Géneralités sur la technologie LTE/LTE-A

L’augmentation massive du volume de trafic fait appel à des débits élevés pour soutenir les applications et les services avancés, qui sont devenus une partie intégrante de notre quotidien. Pour répondre à ce besoin, l’organisme de standardisation Third-Generation Partnership Project (3GPP) a mené le projet Long Term Evolution (LTE) pour la quatrième génération des réseaux mobiles afin de fournir un débit considérablement élevé par rapport à ses prédécesseurs avec un temps de latence réduit pour l’accès aux différents services (Jyrki et Penttinen, 2012).

Les systèmes LTE sont continuellement mis à jour depuis l’introduction de la version 8 en vue de l’amélioration des performances des réseaux sans fil, la version12 est la plus récente adoptée en 2014. Par ailleurs, l’appellation de LTE a changé à LTE-Advanced depuis la version10 où le mot Advanced a été ajouté principalement pour mettre en évidence la relation entre la version 10 de LTE et l’UIT/IMT-Advanced (Cox, 2012).

LTE-Advanced est devenue la technologie la plus prometteuse avec l’émergence des nouvelles techniques d’accès radio qui introduisent l’agrégation des composantes porteuses. LTE-A fournit une bande passante et un débit plus élevés afin de confronter les exigences accrues du trafic mobile et de maximiser le nombre d’utilisateurs admis et servis. Cependant, l’expansion de la bande passante et l’accroissement du débit demeurent des solutions incomplètes si elles ne sont pas accompagnées d’une bonne gestion d’accès aux ressources où l’ordonnanceur de la liaison montante est censé d’assurer l’équité de service aux utilisateurs admis et de garantir une qualité de service acceptable pour chaque type de classe. Or, la majorité des ordonnanceurs conçus privilégie le trafic de haute priorité au détriment du trafic de basse priorité et ne définissent pas un mécanisme de gestion des priorités qui s’adapte aux différentes situations du réseau, notamment dans les situations de congestion lorsque les ressources en bande passante sont insuffisantes pour assumer la forte charge de trafic. Par conséquent, les paquets de basse priorité acceptés sont retenus dans les files jusqu’à l’achèvement du service de tous les paquets de haute priorité, ce qui engendre des délais importants pouvant dépasser les délais tolérés et causant la perte de paquets moins prioritaires. Par contre, dans le cas où la capacité maximale des files d’attente est atteinte, les nouvelles demandes de services sont rejetées. Ainsi, la probabilité de blocage devient importante.

L’algorithme de courtoisie d’optimisation de la performance dans les réseaux WIMAX fixes a été proposé (Tata et Kadoch, 2008) afin d’assurer une gestion équitable et efficace des ressources et d’optimiser le service du trafic moins prioritaire, le principe de l’algorithme consiste à transmettre les paquets de basse priorité à la place des paquets prioritaires tant que la QoS de ces derniers n’est pas affectée. L’application de l’approche a permis de réduire le temps d’attente des paquets moins prioritaires et de minimiser leur taux de perte. Bien que cette solution améliore le service des classes défavorisées. Cependant, elle n’apporte pas d’amélioration au niveau des classes prioritaires. De plus, elle ne s’intéresse pas à améliorer le débit et la probabilité de blocage dans le système. De ce fait, une nouvelle approche d’ordonnancement dans la liaison montante a été développée, à savoir l’algorithme de courtoisie d’ordonnancent dans la liaison montante des réseaux LTE-Avancé dont le but est d’augmenter le nombre de clients satisfaits et d’assurer l’équité de service aux différentes classes de trafic. Dans cette étude, l’algorithme convient aux situations de charge modérée ainsi qu’aux situations de congestion du réseau. De plus de réduire le délai moyen des classes défavorisées sans détériorer la QoS de la classe prioritaire et de minimiser le blocage et la perte de paquets dans le système et d’améliorer le débit.

La technologie LTE/LTE-A présente des performances attractives en termes de flexibilité de déploiement et de richesse des services offerts. Une solution IP complète garantit un traitement approprié pour chaque type de trafic en fonction des exigences de la qualité de services et de la disponibilité de ressources dans le réseau.

Le présent chapitre est une introduction à la technologie LTE/LTE-A et aux différentes disciplines d’ordonnancement dans les files d’attente. Il fournit en premier lieu une vue globale des caractéristiques et des performances apportées dans les réseaux LTE/LTE-A en mettant l’accent sur la qualité de service et ses paramètres impliqués dans l’attribution des priorités aux flux. Ainsi, il décrit l’interface AIR avec les différentes entités et couches relatives à l’allocation des ressources radio.

L’objectif du LTE (version 8) est de fournir un débit de transmission élevé, une latence faible, et un accès radio optimisé supportant multiples bandes de fréquence. En outre, son architecture a été conçue pour soutenir les flux IP avec une mobilité transparente. Les caractéristiques suivantes ont été spécifiées dans la version 8 du 3GPP. Toutefois, LTE/A a hérité de toutes les fonctionnalités du LTE version 8. (Sauter, 2011).

Modulation multi porteuses: Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) est la technique de modulation utilisée en voie descendante, en d’autres termes, de la station de base vers l’équipement utilisateur. Un émetteur OFDMA divise l’information en plusieurs sous-flux et transmet en parallèle les sous-flux sur différentes fréquences appelées sousporteuses, l’avantage principal de l’OFDMA est sa robustesse contre les évanouissements dus à la propagation par trajets multiples. (Bouguen, Hardouin et Wolff, 2012).

Single-Carrier Frequency Division Multiple Access (SCFDMA): C’est une dérivée d’OFDMA, utilisée en voie montante, c’est à dire, de l’équipement utilisateur vers la station de base afin d’obtenir un facteur de crête faible.

Le facteur de crête est défini par le rapport de l‘amplitude du pic du signal sur la valeur efficace du signal.

Support de Time division Duplexing (TDD) et Frequency Division Duplexing (FDD): LTE supporte les deux modes FDD et TDD pour que l’interface radio différencie entre les transmissions des équipements utilisateurs et les transmissions des stations de bases (les nœuds B). Dans le mode FDD, les stations de base transmettent sur une fréquence porteuse et les équipements utilisateurs sur une autre, les bandes de fréquences en liaisons montantes et descendantes demeurent inchangées avec des débits semblables, ce qui rend ce mode approprié pour les services temps réel (RT) tel que la voix. Tandis que dans le mode TDD, la même fréquence porteuse est maintenue. Toutefois, les moments de transmissions des mobiles et des stations de bases sont différents.