CDMA CDMA OFDMA / SC-FDMA
3GPP Release Rel 99/4 Rel 5/6 Rel 7 Rel 8
Années approximatives
de déroulement initial
2003 / 2004 2005 /2006 HSDPA
2007 / 2008 HSUPA
2008 /2009 2009 /2010

3.5 G et 4G
4G devrait assurer :
une vitesse de transmission pouvant aller jusqu’à 100 Mbps en
mouvement et 1 Gbps pour un terminal immobile;
l'itinérance (Roaming) à travers les réseaux hétérogènes.
Les standards Pre-4G commercialisés sous le nom de “4G” sont :
WiMAX
Flash-OFDM (Fast low-latency access with seamless handoff
orthogonal frequency division multiplexing )
3GPP LongTerm Evolution (LTE)
UMB dans 3GPP2
IEEE 802.20, MBWA (Mobile Broadband Wireless Access), autorisant
des déplacements pouvant aller jusqu‘à 250 km/h avec un débit de
1 Mbits/s

Technologies 4G
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) : pour le lien
descendant (DL)
SC-FDMA (Single Carrier FDMA) : pour le lien montant (UL)
Multiplexage statistique dans OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing)
Duplexages en fréquence FDD et en tempsTDD
MIMO (Multiple Input Multiple Output)
techniques d'antennes intelligentes (Smart antenna technology)
trajets multiples qui améliorent la fiabilité de liaison et augmentent
l’efficacité spectrale (bps par Hz) ainsi que la portée

Technologies 4G
Agrégation des canaux
LTE : largeur de bande de 20 MHz maximum
LTE advanced : largeur de bande 5×20 MHz = 100 MHz maximum

Technologies 4G
Antennes multiples
LTE : MIMO 2×2
LTE advanced : voie descendante DL MIMO 8×8, voie montante UL
MIMO 4×4

Spécifications techniques du LTE (3GPP Release 8)

Catégories de terminaux LTE
La norme 3GPP Release 8 définit cinq catégories de terminaux LTE (User
Equipement UE). Leurs caractéristiques sont indiquées dans le tableau
suivant.

Architecture UMTS et LTE

Architecture LTE

Services et applications fournis par LTE

Transition 3G à 4G
Gateway
Packet
IPv4
ATM/IP
SWITCH
WCDMA
Node B
RNC
MSC
3GWireless
Infrastructure
Gateway
Packet
IPv6
ATM/IP
SWITCH
OFDMA
Node B
4GWireless
Infrastructure
UE
UE

Systèmes 4G - performances
UE
Voice
3G
8 U
3G+
10-15 U
3.75G
15-40 U
WiFi
100 U
WiMax
25-50 U
Packet
4G
500 U
Pico
Nano
Parent
U= bit/s/km2/Hz

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