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Protocole RRC

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Hérité de la 3G, le protocole RRC permet à l’UE et à l'(e)Nb d’échanger de la signalisation (messages RRC).

Au cours de l’article Protocoles NAS et Protocoles AS, je vous avais présenté le concept d’accès au réseau (NAS et AS). Dans cet article, j’avais présenté le  NAS (Non Access Stratum). Comme son nom l’indique les fonctionnalités du NAS sont indépendantes de la couches d’accès, donc de l’accès radio et par conséquent le NAS permet l’échange d’information de signalisation entre l’UE et le MME.

Le NAS a pour rôle de permettre :

  • l’enregistrement de l’UE au réseau
  • l’authentification de l’UE
  • la mise à jour de la localisation
  • la gestion des appels.

Cf. article  Protocoles NAS et Protocoles AS « La couche NAS a deux rôles essentiels (figure 2): »

  • Gestion des sessions (et des appels pour la 3G)
  • Gestion de la mobilité.

En fait, les protocoles EMM, ECM et ESM sont des protocoles de signalisation de la couche NAS, cela concerne l’UE et le MME.

lte_control_plane_RRC

L’AS regroupe les protocoles de signalisation propre au réseau d’accès (Access Stratum) c’est à dire entre l’UE-eNb et eNb-MME, eNb-SGW pour la 4G.

L’AS est transporté par les messages RRC sur l’interface LTE-Uu. Même si le NAS est indépendant de la couche d’accès, il est néanmoins transporté par la couche radio dans le cadre du LTE. Ainsi, le NAS est transporté par le protocole RRC (interface LTE-Uu) et le protocole S1-AP (interface SA-MME).

lte_protocol_layers

A titre d’exemple, pour l’EMM les messages ATTACH/DETACH REQUEST, TAU sont encapsulés dans le message RRC Connection Setup Complete, tout comme le SERVICE REQUEST de l’ECM (se référer à al’article correspondant : ECM – EPS Connection Management)

Pour la 3G, il faut rajouter le RNC comme le montre la figure ci-dessous

asnas3G

Le protocole RRC a pour but est de transférer les informations de signalisation entre l’UE et la station de base, nous allons pouvoir maintenant étudier les messages d’accès au réseau et de gestion d’appels, ainsi que les call flow dans les articles à venir.

Commentaires : Bien différencier les protocoles et les interfaces. L’interface S1-MME et le protocole S1-AP.

Technologie de transport de la voix en 4G : CSFB (part 2)

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Gestion de la mobilité entre le réeau 2G/3G et LTE

Comme nous l’avons entrevu dans le précédent article, un réseau doit en permanence savoir localiser un mobile afin de fournir les services à l’ayant droit. La procédure de localisation se nomme « Mobility Management », c’est-à-dire Gestion de la mobilité.

Pour terminer un appel via la fonction CS Fallback, le domain CS doit connaitre la position du mobile en se référant à la localisation fournie par le réseau LTE, c’est-à-dire en se basant sur l’aire d’enregistrement du mobile indiquée par le MME. Le MME a donc la charge d’informer la VLR de la zone de localisation du mobile sur le réseau 4G.

Le cœur de réseau 3G possède déjà la fonction permettant de gérer simultanément la mobilité sur le réseau en commutation de circuit (CS) et en commutation de paquets(PS), chaque mobile étant géré sur une zone nommée LA (Location Area) pour la partie CS et RA (Routage Area) pour la partie PS.

Afin de réduire le trafic de signalisation sur les réseaux mobiles 2G/3G et 4G, l’enregistrement de localisation du mobile sur le réseau SGSN par la VLR est ré-utilisé par la technologie CS FallBack : Concernant les informations de localisation du mobile sur le réseau 4G (TA : Tracking Area), le MSC/VLR exploite donc la même logique que pour le réseau PS en 3G, c’est-à-dire la VLR demande les données d’enregistrement du mobile sur le réseau 4G et les exploite de manière identiques aux données d’enregistrement de localisation fournies par les requêtes venant du SGSN.

 DoCoMo_MME1_database

Cela permet d’une part d’éviter une mise à jour trop fastidieuse des MSC pour prendre en compte les requêtes de localisation sur le réseau 4G pour la voix.

Il faut également se rappeler qu’un terminal sur le réseau 4G ne peut être sur le réseau 2G/3G en même temps. Ceci implique que le MME, qui contient la zone d’enregistrement du mobile sur le réseau LTE (TA) doit être en mesure d’identifier vers quel VLR il doit envoyer ses messages de gestion de mobilité. Le MME contient donc une base de données de localisation permettant d’avoir la correspondance entre la zone de localisation du réseau 4G (TA) avec la zone de localisation du mobile sur la VLR (LA). Cette base de données permet donc de déterminer quel MSC/VLR doit être contacté pour l’enregistrement de la localisation du mobile.

La figure 2 détaille l’échange d’information entre le MME et la VLR : La VLR a identifié le MME sur lequel était géré le mobile et le MME connait la VLR et le LA associé à la position du mobile si ce dernier est sur le réseau 3G CS. A l’inverse, la VLR connait l’équipement MME associé.

 

DoCoMo_MME_database

Figure 2 : Mise à jour des données de localization sur la VLR et le MME

 

Si nous reprenons la figure précédente, le call flow est le suivant :

  1. L’UE envoie une requête Tracking Area Update (TAU) vers le MME indiquant la position actuelle (TA) du mobile
  2. Le MME accomplie la mise à jour de la position du mobile vers le HSS via une procédure Location Update
  3. Le MME exploite la base de correspondance TA/LA pour identifier d’une part la zone de localisation LA du mobile correspondant au réseau de CS 2G/3G et la VLR correspondant, c’est-à-dire celui qui gère cette zone (LA). Via l’interface SGs, le MME envoie une requête LAU (Location Area Update) au MSC/VLR avec la valeur du LA correspondante.
  4. La VLR qui reçoit la demande de mise à jour de localisation enregistre la correspondance de l’identité du MME ayant fait la requête de mise à jour (comme c’est le cas avec le SGSN) et l’identité unique du mobile (IMSI). Cela permet au VLR de savoir sur quel MME (comme c’est le cas avec le SGSN) le UE est actuellement connecté, ce qui est nécessaire pour un appel à destination d’un mobile connecté sur le réseau 4G.
  5. La VLR lance une procédure d’enregistrement vers le HSS permettant à ce dernier de savoir sur quel VLR est maintenant enregistré le UE, et informe le MME du numéro TMSI affecté au mobile (Temporary Mobile Subscriber Identity).
  6. Le MME informe le mobile de son identité TMSI et de sa localisation LA.

Gestion de l’itinérance (Part 2) : la mobilité des UE

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Part 2 : Gestion de la mobilité

II-1) – La signalisation


Le réseau GSM et 3G s’appuie sur l’architecture traditionnelle de la téléphonie commuté et exploite le protocole de signalisation SS7 (cf. http://mooc-ipad-formation.eu).
Ainsi, la gestion de la mobilité, la gestion de la localisation et de l’authentification étaient pris en charge par le protocole MAP (Mobile Application Part).

Ce protocole décrit les messages transmis entre les différents équipements du réseau de l’opérateur Home (HPLMN) et l’opérateur visité (VPLMN). Lors d’une première phase de migration vers l’IP, la signalisation SS7 initialement transportée sur des liens traditionnels TDM comme le E1/T1 est dorénavant encapsulée sur l’IP via le protocole SIGTRAN.

Mais, le réseau LTE n’utilise pas le protocole de signalisation SS7 : Diameter a été préféré et remplace le protocole MAP en supportant toutes ses fonctionnalités.

Le protocole DIAMETER a été adapté pour le LTE afin de gérer la gestion de mobilité des UE au sein du LTE mais le protocole doit également assurer l’interconnexion entre le LTE et les réseaux 2G/3G (DIAMETER to MAP). Pour échanger des données de signalisation, DIAMETER utilise des AVPs (Attribute Variable Pair) afin d’encapsuler les données en provenance d’applications reconnues.

Sur le tableau suivant, en guise d’exemple, nous donnons la traduction des messages MAP/DIAMETER.

diameter_map

II-2) L’architecture du réseau LTE

Pour comprendre la gestion de la mobilité sur le réseau LTE, il est nécessaire de revenir sur l’architecture du réseau en insistant (en rouge) sur la partie roaming (cf. article précédent).

LTE_roamingLes interfaces en rouges sont exploitées lors du roaming, nous allons les détailler pour plus de clarté :

  • Gestion de la mobilité :

L’interface S6a permet de transférer des données d’authentification et de localisation entre le MME et le HSS via Diameter afin d’autoriser ou non l’accès d’un utilisateur au réseau LTE.
En général, l’authentification est réalisée en respectant le protocole AAA lequel réalise trois fonctions : l’authentification, l’autorisation, et la traçabilité (en anglais : Authentication, Authorization, Accounting/Auditing)
L’interface S6d autorise les échanges d’informations relatives au protocole AAA entre le SGSN et HSS sur (over) DIAMETER.

  • Policy Control and Charging

L’interface S9 transfère la politique de contrôle de la QoS et les informations de taxation entre le HPCRF (Home Policy and Charging Rules Functionality) et le PCRF (Policy and Charging Rules Function) du V-PLMN toujours sur Diameter (cf. architecture SAE/LTE)
Le PCRF supervise les flux sur le réseau LTE : Il peut détecter les types de flux et de services (DPI : Deep packet Inspector) et met en relation la taxation adaptée (abonnement, calendrier) sur ce type de flux.

  • GTP Traffic

Le flux de données est transporté via un tunnel entre le SGW et le PGW sur l’interface S8. On retrouve le même fonctionnement en 2G et 3G, entre le SGSN et le GGSN.

II-3) Mise à jour de la localisation

Lorsqu’un utilisateur authentifié est en déplacement, le premier message reçu par le cœur de réseau est un message de Mise à Jour de la localisation (Location Update), quel que soit le protocole MAP ou DIAMETER utilisé.

Cependant, dans le cas

  • GSM MAP; le message ISD (Insert Subscriber Data) transporte le profil complet de l’abonné et si l’information complète ne peut être transmise dans un seul message ISD, le V_PLMN demande la transmission des informations complémentaires via d’autres messages ISD.

En 2G/3G, le protocole INAP/CAMEL est utilisé chaque fois qu’un utilisateur est en itinérance sur un autre réseau. LTE ne supporte pas le protocole CAMEL, il n’existe pas de traduction de message INAP vers le protocole DIAMETER

  • Pour DIAMETER, le LUA (Location Update Answer) transporte le profil de l’abonné. Ainsi, le DIAMETER ISD n’est utilisé que lorsque le H-PLMN demande un changement dans le profil de l’abonné.

Sur les figures ci-dessous, nous illustrons la partie Location Update via le protocole MAP (figure de gauche) et via le protocole Diameter (figure de droite)

Loc_Update_MAP_Diameter

II-4) Contrôle de la politique de QoS et facturation en temps réel

Dans le précédent article, nous avions vu deux techniques de routage de trafic, soit via le P-GW du réseau visité (Local Breakout) soit via le P-GW du réseau home (Home Routing).

Dans le premier cas, il est nécessaire de définir un accord pour échanger les informations de contrôle d’appel via l’interface Gy entre les deux PLMN. Ainsi, le PDN du V-PLMN peut interagir directement avec le système de tarification (charging system) du H-PLMN.

II-4.1) Home Routing

Basons-nous sur l’architecture du LTE, en focalisant notre attention sur les équipements impliqués lors du roaming. Sur la figure suivante, le V-PCRF communique avec le H-PCRF via l’interface S9 mais la facturation en temps réel (Real Time Charging) n’est pas transmise sur l’interface S9, mais via l’interface Gy selon le protocole DIAMETER RFC 3588.

Chaging_system_HPLMN

Concernant le roaming 2G/3G vers la 4G (on parle de roaming INTER-RAT), il faut savoir que le PCEF n’est pas pris en charge sur le réseau 2G/3G, ce qui pose un souci de QoS lors d’un roaming inter-RAT. En effet, dans le cas du réseau 2G ou 3G, le GGSN était dédié aux données et la QoS était spécifiée par la création d’un PDP context, la téléphonie était géré par le MSC, les SMS par le SMSC, et les services avancés par CAMEL.

II-4.2) Local Breakout

La procédure est légèrement différente, puisque c’est le PCEF du réseau visité qui transmet les informations de facturation en temps réel au H-PLMN. Les mêmes interfaces que précédemment sont utilisées.

Chaging_system_PLMNs

Gratuité de l’itinérance (Part 1): Bouygues dégaine en premier

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Architecture du Roaming LTE

En début d’année, les opérateurs (Free, suivi de Bouygues puis Orange) avaient annoncé la gratuité du Roaming (itinérance) sur l’ensemble de l’Europe ou dans certains pays (Italie, Portugal pour Free), et/ou réservé à quelques abonnements. Ainsi, par exemple Bouygues avait annoncé le 22 janvier l’itinérance gratuite en Europe sur ses forfaits Sensation à partir du 24 février.

Nous allons montrer dans cet article comment la gratuité peut être effective sur le réseau 4G. Mais, comme l’objectif de toute entreprise, c’est de gagner de l’argent, nous aborderons donc dans cet article la partie facturation (billing) et le chargement d’information de tarification sur le type de service (charging).

Dans un premier temps, il faut revenir sur le concept de routage pour la LTE, le fonctionnement du LTE se diffère à ce niveau par rapport à la téléphonie 2G/3G. En effet, il existe deux méthodes de routage, le Home Routing et le Local breakout. A chaque méthode est associée des processus de tarification qui différent par conséquent par rapport à la 2G et 3G).

Nous allons donc naturellement commencer cet article par l’architecture de Roaming du LTE

I-1) Roaming LTE

Un réseau mobile déployé par un opérateur dans un pays se nomme PLMN (Public Land Mobile Network). Chaque utilisateur ayant souscrit à un opérateur utilise de préférence le réseau de cet opérateur, on parle de H-PLMN (Home PLMN). L’itinérance (roaming) permet à cet utilisateur de se déplacer en dehors du réseau de son opérateur et d’utiliser les ressources d’un autre opérateur (concurrent ou complémentaire). Cet opérateur est appelé V-PLMN (Visited PLMN).

Un utilisateur en itinérance est connecté à l’interface E-UTRAN, au MME et au S-GW du réseau LTE visité. Cependant le LTE/SAE permet de router les paquets vers un P-GW lequel appartient soit au réseau de l’opérateur visité (V-PLMN) soit à celui de son propre opérateur (H-PLMN), comme le montre la figure ci-dessous.

roaming

L’avantage du Home Routing est la capacité d’accéder aux services souscrits chez son opérateur (H-PLMN) même si le client (abonné) est sur un réseau visité. Le P-GW dans le réseau visité permet à l’abonné un accès local (Local Breakout) au réseau Internet via le réseau de l’opérateur visité.

L’interface entre le S-GW (Serving Gateway) et la passerelle P-GW permettant d’accéder au réseau de données (PDN : Packet Data Networks) est nommée S5 dans le cas du Local Breakout ou S8 pour le Home Routing.

I-2) LTE roaming Charging

La complexité des nouveaux modèles de taxations pour supporter l’itinérance en 4G sont plus nombreux que pour la 3G

  • Les cartes Pré-payées. Le standard CAMEL, qui permet l’accès par pré-payement aux services 3G n’est pas compatible avec la 4G. Ains, les accès au réseau PDN par des utilsateurs de cartes pré-payées doivent être obligatoirement routées vers le H-PLMN et ne peuvent donc pas être routés via le V-PLMN. Les opérateurs doivent donc mettre en place un flux de taxation spécialement dédié au clients de carte prépayé afin que ces derniers puissent accéder au PDN via leur P-GW
  • Les forfaits : La facturation s’appuie sur les mêmes tickets que le 3G.

Dans le cas de Local breakout, les opérateurs n’ont pas la même visibilité sur les activités des abonnés puisque la connexion de l’abonnée est gérée par le V-PLMN. Cependant, afin que l’opérateur Home puisse avoir des informations en temps réels (nécessaire entre autre pour les forfaits bloqués), il doit établir une interface DIAMETER entre son système de facturation et le P-GW du réseau visité.

Dans le cas d’un Local Breakout sur des services IMS, le réseau visité crée un CDR (Call Detail Records ) en provenance du S-GWS-Gateway(s). Cependant le CDR ne contient pas toutes les informations requises pour créer un TAP selon la version 3.12 pour le service utilisé (évènement ou session). En conséquence de quoi, les opérateurs doivent corréler les CDRs émis par leur proper réseau avec le CDR crée par l’IMS pour constituer un enregistrement TAP.

I-3) TAP 3.12

TAP : Transferred Account Procedure est le mécanisme permettant aux opérateurs d’échanger des informations de facturations des clients en roaming. TAP 3.12 correspond à la version 12 et la release 3, laquelle décrit la syntaxe des fichiers TAP transmis entre les opérateurs depuis le 1er mai 2013.

tap

Le TAP est transmis au HPLMN au plus tard 36 heures après la fin de la session.

Extrait du module de Formation LTE 4G – part 4

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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

Bouygues souhaite récupérer les abonnées des autres opérateurs

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Il y a quelques mois, nous avions assisté à une plainte des Australiens contre Apple pour publicité mensongère : Les iphones dit 4G (iphone5) n’étaient pas compatible en Australie, se référer à l’article suivant : http://blogs.univ-poitiers.fr/f-launay/tag/apple/

Toutes personnes qui possèdent un iphone 5 ne peut donc pas se connecter sur le réseau 4G en France puisque les fréquences ne sont pas compatibles. Mais, à partir du 1er octobre, Bouygues ouvre son réseau sur la bande de 1800 MHz (Refarming).

D’ailleurs, le PDG de Bouygues Telecom, Olivier Roussat, fait un appel du pied à tous les possesseurs d’Iphone5 via  Twitter en publiant le messagesuivant  « Bienvenue à tous les detenteurs d’Iphone5. ».Je vais twitter à M Roussat mes cours sur la 4G et lui proposer mon catalogue de formation 🙂

Orange et SFR vont ils lancer rapidement leur réseau sur la bande de 1800 MHz? Ils devront le faire quoiqu’il en soit, car pour préparer le LTE-A, il est nécessaire d’avoir plus de bande de fréquence que celles autorisées sur le 2600 MHz et 800 MHz.

Quant à Free, la course à la 4G n’est que le début car le LTE-A qui promet en débit de 1Gbps nécessite 100 MHz de bande, soit 5 fois plus de bande que celle actuellement acquise par l’opérateur.

 

 

 

RSRP et RSRQ 1ère partie : Mesure de la qualité du signal radio et de la puissance reçue réalisée au niveau de la couche Physique.

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Le mobile (User Equipment ou UE) et la station de base (eNB) effectuent périodiquement des mesures radios pour connaître la qualité du lien radio (canal de propagation).

Au niveau du mobile, la mesure du RSRP permet au mobile d’estimer la puissance qui est reçu au niveau d’une station de base. La comparaison du RSRP de différentes stations de base permet au mobile de resélectionner la station de base serveuse en fonction des critères de sélection transmises dans le message SIB.

La mesure RSRQ mesure la qualité du signal et est utilisée par la station de base lors d’un Handover.

Toutes les caractéristiques sont indiquées dans le document 3GPP TS 36.214, et nous tentons ici d’extraire des informations sur l’utilité des mesures et les conditions de mesures.

La station de base émet des signaux de référence (RS – Reference Signal) permettant d’estimer la qualité du lien du canal radio. Un signal de référence (RS) est un signal émis par l’émetteur et connu par le récepteur, ce signal ne transmet aucune information. Cependant, le récepteur compare la séquence reçue à la séquence émise (donc en clair la séquence que le récepteur aurait dû recevoir dans l’idéal) et à partir de la différence entre les deux, le récepteur estime la déformation apportée par le canal de transmission (multi-trajets, effets de masque, atténuation, interférences, …).

Cette séquence connue est émise sur toute la cellule, il s’agit d’un signal broadcasté spécifique par cellule.  Par conséquent il doit être émis avec une puissance suffisante pour couvrir la cellule et avoir des propriétés particulières (puissance constante par exemple, autocorrélation nulle, faible intercorrélation) pour différencier le signal reçu d’une cellule à une autre. Dans le cadre du LTE, les séquences utilisées sont des séquences de Zadoff-Chu transmise sur une modulation QPSK. Le motif est identique à chaque sous trame, à un décalage en fréquence près entre les cellules de manière à limiter l’interférence et améliorer ainsi la réception du RS. La puissance du CRS peut aussi être augmenté en cas de fort trafic (et donc d’interférence) par rapport à la puissance des données via le Power Boosting pour la voie descendante.

L’UE quant à lui envoie un signal de référence de sonde, nommé SRS permettant à l’eNB de déterminer la qualité du canal montant et de maintenir la synchronisation

Les mesures effectuées (signaux de référence aussi appelés pilotes– CRS – Cell Reference signal indiquant que le signal de référence est spécifique à la cellule) sont relayées aux couches supérieures afin de planifier des Handovers (Intra-inter cellules et inter RAT c’est-à-dire d’autres technologies comme la 3G, le Wi-FI, …).

L’UE se sert des mesures des signaux de référence afin d’estimer (indicateur) le niveau du signal reçu (RSRP) permettant ainsi, en mode de veille, de sélectionner la meilleure cellule. La mesure impacte donc la gestion de la mobilité de l’UE (RRM : Radio Ressource Management)

Pour être plus pragmatique, je vous propose de d’expliciter l’image suivante en définissant les informations lues sur le mobile suivant :

 

Dans un prochain article, je vous expliquerai les notions RSRP, RSRQ et RSSI

 

Logiciel de Simulation LTE-SIM

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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.

La téléphonie sur IP via le LTE

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VoLTE : Voice Over LTE

L’une des caractéristiques de la 4G est d’être un réseau mobile tout IP (IP de bout en bout) et paradoxalement, la 4G ne permet pas, à ce jour, d’acheminer des appels téléphoniques.

Bien sur, des appels téléphoniques sont possibles sur un mobile supportant la 4G, mais l’appel est effectué sur le réseau 2G ou 3G, ou plus précisément sur le coeur de réseau en commutation de circuit.

Un article précédent (datant du 3 octobre 2012) présentait le VoLTE, nous allons compléter le dossier aujourd’hui pour savoir si l’opérateur va mettre en place la VoIP mobile et si oui, à partir de quand?

Pour que la voix puisse passer sur le réseau LTE, ce dernier doit être géré par un protocole de Voix Sur IP, protocole déployé massivement sur la téléphonie résidentielle (particulier avec le modemBox comme FreeBox, LiveBox, SFRBox, …). Ce protocole s’appuye sur le SIP et garantit une priorisation des appels par rapports aux autres flux IP.

Au niveau de l’opérateur, la gestion des communications en VoIP est réalisé par un cœur réseau nommé IMS (Ip Multimedia System). Dans un précédent article, j’ai présenté les raisons de l’IMS.

Cependant,  le déploiement d’un réseau IMS est complexe et onéreux pour un opérateur. Afin d’avoir un ROI (retour sur Investissement) rapide, il est nécessaire d’avoir le mobile compatible, notamment pour gérer l’allocation de ressource à temps constant dans les deux sens (ordonnancement semi-persistant qui garanti un accès réseau/mobile avec une certaine qualité de service). Hormis le LG Connect, il n’y a pas de mobile à l’heure actuelle compatible. Par contre, il semblerait que l’IPAD 5 sera compatible lors de sa sortie. L’accès radio et l’EPC doit aussi supporter le VoLTE, lequel peut être upgradé logiciellement.

L’opérateur doit il investir dans le VoLTE ?

A priori, la solution actuelle CSFB suffit pour maintenir les appels téléphoniques en commutation voix. Les avantages de cette solutions sont nombreuses :

  • Cela garantit la même qualité d’expérience pour l’utilisateur puisque le service est rendu par les mêmes équipements que le GSM, et garantit un hand-over rapide sans coupure lors du passage de l’appel d’une cellule à une autre.
  • Ce Hand-over est actuellement supporté sur le réseau 2G et 3G pour les appels voix. Si la voix passe par la 4G, l’opérateur devra donc supporter le hand-over 4G vers un réseau 2G ou 3G sans perte de communication (l’acronyme SRVCC, Single Radio Voice Call Continuity, est utilisé). Or il s’avère que la latence pour ce handover est encore assez longue.

Il semblerait donc que la solution VoLTE ne soit pas économiquement viable, seule, d’autant plus que les terminaux compatible VoLTE ne sont pas encore nombreux.

Pourtant, certains opérateurs ont franchi le pas et propose le VoLTE. Pourquoi?

Si le VoLTE n’est pas une solution rentable pour les services de voix, cette solution est nécessaire pour proposer des services de voix enrichi. Ainsi, le RCS (cf article précédent) va apporter pour l’opérateur des services de plus-value qui permettront de « nouvelles expériences » pour l’utilisateur et des nouvelles sources de revenus pour l’opérateur (ARPU).

Le VoLTE est donc en cours de déploiement chez les opérateurs, et Orange devrait proposér en Juin de nouveaux services (Joyn). Dans la course à la 4G, on peut imaginer un tel service chez SFR.

Du LTE vers le LTE-B

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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.