LTE (réseaux mobiles)
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Pour les articles homonymes, voir LTE.Le LTE (Long Term Evolution) ou Super 3G est l'évolution la plus récente parmi les normes de téléphonie mobile : GSM/UMTS, CDMA2000 et TD-SCDMA.
Le LTE est aussi appelé « 3,9G » car proche de la 4G, mais il ne satisfait pas encore toutes les spécifications imposées par l'Union internationale des télécommunications (UIT) et le consortium 3GPP[1] pour la nouvelle norme 4G, notamment en termes de bande passante et de débits utilisables. En effet, le LTE utilise des bandes de fréquences hertziennes d’une largeur pouvant varier de 1,4 MHz à 20 MHz, permettant ainsi d'obtenir (pour une bande 20 MHz) un débit binaire théorique pouvant atteindre 300 Mbit/s en « downlink » (vers le mobile), alors que la 4G pourra atteindre un débit descendant allant jusqu'à 1 Gbit/s ; ce débit nécessitera cependant, l’utilisation d’une bande de fréquence de 100 MHz.
Le LTE sera réellement une norme de 4e génération dans sa version 10 (3GPP release 10) appelée LTE Advanced[1].
Sommaire |
[modifier] Caractéristiques
Le LTE fait partie des normes UMTS, mais comprend de nombreuses modifications et améliorations définies par le consortium 3GPP[2], notamment :
- un débit descendant théorique allant jusqu'à 326,4 Mbit/s (mode MIMO 4X4);
- un débit montant théorique allant jusqu'à 86,4 Mbit/s (MIMO 4X4);
- 5 classes différentes de terminaux LTE ont été définies, elles supportent des débits allant de 10 Mbit/s (catégorie 1), jusqu’au débit maximal prévu par la norme LTE (300 Mbit/s pour la catégorie 5. Tous les terminaux doivent être capables de s’adapter aux bandes de fréquences comprises entre 1,4 et 20 MHz ;
- un taux de transfert de données de 2 à 3 fois plus élevé que celui de l'UMTS/HSPA[1] ;
- une efficacité spectrale (nombre de bits transmis par seconde par hertz de fréquence) 3 fois plus élevée que la version la plus évoluée de l'UMTS appelée HSPA ;
- un temps de latence RTT (Round Trip Time) proche de 10 ms (contre 70 ms à 200 ms en HSPA et UMTS) ;
- l’utilisation de la modulation OFDMA pour la liaison descendante et de SC-FDMA (en) pour la liaison montante (au lieu de W-CDMA en UMTS) ;
- des performances et des débits radios accrus par l’utilisation d’une technologie multi-antennes MIMO à la fois du coté terminal et du coté équipement terrestre (eNodeB) ;
- l'utilisation d'un minimum de 1,4 MHz et un maximum de 20 MHz de bande passante pour chaque opérateur offre une plus grande souplesse (par rapport à la largeur spectrale fixe de 5 MHz en W-CDMA) ;
- une adaptation facile à différentes bandes de fréquence, y compris celles du GSM, de l’UMTS-WCDMA et de nouvelles bandes spectrales à 2,6 GHz, et la possibilité d'utiliser des sous-bandes de fréquences non-contiguës ;
- le support de plus de 200 terminaux actifs simultanément dans chaque cellule ;
- un bon support des terminaux en mouvement rapide. De hautes performances ont été enregistrées jusqu'à 350 km/h, voire jusqu'à 500 km/h, en fonction de la bande de fréquence utilisée.
Contrairement aux normes HSPA et HSPA+, qui utilisent la même couverture radio que l’UMTS, le LTE nécessite une couverture radio et des antennes dédiées.
[modifier] Débits théoriques et débits réels
Le débit réel de données observé par l’utilisateur d’un réseau LTE peut être fortement réduit par rapport aux débits binaires théoriques annoncés et définis par la norme LTE. Les principaux facteurs ayant une influence sur le débit effectif sont les suivants :
- La largeur spectrale de la bande de fréquences allouée à l’opérateur du réseau. Le débit utile est pratiquement proportionnel à cette largeur de bande (pouvant varier de 1,4 MHz à 20 MHz en LTE, 100 MHz en LTE Advanced).
- Les types d’antennes utilisés coté terminal et coté réseau : le débit binaire maximal de 326,4 Mbit/s suppose notamment des antennes MIMO 4X4 (quadruples) aux 2 extrémités de la liaison radio LTE (cas de figure peu réaliste pour un téléphone mobile ou un smartphone).
- La distance entre le terminal et la (ou les) antennes fixes et les conditions de réception radio (interférences, bruit lié aux réflexions sur les immeubles, …).
- Le nombre d’abonnés actifs se partageant la bande passante au sein d’une cellule (surface radiante d'une antenne) LTE; plus il y a d’abonnés en communication moins chacun a de débit unitaire.
- La position fixe (statique) ou « en mouvement » du terminal de l’abonné ; le débit utile est réduit pour un terminal en mouvement rapide.
Le type et la catégorie du terminal influent aussi sur le débit maximum possible ; par exemple un terminal ("User Equipment" en anglais) LTE de catégorie 1 ne supporte qu’un débit binaire de 10 Mbit/s alors qu’un autre de catégorie 3 supportera 100 Mbit/s. En contrepartie, plus la catégorie du terminal est élevée, plus le terminal sera complexe (coûteux) et moins son autonomie sera grande.
[modifier] Buts recherchés et calendrier prévisionnel
Avec le LTE et la 4G, les industriels et les opérateurs cherchent à augmenter les débits réels aux alentours de 20/30 Mbit/s à l'horizon 2011-2012, 100 Mbit/s et probablement plus, à long terme. La cible de débit théorique maximal de la technologie LTE Advanced est de 1 Gbit/s.
[modifier] Normes et fréquences
Dans les zones rurales, les bandes de fréquence utilisées se situent dans les zones de 800 MHz et 900 MHz. Le rayon de couverture de chaque cellule est variable, allant de quelques centaines de mètres (débits optimaux en zones urbaines) jusqu'à 100 km (zone rurales). Dans l'Union européenne (UE), des discussions sur l'utilisation de la bande de fréquence des 800 MHz, ont abouti au choix de ces bandes spectrales qui étaient auparavant utilisées pour la télévision analogique UHF 61-69. Ces canaux sont disponibles en France à partir de 2012, suite à la vente de ce que l'on appelle le « dividende numérique », obtenu par le passage à la TV numérique de tous les États membres européens. En ce qui concerne l'utilisation de la bande des 900 MHz, il faudra effectuer un « réaménagement » du spectre en libérant des canaux actuellement utilisés par le GSM (2G).
Dans les villes et zones urbaines, les bandes de fréquences utilisées seront plus élevées (entre 2,5 et 2,7 GHz au sein de l'UE). Dans ce cas, la taille de la cellule radio (zone de couverture) sera d’environ 1 km. La standardisation par le 3GPP du LTE a été achevée au début 2008 (3GPP rel 8[1]) et la première mise à disposition d'équipements pour tester la norme LTE était prévue pour la fin 2009.
Le but du LTE est de promouvoir l'utilisation du haut-débit mobile, en utilisant l'expérience et les investissements des réseaux 3G afin de développer plus rapidement les réseaux de quatrième génération 4G, dont l'objectif est d'atteindre des débits encore plus élevés (connexion sans fil à 1 Gbit/s).
Le HSPA et le LTE sont des antagonistes forts de la technologie WiMAX et de ses évolutions, la disponibilité de la technologie UMTS HSPA+ et du LTE dans un proche avenir, réduit considérablement les chances de succès de déploiement du WiMAX à grande échelle, en particulier telle qu'elle est appliquée dans le domaine de l'Internet et du haut-débit mobile.
En 2010, de nombreux opérateurs nord-américains utilisant la norme CDMA2000 ont décidé de passer à la norme LTE dès que les équipements seraient disponibles, abandonnant ainsi la technologie CDMA, dont le succès est de plus en plus limité ; ce qui offre la perspective de créer une norme mondiale de communications mobiles.
[modifier] Attribution des fréquences en France
[modifier] bande des 800 MHz[3]
[modifier] bande des 2600 MHz[4][5][6][7]
Il faut aussi noter que l'Arcep dans ses décisions du 22 décembre 2011[3] et du 17 janvier 2012 accorde un droit d'itinérance dans la bande des 800 MHz à l’opérateur Free Mobile car l'appel d'offre de l'ARCEP prévoyait ce droit pour l'opérateur ayant obtenu une autorisation d’utilisation de fréquences dans la bande des 2100 MHz, mais pas dans celle des 800 MHz.
[modifier] Technologies 4G concurrentes ou complémentaires
- Le LTE Advanced, dont les travaux de normalisation s'achèvent au sein de l'UMTS Forum et du 3GPP (normes 3GPP release 10), est considéré comme une évolution de LTE qui le fera passer en 4G. Cette évolution apportera les bénéfices suivants :
- des débits plus élevés sur les liens montants ou descendants du réseau, grâce à l’agrégation de porteuses ;
- des performances radios accrues au niveau d'une cellule pour servir plus de terminaux, grâce aux évolutions de la technologie MIMO ;
- la possibilité de déployer des relais radio à coût plus faible qui viendront étendre la couverture d'une cellule ;
- une plus grande souplesse en termes de capacité de trafic et de nombre de terminaux supportés par le réseau.
- Le WiMAX, qui a acquis le 18 octobre 2007 le statut de standard international ITU comme norme 3G. Les détenteurs d'une licence 3G pourraient donc déployer du WiMAX en sus de l'UMTS, mais l’incompatibilité technique entre ces 2 normes rend peut probable cette cohabitation.
Le WiMAX est déjà en cours de déploiement, cependant le débit maximal offert de plus de 100 Mbit/s par le LTE contre 70 Mbit/s pour le WiMAX ainsi qu'une accessibilité supérieure (100 km en zone rurale) laisse supposer une domination du LTE à partir de 2011.
Plusieurs équipementiers (Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia Siemens Networks, Huawei, ...) et opérateurs télécoms (Verizon, AT&T, Orange, Vodafone, T-Mobile, NTT-DoCoMo...) travaillent ensemble pour développer la standardisation des réseaux et des terminaux LTE (Long Term Evolution), successeurs de la 3G et candidats à la future 4G.
[modifier] Essais et commercialisation
La société Vodafone a annoncé en 2009 avoir achevé dans ses laboratoires des évaluations de produits LTE destinés à la plupart des pays européens où elle opère.
Le Japonais NTT DoCoMo a commencé la commercialisation du LTE fin 2009 au Japon.
Le 15 décembre 2009, TeliaSonera commence la commercialisation des offres utilisant des équipements LTE en Suède et en Norvège, en continuant, avec des extensions vers d'autres pays densément peuplés du Nord de l'Europe depuis le début 2010. Pour le soutien technique de la dernière technologie de troisième génération, TeliaSonera s'est appuyée sur Ericsson (Stockholm) et Huawei (Oslo), tandis que les dispositifs de réception (USB) (clé LTE) sont fournis par Samsung.
Aux États-Unis, la société Verizon Wireless a lancé une offre commerciale LTE fin 2010 ; elle a, fin 2011, plus de 4 millions d’abonnés LTE (1er réseau mondial LTE). Un autre opérateur américain AT&T a aussi lancé une offre LTE mi 2011.
Une étude d'utilisation de terminaux LTE en environnement réel sur les réseau d'AT&T et de Verizon a montré des débits plutôt élevés, de 10 à 40 Mbit/s (pic) en réception (download)[8] et jusqu’à 10 Mbit/s en émission (upload).
[modifier] Notes et références
- (en) 3GPP Standards Update, slides 13 et 15 ETSI - 3GPP, février 2011.
- (en) normes LTE EUTRA 3gpp.org, février 2012
- L'ARCEP publie les résultats de la procédure d'attribution des licences mobiles 4G dans la bande 800 MHz (le " dividende numérique ")
- Décision autorisant la société Bouygues Telecom à utiliser des fréquences dans la bande 2,6 GHz en France métropolitaine pour établir et exploiter un réseau radioélectrique mobile ouvert au public, Décision n° 2011-1168 en date du 11 octobre 2011
- Décision autorisant la société Free Mobile à utiliser des fréquences dans la bande 2,6 GHz en France métropolitaine pour établir et exploiter un réseau radioélectrique mobile ouvert au public, Décision n° 2011-1169 en date du 11 octobre 2011
- Décision autorisant la société Orange France à utiliser des fréquences dans la bande 2,6 GHz en France métropolitaine pour établir et exploiter un réseau radioélectrique mobile ouvert au public, Décision n° 2011-1170 en date du 11 octobre 2011
- Décision autorisant la société française du radiotéléphone à utiliser des fréquences dans la bande 2,6 GHz en France métropolitaine pour établir et exploiter un réseau radioélectrique mobile ouvert au public, Décision n° 2011-1171 en date du 11 octobre 2011
- (en) AT&T, Verizon LTE nets offer similar data download computerworld.com, décembre 2011
