ARCHITECTURE DU RESEAU LTE
L’architecture de réseau LTE est conçue dans le but de soutenir le trafic à commutation de paquets à mobilité sans couture, une qualité de service (QoS) et une latence minimale. Une approche à commutation de paquets permet de supporter tous les services, y compris de la voix par le biais des connexions par paquets.
Architecture générale du réseau LTE
L’architecture générale d’un réseau LTE qui se compose d’un réseau cœur et d’un réseau d’accès et d’autres blocs qui permettent aux réseaux LTE de se connecter avec les réseaux 3GPP existants, les réseaux IP, réseaux téléphoniques commutés (PSTN) et les réseaux non 3GPP tels que WiFi, WiMAX. Le téléphone portable « dual mode » fournit l’accès au réseau LTE et aussi aux réseaux 3GPP existants.
Le réseau cœur CN ou EPC
L’architecture de réseau cœur est basée sur le protocole TCP/IP. Cela permet de simplifier l’interfonctionnement avec les réseaux fixes et non-3GPP. En comparaison avec le cœur GPRS du réseau UMTS, le réseau cœur a moins de nœuds, mais chaque nœud occupe plus de fonctions. Les nœuds principaux sont :
Le Policy Control and Charging Rules Function (PCRF)
Il est responsable de l’autorisation de la QoS selon laquelle seront traités les flux de données dans le Policy Control Enforcement (PCEF partie intégrante du P-GW) et assure qu’elle s’accorde bien au profil de l’utilisateur.
Le HSS ou Home Subscriber Server
Il contient les données de souscription de l’utilisateur tels les profils QoS auxquels il est souscrit ou encore toute restriction d’accès en terme de roaming. Il détient également les informations concernant les PDN via lesquels l’utilisateur peut se connecter. Celles-ci pourraient être un Access Point Name ou APN, ou encore une adresse PDN (indiquant le(s) adresse(s) IP souscrites). En dernier lieu, il conserve l’identité du MME par lequel l’utilisateur est géré.
Le PDN Gateway (P-GW)
Il est responsable de l’attribution d’une adresse IP à l’UE ainsi que la validation des QoS demandées selon les restrictions venant du PCRF. Il garantit également la mobilité de l’UE vers les autres plateformes extérieures à la 3GPP, à savoir le CDMA2000 et le WiMAX.
Le Serving Gateway (S-GW)
Tous les paquets IP sont transférés au travers le S-GW qui garantit la mobilité de l’UE lorsque celui-ci se déplace d’un eNodeB à un autre. Il est également responsable de la collecte des informations nécessaires à la facturation (exemple : le volume de données reçu et envoyé par l’utilisateur) et de la suspension d’une manière légale de la connexion (exemple : expiration du crédit dans le compte du client). En dernier lieu et non le moindre, il prend en charge la mobilité de l’UE dans le cas d’une mobilité à l’intérieur des technologies antérieures appartenant à la 3GPP soient le GPRS et l’UMTS.
Le Mobility Management Entity (MME)
Le MME est le nœud du réseau contrôlant la signalisation entre l’UE et le CN. Le protocole entre l’UE et le CN est connu sous le nom « Non-Access Stratum » ou NAS. Deux principales fonctions peuvent être soulevées pour le cas du MME : d’une part les fonctions liées à la gestion des bearers (établissement, maintenance et libération) et d’autre part celles liées à la gestion de la connexion (établissement de la connexion et sécurité entre l’UE et le réseau).
Le réseau d’accès
Dans cette partie de réseau d’accès de la LTE, elle consiste uniquement en un seul nœud : l’eNodeB. Ainsi pour les trafics usuels (par opposition au broadcast), il n’existe pas de contrôleur dans l’E-UTRAN (pas d’équivalent du BSC/RNC jouant le rôle de contrôleur respectivement dans le cas du GSM et UMTS). Les eNodeB sont interconnectés entre eux via l’interface X2, et à l’EPC via l’interface S1, plus particulièrement au MME via le S1-MME et au S-GW via le S1-U.
L’E-UTRAN est responsable de toutes les fonctions relatives à la partie radio, listées brièvement ci-dessous :
● Gestion des ressources radio : Elle couvre toutes les fonctions liées aux ressources radio à savoir la gestion tout court, la gestion de l’admission, de la mobilité, de l’allocation dynamique tant sur la liaison montante que descendante.
● Compression de l’en-tête : celle-ci aide à la bonne gestion de l’interface radio en compressant les en-têtes des paquets IP qui pourraient conduire à des surcharges surtout pour les paquets de petite taille tel le VoIP.
● Sécurité : toutes les données envoyées via l’interface radio sont cryptées.
● Connexion à l’EPC : en d’autres termes, la signalisation vers le MME et l’acheminement des données utilisateur vers le S-GW.
Une importante fonctionnalité de l’interface S1 entre le RA et le CN est connue sous le nom S1- flex. C’est un concept par lequel plusieurs nœuds du CN (MME/S-GW) peuvent servir simultanément une zone géographique bien définie, par l’intermédiaire d’un ensemble d’eNodeB. Un eNodeB pourrait dans ce cas être servi par plusieurs MME/S-GW comme c’est le cas de l’eNodeB#2 . Cette technique permet à un UE connecté à l’eNodeB d’être partagé entre plusieurs nœuds du CN, permettant ainsi un partage de charge mais aussi le contournement d’éventuelles défaillances d’un nœud du CN.
Architecture protocolaire
Le modèle de LTE se compose d’un ensemble de couches verticales et horizontales. Les couches horizontales sont basées sur le modèle OSI. Les couches verticales divisent l’interface entre le plan de contrôle et le plan utilisateur. La division verticale correspond à la façon de séparer les flux de données. Les données du plan de contrôle sont transmises avec des contraints de sécurité, de fiabilité plus importantes. Celles du plan utilisateur sont transmises par des protocoles plus simples.
Plan de contrôle
Le plan de contrôle transmet des messages de signalisation telles que la signalisation de gestion de ressource radio, de gestion de mobilité, des services NAS (Non Access Stratum), des autres procédures entre mobile et réseau cœur. La pile protocolaire à l’interface radio est presque la même que celle du plan utilisateur. Mais les paquets du plan contrôle sont transmis avec la priorité supérieure et une protection radio supérieure grâce à la couche MAC qui transmet des canaux logiques vers les canaux de transport correspondants.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PRESENTATION DU PROBLEME
CHAPITRE 1 ARCHITECTURE DU RESEAU LTE
1.1 Introduction
1.2 Architecture générale du réseau LTE
1.2.1 Le réseau cœur CN ou EPC
1.2.2 Le réseau d’accès
1.3 Architecture protocolaire
1.3.1 Plan de contrôle
1.3.2 Plan utilisateur
1.4 Interface radio
1.4.1 La couche physique
1.4.2 La couche de liaison du modèle OSI
1.4.3 La couche RRC
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 REDUCTION DU PAPR DANS SC-FDMA
2.1 Introduction
2.2 Les mesures des signaux peakiness
2.2.1 Peak-to-average-power ratio (PAPR)
2.2.2 Métrique cubique (CM)
2.3 PAPR des modulations QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
2.3.1 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
2.3.2 16-Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM)
2.3.3 64-Quadrature Amplitude Modulation (64-QAM)
2.4 Signal peakiness de SC-FDMA
2.5 Modulations à faible PAPR
2.6 Spectre de mise en forme
2.6.1 Spectre de mise en forme de la fenêtre de Kaiser
2.6.2 Spectre de mise en forme en cosinus
2.6.3 Performances PAPR/CM avec spectre de mise en forme
2.7 Etude d’un cas des CCDF pour les signaux OFDM et PAPR du signal à porteuse unique
2.7.1 Présentation de l’étude
2.7.2 Résultats
2.7.3 Interprétations
2.8 Conclusion
CHAPITRE 3 DIVERSITE DE TRANSMISSION
3.1 Introduction
3.2 Différents systèmes de la diversité de transmission
3.2.1 Diversité à délai cyclique (CDD)
3.2.2 Diversité de transmission par décalage de fréquence (FSTD)
3.2.3 Diversité de transmission par décalage de temps (TSTD)
3.2.4 Précodage de commutation de vecteur (PVS)
3.2.5 Diversité de transmission par codage de bloc : STBC et SFBC
3.3 Chaîne de transmission de liaison descendante
3.4 Mot de code de la cartographie de couche
3.5 Etude du taux d’erreur binaire (BER) pour un codage Alamouti et STBC
3.5.1 BER pour un codage Alamouti
3.5.2 BER pour un codage STBC
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 MULTIPLEXAGE SPATIAL MIMO
4.1 Introduction
4.2 Capacité du canal MIMO
4.3 Les mots de code et la structure des couches
4.3.1 Mots de code unique par rapport à multi-mots de code
4.3.2 Mots de code à la cartographie de la couche
4.4 Chaîne de transmission en liaison descendante MIMO
4.5 Précodage MIMO
4.5.1 Précodage pour deux ports d’antennes
4.5.2 Précodage pour quatre ports d’antennes
4.5.3 Opération de précodage
4.6 Multiplexage spatial en boucle ouverte
4.6.1 Précodeur cyclique pour quatre ports d’antennes
4.6.2 Multi-utilisateurs MIMO dans une liaison descendante
4.7 Etude de la capacité ergodique du canal
4.7.1 Présentation de l’étude
4.7.2 Résultats
4.7.3 Interprétation
4.8 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
