LTE Advanced

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LTE-Advanced est une norme de réseau de téléphonie mobile de 4e génération définie par l’organisme de normalisation 3GPP qui fait partie (avec le Gigabit WiMAX) des technologies réseaux retenues par l'Union internationale des télécommunications (UIT) comme norme 4G IMT-Advanced ; il représente la « vraie » 4G. LTE signifie Long Term Evolution[1].

Le LTE Advanced, dont la normalisation de la première version (normes 3GPP Ts36.xxx rel 10[2]) s’est achevée fin 2011 au sein de l'ETSI et du 3GPP (normes 3GPP release 10 - version 10), est une évolution de la norme LTE qui lui permet d’atteindre le statut de « véritable norme 4G », tout en gardant une compatibilité ascendante complète avec le LTE, au niveau des terminaux (smartphones, tablettes, clés 4G) et au niveau du réseau, grâce aux fréquences identiques et aux codages radio (OFDMA et SC-FDMA) qui sont ceux déjà utilisés dans les réseaux LTE (accès radio EUTRAN).

Le LTE-Advanced sera capable de fournir des débits pics descendants (téléchargement) supérieurs à 1 Gb/s à l’arrêt et à plus de 100 Mb/s pour un terminal en mouvement, grâce aux technologies réseaux intelligentes[3] qui permettent de maintenir des débits plus élevés en tout point de la cellule radio[4], alors qu’ils baissent fortement en bordure des cellules UMTS et LTE[5].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Évolutions par rapport au LTE[modifier | modifier le code]

Comparé au LTE, Le LTE Advanced se différencie, pour l’essentiel, par une série d’améliorations indépendantes les unes des autres et qui préservent la compatibilité ascendante avec les normes et les terminaux LTE existants. Les bénéfices suivants sont apportés par les évolutions de la norme LTE vers le LTE Advanced :

  • des débits plus élevés sur les liens montants et descendants, grâce à l’agrégation de porteuses (en anglais : « Carrier Aggregation ») qui permet d’utiliser un spectre hertzien (continu ou pas) pouvant atteindre 100 MHz de largeur (comparé à 20 MHz maximum en LTE)[6] ;
  • des performances radios accrues au niveau d'une cellule pour pouvoir servir plus de terminaux mobiles, grâce, entre autres, aux évolutions de la technologie MIMO (Mimo 8x8)[4] ;
  • la possibilité de déployer des relais radio annexes à coûts plus faibles qui viennent étendre la couverture des cellules principales[4] ;
  • de meilleures performances dans les zone mitoyennes de 2 cellules grâce aux techniques de micro-synchronisation entre cellules appelée « CoMP » (Coordinated Multi-Point[3]) et SON (Self Organizing Network) et grâce au beamforming actif permis par les antennes MIMO.

Le LTE Advanced est défini dans les mêmes documents que ceux spécifiant la première version de la norme LTE : les normes «  ETSI TS 36.xxx »[2]. Seule la version de ces documents diffère : version 8 (rel-8) pour le LTE, versions 10, 11 et 12 pour le LTE Advanced[7]. LTE Advanced est donc une évolution de la norme LTE avec des compléments fonctionnels qui permettent une introduction progressive des nouvelles fonctions dans les réseaux LTE préexistants. Les stations de base eNode B compatibles avec les normes LTE Advanced restent compatibles avec les terminaux simplement LTE, y compris dans les bandes de fréquences agrégées (utilisées en mode « Carrier Aggregation »).

Les réseaux LTE Advanced utilisent, comme le LTE, un « cœur de réseau » basé sur les protocoles IP (IPv6), utilisé pour transmettre la voix (protocole VoLTE) et les données. Pour la partie radio (eUTRAN), le LTE Advanced utilise les codages OFDMA[8] (liaison descendante) et SC-FDMA (liaison montante) associés à des algorithmes de récupération d’erreur de type HARQ et à des Turbo codes. Le LTE Advanced prévoit aussi que les antennes puissent utiliser les modes de multiplexage FDD (Frequency Division Duplexing) qui utilise 2 bandes de fréquences distinctes pour l'émission et la réception, ou TDD (Time-Division Duplex) qui utilise une seule bande de fréquences avec allocation temporelle (chaque ms) des ressources radio pour l'émission ou pour la réception des données.

Catégories de terminaux mobiles[modifier | modifier le code]

Le 3GPP et l'ETSI ont défini conjointement dans les normes « TS36.306 version 10 et 11 », 8 puis 10 catégories de terminaux LTE et LTE Advanced ; ces catégories définissent les caractéristiques, les débits minimaux (montant et descendant) et le nombre de bandes de fréquences agrégées (porteuses) que doit supporter le terminal mobile ; elles définissent aussi le type d’antenne (niveau de MIMO) qu’il intègre[9].

Les 5 premières catégories de terminaux sont les mêmes qu'en LTE (3GPP rel-8), les 5 classes suivantes de terminaux (catégories 6 à 10) sont nouvelles et spécifiques au LTE Advanced, elles ont été définies dans les rel-10 et rel-11 des normes 3GPP. Trois de ces nouvelles catégories ont été spécifiées dans la version 10, deux autres dans la version 11 (rel-11) de la norme[10], d'autres sont en cours de définition dans la version 12 (rel-12) de la norme TS36.306. Certaines des nouvelles catégories de terminaux ont plusieurs variantes qui sont, par exemple, fonction du nombre d’antennes (MIMO) ou des bandes de fréquence utilisées (on parle ainsi, par exemple, de UE catégories 7A ou 7B).
Les débits listés dans le tableau supposent une largeur de bande de 20 MHz pour chaque porteuse ; dans le cas de bandes de fréquence plus étroites, le débit est réduit proportionnellement à la largeur de la bande de fréquence (ou des bandes de fréquence, qui n'ont pas obligatoirement toutes la même largeur).

Catégories de terminaux LTE Adv (3GPP rel.11)[10]
Catégorie 1 2 3 4 5 6[A 1] 7 8[A 2] 9 10
Débit crête (Mbit/s) Descendant 10 50 100 150 300 300 300 3000 450 450
Montant 5 25 50 50 75 50 100 1500 50 100
Caractéristiques fonctionnelles
Largeur de la bande de fréquence de chaque porteuse 1,4 à 20 MHz
Nombre de porteuses radio agrégées dans le sens descendant 1 1 ou 2 5 2 ou 3
Modulations Descendante QPSK, 16QAM, 64QAM
Montante QPSK, 16QAM QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM
Antennes
MIMO 2x2 Non Oui
MIMO 4x4 Non Oui Oui/Non Oui Oui/Non
MIMO 8x8 Non Oui Non

Notes :

  1. note A1 : Le débit minimum fixé par la norme 3GPP, pour les catégories 6 et 7, peut être atteint de plusieurs façons, par exemple : « 1 porteuse et 4 antennes (MIMO 4x4) » ou « 2 porteuses et 2 antennes » ; en pratique les smartphones « cat.6 » annoncés pour 2014/2015 supportent la 2e option.
  2. note A2 : La catégorie 8 définit la configuration théorique maximale que pourra implémenter un terminal LTE Advanced : « 5 porteuses agrégées et 8 antennes en émission et en réception (MIMO 8x8) » ; en pratique, vu la complexité (8 antennes), le poids et la consommation électrique que cela implique, aucun terminal mobile (smartphone) commercial compatible « cat.8 » n’est annoncé à court ou moyen termes.

LTE-Advanced testé sur le terrain[modifier | modifier le code]

Au Japon, l’opérateur NTT DoCoMo a obtenu en 2012, le feu vert du bureau des télécommunications rattaché au ministère de l’Intérieur japonais pour mener des expérimentations LTE-Advanced sur le terrain via une pré-licence qui lui permet d’exploiter des fréquences dans les villes de Yokosuka et Sagamihara.

Ce pilote permet de tester des équipements LTE-Advanced en intérieur comme en extérieur. NTT DoCoMo a déjà réalisé une série d’expérimentations en simulant un environnement radio perturbé par des obstacles, modélisant des configurations telles qu’on peut les trouver dans les villes, mais dans ses centres de R&D, où il a réussi à obtenir des débits descendants de 1 Gb/s et montants de 200 Mb/s.

Une introduction progressive des nouvelles fonctions apportées par le LTE Advanced est possible grâce à la compatibilité ascendante avec le LTE. Toutefois, il ne faut pas attendre, avant 2014-15, les premiers terminaux commerciaux (smartphones) et des équipements de réseau (eNode B) exploitant l’agrégation de 2 puis 3 porteuses (catégorie 6)[11], et au-delà de 2016 pour les débits les plus rapides (> 300 mbps) prévus par la norme[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. L’UE investit dans la LTE Advanced, l’internet mobile ultrarapide, PC INpact, publié le 18 août 2009.
  2. a et b (en) Normes LTE et LTE Advanced, partie radio 3gpp.org, février 2012
  3. a et b (en) LTE Advanced: new MIMO, Carrier Aggregation and Comp LTE Resources - artizanetworks.com
  4. a, b et c (en) 3GPP, LTE Advanced tutorial 3gpp.org, juillet 2013
  5. Le débit crête doit atteindre 2,4 bps/Hz/cell en limite de cellule, alors qu'à conditions égales (Mimo 2x2), il est d'environ 1 bps/Hz/cell en LTE, et 8 bits-par-sec/Hz/cell au cœur des cellules radio.
  6. (en) Carrier Aggregation explained 3gpp.org, juin 2013
  7. Alors que les normes 3G UMTS sont définies dans la série de documents « 3GPP TS 25.xxx » et les normes GSM dans les séries « 3GPP TS 02.xx à TS 05.xx »
  8. LTE Advanced : OFDMA 4glte.over-blog, avril 2012
  9. (en) [PDF] 3GPP TS 36.306 rel.10 - (E-UTRA); User Equipment (UE) radio access capabilities, rel-10 ; chapitre 4 : catégories UE LTE et LTE Advanced etsi.org, juillet 2012. Pour obtenir le débit, les chiffres du tableau sont à multiplier par 1000, car 1 TTI = 1 ms.
  10. a et b (en) 3GPP, E-UTRA; User Equipment (UE) radio access capabilities, rel-11, chapitre 4.1 3gpp.org, consulté en avril 2014
  11. a et b (en) LTE-A deployments will drive sales of 300 Mbps Cat6 chips telecompetitor.com, 15 juillet 2014

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]