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1 Chapitre 4. Les nouvelles générations de la téléphonie mobile 4.1 Introductio

1 Chapitre 4. Les nouvelles générations de la téléphonie mobile 4.1 Introduction Durant les dernières années, la téléphonique cellulaire a subi une évolution rapide d’une génération à une autre. Elle a pour but d’offrir un service de meilleure qualité aux abonnés et d’apporter des bénéfices très significatifs en termes de débits, de capacité (le nombre d’utilisateurs) et de services (voix, vidéo haute définition, Internet haut débit…). Le 3G ouvre les portes de l’Internet et les nouveaux services multimédias disponibles à un réseau mobile cellulaire; le 4G a juste commencé à se répandre sur nos smart- phones et tablettes, mais il est déjà question de prochaine génération, le 5G, la technologie qui nous permettra de développer les services numériques qui étaient impensables jusqu'à présent. 4.2 La troisième génération de systèmes cellulaires (3G) Cette technologie permet des services de communication plus rapides (la voix, l’internet, les services multimédias) à tout moment et de n’importe quel lieu. L’UIT (l’union internationale de télécommunication) à l’occasion de son assemblée des radiocommunications d’Istanbul mai 2000, a adopté un ensemble de systèmes comportant plusieurs interfaces plus ou moins compatibles entre elles. Cet ensemble est appelé IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) qui couvre (05) cinq méthodes différentes d’accès radioélectrique. Il existe plusieurs technologies 3G dans le monde. Chacune d’elles suivent les recommandations IMT2000. Suivant les continents, la norme utilisée est différentes : Europe : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Amérique : CDMA-2000 Japon et Corée : W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) Chine : TD-SCDMA 4.2.1 Le système UMTS Le système mobile universel de télécommunications UMTS est un système de troisième génération (3G) développé par UIT dans la famille IMT2000 . L’ETSI (European Telecommunication Standards Institute) est l’organisme de normalisation de l’interface radio UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acces Network) de l’UMTS, 2 dont les travaux sont repris par la 3GPP (Third Generation Group Project Partnerchip) (en 1998, le 3 GPP regroupe le Japon, l’Europe, les USA, la Corée et la Chine). L'objectif principal de l’UMTS est d'intégrer tous les réseaux de 2G du monde entier en un seul réseau, d’améliorer la vitesse de transmission (haut débit pour les données, Internet), d’augmenter le nombre d’abonnés par unité de surface, de développer une meilleure couverture radio, d’améliorer la convergence des téléphones fixes et mobiles avec une bande de fréquence de fonctionnement est 1900MHz-2000MHz. Tableau 4.1 Les principales caractéristiques de la norme UMTS Fréquence Mode d'accès Duplexage Modulation Débit binaire (kbit/s) Largeur des canaux (kHz) 1920-1980 2110-2170 1850-1910 1930-1990 WCDMA (bande appariée) TDCDMA (bande non- appariée) FDD TDD QPSK 144 384 2048 5 10 20 La répartition par code à large bande W-CDMA (Wideband-CDMA), acceptable pour la division duplex dans les bandes dites “appariées” (2×60 MHz), est fréquentielle (FDD : Frequency Division Duplex). L’écart duplex vaut 190 MHz. La répartition par code et dans le temps TD-CDMA (Time Division-CDMA) valable pour la division duplex dans les bandes dites “non appariées (2×60 MHz), est temporelle (TDD : Time Division Duplex) 4.2.2 Hiérarchie des cellules de l’UMTS l’UMTS est divisé en plusieurs cellules de tailles variables. Chacune d’entre elles est présente en fonction de la densité de population à servir et de la vitesse de mobilité. L’accès par satellite est une extension. 3 Fig.4.1 Les différentes cellules d’un terminal UMTS Une pico-cellule permet des débits de l’ordre de 2 Mbits/s lors d’un déplacement de l’ordre de 10 km/h (marche à pied, déplacement en intérieur, etc.). Une micro-cellule permet des débits de l’ordre de 384 kbits/s lors d’un déplacement de l’ordre de 120 km/h (véhicule, transports en commun, etc.). Une macro-cellule permet des débits de l’ordre de 144 kbits/s lors d’un déplacement de l’ordre de 500 km/h (Train à Grande Vitesse, etc.). 4.2.3 L’architecture de l’UMTS Le réseau UMTS est composé d’un réseau d’accès radio terrestre UTRAN et d’un réseau cœur. Fig.4.2 L’architecture de l’UMTS a)- Le réseau d’accès radio terrestre UTRAN: il contient des stations de base (Node B) associées à un contrôleur RNC (Radio Network Controller) qui sont équivalent de la BTS et le BSC dans le réseau GSM, respectivement. 4  La Node B: elle effectue les procédures de la couche physique : la modulation, étalement de spectre, Contrôle de puissance en boucle interne, adaptation de débit, supporte les modes UTRA/FDD et UTRA/TDD.  Le RNC : il Contrôle l’utilisation et l’intégrité des ressources Radio (admission, charge,..), gestion de la mobilité (handover), point d’accès pour le mobile vers le réseau cœur, allocation des codes d’étalement, contrôle de puissance en boucle externe. Il existe deux types de RNC: Le Serving RNC (contrôle et exécute le handover) et le Drift RNC (le routage des données).  L’interface Iur: c’est une interface entre deux RNC. Elle permet en effet au Serving RNC de demander au Drift RNC d’ajouter ou de supprimer un lien radio. L’interface Iub, reliant le RNC au Node B, est comparable à l’interface Abis en GSM, l’interface Iu relie l’UTRAN au réseau cœur Le réseau cœur : il se décompose en deux parties 1. Le domaine circuit (CS:Circuit Switched) permettra d’administrer les services temps réels destinés aux conversations téléphoniques. 2. Le domaine paquet (PS :Packet Switched), il permet de gérer les services non on temps réels dédiés à la navigation sur l’internet. Fig.4.3 Le réseau cœur 4.2.3 Principes du technique W-CDMA dans réseau UMTS L'interface radio de l'UMTS se base sur le W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Cependant, le W-CDMA se base sur une technique de CDMA (Code Division Multiple Access). L’accès multiple par répartition de Codes est une technique de multiplexage plus récente que la TDMA et la FDMA. Le CDMA est utilisé dans de nombreux systèmes de communication. Il permet d’avoir plusieurs utilisateurs sur une même onde 5 porteuse. C'est-à-dire, les utilisateurs partagent le même espace fréquentiel et transmettent sur les mêmes intervalles temporels. Il s’agit, dans ce cas, d’affecter à chaque émetteur un code, aussi appelé signature ou séquence de code, qui lui permet de transmettre des informations en évitant d’interférer avec les messages provenant des autres utilisateurs. La Figure 4.4 schématise la répartition des utilisateurs sur la bande de fréquence et dans le temps en fonction de la distribution des séquences de codes. Les transmissions sont numérisées, dites à étalement de spectre. Fig.4.4. Technique d’accès multiple CDMA Le W-CDMA réalise un étalement de spectre selon la méthode de répartition par séquence directe (Direct Sequence). Pour cela, chaque bit de l’utilisateur à transmettre est multiplié (OU exclusif) par un code pseudo aléatoire PN (Pseudo random Noise code) propre à cet utilisateur. La séquence du code (constituée de N éléments appelés "chips") est unique pour cet utilisateur en question, et constitue la clé de codage. Cette dernière est conservée si le symbole de donnée est égal à 1, sinon elle est inversée. La longueur L du code est appelée facteur d’étalement SF (Spreading Factor). 4.3 La norme LTE La norme LTE (Long Term Evolution of 3G) a été normalisée par le 3GPP à partir de la release 8, en réalité cette norme dite 3.99G. Pour les opérateurs, cette norme implique de changer le cœur des réseaux, cette modification a été réalisé dans la 4G. L’objectif majeur du LTE est d’améliorer le support des services de données via une capacité accrue, une augmentation des débits, une continuité de la compétitivité du système 3G vis-à- vis des technologies concurrentes WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), une réduction de la latence, une réduction de la complexité, une souplesse d'utilisation des bandes de fréquences existantes et nouvelles, une consommation raisonnable de l’énergie du terminal. La norme LTE utilise la technologie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) dans le sens descendant, le SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) dans le sens montant, les modulations QPSK, 16 QAM, 64 QAM, les duplex FDD et TDD 6 4.3.1 Architecture du réseau LTE Le LTE/EPS (Evolved Packet System) est constitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE et d’un nouveau réseau cœur appelé SAE (System Architecture Evolution). Les réseaux LTE sont des réseaux cellulaires constitués de milliers de cellules radio qui utilisent les mêmes fréquences hertziennes, y compris dans les cellules radio mitoyennes, grâce aux codages radio OFDMA (de la base vers le terminal : (liaison descendante - downlink)) et SC-FDMA (du terminal vers la base : liaison montante - uplink). Ceci permet d’affecter à chaque cellule une largeur spectrale plus importante qu'en 3G, variant de 3 à 20 MHz et donc d'avoir une bande passante plus importante et plus de débit dans chaque cellule. Le réseau est constitué de deux parties : une partie radio (EUTRAN) et un cœur de réseau « EPC » (Evolved Packet Core). 4.3.1 réseau EUTRAN d'accès radio Le réseau EUTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) est un réseau cellulaire qui assure la connexion via des ondes radio UHF entre les terminaux mobiles et le cœur de réseau de l'opérateur mobile. Un EUTRAN est constitué d’antennes radio, de stations de base « eNode B », ainsi que des liaisons en fibre optique, cuivre ou portées par un faisceau hertzien (réseau de backhaul) raccordant ces équipements entre eux et avec le uploads/Management/ chapitre-4-les-nouvelles-generations-de-la-telephonie-mobile.pdf