SYSTÈMES 4G

SYSTÈMES 4G
Marek Ziolkowski A-2013
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Standardisation 3G
ITU (International Telecommunication Union)
IMT-2000
3GPP & 3GPP2 (3G Partnership Projects)
Organismes nationaux et régionaux (TIA, ETSI, etc.)
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Réseaux 3G
EDGE – GSM, le réseau GSM évolué, basé sur l’accès TDMA (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 et TDD (Time Division Duplexing).
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Fréquences utilisées par les différents systèmes cellulaires
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Génération 3G+ (3GPP)
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
Broadband Broadband
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3GPP
UMTS 99
WCDMA
DL: 384 Kbps
UL: 384 Kbps
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UMTS 4
NGN
UMTS 5
HSDPA
UMTS 6
HSUPA
DL: 14.4 Mb/s
Extended
capacity
UMTS 7
HSPA+
DL: 42 Mb/s
UL: 5.7 Mb/s
4G
Long Term
Evolution
UL: 11 Mb/s
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Évolution des systèmes cellulaires
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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).
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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.
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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).
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Évolution des systèmes cellulaires
Débit réel (moy.)
Débit théorique (max.)
Lien descendant
Lien montant
Lien descendant
Lien montant
Disponibilité
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
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
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
WiMAX 2
(802.16m)
–
–
100 Mbps mobile /
1 Gbps fixe
60 Mbps
2012
LTE Avancé
–
–
100 Mbps mobile /
1 Gbps fixe
500 Mbps
2012+
3G
Pre-4G
4G
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Comparaison des systèmes cellulaires
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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
2003 / 2004
2005 /2006 HSDPA
2007 / 2008 HSUPA
2008 /2009
2009 /2010
Années approximatives
de déroulement initial
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Comparaison des systèmes cellulaires
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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
orthogonal frequency division multiplexing )
seamless
handoff
3GPP Long Term 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
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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 temps TDD
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
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Technologies 4G
Agrégation des canaux
LTE : largeur de bande de 20 MHz maximum
LTE advanced : largeur de bande 5×20 MHz = 100 MHz maximum
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Technologies 4G
Antennes multiples
LTE : MIMO 2×2
LTE advanced : voie descendante DL MIMO 8×8, voie montante UL
MIMO 4×4
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Spécifications techniques du LTE (3GPP Release 8)
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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.
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Architecture UMTS et LTE
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Architecture LTE
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Services et applications fournis par LTE
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Transition 3G à 4G
UE
Gateway
WCDMA
Node B
ATM/IP
SWITCH
Packet
IPv4
RNC
MSC
3G Wireless
Infrastructure
Gateway
UE
ATM/IP
SWITCH
Node B
Packet
OFDMA
IPv6
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4G Wireless
Infrastructure
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Systèmes 4G - performances
UE
8U
Voice
10-15 U
15-40 U
3G
Parent
3G+
3.75G
Nano
25-50 U
100 U
Packet
Pico
WiMax
500 U
WiFi
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U=
bit/s/km2/Hz
4G
24

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