Guide rapide LTE

LTE signifie Long Term Evolution et a été lancé en tant que projet en 2004 par un organisme de télécommunication connu sous le nom de Third Generation Partnership Project (3GPP). SAE (System Architecture Evolution) est l'évolution correspondante de l'évolution du cœur de réseau de paquets GPRS / 3G. Le terme LTE est généralement utilisé pour représenter à la fois LTE et SAE.

LTE a évolué à partir d'un ancien système 3GPP connu sous le nom de système universel de télécommunications mobiles (UMTS), qui à son tour a évolué à partir du système mondial de communications mobiles (GSM). Même les spécifications connexes étaient officiellement connues sous le nom d'accès radio terrestre UMTS évolué (E-UTRA) et de réseau d'accès radio terrestre UMTS évolué (E-UTRAN). La première version de LTE a été documentée dans la version 8 des spécifications 3GPP.

Une augmentation rapide de l'utilisation des données mobiles et l'émergence de nouvelles applications telles que le MMOG (Multimedia Online Gaming), la TV mobile, le Web 2.0, les contenus en streaming ont motivé le projet de partenariat de 3e génération (3GPP) à travailler sur l'évolution à long terme (LTE) en route vers le mobile de quatrième génération.

L'objectif principal de LTE est de fournir un débit de données élevé, une faible latence et une technologie d'accès radio optimisée pour les paquets prenant en charge des déploiements de bande passante flexibles. En même temps, son architecture réseau a été conçue dans le but de prendre en charge le trafic à commutation de paquets avec une mobilité transparente et une grande qualité de service.

Évolution LTE

An	un événement
Mars 2000	Version 99 - UMTS / WCDMA
Mars 2002	Rel 5 - HSDPA
Mars 2005	Rel 6 - HSUPA
Année 2007	Rel 7 - DL MIMO, IMS (sous-système multimédia IP)
Novembre 2004	Début des travaux sur la spécification LTE
Janvier 2008	Spécifications finalisées et approuvées avec la version 8
2010	Premier déploiement ciblé

Faits sur LTE

LTE est la technologie qui succède non seulement à l'UMTS mais aussi à CDMA 2000.
Le LTE est important car il apportera une amélioration des performances jusqu'à 50 fois et une efficacité spectrale bien meilleure pour les réseaux cellulaires.
LTE introduit pour obtenir des débits de données plus élevés, une liaison descendante de 300 Mbps et une liaison montante de 75 Mbps. Dans une porteuse à 20 MHz, des débits de données supérieurs à 300 Mbps peuvent être atteints dans de très bonnes conditions de signal.
LTE est une technologie idéale pour prendre en charge des débits élevés pour les services tels que la voix sur IP (VOIP), le streaming multimédia, la vidéoconférence ou même un modem cellulaire haut débit.
LTE utilise à la fois le mode Duplex par répartition dans le temps (TDD) et Duplex par répartition en fréquence (FDD). Dans la transmission de liaison montante et descendante FDD, des fréquences différentes sont utilisées, tandis que dans la transmission TDD, la liaison montante et la liaison descendante utilisent la même porteuse et sont séparées dans le temps.
LTE prend en charge des largeurs de bande porteuses flexibles, de 1,4 MHz à 20 MHz, ainsi que FDD et TDD. LTE conçu avec une bande passante porteuse évolutive de 1,4 MHz à 20 MHz, dont la bande passante est utilisée dépend de la bande de fréquences et de la quantité de spectre disponible avec un opérateur de réseau.
Tous les appareils LTE doivent prendre en charge (MIMO) les transmissions à entrées multiples et sorties multiples, qui permettent à la station de base de transmettre simultanément plusieurs flux de données sur la même porteuse.
Toutes les interfaces entre les nœuds de réseau en LTE sont désormais basées sur IP, y compris la connexion de liaison avec les stations de base radio. Il s'agit d'une grande simplification par rapport aux technologies antérieures qui étaient initialement basées sur des liaisons E1 / T1, ATM et relais de trames, la plupart d'entre elles étant à bande étroite et coûteuses.
Le mécanisme de qualité de service (QoS) a été normalisé sur toutes les interfaces pour garantir que l'exigence des appels vocaux pour un délai et une bande passante constants peut toujours être satisfaite lorsque les limites de capacité sont atteintes.
Fonctionne avec les systèmes GSM / EDGE / UMTS utilisant le spectre 2G et 3G existant et le nouveau spectre. Prend en charge le transfert et l'itinérance vers les réseaux mobiles existants.

Avantages du LTE

High throughput:Des débits de données élevés peuvent être obtenus à la fois en liaison descendante et en liaison montante. Cela entraîne un débit élevé.
Low latency: Le temps nécessaire pour se connecter au réseau est de l'ordre de quelques centaines de millisecondes et les états d'économie d'énergie peuvent maintenant être entrés et sortis très rapidement.
FDD and TDD in the same platform: Frequency Division Duplex (FDD) et Time Division Duplex (TDD), les deux schémas peuvent être utilisés sur la même plate-forme.
Superior end-user experience:La signalisation optimisée pour l'établissement de la connexion et d'autres procédures d'interface aérienne et de gestion de la mobilité ont encore amélioré l'expérience utilisateur. Latence réduite (à 10 ms) pour une meilleure expérience utilisateur.
Seamless Connection: LTE prendra également en charge une connexion transparente aux réseaux existants tels que GSM, CDMA et WCDMA.
Plug and play:L'utilisateur n'a pas à installer manuellement les pilotes du périphérique. Au lieu de cela, le système reconnaît automatiquement le périphérique, charge de nouveaux pilotes pour le matériel si nécessaire et commence à travailler avec le périphérique nouvellement connecté.
Simple architecture: En raison de l'architecture simple, faibles dépenses d'exploitation (OPEX).

LTE - QoS

L'architecture LTE prend en charge hard QoS,avec une qualité de service de bout en bout et un débit binaire garanti (GBR) pour les supports radio. Tout comme Ethernet et Internet ont différents types de QoS, par exemple, différents niveaux de QoS peuvent être appliqués au trafic LTE pour différentes applications. Parce que le MAC LTE est entièrement programmé, QoS est un ajustement naturel.

Les supports EPS (Evolved Packet System) fournissent une correspondance individuelle avec les supports radio RLC et prennent en charge les modèles de flux de trafic (TFT). Il existe quatre types de supports EPS:

GBR Bearer ressources allouées en permanence par le contrôle d'admission
Non-GBR Bearer pas de contrôle d'admission
Dedicated Bearer associé à un TFT spécifique (GBR ou non-GBR)
Default Bearer Non GBR, catch-all pour le trafic non attribué

Cette section résume les paramètres de base du LTE:

Paramètres	La description
Gamme de fréquences	Bandes UMTS FDD et bandes TDD définies dans le tableau 5.5.1 (v860) 36.101, ci-dessous
Duplexage	FDD, TDD, FDD semi-duplex
Codage des canaux	Code turbo
Mobilité	350 km / h
Bande passante du canal (MHz)	1.4 3 5 10 15 20
Configuration de la bande passante de transmission NRB: (1 bloc de ressources = 180 kHz en 1 ms TTI)	6 15 25 50 75 100
Schémas de modulation	UL: QPSK, 16QAM, 64QAM (facultatif) DL: QPSK, 16QAM, 64QAM
Schémas d'accès multiples	UL: SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) prend en charge 50 Mbps + (spectre 20 MHz) DL: OFDM (accès multiple par division de fréquence orthogonale) prend en charge 100 Mbps + (spectre 20 MHz)
Technologie multi-antenne	UL: MIMO collaboratif multi-utilisateurs DL: TxAA, multiplexage spatial, CDD, matrice 4x4 max
Débit de données maximal en LTE	UL: 75 Mbps (bande passante 20 MHz) DL: 150 Mbps (UE catégorie 4, 2x2 MIMO, bande passante 20 MHz) DL: 300 Mbps (catégorie UE 5, MIMO 4x4, bande passante 20 MHz)
MIMO (Multiple Input Multiple Output)	UL: 1 x 2, 1 x 4 DL: 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4
Couverture	5 - 100 km avec une légère dégradation après 30 km
QoS	E2E QOS permettant la priorisation de différentes classes de service
Latence	Latence de l'utilisateur final <10 mS

Bandes de fonctionnement E-UTRA

Le tableau suivant pour les bandes de fonctionnement E-UTRA est extrait du tableau 5.5.1 de la Sepecification LTE 36.101 (v860):

L'architecture réseau de haut niveau de LTE comprend les trois composants principaux suivants:

L'équipement utilisateur (UE).
Le réseau d'accès radio terrestre UMTS évolué (E-UTRAN).
L'Evolved Packet Core (EPC).

Le noyau de paquets évolué communique avec des réseaux de données par paquets dans le monde extérieur tels qu'Internet, les réseaux d'entreprise privés ou le sous-système multimédia IP. Les interfaces entre les différentes parties du système sont notées Uu, S1 et SGi comme indiqué ci-dessous:

L'équipement utilisateur (UE)

L'architecture interne de l'équipement utilisateur pour LTE est identique à celle utilisée par l'UMTS et le GSM qui est en fait un équipement mobile (ME). L'équipement mobile comprend les modules importants suivants:

Mobile Termination (MT) : Cela gère toutes les fonctions de communication.
Terminal Equipment (TE) : Ceci met fin aux flux de données.
Universal Integrated Circuit Card (UICC): Ceci est également connu sous le nom de carte SIM pour les équipements LTE. Il exécute une application connue sous le nom de Universal Subscriber Identity Module (USIM).

UNE USIMstocke des données spécifiques à l'utilisateur très similaires à la carte SIM 3G. Cela conserve les informations sur le numéro de téléphone de l'utilisateur, l'identité du réseau domestique et les clés de sécurité, etc.

L'E-UTRAN (Le réseau d'accès)

L'architecture évoluée du réseau d'accès radio terrestre UMTS (E-UTRAN) a été illustrée ci-dessous.

L'E-UTRAN gère les communications radio entre le mobile et le noyau de paquets évolué et n'a qu'un seul composant, les stations de base évoluées, appelé eNodeB ou eNB. Chaque eNB est une station de base qui contrôle les mobiles dans une ou plusieurs cellules. La station de base qui communique avec un mobile est connue sous le nom d'eNB de desserte.

LTE Mobile communique avec une seule station de base et une cellule à la fois et les deux fonctions principales suivantes sont prises en charge par eNB:

L'eNB envoie et reçoit des transmissions radio vers tous les mobiles en utilisant les fonctions de traitement du signal analogique et numérique de l'interface radio LTE.
L'eNB contrôle le fonctionnement de bas niveau de tous ses mobiles, en leur envoyant des messages de signalisation tels que des commandes de transfert.

Chaque eNB se connecte à l'EPC au moyen de l'interface S1 et il peut également être connecté aux stations de base à proximité par l'interface X2, qui est principalement utilisée pour la signalisation et la transmission de paquets pendant le transfert intercellulaire.

Un eNB domestique (HeNB) est une station de base qui a été achetée par un utilisateur pour fournir une couverture femtocell dans la maison. Un eNB domestique appartient à un groupe fermé d'abonnés (CSG) et n'est accessible que par des mobiles avec un USIM qui appartient également au groupe fermé d'abonnés.

The Evolved Packet Core (EPC) (Le réseau central)

L'architecture d'Evolved Packet Core (EPC) a été illustrée ci-dessous. Il y a quelques autres composants qui n'ont pas été montrés dans le diagramme pour rester simple. Ces composants sont comme le système d'alerte aux tremblements de terre et aux tsunamis (ETWS), le registre d'identité de l'équipement (EIR) et la fonction de règles de contrôle et de facturation (PCRF).

Voici une brève description de chacun des composants présentés dans l'architecture ci-dessus:

Le composant Home Subscriber Server (HSS) a été repris de l'UMTS et du GSM et est une base de données centrale qui contient des informations sur tous les abonnés de l'opérateur de réseau.
La passerelle PDN (Packet Data Network) (P-GW) communique avec le monde extérieur, c'est-à-dire. Réseaux de données par paquets PDN, utilisant l'interface SGi. Chaque réseau de données par paquets est identifié par un nom de point d'accès (APN). La passerelle PDN a le même rôle que le nœud de support GPRS (GGSN) et le nœud de support GPRS de desserte (SGSN) avec UMTS et GSM.
La passerelle de desserte (S-GW) agit comme un routeur et transmet les données entre la station de base et la passerelle PDN.
L'entité de gestion de la mobilité (MME) contrôle le fonctionnement de haut niveau du mobile au moyen de messages de signalisation et d'un serveur d'abonné domestique (HSS).
La fonction de contrôle de politique et de règles de facturation (PCRF) est un composant qui n'est pas montré dans le diagramme ci-dessus, mais elle est responsable de la prise de décision de contrôle de politique, ainsi que du contrôle des fonctionnalités de facturation basées sur le flux dans la fonction d'application du contrôle de politique ( PCEF), qui réside dans le P-GW.

Répartition fonctionnelle entre l'E-UTRAN et l'EPC

Le diagramme suivant montre la répartition fonctionnelle entre l'E-UTRAN et l'EPC pour un réseau LTE:

2G / 3G contre LTE

Le tableau suivant compare divers éléments de réseau importants et protocoles de signalisation utilisés en 2G / 3G et LTE.

2G / 3G	LTE
GERAN et UTRAN	E-UTRAN
SGSN / PDSN-FA	S-GW
GGSN / PDSN-HA	PDN-GW
HLR / AAA	HSS
VLR	MME
SS7-MAP / ANSI-41 / RADIUS	Diamètre
DiamètreGTPc-v0 et v1	GTPc-v2
MIP	PMIP

Un réseau géré par un opérateur dans un pays est connu sous le nom de réseau mobile terrestre public (PLMN) et lorsqu'un utilisateur abonné utilise le PLMN de son opérateur, il est dit Home-PLMN mais l'itinérance permet aux utilisateurs de se déplacer en dehors de leur réseau domestique et d'utiliser les ressources. depuis le réseau d'un autre opérateur. Cet autre réseau s'appelle Visited-PLMN.

Un utilisateur itinérant est connecté aux E-UTRAN, MME et S-GW du réseau LTE visité. Cependant, LTE / SAE permet d'utiliser le P-GW du réseau visité ou du réseau domestique, comme indiqué ci-dessous:

Le P-GW du réseau domestique permet à l'utilisateur d'accéder aux services de l'opérateur domestique même dans un réseau visité. Un P-GW dans le réseau visité permet une "évasion locale" vers Internet dans le réseau visité.

L'interface entre les passerelles de desserte et PDN est connue sous le nom de S5 / S8. Cela a deux implémentations légèrement différentes, à savoir S5 si les deux appareils sont dans le même réseau, et S8 s'ils sont dans des réseaux différents. Pour les mobiles qui ne sont pas en itinérance, les passerelles de desserte et PDN peuvent être intégrées dans un seul appareil, de sorte que l'interface S5 / S8 disparaît complètement.

Charge d'itinérance LTE

La complexité des nouveaux mécanismes de tarification nécessaires pour prendre en charge l'itinérance 4G est beaucoup plus abondante que dans un environnement 3G. Quelques mots sur la tarification prépayée et post-payée pour l'itinérance LTE sont donnés ci-dessous:

Prepaid Charging- La norme CAMEL, qui permet des services prépayés en 3G, n'est pas prise en charge en LTE; par conséquent, les informations client prépayées doivent être acheminées vers le réseau domestique au lieu d'être traitées par le réseau visité local. En conséquence, les opérateurs doivent s'appuyer sur de nouveaux flux comptables pour accéder aux données clients prépayées, par exemple via leurs passerelles P dans les environnements IMS et non IMS ou via leur CSCF dans un environnement IMS.
Postpaid Charging- La tarification de l'utilisation des données postpayées fonctionne de la même manière en LTE qu'en 3G, en utilisant les versions TAP 3.11 ou 3.12. Avec la rupture locale des services IMS, TAP 3.12 est requis.

Les opérateurs n'ont pas le même niveau de visibilité sur les activités des abonnés que dans les scénarios de routage domestique en cas de scénarios de rupture locale, car les sessions de données d'abonné sont conservées dans le réseau visité; par conséquent, pour que l'opérateur domestique puisse capturer des informations en temps réel sur les clients prépayés et postpayés, il doit établir une interface Diameter entre les systèmes de facturation et la passerelle P du réseau visité.

En cas de rupture locale du scénario des services ims, le réseau visité crée des enregistrements de détail des appels (CDR) à partir de la (des) S-Gateway (s), cependant, ces CDR ne contiennent pas toutes les informations nécessaires pour créer une session ou une messagerie mobile TAP 3.12 enregistrement d'événement pour l'utilisation du service. En conséquence, les opérateurs doivent mettre en corrélation les CDR du réseau de données central avec les CDR IMS pour créer des enregistrements TAP.

Une zone de réseau LTE est divisée en trois types différents de zones géographiques expliquées ci-dessous:

SN	Zone et description
1	The MME pool areas Il s'agit d'une zone à travers laquelle le mobile peut se déplacer sans changer de service MME. Chaque zone de pool MME est contrôlée par un ou plusieurs MME sur le réseau.
2	The S-GW service areas Il s'agit d'une zone desservie par une ou plusieurs passerelles de desserte S-GW, à travers lesquelles le mobile peut se déplacer sans changement de passerelle de desserte.
3	The Tracking areas Les zones de pool MME et les zones de service S-GW sont toutes deux constituées d'unités plus petites et ne se chevauchant pas, appelées zones de suivi (TA). Ils sont similaires aux zones de localisation et de routage de l'UMTS et du GSM et seront utilisés pour suivre les emplacements des mobiles qui sont en mode veille.

Ainsi, un réseau LTE comprendra de nombreuses zones de pool MME, de nombreuses zones de service S-GW et de nombreuses zones de suivi.

Les ID de réseau

Le réseau lui-même sera identifié à l'aide de l'identité de réseau mobile terrestre public (PLMN-ID) qui aura un code de pays mobile (MCC) à trois chiffres et un code de réseau mobile (MNC) à deux ou trois chiffres. Par exemple, le code de pays mobile pour le Royaume-Uni est 234, tandis que le réseau britannique de Vodafone utilise un code de réseau mobile de 15.

Les identifiants MME

Chaque MME a trois identités principales. Un code MME (MMEC) identifie de manière unique le MME dans toutes les zones de la piscine. Un groupe de MME se voit attribuer une identité de groupe MME (MMEGI) qui fonctionne avec MMEC pour créer un identifiant MME (MMEI). Un MMEI identifie de manière unique le MME au sein d'un réseau particulier.

Si nous combinons PLMN-ID avec le MMEI, nous arrivons à un identifiant MME globalement unique (GUMMEI), qui identifie un MME n'importe où dans le monde:

Les ID de zone de suivi

Chaque zone de suivi a deux identités principales. Le code de zone de suivi (TAC) identifie une zone de suivi au sein d'un réseau particulier et si nous combinons cela avec le PLMN-ID, nous arrivons à une identité de zone de suivi unique à l'échelle mondiale (TAI).

Les identifiants de cellule

Chaque cellule du réseau a trois types d'identité. L'identité de cellule E-UTRAN (ECI) identifie une cellule dans un réseau particulier, tandis que l'identifiant global de cellule E-UTRAN (ECGI) identifie une cellule n'importe où dans le monde.

L'identité physique de la cellule, qui est un nombre de 0 à 503 et qui distingue une cellule de ses voisins immédiats.

L'ID d'équipement mobile

L'identité internationale d'équipement mobile (IMEI) est une identité unique pour l'équipement mobile et l'identité internationale d'abonné mobile (IMSI) est une identité unique pour l'UICC et l'USIM.

L'identité temporaire M d'abonné mobile (M-TMSI) identifie un mobile auprès de son MME de desserte. L'ajout du code MME dans M-TMSI résulte en une identité temporaire d'abonné mobile (S-TMSI), qui identifie le mobile dans une zone de pool MME.

Enfin, l'ajout de l'identité de groupe MME et de l'identité PLMN avec S-TMSI aboutit à l'identité temporaire globale unique (GUTI).

L'architecture du protocole radio pour LTE peut être séparée en control plane architecture et user plane architecture comme indiqué ci-dessous:

Du côté du plan utilisateur, l'application crée des paquets de données qui sont traités par des protocoles tels que TCP, UDP et IP, tandis que dans le plan de contrôle, le protocole de contrôle des ressources radio (RRC) écrit les messages de signalisation qui sont échangés entre la station de base et le mobile. Dans les deux cas, les informations sont traitées par le protocole de convergence de données par paquets (PDCP), le protocole de contrôle de liaison radio (RLC) et le protocole de contrôle d'accès au support (MAC), avant d'être transmises à la couche physique pour transmission.

Plan utilisateur

La pile de protocoles du plan utilisateur entre l'e-Node B et l'UE se compose des sous-couches suivantes:

PDCP (protocole de convergence de données par paquets)
RLC (contrôle de liaison radio)
Contrôle d'accès moyen (MAC)

Sur le plan utilisateur, les paquets du réseau central (EPC) sont encapsulés dans un protocole EPC spécifique et acheminés entre le P-GW et l'eNodeB. Différents protocoles de tunnellisation sont utilisés en fonction de l'interface. Le protocole GPRS Tunneling Protocol (GTP) est utilisé sur l'interface S1 entre l'eNodeB et S-GW et sur l'interface S5 / S8 entre le S-GW et le P-GW.

Les paquets reçus par une couche sont appelés unité de données de service (SDU) tandis que la sortie de paquet d'une couche est désignée par unité de données de protocole (PDU) et les paquets IP au niveau du flux du plan utilisateur des couches supérieures aux couches inférieures.

Avion de contrôle

Le plan de contrôle comprend en outre la couche de contrôle des ressources radio (RRC) qui est responsable de la configuration des couches inférieures.

Le plan de contrôle gère la fonctionnalité spécifique à la radio qui dépend de l'état de l'équipement utilisateur qui comprend deux états: inactif ou connecté.

Mode	La description
Tourner au ralenti	L'équipement utilisateur campe sur une cellule après un processus de sélection ou de resélection de cellule où des facteurs tels que la qualité de la liaison radio, l'état de la cellule et la technologie d'accès radio sont pris en compte. L'UE surveille également un canal de radiomessagerie pour détecter les appels entrants et acquérir des informations système. Dans ce mode, les protocoles du plan de contrôle incluent des procédures de sélection et de resélection de cellules.
Connecté	L'UE fournit à l'E-UTRAN la qualité du canal de liaison descendante et les informations de cellule voisine pour permettre à l'E-UTRAN de sélectionner la cellule la plus appropriée pour l'UE. Dans ce cas, le protocole du plan de contrôle inclut le protocole de contrôle de liaison radio (RRC).

La pile de protocoles pour le plan de contrôle entre l'UE et MME est illustrée ci-dessous. La région grise de la pile indique les protocoles de strate d'accès (AS). Les couches inférieures remplissent les mêmes fonctions que pour le plan utilisateur à l'exception qu'il n'y a pas de fonction de compression d'en-tête pour le plan de contrôle.

Examinons de près toutes les couches disponibles dans E-UTRAN Protocol Stack que nous avons vues dans le chapitre précédent. Vous trouverez ci-dessous un schéma plus détaillé de la pile de protocoles E-UTRAN:

Couche physique (couche 1)

La couche physique transporte toutes les informations des canaux de transport MAC sur l'interface radio. Prend en charge l'adaptation de liaison (AMC), le contrôle de puissance, la recherche de cellules (à des fins de synchronisation initiale et de transfert intercellulaire) et d'autres mesures (à l'intérieur du système LTE et entre les systèmes) pour la couche RRC.

Couche d'accès moyenne (MAC)

La couche MAC est responsable du mappage entre les canaux logiques et les canaux de transport, le multiplexage des SDU MAC d'un ou plusieurs canaux logiques sur des blocs de transport (TB) à livrer à la couche physique sur les canaux de transport, le multiplexage des SDU MAC à partir d'un ou plusieurs canaux des blocs de transport (TB) fournis par la couche physique sur les canaux de transport, rapport d'informations de planification, correction d'erreurs via HARQ, gestion des priorités entre les UE au moyen de la planification dynamique, gestion des priorités entre les canaux logiques d'un UE, hiérarchisation des canaux logiques.

Contrôle de liaison radio (RLC)

RLC fonctionne selon 3 modes de fonctionnement: le mode transparent (TM), le mode non acquitté (UM) et le mode acquitté (AM).

La couche RLC est responsable du transfert des PDU de la couche supérieure, de la correction des erreurs via ARQ (uniquement pour le transfert de données AM), de la concaténation, de la segmentation et du réassemblage des SDU RLC (uniquement pour le transfert de données UM et AM).

RLC est également responsable de la re-segmentation des PDU de données RLC (uniquement pour le transfert de données AM), de la réorganisation des PDU de données RLC (uniquement pour le transfert de données UM et AM), de la détection des doublons (uniquement pour le transfert de données UM et AM), de la suppression de RLC SDU (Uniquement pour le transfert de données UM et AM), le rétablissement du RLC et la détection d'erreur de protocole (Uniquement pour le transfert de données AM).

Contrôle des ressources radio (RRC)

Les principaux services et fonctions de la sous-couche RRC comprennent la diffusion d'informations système liées à la strate de non-accès (NAS), la diffusion d'informations système liées à la strate d'accès (AS), la radiomessagerie, l'établissement, la maintenance et la libération d'une connexion RRC entre les fonctions de sécurité UE et E-UTRAN, y compris la gestion des clés, l'établissement, la configuration, la maintenance et la libération des supports radio point à point.

Contrôle de convergence des données par paquets (PDCP)

La couche PDCP est responsable de la compression de l'en-tête et de la décompression des données IP, du transfert des données (plan utilisateur ou plan de contrôle), de la maintenance des numéros de séquence PDCP (SN), de la livraison en séquence des PDU de la couche supérieure lors du rétablissement des couches inférieures, du duplicata élimination des SDU de couche inférieure lors du rétablissement des couches inférieures pour les supports radio mappés sur RLC AM, chiffrement et déchiffrement des données du plan utilisateur et des données du plan de contrôle, protection de l'intégrité et vérification de l'intégrité des données du plan de contrôle, rejet basé sur la minuterie, rejet des doublons, PDCP est utilisé pour les SRB et DRB mappés sur des canaux logiques de type DCCH et DTCH.

Protocoles NAS (Non Access Stratum)

Les protocoles de strate de non-accès (NAS) forment la strate la plus élevée du plan de contrôle entre l'équipement utilisateur (UE) et MME.

Les protocoles NAS prennent en charge la mobilité de l'UE et les procédures de gestion de session pour établir et maintenir la connectivité IP entre l'UE et un PDN GW.

Vous trouverez ci-dessous un digramme logique des couches du protocole E-UTRAN avec une représentation du flux de données à travers différentes couches:

Les paquets reçus par une couche sont appelés unité de données de service (SDU) tandis que la sortie de paquet d'une couche est désignée par unité de données de protocole (PDU). Voyons le flux de données de haut en bas:

La couche IP soumet les SDU PDCP (paquets IP) à la couche PDCP. La couche PDCP effectue la compression d'en-tête et ajoute l'en-tête PDCP à ces SDU PDCP. La couche PDCP soumet les PDU PDCP (SDU RLC) à la couche RLC.

PDCP Header Compression: PDCP supprime l'en-tête IP (minimum 20 octets) de PDU et ajoute un jeton de 1 à 4 octets. Ce qui permet de réaliser d'énormes économies sur la quantité d'en-tête qui, autrement, devrait passer par les airs.
La couche RLC effectue la segmentation de ces SDUS pour créer les PDU RLC. RLC ajoute un en-tête basé sur le mode de fonctionnement RLC. RLC soumet ces PDU RLC (MAC SDU) à la couche MAC.

RLC Segmentation: Si une SDU RLC est grande, ou si le débit de données radio disponible est faible (ce qui entraîne de petits blocs de transport), la SDU RLC peut être divisée en plusieurs PDU RLC. Si la SDU RLC est petite ou si le débit de données radio disponible est élevé, plusieurs SDU RLC peuvent être regroupées dans une seule PDU.
La couche MAC ajoute un en-tête et effectue un remplissage pour s'adapter à ce SDU MAC dans TTI. La couche MAC soumet la MAC PDU à la couche physique pour la transmettre sur les canaux physiques.
Le canal physique transmet ces données dans les intervalles de sous-trame.

Les flux d'informations entre les différents protocoles sont appelés canaux et signaux. LTE utilise plusieurs types différents de canaux logiques, de transport et physiques, qui se distinguent par le type d'informations qu'ils transportent et par la manière dont les informations sont traitées.

Logical Channels : Définir whattype des informations sont transmises par voie hertzienne, par exemple les canaux de trafic, les canaux de contrôle, la diffusion du système, etc. Les données et les messages de signalisation sont acheminés sur des canaux logiques entre les protocoles RLC et MAC.
Transport Channels : Définir howisquelque chose transmis par voie hertzienne, par exemple qu'est-ce que le codage, les options d'entrelacement utilisées pour transmettre des données. Les données et les messages de signalisation sont transportés sur des canaux de transport entre le MAC et la couche physique.
Physical Channels : Définir whereisquelque chose transmis par voie hertzienne, par exemple les N premiers symboles de la trame DL. Les données et les messages de signalisation sont acheminés sur des canaux physiques entre les différents niveaux de la couche physique.

Canaux logiques

Les canaux logiques définissent le type de données transférées. Ces canaux définissent les services de transfert de données offerts par la couche MAC. Les données et les messages de signalisation sont transportés sur des canaux logiques entre les protocoles RLC et MAC.

Les canaux logiques peuvent être divisés en canaux de contrôle et canaux de trafic. Le canal de contrôle peut être un canal commun ou un canal dédié. Un canal commun signifie commun à tous les utilisateurs d'une cellule (point à multipoint) tandis que les canaux dédiés signifie que les canaux ne peuvent être utilisés que par un seul utilisateur (point à point).

Les canaux logiques se distinguent par les informations qu'ils véhiculent et peuvent être classés de deux manières. Premièrement, les canaux de trafic logiques transportent des données dans le plan utilisateur, tandis que les canaux de commande logiques transportent des messages de signalisation dans le plan de commande. Le tableau suivant répertorie les canaux logiques utilisés par LTE:

Nom du canal	Acronyme	Canal de contrôle	Canal de trafic
Canal de contrôle de diffusion	BCCH	X
Canal de contrôle de pagination	PCCH	X
Canal de contrôle commun	CCCH	X
Canal de contrôle dédié	DCCH	X
Canal de contrôle de multidiffusion	MCCH	X
Canal de trafic dédié	DTCH		X
Canal de trafic multicast	MTCH		X

Canaux de transport

Les canaux de transport définissent comment et avec quel type de caractéristiques les données sont transférées par la couche physique. Les données et les messages de signalisation sont transportés sur des canaux de transport entre le MAC et la couche physique.

Les canaux de transport se distinguent par la manière dont le processeur de canal de transport les manipule. Le tableau suivant répertorie les canaux de transport utilisés par LTE:

Nom du canal	Acronyme	Liaison descendante	Liaison montante
Canal de diffusion	BCH	X
Canal partagé de liaison descendante	DL-SCH	X
Canal de pagination	PCH	X
Canal de multidiffusion	MCH	X
Canal partagé de liaison montante	UL-SCH		X
Canal d'accès aléatoire	RACH		X

Canaux physiques

Les données et les messages de signalisation sont acheminés sur des canaux physiques entre les différents niveaux de la couche physique et sont donc divisés en deux parties:

Canaux de données physiques
Canaux de contrôle physique

Canaux de données physiques

Les canaux de données physiques se distinguent par la manière dont le processeur de canal physique les manipule, et par la manière dont ils sont mappés sur les symboles et sous-porteuses utilisés par le multiplexage orthogonal par répartition en fréquence (OFDMA). Le tableau suivant répertorie lesphysical data channels qui sont utilisés par LTE:

Nom du canal	Acronyme	Liaison descendante	Liaison montante
Canal partagé de liaison descendante physique	PDSCH	X
Canal de diffusion physique	PBCH	X
Canal de multidiffusion physique	PMCH	X
Canal partagé de liaison montante physique	POUSSER		X
Canal d'accès aléatoire physique	PRACH		X

le transport channelLe processeur compose plusieurs types d'informations de contrôle, pour prendre en charge le fonctionnement de bas niveau de la couche physique. Ceux-ci sont répertoriés dans le tableau ci-dessous:

Nom de domaine	Acronyme	Liaison descendante	Liaison montante
Informations de contrôle de liaison descendante	DCI	X
Indicateur de format de contrôle	CFI	X
Indicateur ARQ hybride	SALUT	X
Informations de contrôle de liaison montante	UCI		X

Canaux de contrôle physique

Le processeur de canal de transport crée également des informations de commande qui prennent en charge le fonctionnement de bas niveau de la couche physique et envoie ces informations au processeur de canal physique sous la forme de canaux de commande physiques.

Les informations voyagent aussi loin que le processeur de canal de transport dans le récepteur, mais sont complètement invisibles aux couches supérieures. De même, le processeur de canal physique crée des signaux physiques, qui prennent en charge les aspects de niveau le plus bas du système.

Les canaux de contrôle physique sont répertoriés dans le tableau ci-dessous:

Nom du canal	Acronyme	Liaison descendante	Liaison montante
Canal d'indicateur de format de contrôle physique	PCFICH	X
Canal d'indicateur ARQ hybride physique	PHICH	X
Canal de contrôle de liaison descendante physique	PDCCH	X
Canal de contrôle de liaison descendante physique de relais	R-PDCCH	X
Canal de contrôle de liaison montante physique	POCHER		X

La station de base transmet également deux autres signaux physiques, qui aident le mobile à acquérir la station de base après sa première mise sous tension. Ceux-ci sont connus sous le nom de signal de synchronisation primaire (PSS) et de signal de synchronisation secondaire (SSS).

Pour surmonter l'effet du problème d'évanouissement multi-trajet disponible dans UMTS, LTE utilise le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) pour la liaison descendante - c'est-à-dire de la station de base au terminal pour transmettre les données sur de nombreuses carrières à bande étroite de 180 kHz chacune à la place. d'étaler un signal sur toute la bande passante de carrière de 5 MHz, c.-à-d. OFDM utilise un grand nombre de sous-porteuses étroites pour la transmission multi-porteuse pour transporter des données.

Le multiplexage orthogonal par répartition en fréquence (OFDM) est un schéma de multiplexage par répartition en fréquence (FDM) utilisé comme méthode de modulation numérique multi-porteuse.

OFDM répond à l'exigence LTE en matière de flexibilité du spectre et permet des solutions rentables pour des porteuses très larges avec des débits de pointe élevés. La ressource physique de liaison descendante LTE de base peut être considérée comme une grille temps-fréquence, comme illustré dans la figure ci-dessous:

Les symboles OFDM sont regroupés en blocs de ressources. Les blocs de ressources ont une taille totale de 180 kHz dans le domaine fréquentiel et de 0,5 ms dans le domaine temporel. Chaque intervalle de temps de transmission (TTI) de 1 ms se compose de deux créneaux (Tslot).

Chaque utilisateur se voit attribuer un certain nombre de blocs dits ressources dans la grille temps.fréquence. Plus un utilisateur obtient de blocs de ressources et plus la modulation utilisée dans les éléments de ressources est élevée, plus le débit binaire est élevé. Les blocs de ressources et le nombre que l'utilisateur obtient à un moment donné dépendent de mécanismes de planification avancés dans les dimensions de fréquence et de temps.

Les mécanismes de planification dans LTE sont similaires à ceux utilisés dans HSPA et permettent des performances optimales pour différents services dans différents environnements radio.

Avantages de l'OFDM

Le principal avantage de l'OFDM par rapport aux schémas à porteuse unique est sa capacité à faire face à des conditions de canal sévères (par exemple, atténuation des hautes fréquences dans un long fil de cuivre, interférences à bande étroite et évanouissements sélectifs en fréquence dus aux trajets multiples) sans filtres d'égalisation complexes.
L'égalisation de canal est simplifiée car l'OFDM peut être considéré comme utilisant de nombreux signaux à bande étroite à modulation lente plutôt qu'un signal à large bande à modulation rapide.
Le faible débit de symboles rend l'utilisation d'un intervalle de garde entre symboles abordable, ce qui permet d'éliminer les interférences entre symboles (ISI).
Ce mécanisme facilite également la conception de réseaux à fréquence unique (SFN), dans lesquels plusieurs émetteurs adjacents envoient le même signal simultanément à la même fréquence, car les signaux de plusieurs émetteurs distants peuvent être combinés de manière constructive, plutôt que d'interférer comme cela se produirait généralement dans un système traditionnel. système à un seul transporteur.

Inconvénients de l'OFDM

Rapport pic / moyenne élevé
Sensible au décalage de fréquence, donc également au décalage Doppler

Technologie SC-FDMA

LTE utilise une version pré-codée d'OFDM appelée Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) dans la liaison montante. Ceci pour compenser un inconvénient de l'OFDM normal, qui a un rapport de puissance crête / moyenne (PAPR) très élevé.

Un PAPR élevé nécessite des amplificateurs de puissance coûteux et inefficaces avec des exigences élevées en matière de linéarité, ce qui augmente le coût du terminal et draine la batterie plus rapidement.

SC-FDMA résout ce problème en regroupant les blocs de ressources de manière à réduire le besoin de linéarité, et donc la consommation d'énergie, dans l'amplificateur de puissance. Un PAPR faible améliore également la couverture et les performances de bord de cellule.

Terme	La description
3GPP	Projet de partenariat de 3e génération
3GPP2	Projet de partenariat de 3e génération 2
ARIB	Association des industries et entreprises de la radio
ATIS	Alliance pour les solutions de l'industrie des télécommunications
AWS	Services sans fil avancés
CAPEX	Dépenses en capital
CCSA	Association chinoise de normalisation des communications
CDMA	accès multiple au code de division
CDMA2000	Accès multiple par division de code 2000
touche	Diffusion audio numérique
DSL	Ligne d'abonné numérique
DVB	Diffusion vidéo numérique
eHSPA	Accès aux paquets à grande vitesse évolué
ETSI	Institut européen des normes de télécommunications
FDD	Duplex à division de fréquence
FWT	Terminal sans fil fixe
GSM	Système mondial de communication mobile
HSPA	Accès aux paquets haute vitesse
HSS	Serveur d'abonné domestique
IEEE	Institut d'ingénieurs en électricité et électronique
IPTV	Télévision sur protocole Internet
LTE	évolution à long terme
MBMS	Service de multidiffusion de diffusion multimédia
MIMO	Entrée multiple Sortie multiple
MME	Entité de gestion de la mobilité
NGMN	Réseaux mobiles de nouvelle génération
OFDM	Orthogonal Frequency Division Multiplexing
OPEX	Dépense opérationnelle
PAPR	Rapport de puissance crête à moyenne
PCI	Interconnexion de composants périphériques
PCRF	Fonction de règles de police et de facturation
PDSN	Nœud de service de données par paquets
PS	Paquet commuté
QoS	Qualité de service
RAN	Réseau d'accès radio
SAE	Évolution de l'architecture du système
SC-FDMA	Accès multiple par division de fréquence à porteuse unique
SGSN	Servir le nœud de support GPRS
TDD	Duplex par répartition dans le temps
TTA	Association des technologies des télécommunications
TTC	Comité des technologies des télécommunications
TTI	Intervalle de temps de transmission
UTRA	Accès radio terrestre universel
UTRAN	Réseau d'accès radio terrestre universel
WCDMA	Accès multiple par division de code à large bande
WLAN	Réseau local sans fil

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