LTE+fr (1)

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http://slidepdf.com/reader/full/ltefr-1 1/14

Département fédéral de l'environnement,des transports, de l'énergie et de la communication DETEC Office fédéral de la communication OFCOM

Janvier 2011

Notice d'information 3GPP-LTE

L'interface radio "Long Term Evolution"

Résumé

Le LTE (Long Term Evolution) succède à la norme de radiocommunication mobile UMTS (Universal

Mobile Telecommunications System). Son introduction répond à la croissance exponentielle du trafic

mobile de données, qui a doublé l'année dernière en moyenne mondiale. Dans de nombreux pays

européens, y compris la Suisse, il a même doublé en sept mois seulement.

Le LTE comprend une interface radio qui a fait ses preuves dans les réseaux terrestres numériques

de radiodiffusion et qui a été optimisée pour la radiocommunication mobile. Son utilisation implique le

réaménagement des stations existantes, la mise en place de stations de base supplémentaires et la

création de nouveaux terminaux mobiles qui supportent le LTE. Le LTE présente de multiples qualités,

en particulier des débits élevés entre la station de base et les terminaux. Cela augmente la capacité

de transmission et permet ainsi d'offrir le même débit à davantage d'utilisateurs ou de fournir des dé

bits plus élevés au même nombre d'utilisateurs. En outre, la réduction de l'intervalle de transmission

des données (latence) devrait améliorer considérablement la réactivité du réseau. Enfin, le LTE de

vrait consommer moins d'énergie que l'UMTS, notamment au niveau du terminal; son autonomie s'en

trouve rallongée, malgré la connexion à un service de données à large bande.

Le développement de l'interface radio par le LTE est étroitement lié à celui de la mise en réseau des

stations de base (réseau central), dénommé SAE (Services Architecture Evolution). Le LTE et le SAE

visent entre autres à diminuer les coûts par bit transféré.

La présente notice d'information donne un bref aperçu de la nouvelle interface radio LTE, sans prétendre toutefois à l'exhaustivité.

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Table des matières

1 Préambule....................................................................................................................................... 1 2 Fréquences et concessions en Suisse ........................................................................................ 2 3 Services .......................................................................................................................................... 3 4 Normes en matière de protection de l’environnement............................................................... 4

4.1 Protection contre le rayonnement non ionisant.......................................................................... 4 4.2 Protection de la nature et du paysage, aménagement du territoire ........................................... 5

5 Technologie .................................................................................................................................... 5 5.1 Aperçu ........................................................................................................................................ 5 5.2 LTE: objectifs de performance ................................................................................................... 6 5.3 Liaison descendante .................................................................................................................. 7 5.4 Liaison ascendante .................................................................................................................... 8 5.5 MIMO.......................................................................................................................................... 8

6 Réseaux ........................................................................................................................................ 10

ii

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E v o l u t i o n

d e s

s t a n d a r d

s

Zeit

3GPP Rel. 7 HSPA+

28 Mbps / 11.5 Mbps / 5MHz, MIMO, 64QAM(DL), 16QAM (UL)

3GPP Rel. 8 LTE

326 Mbps / 86 Mbps / 1.4-20 MHz, OFDMA,MIMO, 64QAM, SCFDMA (UL)

3GPP Rel. 8 HSPA+

42 Mbps / 11.5 Mbps / 5 MHzDC-HSDPA

3GPP Rel. 9 HSPA+

84 Mbps / 23 Mbps / 10 MHzDC-HSUPA

3GPP Rel. 10 HSPA+

DL: 168 Mbps, 20MHzUL: 23 Mbps, 10 MHz

H S P A +

L T E

3GPP Rel. 9 LTE

Multicarrier

3GPP Rel. 10 LTE

LTE Advanced

HSUPA: High Speed Upink Paket AccessDL: DownlinkUL: UplinkDC: Dual Carrier

Légende:HSDPA: High Speed Downlink packet Access

2009 2010 2011 2012

Les vitesses indiqués sont le maximum des secteurs impliqué à la transmission. Source: BAKOM

Illustration 1: Introduction de la norme UMTS

1 Préambule

Diverses études de marché indépendantes prédisent un essor fulgurant du trafic de données mobile

de 2012 à 2020. Chaque année, le volume des données échangées dans le monde sur les réseaux

mobiles double. Cette croissance est encore plus marquée dans de nombreux pays. La mise à dispo

sition de nouvelles fréquences pour la radiocommunication mobile ne permet pas à elle seule de faire

face aux besoins.

Afin d’accroître les débits de données et l’efficacité du spectre, l'industrie a développé le nouveau

système de radiocommunication mobile LTE (Long Term Evolution), une évolution des technologies

IMT (International Mobile Telecommunications: UMTS, HSPA, HSPA+). Le LTE vise une efficacité en

matière de spectre environ 3 à 4 fois supérieure à l'UMTS HSPA (High Speed Packet Access), pour

un coût de réseau relativement bas (c'est-à-dire un faible coût par bit transféré).

L'introduction du LTE a débuté en 2010. En voici les étapes (Illustration 1):

Source: OFCOM

Début 2011, quelques 15 réseaux LTE étaient exploités dans 11 pays du monde entier, dont huit en

Europe de l'Ouest (d'autres s'y ajouteront en 2011 et 2012). En Suisse, la mise en service du premier

réseau LTE est prévue pour 20111.

Selon un rapport de la Global Suppliers Association (GSA), au niveau mondial, 180 exploitants actifs

dans 70 pays envisagent actuellement d'investir dans le LTE. Parmi eux, 128 (dans 52 pays) ont défi

nitivement choisi cette technologie et 52 ont formulé une déclaration d'intention (voir Illustration 2).

1 Sources: www.4gamericas.org,

http://www.3gamericas.org/UserFiles/file/Global%20Status%20Updates/Global%20Status%20Update

%20January%206%202011pr.pdf

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http://www.4gamericas.org/




http://www.3gamericas.org/UserFiles/file/Global%20Status%20Updates/Global%20Status%20Update%20January%206%202011pr.pdf





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3 Source: www.gsacom.com

Illustration 2: Réseaux LTE commerciaux et déclarations d'intention pour le LTE début 2011

A la lumière de la normalisation 3GPP, les technologies HSPA, HSPA+, LTE et UMTS font encore

partie des systèmes de radiocommunication mobile de la 3e

génération (3G). Le LTE est parfois con

sidéré comme le "3,9G" ou le "3,99G". La presse, les News Tickers et les exploitants de réseau4

le

désignent parfois par "4G", ce qui est relativement logique d'un point de vue commercial.

Les organisations de normalisation travaillent déjà sur le LTE-Advanced, un développement du LTE.

Du point de vue de la normalisation, le LTE-Advanced est un système de la 4e

génération (4G).

2 Fréquences et concessions en Suisse

En principe, la norme LTE supporte toutes les bandes de fréquences des réseaux existants de 2e

et 3e

générations. Toutefois, celles qui entrent le plus en considération sont les nouvelles bandes de fréquences dans la bande des 2.6 GHz Band et celles dans la bande des 800 MHz, cette dernière ayant

été attribuée lors de la Conférence mondiale de 2007 (WRC-07). Les fréquences de la bande des 800

MHz sont également appelées "dividende numérique"; il s'agit de fréquences qui se sont libérées lors

de la numérisation de la radiodiffusion (DVB-T).

Les anciens et les nouveaux titulaires de concessions de radiocommunication mobile sont libres, dans

le cadre de leur concession de radiocommunication, d'introduire le LTE dans toutes les bandes de

radiocommunication mobile. Les bandes de fréquences et leur largeur de bande figurent dans l'illus

2

http://www.gsacom.com/news/gsa_315.php4

3 http://www.gsacom.com/downloads/pdf/PDF_LTE_World_map_180_investments_120111.php4

4 http://network4g.verizonwireless.com/#/4g-network-verizon-wireless

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Contrairement à l'UMTS, le LTE implique les deux procédures duplex de transmission des données: le

FDD (Frequency Division Duplex) et le TDD (Time Division Duplex)2. Il est probable que les terminaux

en soient équipés dès le début, ce qui permettrait de profiter d'économies d'échelle et de recourir à

différentes méthodes duplex pour pratiquer l'itinérance au niveau mondial.

Avec 4,8 milliards d'utilisateurs GSM et UMTS-HSPA dans le monde, à savoir aussi des systèmes

basés sur des normes 3GPP, le LTE est bien placé pour s'imposer face à d'autres normes de radio

communication mobile, comme le CDMA2000/EV-DO ou l'IEEE/WiMAX.

http://www.gsacom.com/




http://www.gsacom.com/downloads/pdf/PDF_LTE_World_map_180_investments_120111.php4


http://network4g.verizonwireless.com/#/4g-network-verizon-wireless






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tration 1. Les principales barrières à un changement de système pour une bande de fréquences déjà

utilisée, p. ex. par GSM ou UMTS, sont son utilisation intensive et la diffusion encore insuffisante de

terminaux LTE .

En novembre 2010, la Commission fédérale de la communication ComCom a lancé la mise au con

cours des concessions de radiocommunication mobile pour plusieurs bandes de fréquences. L'octroi

des concessions se fera par vente aux enchères, en 2012.

Bande de fréquences Largeur de

bande

Procédure duplex A partir de (version LTE)

800 MHz 2x30 MHz FDD Version 9



2100 MHz

1x20 MHz

2x60 MHz

1x15 MHz

TDD

FDD

TDD

Version 8

2600 MHz2x70 MHz

1x50 MHz

FDD

TDDVersion 8

3400-3800 MHz 400 MHz5 En partie FDD,

En partie TDD5 Version 10

Tableau 1: Largeurs de bande pouvant être utilisées en Suisse pour le LTE

3 Services

En réalité, la liste des services est très courte, car ceux-ci sont tous fournis au moyen du protocole

internet (IP). Le réseau de raccordement (LTE) et le réseau de base qui a encore été développé

(SAE) ne fonctionnent plus par commutation de circuit au sens classique; les services vocaux propo

sés par les opérateurs sont fournis au moyen du "Managed VoIP"6. Lorsqu'il s'agit de réseaux de

transmission par paquets, on parle de réseaux All-IP (AIPN). Ceux-ci présentent une structure hiérarchique simple, où tous les services peuvent être fournis. Le but de cette architecture est de faire bais

ser les prix.

Même si la liste des services LTE est très courte, on distingue neuf classes standardisées de qualité

de service (QoS). Elles se différencient par le temps de latence (delay ), le taux d'erreur sur les pa

quets (PER), la priorité et la garantie ou non d'un débit de données minimum (GBR).

Par exemple, les services VoIP requièrent avant tout un court temps de latence lors de la transmission

et un débit minimum pour garantir la qualité du service vocal; le taux d'erreur sur les paquets n'est pas

très important, alors qu'il l'est pour le téléchargement de fichiers. L'illustration 2 montre, pour plusieurs

applications, des exemples d'exigences concernant les paramètres de qualité.

Application Priorité Temps de

latence

maximum7

Taux d'erreurs

sur les paquets

(PER)

Débit de données

minimal garanti

(GBR)

VoIP 2 100 ms 0,1 % Oui

Navigation WEB 8 300 ms 0,0001 % Non

Tableau 2: Exemples de paramètres de qualité (QoS) pour différents services

5En travaux à la CEPT, le plan européen des fréquences doit entrer en vigueur fin 2011.

6Dans ce contexte, VoIP signifie que l'exploitant assure la qualité vocale par des mesures adéquates.

7En millisecondes (ms)

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4 Normes en matière de protection de l’environnement

Les mêmes normes qu'aux réseaux GSM et UMTS/HSPA s'appliquent au LTE.

4.1 Protection contre le rayonnement non ionisant (RNI)

Aussi bien les antennes des stations de base que les téléphones portables UMTS émettent dansl’environnement un rayonnement non ionisant similaire à celui provenant des réseaux GSM existants.

En Suisse, l’intensité du rayonnement des téléphones portables est soumise aux mêmes exigences

que dans l’Union européenne: les recommandations de l’ICNIRP (International Commission on Non-

Ionizing Radiation Protection) doivent être mises en pratique selon les normes techniques applicables.

En revanche, le rayonnement des stations de base est limité par l’ordonnance sur la protection contre

le rayonnement non ionisant (ORNI), qui contient des exigences relatives à certaines installations et

qui limite aussi l’ensemble du rayonnement à haute fréquence.

L’ORNI prévoit que le rayonnement d’une seule installation émettrice de radiocommunication mobile

ne doit pas dépasser la valeur limite de l’installation dans les lieux à utilisation sensible, tels que les

locaux d'un bâtiment dans lesquels des personnes séjournent régulièrement pour de longues durées,les places de jeux définies dans un plan d'aménagement ou les zones à construire non bâties. La

valeur limite des installations est fixée pour l’intensité de champ électrique et dépend de la bande de

fréquences et de la situation8. Toutes les antennes de radiocommunication mobile et tous les raccor

dements d’usagers sans fil situés aux environs appartiennent à l’installation. Les services de la cons

truction de la commune ou du canton veillent au respect de la valeur limite. A cet effet, le concession

naire remplit une fiche de données spécifiques au site pour chaque installation qu’il souhaite cons

truire, transférer ou modifier. Cette fiche doit contenir les données techniques concernant l’installation

ainsi qu’une évaluation de l’intensité du rayonnement sur les lieux proches où séjournent des per

sonnes. Par ailleurs, elle fait partie de la demande de permis de construire et peut être rendue pu

blique par les services de la construction.

Afin que la valeur limite de l’installation puisse être respectée, il faut une certaine distance entre

l’installation et les lieux à utilisation sensible. Cette distance dépend fortement de la puissance

d’émission et de la direction du rayonnement de l’installation, ainsi que de la topographie. En raison

des conditions techniques existantes, les proportions pourraient être du même ordre que pour les

antennes GSM; cela signifie qu’en général, un écart de 30 mètres entre les stations de base plus im

portantes et les lieux à utilisation sensible devrait suffire. Dans certains cas, la distance nécessaire

peut aussi être considérablement moindre.

Pour le rayonnement à haute fréquence dans son ensemble, y compris celui des installations de ra

diodiffusion, de radiocommunication à usage professionnel et de radiocommunication d’amateur,

l’ORNI exige une limitation partout où des êtres humains peuvent séjourner, même pour peu de

temps. Les valeurs limites importantes – ce qu’on appelle les valeurs limites d'immissions – sont rarement atteintes ou dépassées, et si elles le sont, c’est le plus souvent aux environs immédiats d’une

installation émettrice. En ce qui concerne les installations de radiocommunication mobile, ce genre de

situations critiques ne survient pour ainsi dire que sur des toits en terrasse accessibles où se trouve

une installation émettrice. Dans la fiche de données spécifiques au site, le concessionnaire indique

dans quelle mesure les valeurs limites d’immissions seront atteintes en raison du rayonnement sup

plémentaire engendré par l’installation prévue.

8P. ex. diverses antennes forment ensemble une installation

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Pour plus d’informations sur l’ORNI, veuillez consulter les recommandations pour l’exécution et les

mesures de l’OFEV9.

4.2 Protection de la nature et du paysage, aménagement du territoire

L’aménagement de nouveaux réseaux de télécommunication entraîne inévitablement la construction

de nouvelles infrastructures, notamment des antennes. Afin de parvenir dans la pratique à un équilibre

d’intérêts entre la construction de réseaux de télécommunication et l’offre de services en découlantd’une part, et l’aménagement du territoire et la protection de la nature et du paysage d’autre part, un

groupe de travail de la Confédération et des cantons (DETEC/DTAP) s’est constitué en collaboration

avec les exploitants de réseaux de radiocommunication; il traite de questions liées à la coordination

des procédures de planification et d’octroi de permis de construire pour les infrastructures de radio

communication10

.

En outre, les concessions de radiocommunication mobile contiennent des obligations selon lesquelles

les emplacements d’antennes situées hors des zones à bâtir doivent si possible être utilisés en com

mun. Lors de l’aménagement de nouvelles antennes, il s’agit en outre de respecter les dispositions

légales concernant l’aménagement du territoire ainsi que la protection de la nature et du patrimoine.

En 2010, l'OFEV a publié un guide de téléphonie mobile à l'intention des communes et des villes11

.

5 Technologie

5.1 Aperçu

Par rapport à la norme UMTS actuelle, la principale nouveauté du LTE réside dans l'introduction du

procédé de codage par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-

porteuses OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) pour les liaisons descendantes et

au SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access), une méthode voisine de l'OFDM,

pour les liaisons ascendantes. Ces procédés permettent l'exploitation du système avec des largeurs

de bande du canal allant de 1,4 MHz à 20 MHz et l'utilisation de systèmes de radiocommunication

mobile dans diverses largeurs de bande, sans qu'ils soient liés à l'écart habituel entre les canaux de 5

MHz. A partir du LTE Version 10, plusieurs canaux descendants adjacents peuvent être réunis dans

une bande de fréquences. L'illustration 3 montre l'évolution de l'efficacité du spectre en liaison des

cendante avec différentes technologies de radiocommunication mobile.

9 www.umwelt-schweiz.ch/buwal/fr/fachgebiete/fg_nis/index.html

10 http://www.bakom.admin.ch/themen/frequenzen/01341/index.html?lang=fr

11 http://www.bafu.admin.ch/publikationen/publikation/01510/index.html?lang=fr

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http://www.umwelt-schweiz.ch/buwal/fr/fachgebiete/fg_nis/index.html


http://www.bakom.admin.ch/themen/frequenzen/01341/index.html?lang=fr


http://www.bafu.admin.ch/publikationen/publikation/01510/index.html?lang=fr





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Downlink area spectral efficiency

B

p s / H z

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

2.5

1.4

0.72

1.1

0.20.48

0.03 0.09

*requirementBAKOM

Illustration 3: Efficacité du spectre avec diverses technologies de radiocommunication mobile(3GPP)


Grâce à des largeurs de bande flexibles et une division très fine des porteuses, le LTE atteint des

vitesses nettement plus élevées que ses prédécesseurs. Il permet d'adapter rapidement les para

mètres radio au canal radio en recourant au nouveau procédé de codage OFDMA. Avec ce procédé,

le LTE constitue aussi une plateforme remarquable pour la transmission de services de radiodiffusion

(Multicast, Broadcast) dans les réseaux de radiocommunication mobile. En outre, le LTE permettra

pour la première fois de franchir la barre des 100 MBit/s en liaison descendante: la nouvelle norme

promet – du moins en théorie – des débits pouvant aller jusqu'à 326 MBit/s en liaison descendante et

86 MBit/s en liaison ascendante. Cette augmentation est possible surtout grâce à l'utilisation d'un

nombre d'antennes pouvant aller jusqu'à 8 dans la station de base et le terminal (MIMO) ainsi qu'à

l'exploitation d'un multiplexage spatial (SDMA) par un codage adéquat de chacun des signaux d'antennes.

Dans la première phase de construction déjà, on devrait pouvoir atteindre des débits de 100 MBit/s.

Le LTE offre non seulement des débits nettement plus élevés et une meilleure utilisation du spectre

que ses prédécesseurs, mais aussi un temps de transfert des paquets de l'expéditeur au destinataire

(temps de latence) d'environ 5 millisecondes, au lieu des 70 millisecondes nécessaires avec l'UMTS.

Ceci a des effets particulièrement positifs sur la réactivité du réseau et sur les services en temps réel

comme la transmission vocale (VoIP) (voir chapitre 3).

5.2 LTE: objectifs de performance

Les objectifs de performance pour le LTE ont été définis par l'organisation de normalisation 3GPP

(Third Generation Partnership Project) au cours des années 2005/2006. Les principales données

techniques de la nouvelle interface radio sont les suivantes:

• augmentation sensible du débit en liaison descendante pouvant atteindre jusqu'à 100 Mbit/s

pour une largeur de bande de 20 MHz et augmentation de l'efficacité du spectre jusqu'à 5

Bit/s/Hz avec deux antennes au niveau du téléphone mobile (3 à 4 fois l'efficacité du spectre

de l'UMTS version 6 avec une antenne émettrice et deux antennes réceptrices);

• augmentation sensible du débit en liaison ascendante pouvant atteindre jusqu'à 50 Mbit/s

pour une largeur de bande de 20 MHz et augmentation de l'efficacité du spectre jusqu'à 2,5

Bit/s/Hz (2 à 3 fois l'efficacité du spectre de l'UMTS version 6 avec une antenne émettrice et

deux antennes réceptrices);

• largeurs de bandes de 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz et 20 MHz;

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7 /13

F r é q u e n c e

User 2 User 2 User 1 User 2

User 3 User 2 User 2 User 3 User 2 User 3 User 2

User 1 User 2 User 3 User 3 User 3 User 1 User 3 User 3

User 1 User 2 User 3 User 1 User 2

Temps

Illustration 4: Exemple de répartition des blocs de ressources (fréquence et temps) entre

3 utilisateurs


• le temps de latence (délai) par l'interface radio entre le téléphone portable et le réseau fixe

doit être inférieur à 5 ms; le délai de propagation aller-retour est inférieur à 10 ms;

• les procédures en mode duplex FDD et TDD sont supportées;

• débits de données supérieurs dans les bords de la cellule;

• mobilité jusqu'à 500 km/h (optimisée pour 0 à 15 km/h);

• respect de plusieurs exigences relatives à la qualité de services (QoS) et en matière de mobi

lité;

• intégration d'antennes intelligentes (MIMO);

• Faibles coûts de transmission par bit pour l'interface radio;

• architecture simple, éléments de réseau moins nombreux, interfaces ouvertes;

• consommation d'énergie aussi faible que possible des terminaux (grande autonomie).

5.3 Liaison descendante

Pour la liaison descendante, le choix s'est porté sur l'OFDMA. Il s'agit d'une extension de l'OFDM pour

l'implémentation d'un système de communication multi-utilisateurs. A la différence de l'OFDM, avec

l'OFDMA, les blocs des sous-porteuses sont attribués à un utilisateur, à un moment précis. Les attri

butions se succèdent rapidement et de manière flexible. Ces fragments de fréquence / temps de sous-

porteuse sont appelés "blocs de ressources" (Resource Blocks – RB) ou Physical Resource Unit

( PRU). L'illustration 4 présente un exemple fortement simplifié. Vous trouvez d'autres détails sur la

structure et les paramètres dans les cases correspondantes plus loin.

Avec l'OFDMA, les récepteurs équipés de systèmes

CDMA sont beaucoup plus faciles à comparer, car

la correction des distorsions du canal est plus

simple à effectuer. Le choix de l'OFDMA a notam

ment été dicté par le fait que le LTE doit être installé

dans les différentes largeurs de bande de 1,4 MHz à

20 MHz. Avec des largeurs de bandes relativement

étroites et des débits élevés, le CDMA perd bon

nombre de ses avantages. Autre atout important de

l'OFDMA en liaison descendante, la construction de

réseaux iso-fréquence (SFN) est relativement

simple. Pour la transmission de services de radiodif

fusion (MBMS) – appelés à jouer un rôle important

dans les systèmes de radiocommunication mobile –

les réseaux iso-fréquences sont extrêmement per

formants.

Autres paramètres radio du LTE en liaisondescendante

Les blocs de ressources sont composés de 12sous-porteuses OFDMA de 15 kHz chacune etd'une largeur de bande de 180 kHz; la duréed'un intervalle (slot ) est de 0,5 ms.

7 symboles forment un intervalle; un bloc deressources comprend au moins 84 symboles.Ensemble, 2 intervalles (14 symboles) formentune sous-trame, avec laquelle l'intervalle detransmission minimum (TTI) de 1 ms est défini.Une trame radio est composée de 10 sous-trames (20 intervalles) et dure 10 ms.

Les types de modulation des sous-porteusesutilisées sont le QPSK, le 16-QAM et le 64QAM, avec 2, 4 et 6 bits par symbole. Le choixdu type de modulation (AMR) s’opère de manière dynamique au moyen d'une programmation temporelle sélective (selective scheduling)par la gestion des ressources radio (RRC) surla base de la qualité momentanée du canalradio signalée par le terminal. Les ressourcesminimales de programmation sont constituéesde 2 blocs de ressources. Le changement defréquence (frequency hopping) peut se fairesur la base des intervalles.

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Illustration 5: Représentation schématique du spectre émetteur en liaison as

cendante. Les différentes couleurs symbolisent le spectre occupé par chaque

utilisateur.

fréquence

puissance


Paramétrable, le LTE est très flexible et peut s'adapter à diverses situations.

• divers contextes (intérieur, ville, banlieue, campagne)

• diverses conditions de mobilité (de stationnaire/nomade jusqu’à 500 km/h)

• taille des cellules allant de la zone d'accès sans fil (dix mètres) à plusieurs dizaines de kilo

mètres

• largeurs de bande de 400 MHz à 4 GHz

5.4 Liaison ascendante

Pour la liaison ascendante, le procédé choisi est celui de l’accès multiple à répartition en fréquence

avec une seule porteuse(SC-FDMA), qui présente l'avantage de produire des puissances dans les

canaux adjacents relativement faibles, même lorsque l'amplificateur final n'est pas absolument li

néaire. Avec le SC-FDMA, les exigences en matière de linéarité de l'amplificateur final du téléphone

portable ne sont pas très élevées. Par conséquent, la consommation de courant peut être limitée.

Comme on le sait, avec l'OFDMA, en raison du PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) élevé du signal,

un amplificateur de puissance très linéaire est requis. La grande consommation de courant qui en

résulte constituerait un inconvénient majeur, facilement évitable avec le SC-FDMA. A titre d'exemple,

le téléphone mobile SC-FDMA consomme trois fois moins de courant qu'un appareil OFDMA offrant le

même débit de données et présentant le même taux d'erreur sur les bits .

Avec le SC-FDMA, le récepteur de la station de base nécessite un égaliseur (equalizer ) relativement

complexe. Toutefois, ce procédé est bien plus résistante que l'OFDMA aux écarts des fréquences

porteuses. La complexité de la liaison ascendante vers la station de base a été en grande partie pla

cée dans la station de base, ce qui a permis de concevoir des terminaux moins chers et plus perfor

mants du point de vue énergétique. Le procédé d'accès multiple SC-FDMA en liaison ascendante

constitue une nouveauté dans le monde de la radiocommunication mobile.

Chaque utilisateur reçoit de la station de base une part du canal de fréquence ascendant pour une

durée déterminée. Cette attribution se fait à de courts intervalles de temps. L'illustration 5 présente

l'exemple d'un signal reçu à la station de base pour trois utilisateurs.

Comme avec l'OFDM, les données sont réparties sur les sous-porteuses, une transformation de Fourier (FT) étant appliquée comme précorrection. C'est pourquoi, dans le cas du SC-FDMA, on parle de

quasi-sous-porteuses. Les quasi-sous-porteuses utilisées par un utilisateur sont toujours adjacentes,

de sorte qu'elles forment un seul bloc. En liaison ascendante, il en résulte un accès FDMA simple. La

répartition des quasi-sous porteuses entre les utilisateurs est conçue de manière à ce qu'à un moment

donné, dans la même cellule le même bloc de sous-porteuses ne puisse pas être utilisé par deux té

léphones portables actifs.utiliser.

5.5 MIMO

Les systèmes d'antennes MIMO jouent un rôle important pour le LTE. Seule l'utilisation d'antennes

intelligentes permet d'obtenir une efficacité du spectre élevée. Contrairement à l'UMTS, avec le LTE,

les systèmes d'antennes MIMO font partie intégrante du système, aussi bien au niveau de la stationde base qu'au niveau du téléphone mobile.

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Emetteur Récepteur

Illustration 6: Principe de la transmission multi-antennes avec MIMO (3x3)


La technologie MIMO permet la transmission parallèle et simultanée de données sur la même fré

quence avec plusieurs antennes au niveau de l'émetteur et du récepteur. Plusieurs formes

d’applications de MIMO sont prévues pour le LTE: elles peuvent être cataloguées comme multi

plexage spatial (Space Multiplex), diversité spatiale (Space Diversity), formation de faisceaux (Beam

forming - BF), ou dans unmélange adéquat de ces dernières. Le service utilisé, le débit de données,

l'état du canal de télécommunication mobile et les propriétés du téléphone portable déterminent où et

quand une forme de MIMO est utilisé. Le principe est représenté schématiquement par l'Illustration 6.

La diversité spatiale permet d'améliorer sensiblement la qualité des canaux de radiocommunication en

cas d'évanouissement lent et rapide du signal. L'information rétroactive (feedback), du téléphone mo

bile à la station de base, permet une attribution optimale des ressources temporelles et en fréquences

(PRU) sur une liaison déterminée. Les ressources du canal (PRU) sont attribuées aux utilisateurs qui

disposent des meilleures conditions momentanées du canal de transmission (Multi User Space Diver

sity) pour maximiser le débit de données.

Le multiplexage spatial permet un très haut débit, à condition que le canal radio soit de bonne qualité(puissance de réception moyenne élevée, SIR élevé et faible corrélation entre les canaux radioélec

triques des antennes). Le multiplexage peut être mono-utilisateur ou multi-utilisateurs. Dans les deux

cas, le débit du système est le même. Avec le multiplexage spatial mono-utilisateur, les flux de don

nées parallèles des différentes antennes émettrices de la station de base sont transmis à un seul utili

sateur. Le nombre des flux indépendants dépend de la configuration des antennes MIMO. Un MIMO

4x4 (4 antennes en réception/émission) permet, par exemple, au maximum de, quadrupler le débit par

rapport à un système d'antenne conventionnel (1x1). Avec le multiplexage spatial multi-utilisateurs, les

flux de données partent de la station de base vers plusieurs utilisateurs (SDMA). Un MIMO 4x4 per

met, en liaison descendante, de desservir 4 utilisateurs avec les mêmes ressources (PRU). Le débit

de données par utilisateur correspond alors à un quart de celui du multiplexage spatial mono-

utilisateur , le débit du système est le même puisque 4 utilisateurs utilisent les ressources.

Le rapport entre le multiplexage spatial et la diversité spatiale a été analysé en fonction du débit du

système (débit de données total dans la cellule) et du débit des utilisateurs. Avec le multiplexage spa

tial mono-utilisateur, il est possible d'obtenir des débits élevés pour un seul utilisateur, si le rapport

signal-interférence (SIR) est élevé. Toutefois, des simulations montrent que dans un système limité

par des interférences, les zones présentant un SIR élevé sont relativement restreintes, raison pour

laquelle le multiplexage spatial semble inapproprié. Le multiplexage spatial mono-utilisateur peut ce

pendant être utilisé pour des cellules isolées ou pour des utilisateurs se trouvant à proximité de la

station de base, pour la transmission de débits très élevés. Pour les systèmes de radiocommunication

mobile, en général limités par les interférences et présentant des SIR peu élevés, la diversité spatiale

présente plus d'avantages que le multiplexage spatial et permet dans l'ensemble d'obtenir un débit du

système plus élevé.

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Avec la formation de faisceaux (beam forming), plusieurs utilisateurs peuvent être desservis simulta

nément avec les mêmes ressources (SDMA). Par ailleurs, de forts signaux d'interférence peuvent être

supprimés.

Dans la pratique, des formes mixtes combinant les différentes applications MIMO deviendront impor

tantes pour le LTE. Par exemple, la formation de faisceaux permet de créer des secteurs et d'y utiliser

le multiplexage spatial ou la diversité spatiale, selon la qualité du canal radio et la distance entre l'utili

sateur et la station de base.

6 Réseaux

Tout porte à croire que dans un premier temps, le LTE sera utilisé pour traiter le trafic de données, qui

ne cesse d’augmenter. Il peut contribuer à améliorer la situation, notamment là où un manque de ca

pacité est fréquent. Toutefois, la pénétration sur le marché de terminaux supportant le LTE et l'aug

mentation de la couverture du réseau croissent de manière concomitante. Le trafic va ainsi progressi

vement passer des réseaux 2G et 3G aux réseaux LTE.

Le rôle des différentes couches de réseau telles qu’appliquées dans les réseaux GSM et l'UMTS est

complété avec les réseaux LTE. Après les macro-cellules, parfois d'un rayon de plus de 10 kilomètres,il est judicieux, vu les volumes croissants à transmettre, d'avoir de petites cellules de couverture du

réseau (les micro-cellules et les pico-cellules). Les pico-cellules ont une portée similaire à celle des

téléphones sans fil (DECT), à savoir environ 60 mètres dans les bâtiments et 250 mètres à l'extérieur.

Les micro-cellules et les pico-cellules ont pour but premier le déchargement des macro-cellules (of

floading), qui permet un accès le plus rapide possible du trafic mobile sur le réseau fixe (p. ex. DSL,

réseau câblé, FTTx). Une partie importante du volume total échangé sur les réseaux mobiles circule à

l'intérieur des bâtiments (p. ex. à la maison, au bureau), c'est-à-dire à proximité immédiate des rac

cordements au réseau fixe. A l'exception des installations prévues pour l'intérieur et d'autres situations

(tunnels, parkings, etc.), le concept des petites cellules n'a guère eu de succès jusqu'ici, ce qui pour

rait changer, notamment avec le LTE.

La norme LTE est la première norme à contenir des fonctions d'optimisation pour l'auto-organisation

du réseau (Self Organising Network - SON ). Ces fonctions ont pour but de simplifier la planification et

l'optimisation du réseau, ainsi que d'éviter les interférences entre les cellules, ce qui permet d'aug

menter le débit tout en diminuant les coûts.

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Abréviations

3GPP 3rd Generation Partnership Project

AIPN All-IP Network

AMR Adaptive Multi Rate

Bps Bits par seconde

OFCOM Office fédéral de la communication

DTAP Conférence suisse des directeurs cantonaux des travaux publics, de l'aménagement du

territoire et de l'environnement

CDMA Code Division Multiple Access

DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications

DSL Digital Subscriber Line

DVB-T Terrestrial Digital Video Broadcast

EV-DO Evolution-Data Optimized

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

FTTx Fibre To The x (Home, Building, Curb, …)

GBR Minimum Guaranteed

GHZ Gigahertz

HSPA High Speed Packet Access

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IMT International Mobile Telecommunications

UIT Union internationale des communications

LTE Long Term EvolutionMBMS Multimedia Broadcast/Multicast Service

MHz Megahertz

MIMO Multiple Input Multiple Output

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

PER Packet error rate

PRU Physical Resource Unit

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QoS Quality of Service

QPSK Quadrature Phase-Shift Keying

RB Resource Block

Rel. Release (version)

RRC Radio Resource Control

SAE Services Architecture Evolution

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access

SDMA Space Division Multiple Access

SFN Single-Frequency Network

SIR Signal to Interference Ratio

SON Self Organising Network

TDD Time Division Duplex

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[1] 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network (2008, 2009, 2010); User

Equipment (UE) radio transmission and reception. 3GPP TS 36.104 Releases 8, 9 ,10

[2] 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network (2008, 2009, 2010); Base

Station (BS) radio transmission and reception. 3GPP TS 36.104 Releases 8, 9 ,10.

[3] Dolder H. (2008): UMTS Long Term Evolution (LTE). BAKOM

[4] Seidel E. (2008): 3GPP Long Term Evolution, LTE The Future UMTS Standard. CEI- Europe

[5] Seisa S. / Toufik I. / Baker M. (2009): LTE, The UMTS Long Term Evolution. Wiley


TTI Transmission Time Intervall

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

DETEC Département fédéral de l'environnement, des transports, de l'énergie et de la communica

tion

VoIP Voice over IP

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave AccessWRC World Radio Conference

SIR Signal to Interference Ratio

Références

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