Les réseaux mobiles de quatrième génération: 4G (LTE)

Rapport de stage les réseaux mobiles de quatrième génération: 4G (LTE), tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

La mobilité dans LTE

Par sa définition elle-même les réseaux mobiles sont basés sur la mobilité, c’est donc une fonction clé assurant l’existence du réseau. La technologie LTE a été créée pour assurer que le réseau soit fonctionnel pour des abonnés dont la vitesse de déplacement est élevée (une vitesse pouvant atteindre 350 km/h et même jusqu’à 500 km/h suivant la bande de fréquences utilisée) tout en restant optimisé pour des abonnés se déplaçant à de faibles vitesses (de 0 à 15 km/h). L’effet de l’handover intra-système c’est-à-dire le passage d’une cellule à une autre sur la qualité vocale pendant une communication a été minimisé par rapport à celui du GSM ou équivalent. Dans son avantage, LTE intègre également dans son système des mécanismes pour optimiser les délais ainsi que la perte de paquets pendant l’handover intra-system.

Modulation adaptive et codage

A l’époque de l’UMTS, le système de modulation utilisé était le QPSK ou Quadrature Phase Shift Keying. Cette technique de modulation est basée sur deux porteuses de même fréquence déphasées de 90 degrés, soit donc 2 puissance 2 donnant ainsi 4 états d’informations. Maintenant pour la mise en œuvre de la quatrième génération, on met en œuvre la modulation 16 QAM pour 16 Quadrature Amplitude Modulation à 16 états. Cette technique de modulation fait en sorte de doubler la capacité de transfert par rapport à celle utilisée en UMTS c’est-à-dire le QPSK. Afin que la capacité de transmission s’accroit, la modulation 16 QAM combine deux niveaux d’amplitude avec deux porteuses en quadrature, soit donc 2 puissance 4 et cela donne en totalité 16 états d’information. Chacune de ces deux modulations dont on a fait la remarque est utilisée pour un lien précis :  Modulation pour les liens descendants (Downlink) : QPSK, 16 QAM et 64 QAM.  Modulation pour les liens montants (Uplink) : QPSK et 16 QAM.

Le multiplexage utilisé en LTE

On a mis au point deux modes de multiplexage de fréquence qui peuvent être complémentaire en ce qui concerne les résultats dont ils font preuve pour le bon fonctionnement du réseau : Les spécifications prévoient le fonctionnement en mode dual dont principalement, le multiplexage en fréquence (FDD) et le multiplexage temporel (TDD). Pour le mode de fonctionnement FDD ou Frequency Division Duplexing, l’émission et la réception s’opère dans des fréquences différentes. Contrairement au mode de fonctionnement FDD, le TDD ou Time-Division Duplex l’émission et la réception transitent dans la même fréquence mais à des instants différents. C’est le premier mode (FDD) qui fait encore encours de recherche de perfectionnement. Actuellement, les équipements télécoms sont équipés de mode FDD et ce mode est déployé dans la plupart des premiers réseaux 4G LTE mis en place. Le mode de fonctionnement TDD fonctionne sur des bandes de fréquences distinctes qui feront l’objet d’attributions ultérieures.

Structure d’une trame LTE 

Une trame LTE dure 10 ms. Une trame est divisée en 10 sous-trames d’une durée de 1 ms. Chaque sous-trame est divisée en deux slots de 0,5 ms. Une bande OFDM est composée de 7 symboles et ces 7 symboles sont transmis pendant la durée d’un slot qui est donc de 0,5 ms. Or, on a déjà vu qu’il y avait 12 bandes OFDM.
Ce qui implique donc que les 7 symboles multipliés aux 12 bandes nous donnent 84 symboles qui seront transmis en une durée de 0,5 ms.
Le nombre de bits que peut transporter un symbole est en fonction du type de modulation choisie, 1 symbole peut alors transmettre 1 à 6 bits suivant que l’on utilise la modulation QPSK jusqu’au 128 QAM. Par analogie, 1 symbole correspond à un carton et dans un carton nous pouvons mettre une jusqu’à 6 boites. Pour transporter le plus de boite possible, il est dans notre intérêt de mettre 6 boites par carton, mais en la conséquence de mettre 6 boites dans un carton est que cela fragilise le transport ; c’est comme si nous avons donc choisi la modulation 128 QAM qui nous permet de transmettre 6 bit par symbole. Ce type de transmission est favorable si le mobile et la station de base sont proches. Les transmissions que ce soit pour le downlink ou l’uplink se font suivant deux structures qui sont :
 Structure de type 1 : duplex de fréquence division FDD.
 Structure de type 2 : duplex par séparation temporelle TDD.

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