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Evolutions vers la 4G

Neila EL HENI

neila.elheni@lip6.fr

neila.elheni@green-communications.fr

Sommaire

� Migration vers la 4G

� LTE

� Motivations

� Avancées techniques

� Architecture

� Déploiement

� La 4G

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Migration vers la 4G

Global Evolution Trends

– 3G Evolution

– 802.11n, Gigabit WLAN

– Broadband wireless Access

Path 1

Path 2

Path 3

High

(250 Km/h~)

Medium

(Vehicular)

Low

(Nomadic)

14.4 Kbps 144 Kbps 384 Kbps ~ 50 Mbps ~100 Mbps ~

OFDMA/LTE

1995 2000 2005 2010

4G

Standard

1G

2G

3G Ev.

GSM

AMPS

W-CDMA/HSDPACDMA2000/Ev-DV/DO

3G++3G

�Wireless Transmission

�100 Mbps (high mobility)

�1Gbps(Fixed, Nomadic)

�Heterogeneous IW

�Cost-effective

�High capacity

�Larger coverage

WLAN

802.11a/b

WLAN

802.11n

1

3

IMT-

Advanced

4G

2

WiBro

802.16e

802.16 a/d

802.16m

Voice

Multimedia

New Life Style

Data Rate

Mobility

IS-41

3

WLAN

802.11vht

LTE-A

Réseaux cellulaires mobiles : Générations

� 1G NMT (Nordisk Mobil Telefoni), AMPS (Advanced Mobile Phone System) : analogique

� 2G GSM (Global System for Mobile Communications) : numérique, commutation de

circuit (CS)

� 2,5G GPRS (General Packet Radio Service) : numérique, commutation de paquet (PS)

� 2,9G Edge (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) : numérique, PS, modulation

rapide

� 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) : transmission large bande

sur 5 MHz au lieu de 200 Khz avec la 2G : débit de 2 Mbps

� 3,5G HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) : débit de 14 Mbps sur 5 MHz

� 3,7G HSPA Dual Carrier – débit de 28 Mbps sur 5 MHz

� 3,9G LTE (Long Term Evolution) débit supérieur à 100 Mbps sur 20 MHz

� 4G LTE-A (LTE-Advanced): débit de 1Gbps sur 100 MHz

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Pourquoi LTE

� La 3G/3G+ arrive à saturation

� Tsunami vidéo (Youtube)• 86.000 heures de vidéo téléchargées chaque jour

• Plus de 4 milliards vues vidéo par jour

� LTE augmente le débit et la capacité pour les services IP

� Nouveau spectre

� Pas de “killer application” pour l’adoption du LTE

� Internet/ FTP

� Video/audio streaming, TV

� Services temps réels : jeux en ligne, VoIP

� Complément des solutions de cloud computing

� Alléger les services de retransmission vidéo (de caméras de surveillance)

� Une meilleure qualité des communications en forte mobilité

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Spécifications techniques du LTE

� Débit max descendant

� 300 Mbps

� Débit ascendant max : 75 Mbits/s

� Bande passante jusqu’à 20 MHz

� Modulation jusqu’à 64-QAM

� Antennes MIMO (Multiple Input Multiple Output)

� Large gamme de fréquences définie par ITU-R (International Telecommunication

Union-Radio)

� Taille de cellules variable (jusqu’à 100 kms)

� 200 clients actifs par cellule

� Latence faible de 20 ms vs 50-60ms for HSPA+

� Uniquement le mode unicast dans la Rel 8, le broadcast est introduit dans la

Rel10

� Support des duplexages FDD et TDD

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Coûts de déploiement du LTE

� Nouvelle architecture de réseau

� Nouvel accès radio avec un seul type d’équipement : Stations de base évoluées

(eNodeB)

� Nouveau coeur de réseau (Evolved Packet Core)

� Interfaces ouvertes et mécanismes efficaces de configuration et de maintenance

� Est-ce plus rentable de faire des mises à jour logicielles des équipements

2G/3G existants ou d’investir dans des nouveaux équipements LTE?

� Interopérabilité avec les systèmes existants

� Premiers déploiements de LTE avec couverture partielle et handovers avec les

systèmes existants

� Nouvelles bandes de fréquences

� Complexité de terminaux

� Low-cost et batterie de longue durée de vie

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105 réseaux commerciaux LTE

� Octobre 2012 : rapport du GSA (Global mobile Suppliers Association)

� Le rapport confirme� 105 réseaux commercialisés dans 48 pays

� >17 millions abonnés LTE pour Q1 2012 (64% en Amérique du nord)

� 159 réseaux prévus à la fin de 2012

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Quel spectre pour le déploiement du LTE

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Bandes définies par 3GPP [36.101]

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Attribution des fréquences des 2.6 GHz (bande 7)

� Après avoir validé les dossiers des 4 opérateurs et révélé lesmontants consentis, dont la somme atteint 936 millions d'euros,l'Autorité officialise leur position sur le spectre de 2.6 GHz

� Free Mobile pourra, de droit, bénéficier de l’itinérance dans labande 800 MHz dès lors que son réseau à 2,6 GHz aura atteintune couverture de 25 % de la population

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(228 011 012€) (271 000 000 €)(287 118 501 €)(150 000 000 €)

Attribution des fréquences des 800 MHz (bande 20)

� Des licences sont attribuées (Janv. 2012) à Bouygues Telecom, Orange France

et SFR dans la bande 800 MHz.

� Défi : interférences avec la TNT

(ARCEP Dec2011) 12

Déploiement Orange

� Premier déploiement à Marseille � Fait avec des équipements fournis par Alcatel Lucent. Ce déploiement utilise la bande de

fréquence des 2,6 GHz

� Equipements

• Tablette Galaxy Tab 8,9’’ 4G mis à disposition d’une partie des testeurs

• Clé 4G E392 de Huawei

• Domino 4G E589 de Huawei : capte le signal 4G et le rediffuse en WiFi

• Boitier fourni par la Société Aviwest et permettant la retransmission de la Sosh Freestyle Cup en 4G

� Services testés

• Télé HD en mobilité

• Cloud Gaming 4G

• Accès fluide et immédiat à l’ensemble des outils professionnels sur le cloud depuis n’importe quel lieu

� Commercialisation prévue à partir de début 2013

� Orange vise une couverture de 50% de la population en 4G pour la mi- 2014,

et compte investir environ 500 M€ par an sur ses infrastructures mobiles. Les

prochaines grandes villes couvertes devraient être, après Marseille, Lyon et

Nantes.

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Déploiement Bouygues Telecom

� Premier déploiement à Lyon et commercialisation à partir de 2013� Equipements fournis par Ericsson, déploiement ne concerne que la bande des 2,6 GHz. Celle

des 800 MHz pas encore utilisé à cause des perturbations occasionnées avec la TNT

� Plus de 200 personnes retenues pour les tests :100 clients du grand public (tirés au sort sur 6.000 inscrits), 20 professionnels en télécom, 50 autres entreprises, 50 collaborateurs de Bouygues à Lyon et une cinquantaine de VIP : blogueurs, journalistes, etc

� Uniquement services data� Téléchargement rapide, jeux en réseau, surf, streaming HD, etc. Les débits proposés sont

limités pour le moment à une vitesse de 100 Mbps

� Equipements prêtés � Hotspot Mobile ZTE MF91D

� Samsung Galaxy Tab 8,9 LTE

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LTE : architecture

� Accès : Evolved-UTRAN• Suppression du RNC - architecture plate

• Interface X2 (support de mobilité)

• Pas de domaine CS

� Cœur : SAE (System Architecture

Evolution)

• SAE est le nom du projet, le réseau

s’appelle EPC (Evolved Packet Core)

• MME : plan de contrôle

• S-GW : plan de données

• Architecture IP multi-accès (3GPP et des

non-3GPP)

• Architecture IP multi-accès (3GPP et des

non-3GPP)

� eNodeB : evolved Node B

� MME (Mobility Management Entity)

� S-GW (Serving Gateway)

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X2

X2

LTE : e-UTRAN

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• Interface X2

• support de mobilité, gestion d’interférence

• Domaine PS uniquement

• OFDMA au lieu du CDMA

• HARQ

Du CDMA 3G à l’OFDMA LTE

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Fré

qu

en

ces

S= s1.c1+s2.c2+s3.c3

1

23

s1= S. c1

s2= S. c2

s3= S. c3

Temps

c1

c2

c3

Temps

OFDMA

Fré

qu

en

ces

VoIP

streamingHTTP

Du CDMA 3G à l’OFDMA LTE

Un bloc de ressource est de longueur 0,5 ms et

contient 12 sous-porteuses (15 Hz/porteuse)

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- 19-- 19-

Ordonnancement de paquet

Entrées

- Etat du canal de chaque usager

- Contraintes QoS applications

- Profil abonné (catégorie, itinérence)

Sorties

- Choix d’usager à servir en premier

- Choix de débit

Ordonnanceur

VoIP

Vidéo streaming

FTP

HTTP

VoIP

Serveur

CQI1

CQI2

CQI3

CQI4

Objectifs de l’ordonnancement- Optimiser la capacité, le débit, les performances au bord de la cellule, l’équité, les délais

CQI Channel Quality Indicator

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HARQ

� Hybrid Automatic Repeat reQuest

� Stockage d’une transmission erronée & combinaison avec la (les) retransmission(s)

� Gain en SNR

� Versions

� Algorithme de Chase : retransmissions identiques à la transmission originale

� Redondance incrémentale : retransmission avec redondance supplémentaire

P1.1 P2.1P1.2

P1.1

P1.2

P1.1

+

NACK

ACK

Soft combining

Pi,j : Transmission j du paquet i

Multi-antennes

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LTE LTE-A

IMS

IP Multimedia Sub-system

3GPP Rel. 5-6

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23

� Séparation de la signalisation et de la partie média

Signalisation/média

RTP Real-Time Transport Protocol

IMS/SIP

IMS : exemples de services

• Echange de fichiers pendant un appel

• Service de présence

• Un usager peut créer une règle qui le montre connecté après 20:00 et rejette tous

les appels en provenance d’un appelant de son groupe professionnel.

• Un usager peut couper lorsque ses collègues professionnels appellent et les

rediriger vers une page Web spécifique présentant l'hôtel où il passe ses vacances

• Un usager peut activer la sonnerie au niveau de tous ses appareils en fonction de

l’appelant

• Messagerie instantanée et vidéo conférence

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Mobilité et nouveaux services: SIP & IMS, convergence

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Voix : scénarios

1. Solution All VoIP� VoIP sur LTE

� VoIP dans UMTS

� Sollicitation de l’IMS (IP-Multimedia Subsystem)

2. Solution hybride ou VOLGA (Voice Over LTE via Generic Access)

� VoIP sous la couverture de LTE

� Voix CS dans 3G/GERAN

� Equivalent à l’UMA (Unlicenced Mobile Access)

3. CS Fallback

� Voix CS partout (LTE, 3G, GERAN)

� Transfert ‘classique’ de la voix : NB-RNC-MSC/VLR

� (+) : fiabilité du service

� (-) : ne profite pas des latences/débits LTE

� (-) : pas de fonctionnalités avancées pour la voix (présence, messagerie..)

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LTE-A

Long Term Evolution- Advanced

3GPP Rel. 10

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LTE-A : la 4G

� Amélioration de LTE (Release 8)

� Meilleure couverture, capacité, latence, vitesse de transmission

� Largeur de bande jusqu’à 100 MHz

� Antennes intelligentes

� Nouvelles fonctionnalités avancées

� SON (Self Organization Networks)

� CA (Carrier aggregation)

� Radio cognitive

� CoMP (Coordinated Multipoint Transmission)

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OFDMA

Beamforming

MIMO

CA

H-ARQ

QoSTout-IP

AMC

CoMP

SON

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Antennes plus avancées

� MIMO avancé avec Multi MIMO

� Smart antennas ou AAS (adaptative antenna systems) : les faisceaux sont

dirigés vers les utilisateurs : ceci nécessite la connaissance de leur positions

via des systèmes de géolocalisation• Puissance dynamique

• Direction dynamique

• Fréquence dynamique

Release 8 LTE maximum number of

antenna ports and spatial layers

LTE-Advanced maximum number of

antenna ports and spatial layers

CA (Carrier Aggregation) : Scénarios

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SON (Self Optimizing Network)

� Self configuration : fonctionnement P&P• Découverte de voisins, allocation de cell_ID, chargement automatique de software

� Self optimization : ajustement automatique de paramètres de transmission• Amélioration de la couverture et de la capacité

� Self healing : reprise automatique suite aux problèmes• Détection et correction des ‘ping-pong’

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