Extrait du module de Formation LTE 4G – part 4

Voici le dernier article extrait du module de formation réalisé pour détailler la couche physique du LTE et principalement la formule de Shannon et le calcul de puissance.

Capacité : Formule de Shannon

Nous allons maintenant déduire de cette étude sur la couche physique, l’impact au niveau du calcul de Shannon appliqué au LTE.

C = FB log2(1 + SNR)

 C, la capacité est proportionnelle à la bande B, et dépend du rapport Signal à Bruit SNR de la communication. Le facteur F est un facteur de pondération qui prend en compte la durée du temps de garde mais aussi, du nombre de symboles de contrôle par RB.

Avec Nsc=12, le nombre de sous porteuses et Ns, le nombre de symboles OFDM par sous trame (une sous trame à une durée de 1ms). Or, nous savons qu’il y a 6 ou 7 symboles par slot, un slot étant une demi sous trame. Donc Ns=12 ou 14 (axe vertical).

Mais, dans un Ressource Block, il y a donc Nsc*Ns/2 symboles dont 4 symboles (RE) réservés au CRS  (Cell Reference Signal). Donc le nombre de symboles utiles pour la transmission sont proportionnelles à la formule de Shannon à un facteur (Nsc.Ns/2-4)/Nsc.Ns/2

Pour plus d’information, lisez l’article suivant

http://mirror.transact.net.au/pub/sourceforge/n/project/ns/ns3-lte/HARQ/Documents/State%20of%20the%20Art/Articles/phylayer_simu.pdf

Ouverture du réseau 4G chez Bouygues

Mardi 1er octobre, Bouygues ouvre son réseau sur la bande des 1800 MHz. Qu’en est il de la couverture de ce réseau à ce jour?

Il y a quelques mois, Bouygues annoncait un taux de couverture de 40% de la population, mais il s’avère que le réseau actuel est prêt pour 63% de la population. Orange et SFR seront à 40% et 35% respectivement d’ici la fin de l’année.

Voici la carte de couverture annoncée ce 1er octobre par Bouygues (cf : site de Bouygues Télécom) :

carte_4G_bouygues_petite

Le PDG de Bouygues Télécom, M Olivier Roussat annonce l’offensive après une longue période d’observation sur le nouvel entrant Free, et propose la création de 200 emplois de conseiller pour l’ouverture du réseau. Quant à la formation de ces employés, je leur propose de consulter le mooc à l’adresse suivante http://mooc-ipad-formation.eu  même si la téléphonie mobile n’est pas encore traitée, elle le sera prochainement.

Nous avions évoqué dans un précédent article certains services mis en place poar Bouygues (OTT), annoncant donc une bataille entre les opérateurs non seulement sur la couverture mais aussi sur les services (principalement liés à l’aspect téléphonie et synchronisation avec d’autres supports et des services télé-visuels).

Extrait du module de Formation LTE 4G – part 2

cet article est la suite d’un premier descriptif issu d’un module de formation sur la 4G. Pour accéder au premier article, cliquez ici.

Dans cet article, nous allons nous intéresser au préfixe cyclique.

CP : Cyclic Prefix 

Comme indiqué précédemment, le découpage en sous bande simplifie l’égalisation du signal reçu, un autre point plus délicat à comprendre est l’utilisation de la redondance cyclique à l’émission pour réduire la complexité  des terminaux grâce à l’utilisation d’algorithmes à base de FFT. Une FFT est une transformée de Fourier rapide (Fast Fourier Transform) et qui nécessite d’avoir un nombre d’échantillon égale à une puissance de 2 (2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, …). Nous retrouverons cette notion sur la couche physique du LTE, retenez ce point.

Le Prefixe Cyclique (CP) est une technique qui consiste à insérer une copie d’un bloc d’information à transmettre en amont de la trame. Plus clairement, il s’agit de récupérer une partie des informations à transmettre et d’insérer ces informations en début de trame.

En règle générale, il est nécessaire d’avoir une longueur du préfixe supérieur à la longueur du canal. Pour simplifier, prenez le phénomène d’écho, supposons l’écho vous revient au bout d’1 seconde, dans ce cas, il faudrait une longueur supérieure à 1 s afin de garantir qu’entre le 1er mot transmis et le deuxième, le premier mot avec écho soit arrivé au destinataire avant le 2ème mot.

Le CP joue le rôle de Buffer dans le cas d’une transmission dite à  multi-trajets (plusieurs échos), comme représenté sur la figure ci-dessous, afin d’éliminer l’interférence entre symboles (ISI)

Reprenons l’exemple avec 3 échos et avec rajout d’un préfixe. Le signal reçu est tronqué afin de supprimer les préfixes. L’écho apporte un retard entre le premier signal reçu et le 3ème. Je vais donc entendre 3 fois le mot échos avec des retards entre le premier, le deuxième et le 3ème écho.

Supposons que je souhaite transmettre les deux mots 1234567 puis 891234, je transmets d’abord 1234567 sans CP

Je transmets donc

1234567891

123456789

12345678

Je tronque [ ], je reçois donc un mélange des deux mots

xx [             ]

12[3456789]

  1[2345678]

xx [1234567]

Supposons que je souhaite transmettre les deux mots 1234567 puis 891234, je transmets d’abord 1234567 avec  CP 567

Je transmets donc

5671234567891

5671234567891

5671234567567891

Je tronque, je reçois donc un mélange des deux mots

567[1234567]891

   5[6712345]7891

     [5671234]67891

Je reçois maintenant 3 fois la même séquence, qui est le mot d’origine non pollué (interféré) avec le deuxième mot à transmettre. Comme de plus, chaque chiffre est transmis sur des porteuses multiples les unes des autres, je reçois trois fois la même séquence à une modulation fréquentielle près. Évidemment, l’inconvénient est l’émission d’une séquence redondante (plus de puissance à transmettre), et il faut respecter à ce que la longueur du CP soit plus importante que les multi-trajets

La chaîne complète est donc la suivante

Extrait du module de Formation LTE 4G

Bonjour

dans mes modules de formation 4G, je détaille la couche physique et je développe une formule permettant de calculer la capacité théorique du canal en appliquant la formule de Shannon, et appliqué à la 4G.

Je vous propose de vous livrer un chapitre de mon cours, à travers 3 articles pour aboutir à la formulation de la capacité du canal en 4G.

Cet article étant le premier, je vais revenir sur l’OFDM, principe déjà traité dans ce blog.

Principe de l’OFDM

Deux points critiques (parmi tant d’autres) pour les télécommunications sont la synchronisation et l’adaptation au canal de propagation. Dans le cadre d’une transmission mobile, le canal de propagation varie fortement (cf. canaux sélectifs en fréquence et en temps, article Pourquoi-la-4g-utilise-lofdma)

Lorsqu’un canal est sélectif en fréquence, l’atténuation varie d’une bande de fréquence à une autre. Imaginer un égaliseur audio (cf. audacity ou equalify) qui modifie les sons dans les aigus et les graves, il en est de même pour le signal reçu au niveau de l’équipement radio. Pour illustrer cela sur un extrait audio, je vous propose de modifier des séquences audios via Audacity.

Parmi les techniques de compensation (on parle plutôt d’égalisation), l’utilisation de modulations multi-porteuses sont plus simple à mettre en place car, comme dans le cas des égaliseurs audios, l’équipement ne modifie (amplifie) qu’une bande faible de signal. Le signal OFDM (imaginé en 1960) consiste à transmettre une information binaire (une suite de bits, c’est-à-dire des symboles) sur des porteuses différentes, autrement sur des fréquences différentes (la aussi, on peut imaginer le concept avec la radio FM, imaginez qu’une radio diffuse non plus sur une seule fréquence, mais sur plusieurs fréquences).

Le spectre ainsi obtenu est un ensemble de modulation sur des porteuses équi-réparties. Le spectre est représenté sur la figure ci-dessous.

C’est avec l’avènement et la maitrise des composants programmable que l’OFDM a connu un véritable essor. En effet, cette modulation est maitrisée et rapidement réalisée via un composant électronique dédié, nommé DSP. La technique utilisée est la fameuse transformée de Fourier. Nous représentons le synoptique de la chaîne OFDM et l’outil mathématique en jaune permettant de réaliser cette fonction OFDM.

Cette méthode (OFDM et réalisation pratique) est déjà utilisée dans différents standards sans fils (IEEE802.11a, WiMAX, LTE, DVB).

Comme on peut le constater sur les figures précédentes, le principe consiste à sérialiser les informations à transmettre sur N sous porteuses.

Imaginons devoir transmettre une information dont le débit est de 1024000 symboles par secondes. Le spectre du signal est donc étendu sur une bande de 2*1024000 Hz (sans filtrage).

Si l’on sérialise sur 1024 porteuses, nous allons transmettre 1000 symboles par seconde par porteuses, le spectre par porteuse est donc de 2*1000 Hz (sans filtrage). Il suffit donc de transmettre chacune des porteuses avec un écart de 1000 Hz pour avoir une transmission OFDM.

Nous traiterons dans le prochain article du préfixe cyclique.

Accès à mes formations – LMS/MOOC

Accès à mes formations.

Après la migration de mon LMS en version Dokeos 2.2, j’ai eu la surprise de constater que la création de cours n’est plus opérationnelle. Je suis en train de discuter avec mon hébergeur, car certains attributs du PHP ne sont pas modifiables : la plate-forme LMS est sur un serveur mutualisé et sans possibilité de modifier certains attributs via le .htaccess.

Qu’importe, j’avais en tête depuis quelques semaines de déposer mes cours sur une plate-forme MOOC. A ce titre, à partir d’aujourd’hui le projet Open-Source EdX est disponible.

Je vais prendre le temps de la réflexion, n’hésitez pas à partager vos impressions, l’objectif à terme est d’avoir un accès libre à des formations sur :

  1. Le réseau cellulaire : De la 2G à la 4G
  2. Le réseau NGN vers l’IMS
  3. La VoIP : Infrastructure du réseau d’entreprise
  4. Asterisk et interconnection avec d’autres IPBX

Les prochains cours seront disponibles en septembre, en m’appuyant soit sur la plate-forme Dokeos (http://ipad-formation.eu) après avoir résolu les problèmes de création de cours, soit sur une autre plate-forme que je mettrais en place cet été, soit sur une plate-forme acceptant d’accueillir mes cours.

Logiciel de Simulation LTE-SIM

Panorama des logiciels

Dans le cadre de mes travaux de recherche, je souhaite m’appuyer sur des simulateurs permettant de prendre en compte à la fois la couche physique, mais aussi les couches supérieures (notamment la cross-layer MAC-RLC) et la couche applicative (QoS en fonction des services).

Il existe différents logiciels, certains payants (4G-Lab), d’autres non commerciaux (GPL). Un travail réalisé par des étudiants en Master 2 -M2 – IMMT parcours TMR à l’Université de Poitiers (SFA) ont travaillé sur le logiciel LTE-SIM (Politecnico) pour définir :

Au final, mes thématiques de recherche concernant la couche ordonnancement et gestion de puissance nécessite une modification de codes sources du programme. De plus, des limitations en terme d’interconnexion avec d’autres programmes sous Matlab me contraind d’abandonner ce logiciel.

Mais, nous souhaitions diffuser le travail réalisé, et je remercie les étudiants qui ont mené cette étude. Il est à noter que le logiciel est dorénavant en version 5 mais l’étude reste d’actualité.

Une formation est proposée pour comprendre le fonctionnement de ce logiciel vis-à-vis de la norme. Si vous êtes intéressés, contactez moi.

Du LTE vers le LTE-B

Du LTE au LTE-B

Les offres commerciales sur la 4G vous permettent de bénéficier d’un débit crête de 100 Mbps, mais à terme c’est 1Gbps puis 3Gbps qui est visé.

Les opérateurs mettent en place les équipements actifs pour la 4G, à savoir :

  • Des antennes avec un contrôleur imbriqué, il s’agit des eNb. Celles-ci sont raccordées au réseau de l’opérateur via la fibre optique, ce qui permettra de faire passer au moins du 100 Mbps et dans quelques années pouvoir faire passer plusieurs Gbps de données. (jusqu’à 40 Gbps).  La liaison est réalisée en Gigabit Ethernet, il faut se rappeler que la 4G est un réseau tout IP (de bout en bout).
  • Le coeur réseau est composé de deux parties séparées :
    • Signalisation
      • Gère la mobilité des abonnées, le rattachement des abonnés sur le réseau. Il s’agit du MME
      • Une base de données permettant entre autre d’authentifier l’abonné, de consulter l’abonnement des abonnés, de chiffrer les communications. Il s’agit du HSS
      • Une politique de tarification, qui permet de gérer l’accès au réseau de données (PDN) en fonction du forfait de l’abonnée. Il s’agit du PCRF.
    • Transport :
      • Un équivalent de la borne d’accès WiFI pour les mobiles. Il s’agit d’un point d’ancrage nommé S-GW, lequel est le point de contact d’un mobile (UE) sur le réseau de l’opérateur et à travers lequel tous les paquets de données seront transmis.
      • Une passerelle nommée P-GW pour passer sur un réseau de données (PDN) non mobile ou d’un réseau mobile d’un autre opérateur. Pour le PDN, il oeut s’agir d’un réseau WAP, MMS, IP, IMS.

Cette infrastructure concerant le coeur réseau se veut pérenne pour les 10 années à venir. Il faudra éventuellement re-dimensionner certains S-GW pour s’adapter à l’augmentation de trafic, mais la création de pool et de lien MME-SGW permet àl’opérateur de pouvoir s’adapter au nombre de sessions simultanées et équilibrer la charge totale de tous les utilisateurs à un instant donnée. Le MME devra aussi être mise à jour logiciellement, mais pas de nouvel équipement à acheter pour le coeur réseau.

 

Les évolutions ne porteront donc que sur les eNb. Ceux-ci devront s’adapter aux améliorations propsosées par les normes (Release 10 à Release 12) pour permettre une augmentation du débit. L’antenne communique avec  votre mobile, chaque nouvelle norme imposera une amélioration de votre mobile. Les abonnées devront donc choisir le dernier portable pour atteindre les performances désirées.

 

Les performances et comment y parvenir

Le débit est proportionnel à la bande de signal utilisé pour une communication. Plus la bande est importante, plus le débit sera élevé. Aujourd’hui le LTE (4G) exploite une bande de 20 MHz. Via des techniques de modulation (64 QAM), le débit pourra atteindre 100 Mbps.

En 3G, SFR communique sur le DC-HSPA (Dual Cell), permettant d’améliorer le débit par 2 en utilisant 2 porteuses. Pour le LTE-Advanced (nommé LTE-A), se principe sera repris jusqu’à 5 porteuses (Agrégation de porteuses). La bande sera donc de 100 MHz. Pour atteindre un débit de 1 Gbps, la communication se fera sur plusieurs antennes en même temps. Il s’agit du MIMO. La norme prévoit jusqu’à 8 mini-antennes en émission et réception.

Un prochain article décrira plus en détail la partie radio, et illustrera cela par des figures.

De nouvelles améliorations sont proposées pour le LTE-B, mais nous y reviendrons aussi dans un prochain article.

 

 

 

Sud Radio – A l’antenne le 4 avril

Je remercie Cyril Briolet, animateur de Sud Radio, de m’avoir demandé d’intervenir quelques minutes dans son émission pour parler de la 4G (http://www.sudradio.fr/190/sud-radio-c-est-vous/) dans l’émission du 4 avril.

Merci aussi et surtout à tous ceux qui suivent mon blog.

Aujourd’hui, j’étais sur Paris en qualité de formateur 4G auprès de l’entreprise IT-LOGIQ. Je réalise des formations auprès de salariés (DIF, …), sur les réseaux cellulaires, l’IMS et la VoIP.

A bientôt