La quatrième génération des systèmes mobiles

17/11/2013
Auteurs : Patrice Collet
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2011-5:5353

Résumé

La quatrième génération des systèmes mobiles

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	    <date dateType="Created">Sun 17 Nov 2013</date>
	    <date dateType="Updated">Thu 26 Jan 2017</date>
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REE N°5/2011 ◗ 69 LES GRANDS DOSSIERsIntroduction Depuis leur entrée sur le marché grand public au début des années 90, les servi- ces de communication avec les mobiles ont pris une place sur le marché des commu- nications électroniques que peu d'analystes avaient envisagée : ils sont, aujourd'hui, de- venus prépondérants en termes de nombre d'abonnements.  A la fin de 2010, on dé- nombrait plus de 5 milliards d'abonnements mobiles à travers le monde, à comparer avec 1,2 milliards d'abonnements à la téléphonie fixe. Dans les pays en développement, les services mobiles ont des taux de pénétration qui dé- passent largement ceux des services fixes (plus de 70 abonnements pour 100 habitants contre un peu moins de 12 abonnements fixes pour 100 habitants pour le service fixe (source UIT)). Alors qu'ils avaient été, à l'origine, principalement conçus pour fournir le service téléphonique mobile, les réseaux mobiles ont rapidement du évoluer pour prendre en charge le transport de données. En effet, l'explosion de l'usage des services de l'Internet a, na- turellement, fait apparaître une demande d'accès à Internet en situation de mobilité. La disponibilité de terminaux mobiles très orientés vers ces types d'usage (les smartphones) a fortement fait croître le trafic de données dans les réseaux mobiles. Selon l'ARCEP, en 2010, dans les réseaux mobiles en France, le volume de données consommées a doublé et les revenus du transport de données (SMS+ données) ont représenté 23 % des revenus des services mobiles : par rapport à 2009, ils ont crû de près de 20 %, et plus de trois quarts de l'augmentation annuelle de ce revenu pro- vient des services d'accès à Internet et des services multimédia mobiles. Concernant le transport de données, la quatrième génération de réseaux mobiles objet de ce dossier, est, de ce point de vue, un aboutissement, puisque leur conception est complètement fondée sur le transport de données sous forme de paquets IP. Mais les systèmes mobiles antérieurs ont, au fil de leurs générations, pris en compte ce besoin. C'est ce qu'illustre le premier article de notre dossier qui présente l'architecture et les principes des réseaux cel- lulaires ainsi que leurs évolutions : passage de l'analogique au numérique, croissance des débits offerts en mode données, prise en compte de la croissance de la demande de transport de données avec l'introduction du transport de paquets de données IP. Il décrit également l'évolution des techniques radio utilisées, à la recherche, notamment, d'une amélioration permanente de l'effica- cité spectrale. Les objectifs de l'accès radio des systèmes de 4ème génération ont été fixés par l'UIT-R et les systèmes qui s'y conforment sont dits conformes à IMT Advanced. Plusieurs organisations ont proposé des systèmes dis- posant, en principe, des caractéristiques exigées. Le 3GPP, qui est en charge des spécifications des systè- mes dérivés du standard GSM européen, a développé un système complet comportant à la fois un nouveau système d'accès radio et une nouvelle architecture de réseau cœur appelé LTE (Long Term Evolution). L'accès radio de LTE, dans une version dite LTE-Advanced, a été déclarée conforme aux spécifications IMT-Advan- ced en même temps que l'accès Wimax (IEEE 802.16m). A ce jour, LTE semble être la norme retenue très large- ment par les opérateurs mobiles, y compris les opéra- teurs mobiles nord américains. C'est donc le réseau LTE dont nous décrivons, dans ce dossier, les principes. Le deuxième article présente l'accès radio de LTE : on peut le caractériser par une architecture plate, une gestion simplifiée, une efficacité spectrale améliorée par rapport aux systèmes de 3ème génération et leurs évolutions ain- si que des débits crêtes en croissance significative. Pour ce qui concerne le cœur de réseau, on a pris, dans LTE, le parti d'abandonner toute commutation de circuits, et d'achever la séparation entre la couche de transport des flux de données et la couche de com- mande du réseau mobile. Le troisième article décrit le cœur de réseau LTE appelé ePC. Au-delà des techni- La quatrième génération des systèmes mobiles Patrice Collet président du Club Télécom de la SEE 70 ◗ REE N°5/2011 LES GRANDS DOSSIERs Introduction ques de transport IP, il contient d'importantes innovations comme la mise en place de mécanismes de gestion de la qualité de service qui devraient permettre de fournir des services comme la voix ou la vidéo dans des condi- tions satisfaisantes sur une infrastructure IP, ou bien la possibilité de pouvoir desservir plusieurs technologies d'accès sans fil, les accès dits 3GPP mais également les accès radio 3GPP2 (nor- malisés en Amérique du Nord) ainsi que les accès Wi-Fi et Wimax. Pour être fructueuse, la mise en place d'une nouvelle technologie de réseau mobile doit être accompagnée d'actions dans le domaine des terminaux, des applications, et des usages. Ces actions doivent être développées, si possible, en anticipation par rapport à l'ouverture des réseaux. Les pôles de compétitivité qui travaillent dans le domaine des services et réseaux à haut débit ont, évidemment, un rôle très important dans ce domaine. C'est pourquoi nous avons proposé à certains d'entre eux de décrire leurs actions liées aux technologies 4G. Dans le quatrième article, les pôles de compétitivité « Images et Réseaux » et « Systematic » présentent un certain nombre de leurs travaux dans ce domaine. Ces quatre articles ne prétendent pas décrire dans tous leurs détails les réseaux 4G-LTE mais cherchent à en donner une première vision. Malgré beaucoup d'ef- forts, il n'a pas été possible d'éviter le re- cours à un grand nombre d'abréviations, en anglais, pour leur très grande majo- rité. Pour faciliter leur lecture nous pro- posons, à la fin de ce dossier, une liste d'abréviations et leur transcription. ■ Introduction Par Patrice Collet .......................................................................................................................................................................... p. 69 Réseaux Radiomobiles : Des systèmes analogiques au haut débit mobile Par Nicolas Dailly, Patrice Collet ............................................................................................................................................ p. 71 La quatrième génération des systèmes mobiles : le réseau d’accès radio LTE Par Laurent Thomas, Laurent Roullet .................................................................................................................................. p. 83 La quatrième génération des systèmes mobiles : le réseau cœur LTE : ePC Par Philippe Le Guennec................................................................................................................................................................ p. 92 Les actions de recherche et développement des pôles de compétitivité Images et Réseaux et System@tic préparant l’arrivée des systèmes de 4ème génération par Emmanuelle Garnaud Gamache, Michel Corriou, Thierry Houdoin, Véronique Vèque, Thierry Lestable, Méhand Guiddir...................................................................................................... p. 103 Glossaire ........................................................................................................................................................................p. 114 les articles Patrice Collet est ancien élève de l'École Polytechnique et ingé- nieur général des télécommuni- cations. Sa carrière l'a conduit de la recherche et développement au CNET qui était alors le centre de recherches de la Direction Générale des Télécommunica- tions à la Direction Générale de France Télécom où il a eu la responsabilité de l'architecture du réseau fixe et son évolution.