LTE-Advanced (4G+) sera prochainement commercialisé

LTE-Advanced

Le LTE-Advanced, dénommé aussi LTE-A, a été défini dans la R10 (démarré en octobre 2009) et prévoyait une augmentation du débit en utilisant plusieurs porteuses (agrégation de porteuses). En 2013, les équipementiers expérimentaient les premiers smartphones (cf article S4-LTE-A) et depuis quelques mois les opérateurs Français (notamment Bouygues, Orange et Free) expérimente le LTE-A.

L’idée à déjà été exploitée en 3G avec la dénomination Dual Carrier et s’appuie sur le fait que le débit dépend de la bande de fréquence utilisée : Plus la bande est importante, plus le débit est élevé.

Concernant le LTE, celui-ci exploite une bande de 20 MHz au maximum ce qui permet d’avoir un débit de 150 Mbit/s. En agrégeant 5 porteuses, la bande totale atteint 100 MHz, le débit peut donc être 5 fois plus élevé. En augmentant le nombre d’antennes (MIMO) au niveau de l’émetteur et du récepteur et en améliorant la modulation radio (jusqu’à 256 QAM) lorsque les conditions radios sont excellentes (smartphone proche de l’antenne), le débit peut dépasser le Gbps.

Le LTE-A est défini pour atteindre des débits descendants de 1 Gbps. Son successeur, Le LTE-B, selon Huawei pourrait atteindre plusieurs dizaines de Gbps.

Figure 1

Expérimentation en France de la 4G+

En février, Bouygues dégainait en annonçant le réseau 4G sur Bordeaux et Lyon à partir de Juin 2014 en profitant du re-farming pour avoir la bande suffisante. Orange répliquait en annonçant l’expérimentation du LTE-A sur Bordeaux (pour un débit de 300 Mbps et une bande de 2*20 MHz).

Pour profiter du LTE-A, il faudra un nouvel abonnement (en augmentant la volumétrie de votre abonnement) mais également un smartphone compatible (évolution logicielle)

Free a utilisé un drone pour expérimenter la couverture en 4G+. Cela rappelle l’expérimentation Globalstar et Iridium avec des satellites en basses altitudes (LEO), enfin lisez bien la note du bas d’article (et regardez la date de publication).

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Après ce coup de buzz de ZDnet (qui publie de très bons articles), retenez l’arrivée de la 4G+ pour Bouygues et Orange en Juin 2014, et SFR à partir de septembre.

S4-LTE Advanced en préparation

LTE-Advanced

Dans un précédent article, je présentais les différentes évolutions attendues ces prochaines années pour accroitre le débit. Le LTE-Advanced, en exploitant une bande de 100 MHz (agrégation de canaux) permettra d’atteindre un débit de 1 Gbps, s’approchant ainsi des performances de la Fibre Optique.

On apprend depuis peu que Samsung s’est lancé dans la fabrication du premier terminal S4-LTE-A. On peut supposer la sortie de l’appareil pour février 2014 à Barcelone (les plus optimistes espèrent la sortie en fin 2013).

Les principales évolutions concernent encore le débit, mais l’évolution de la norme propose aussi des fonctionnements optimum dans un environnement multi-radios (WiFI, SuperWiFi, 2G, 3G), et des améliorations sur la couverture par l’ajout de relais;

Au niveau du réseau de l’opérateur, les évolutions concernentle Gigabit Ethernet synchrone dans le backhaul de l’opérateur.Je rappelle que l’architecture dorsale du réseau IP s’appuye sur un réseau SDH, né de la commutation de circuit. SDH étant un système de transport Synchrone (Synchronous Digital Hierarchy), mais la comutation de circuit n’est pas optimal pour la DATA, raison pour laquelle le réseau éthernet replacer le transport SDH.

Revenons sur le smartphone 4G LTE-A, l’annonce montre que Samsung est à la pointe en terme de smartphone, mais le marché est il prêt?

En France, on peut espérer le LTE-A en 2015, mais au Japon (NTT DoCoMo) , les premières antennes devraient être installées en 2014.

Etonnament, en décembre 2012 et Mai 2013, c’est aussi NTT DoCoMo et Samsung qui ont fait le buzz en annoncant la 5G sur la fréquence de 11 GHz ou 28 GHz.

Je n’ai pas relayé l’information, car la première difficulté à résoudre est la portée des ondes à cette fréquence, et que le choix de la fréquence ne fait pas une norme;

Par contre, pour ceux qui aimeraient savoir quelles évolutions peuvent être annoncees pour la norme 5G, je vous propose de vous intéresser à la modulation multi-porteuses FBMC, au réseau Ad’Hoc (le mobile permettant de relayer le signal et dans ce cas l’idée d’un fonctionnement à 11 GHz ou 28 Ghz est plus réaliste), au codage conjoint (et s’intéresser aussi à la norme HEVC pour la vidéo permettant de réduire le débit de la transmission vidéo en conservant une bonne qualité QoE), à la radio-cognitive, et au relais.

Ce sont des pistes, à suivre …

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.