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Au cours de ces dernières décennies, les systèmes de communications mobiles ont considérablement évolué. La technologie LTE (Long Term Evolution) ou technologie d’évolution à long terme, est devenu la norme d’excellence en matière de communication sans fil. Service internet, jeux en ligne, réseaux sociaux, appels vidéo et beaucoup d’autres services amènent à un accroissement incessant de la demande de service dans le réseau. La demande sur une session de donnée fluctue très rapidement et a dépassé la demande de service en appel traditionnel. Cependant, le réseau ne peut traiter qu’une quantité limitée de la demande. La congestion se produit lorsque le réseau est débordé avec plus de demandes de service qu’il peut accueillir provoquant des retards, une coupure et un blocage d’appels. Pour faire face à cette situation, le contrôle d’admission ou CAC (Call Admission Control) fut alors introduit dans le réseau mobile.
L’algorithme de contrôle d’admission a une grande influence sur la performance du réseau LTE. Il permet l’accès, le maintien ou coupe les appels en communication et harmonise la mobilité des clients à travers le réseau. En effet, les expériences utilisateurs dépendent de cet algorithme CAC. Depuis l’introduction du WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), ce paramètre fut devenu un des soucis majeurs de l’opérateur téléphonique. Pour garantir la qualité des services offerts, il est alors primordial de maîtriser ce paramètre de CAC.
GENERALITES ET ETAT DE L’ART : RESEAU MOBILE LTE
LTE ou Long Term Evolution, est le standard de la quatrième génération (4G) des réseaux mobiles. C’est la version 8 finalisée en 2009. Une technologie par excellence des réseaux sans fil à l’échelle mondiale. Elle est nettement supérieure aux technologies précédentes, comme les réseaux 3G et HSPA+ (High Speed Packet Access). Grâce à l’utilisation de l’IP (Internet Protocol), elle donne des expériences utilisateurs supérieures à cause de sa stabilité, son débit et son temps de latence. La grande capacité offre une très bonne qualité de service aux utilisateurs. Afin de comprendre les fonctionnalités et les conditions nécessaires pour allouer cette meilleure qualité de service aux abonnés, ce chapitre est fait pour.
Evolution des releases 3GPP
La 3GPP ou third Generation Partership Project est un accord de collaboration qui a été fondé en Décembre 1998. Cette collaboration regroupe un certain nombre d’association en télécommunication telle que ARIB (Association of Radio Industries and Businesses), CCSA (China Communications Standards Association), ETSI (European Telecommunication Standards Institute), TTA (Telecommunication Technology Association) et TTC (Telecommunication Technology Committee).
Chaque technologie est identifiée par une Version ou Release (en anglais) suivie d’un numéro :
• R99 ou Release 3 : après le GSM cette version est marquée par l’introduction de l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ou du WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Le nom de la version R99 dérive de son année d’apparition 1999. Cette technologie supporte à la fois l’appel (CS ou circuit switch) et la connexion (PS ou packet switch) avec un débit théorique de 2Mbps.
• Release 4 : ajout de fonctionnalités au sein du réseau cœur, notamment la séparation des couches média et contrôle pour le réseau cœur circuit
• Release 5 : introduction de l’évolution HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) pour le réseau d’accès UMTS. En downlink (sens descendant du réseau vers le mobile) cette technologie peut atteindre un débit allant jusqu’à 14Mbps
• Release 6 : introduction de l’évolution HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) pour le réseau d’accès UMTS, avec un débit théorique de 5.76Mbps.
• Release 7: introduction du HSPA+ (High Speed Packet Access).C’est la combinaison du HSDPA et du HSUPA.
• Release 8 : introduction des évolutions HSPA+ CPC (Continuous Packet Connectivity) et DC HSDPA (Dual Carrier HSDPA), et première Release du réseau d’accès LTE et du réseau cœur EPC (Evolved Packet Core). Grâce à l’utilisation du MIMO (Multiple Input Multiple Output) une grande amélioration du débit (jusqu’à 42Mbps) marque cette version.
Architecture du réseau mobile LTE
Les premiers réseaux LTE ont été implémentés en 2009. Dans le Release 8, EPS (Evolved Packet System) est basée sur une architecture simplifiée du réseau comparée à celui dans le Release 6. Si avant dans le Release 6 le nombre des nœuds pour le plan utilisateur étaient de quatre (NodeB, RNC ou Radio Network Controller, SGSN ou Serving GPRS Support Node et GGSN ou Gateway GPRS Support Node) après, dans le release 8 EPS ces nœuds ne sont que deux (e-NodeB ou evolved-NodeBest et SAE-GW ou System Architecture Evolution Gateway) .
Architecture de l’E-UTRAN
L’E-UTRAN est l’ensemble formé par les e-NodeBs et les interfaces radio X2. Il assure toutes les fonctions relatives à la radio pour activer les terminaux mobiles de manière à pouvoir envoyer des données.
L’interface radio dans le réseau LTE est développée par rapport aux exigences de la flexibilité spectrale, de l’efficacité spectrale, du coût effectif,… La flexibilité spectrale intègre la possibilité d’utiliser la paire ou un seul spectre c’est-à-dire LTE peut utiliser à la fois le FDD (Frequency Division Duplex) et le TDD (Time Division Duplex). De plus, il supporte les opérations dans six largeurs de bandes différentes, 1.4, 3, 10, 15 et 20%3T. Ces bandes de fréquence tiennent un rôle très important dans la flexibilité spectrale de manière à standardiser l’interface radio. L’utilisation d’une technique de modulation avec le nombre de symboles plus élevé comme 16- QAM (16-Quadrature Amplitude Modulation) et 64-QAM (64 Quadrature Amplitude Modulation) et d’une antenne avancée (MIMO) définit une grande efficacité spectrale. Par ailleurs, les interférences par symbole ou ISI (Inter symbol Interference) est réduit par le choix de modulation utilisée OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) en downlink (lien descendant du réseau vers le mobile) et SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) en uplink (lien montant du mobile vers le réseau). Ces deux méthodes entraînent une longue durée de symbole d’où la réduction de l’ISI.
Fonctionnalité de l’e-NodeB
L’e-NodeB l’élément principal d’E-UTRAN. C’est la station de base des réseaux mobiles basé sur les technologies LTE.
D’une manière générale, Le réseau LTE n’a pas de contrôle centralisé (RNC) mais l’intelligence est distribuée sur l’e-NodeB. Pour augmenter la vitesse de connexion et réduire le temps de handover et pour optimiser l’ordonnancement distribué entre l’utilisateur et l’e-NodeB.
De ce fait l’e-NodeB assure le :
• Contrôle de la cellule et supporte le MME pool :
Par les antennes radio, l’e-NodeB détecte et rattache l’abonné au réseau. Il assure la transmission et la réception radio du mobile dans une ou plusieurs cellules. L’e NodeB gagne et contrôle les ressources radios de sa propre cellule. Les ressources d’une cellule sont demandées par les MMEs de façon ordonnée. Cet arrangement supporte le concept du groupement des MMEs (ou MME pooling).
• Contrôle de la mobilité :
L’e-NodeB contrôle la mobilité des terminaux en mode active. Cette fonction permet à l’UE (User Equipment) à effectuer une mesure puis un handover si besoin.
• Contrôle et sécurise le plan d’usage :
Le chiffrement des données sur le plan d’usage et l’intégrité des protections de la signalisation RRC (Radio Ressource Controller) se terminent à l’e-NodeB.
• Partage des canaux :
Une fois que l’e-NodeB reçoit une ressource de sa propre cellule, il assure le partage du canal d’accès aléatoire ou RACH (Random Access Channel) utilisé pour la signalisation et l’accès initial.
• Segmentions et Concaténation :
Les services de données pour le contrôle des liaisons radio (RLCSDU ou Radio Link Control Service Data Units) venant de la couche PDCP (Packets Data Convergence Protocol) sont entièrement en IP. Ils peuvent être plus large que la taille du bloc de transport. Donc le RLC doit supporter une segmentation et une concaténation pour adapter la charge utile (puissance utile) à la taille du bloc de transport.
• HARQ :
La couche MAC HARQ (Medium Access Control Hybrid Automatic Repeat reQuest) avec une bonne réactivité permet de corriger plus rapidement les erreurs provenant des canaux radio. Pour optimiser l’usage des ressources radio avec un temps de latence plus faible, l’HARQ s’opère avec un taux d’erreur native qui est suffisant pour les services avec un taux d’erreur modéré.
Pour avoir un faible taux d’erreur une couche extérieure ARQ (Automatic Repeat reQuest) dans l’e-NodeB manipule les erreurs HARQ.
• Multiplexage et Cartographie :
L’e-NodeB effectue la cartographie des canaux logiques sur les canaux physiques .
• Fonctionnalité de la couche physique :
L’e-NodeB manipule les couches physiques comme le brouillage (scrambling), la diversité de la transmission, la formation du faisceau et la modulation OFDM. Il assure également l’adaptation de la liaison et le contrôle de puissance.
• Mesures et rapports :
L’e-NodeB fournie les fonctions permettant de configurer et de mesurer la qualité de l’environnement radio, les conditions et les variables internes des stations de base. La donnée collectée est utilisée en interne pour le RRM (Radio Ressource Management) mais peut être reportée pour l’objectif des cellules RRM multiples.
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