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REPUBLIQUE DE COTE D'IVOIRE Union-Discipline-Travail
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Nangui Abrogoua
Unité de Formation et de Recherche des Sciences Fondamentales et Appliquées
Année académique : 2015 - 2016
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Thème:
ETUDE DES MECANISMES DE L'HANDOVER HORIZONTAL POUR UNE MEILLEURE PERFORMANCE DES INTERFACES
DE LIAISON X2 ET Sl (LTE)
MEMOIRE POUR L'OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER EN INFORMATIQUE OPTION GENIE INFORMATIQUE
Présenté par ZOUNEME Boris Stéphane
Le 14 Novembre 2016
Lejury
Président du jury: Prof YORO Gozo Membre: Dr TRAORE Soungalo Membre: Dr TCHIMOU N'Takpé Membre: Dr OUATTARA Mory Membre : Dr ZEZE Sylvain
Directeur de mémoire Prof AKA Boko
Co-directeur Dr TRAORE Soungalo
1
ETUDE DES MECANISMES DE L'HANDOVER HORIZONTAL POUR UNE
MEILLEURE PERFORMANCE DES INTERFACES DE LIAISON X2 ET S 1 (L TE)
ZOUNEME BORIS STEPHANE
14 Novembre 2016
REMERCIEMENTS
Je rends grâce à Dieu de m'avoir permis de mener à bien ce travail de recherche que je Lui dédie.
Je tiens à adresser mes remerciements à mon directeur de mémoire, Professeur AKA BOKO pour avoir accepté de superviser mes travaux.
Je tiens aussi à remercier mon encadreur, Docteur TRAORE SOUNGALO pour la confiance qu'il m'apporte, pour sa disponibilité, ses encouragements et ses conseils avisés tout au long de la réalisation de mon mémoire.
Je remercie toute l'équipe enseignante et administrative de l'unité de formation et de recherche des sciences fondamentales appliquées (UFR SF A) de L'université Nangui Abrogoua pour leur participation à ma formation.
Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à mes parents pour leur bénédiction, leur soutien dans ma vie jusqu'à ce niveau de mon parcours universitaire et à travers eux toute ma tarrune. Je vous aime beaucoup.
nfin, je remercie ma famille spirituelle et tous mes amis pour leur soutien et leur présence dans ma vie.
Il
1
DEDICACE Comme mon père me le dit à chaque étape de mon parcours académique, « prions ! et
remercions Dieu pour le travail accompli ... » C'est donc à Dieu que ma famille et moi dédions ce travail pour son aide et sa grâce durant tout le parcours de notre vie et de ma formation académique.
Merci papa, merci maman pour vos bénédictions et de toujours me montrer la voie de la reconnaissance à Dieu car il est la source de toute inspiration.
Ill
1
RESUME La mobilité est une composante clé et indispensable pour les réseaux de
télécommunications cellulaires surtout pour les technologies de dernières générations. Dans un monde où toute communication peu importe la forme, à tendance à s'établir en temps réel. Dans ce contexte, se déplacer tout en ayant une bonne qualité de voix, à regarder une vidéo streaming c'est-à-dire en temps réel ou encore à conserver un meilleur débit de transmission de données ininterrompues, a toujours été un challenge et constitue une problématique pour toutes les générations de technologies de réseaux cellulaires jusqu'à la quatrième génération la 40 (LTE).
Plusieurs mécanismes s'offrent pour établir et conserver cette continuité de réseau en mobilité, à savoir entre autres : la redirection, employée dans la 20 et la 30, qui consiste à envoyer le terminal mobile vers une cellule cible, sans établir un dialogue préalable entre la tation de base d'origine et celle de destination ; la resélection au cours de laquelle le terminal mobile envoie et reçoit peu de données et cette période d'inactivité lui permet de réaliser des mesures sur les cellules voisines toujours sans dialogue préalable avec la cellule cible cependant le handover se distingue des deux suscités par une phase de préparation de la station de base de destination.
L'objectif de notre travail consiste à mener une étude sur les mécanismes de l'handover horizontal qui s'exécutent essentiellement au sein du réseau L TE (intra-handover) en mettant en évidence les interfaces de liaison X2 (X2 -handover) entre eNodeB et les interfaces de liaison S 1 (S 1-handover) entre eNodeB et MME du réseau cœur de la technologie L TE, afin de proposer des valeurs optimales des paramétrages d'hystérésis et de TTT basé sur la puissance de liaison descendante pour de meilleures performances des handovers horizontaux via les interfaces de liaisons X2 et S 1 pour un UE mobile connecté se déplaçant aux vitesses de 3km/h, 30km/h et 120km/h par cellule sur un rayon de couverture de 0.5 km. Pour se faire nous avons proposé un algorithme que nous avons implémenté dans le simulateur LTE-STM afin de jauger des performances d'un handover intra LTE (X2/Sl handover) en prenant en compte ces deux paramètres.
A cet effet, quelques approches adoptées pour leur élaboration ainsi que les contraintes relatives à leur exécution en termes de délai, de débit, de taux de handover, de paquets perdus et du STNR (Signal lnterference Noise Ratio) ont également été prises en considération dans l'implémentation afin de simuler réellement l'apport de l'intra-handover avec un meilleur recours et une bonne continuité de services réseau au sein de la technologie L TE par le simulateur L TE-SfM.
Mots clés: Etude. Mécanismes. Handover horizontal. interfaces de liaison X2 et S 1.
IV
ABSTRACT
Mobility is a key component and essential for cellular telecommunications networks mainly for technology generations past. ln a world where ail communication whatever form, to tend to settle in real time. ln this context, moving while having a good voice quality, to watch a streaming video that is to say, in real time or to maintain a better uninterrupted data transmission rate, has always been a challenge and is a problem for ail generations of cellular network technologies to the fourth generation, 4G (L TE).
everal mechanisms are available to establish and maintain this continuity of network mobility, ie among others: the redirection, used in 2G and 3G, which is to send the mobile terminal to a Larget cell without establishing prior dialogue between the original base station and the destination; reselection during which the mobile terminal sends and receives little data and this period of inactivity allows it to perform measurements on neighboring cells still without prior dialogue with the target cell, however, the handover differs from the two raised by a preparation phase of the destination base station.
The aim of our work is to conduct a study on the mechanisms of horizontal handover which essentially run within the L TE network (intra-handover) highlighting the X2 link interfaces (X2 -handover) between eNodeB SI and link interfaces (SI handover) between eNodeB and MME heart of the L TE network to offer optimal values of hysteresis settings and TT based on downlink power for better performance horizontal handovers via the X2 interfaces and S 1 links to UE mobile connected moving to 3km / h, 30km / h and 120km / h on a per cell coverage radius of 0.5 km. To do so we have developed an algorithm that we implemented in the L TE-SIM simulator to gauge the performance of an intra L TE handover (X2 / S 1 handover) taking into account these two parameters.
To this end, several approaches to the preparation of such constraints on their performance in terms of delay, throughput, number of handover, packet loss and the SINR (Signal Interférence Noise Ratio) were also taken into consideration implementation in order to actually simulate the contribution of intra-handover with better use and good continuity of network services in L TE via L TE-SIM simulator.
Keywords: Study, Mechanisms, Horizontal Handover, X2 and S l link interfaces.
V
TABLE DES MATIERES
Remerciements ii
Dédicace iii
Résumé iv
Abstract V
Table des matières vi
Liste de figures ix
Liste des tableaux xi
Liste des abréviations xii
Introduction générale 1
ontexte 1
Problématique 1
Objectif du mémoire 1
Plan du mémo ire 2
Chapitre 1 : Présentation de la technologie LTE 3
1.1 Introduction 3 1.2 Objectifs de la technologie L TE 3 i.3 Architecture de ia technologie LTE 4
1.3.1 La partie radio eUTRAN 5 1.3.1.1 eNodeB 5
1.3.2 Le réseau cœur EPC 6 1.3.2.1 SGW (Serving Gateway) 6 1.3.2.2 PDN-GW(Packet Data Network Gateway) 6 1.3.2.3 MME (Mobility Management Entity) 7 1.3.2.4 PCRF ( Policy and Charging Rules Function) 7 1.3.2.5 HSS( Home Subscriver Service) 7 i.3.2.6 La partie iMS O..P Muitimeâia Sub-sysrern) .7
J.3.3 L'architecture protocolaire de la technologie LTE 7
1.3.3.1 Le plan utilisateur (User Plan) 8 1.3.3.1.1 PDCP (Packet Data Convergence Protocol) 8 1.3.3. l.2 RLC (Radio Link Control) 8 1.3.3.1.3 MAC (Medium Access Control) 9 1.3.3.1.4 PHY (Physical) 9
1.3.3.2 Le plan de contrôle (Contrai Plan) 10 VI
1.4.3 Multiplexage 13
l.4.3. l Structure d'une trame L TE 13
1.4.3 .1.1 Structure de type 1 : FDD 13
1.4.3 .1.2 Structure de type 2 : TDD 13
1.5 Les canaux de communications dans la technologie LTE 14
1.5.1 Les canaux logiques 14
1.5 .2 Les canaux de transport 15
1.5.3 Les canaux physiques 15
I .5.4 Synthèse des canaux [6
1.6 La qualité de servive (QoS) dans la technologie L TE 16
i. 7 Conclusion 2û
Chapitre 2 : Etat de l'art de l'handover dans les différentes générations de réseaux
mobiles 21
2.1 Introduction 21
2.2 Architecture du réseau GSM 21
2.3 L'handover dans le GSM (2G) 22
2.3. l Mécanismes du handover dans le réseau GSM 22
2.3.2 Procédure d'exécution du handover dans le réseau GSM 22
2.3.3 Les différents types de handover le réseau GSM 23
2.4 Architecture du réseau UMTS 23
2.4.1 Le réseau d'accès UTRAN 24 2.4.2 Le réseau cœur 26
2.5 L'handover dans l'UMTS (30) 27 2.5. l Le hard handover. 27
2.5.2 Le soft handover 28
2.6 Conclusion 30
Chapitre 3 : Etude détaillée des mécanismes de l'handover horizontal dans la
technologie LTE 31
3. l Introduction 3 l 3.2 Les phases du handover dans Je système L TE 31
3.2.1 La phase de mesure .32 3.2.2 La phase de préparation 37 3.2.3 La phase d'exécution 38 3.2.4 La procédure en cas d'échec .42
3.J Les paramètres du handover dans fe système L l'h .45
VII
1
3.3.1 La marge d'hystérésis 45
3 .3 .2 Time-to-Trigger (TTT) .46 3.3.3 Seuil RSRP et RSRQ d'initiation du handover. .46
3.4 Les types de handover dans le L TE .46
3.4.1 Les interfaces X2 et S 1 dans le réseau L TE 47
3.4.1. I L'interface X2 .47
3.4.1.2 L'interface Sl .47
3 .4.2 lntra- handover L TE avec interface X2 .48
3.4.3 Tntra-handover L TE avec interface S 1 .49
3.5 Allocation de ressources 52
3.6 Accès à la ressource radio 54
3.7 Conclusion 55
Chapitre 4 : Proposition d'algorithme pour une amélioration des performances de l'handover horizontal dans la technologie LTE 56
4.1 lntroduction 56
4.2 Proposition d'algorithme de l'handover horizontal dans la technologie L TE 56
4.3 Choix du simulateur 59
4.4 Présentation du simulateur. 59
4.5 Modélisation de la simulation 60
4.6 Résultats et interprétations de la simulation 61
4.7 Conclusion 64
Conclusion générale et perspectives
Bibliographie
65
66
Vlll
LISTE DES FIGURES 1.1 Architecture générale d'un réseau L TE 5
1.2 Architecture du réseau cœur EPC (Evolved Core Network) 6
I.J Architecture protocolatre de la technologie L r f:'., ( User Plan et Control Ptan) ~
1.4 Fonctionnement de la couche RRC 1 l
î.5 Signai OFDivi j 2
1.6 le système MIM0 13
1.7 Structure de la trame rad 10 •...•••...........•....••....••.....•.....•.....•....•••....•.....••.. l4
1.8 Les slots d'une trame radio 15
1.9 Les différents canaux de transmission 17
1.10 Etablissement d'un default bearer. 18
1.11 Etablissement d'un dedicated bearer. 19
1.12 Schéma de la QoS et des différents types de bearers dans la technologie L TE 19
2.1 Architecture du réseau GSM (2G) 22
2.2 Mécanisme de handover dans le réseau GSM (2G) 23
2.3 Architecture du réseau UMTS (3G) 24
2.4 Architecture du réseau d'accès 25
2.5 NodeB avec antenne omnisectorielle 26
2.6 NodeB avec antennes sectorielles 26
2.7 Représentation graphique de l'exemple ci-dessus 27
2.8 Architecture du réseau cœur de l'UMTS 28
2.9 Graphique présentant un hard handover 29
2.10 Graphique représentant un soft handover 30
.i.J Les trois phases du nandover JJ
3.2 Influence du signal de l'UE sur son débit par rapport à sa distance de la station
de base 34
3.3 Gestion du plan utilisateur lors de l'exécution d'un handover. .41
.5.4 rcapport de reception par Î'Ut. pour éviter ies doublons .Ï'IJCY 43
IX
3.5 Les étapes dans la perte du lien radio .44
3.6 Diagramme du rétablissement de la connexion RRC .46
3.7 Le déclenchement de la procédure d'un handover. .47
3.8 Pile protocolaire du plan utilisateur et plan de contrôle avec interface X2 .48
3.9 Pile protocolaire du plan utilisateur et plan de contrôle avec interface Sl. 49
3.10 Vue d'ensemble des interfaces X2 et Sl .49
3.11 Schéma générique d'un X2-handover. 50
3.12 Diagramme de flux du handover intra LTE via l'interface X2 51
3.13 Schéma générique d'un Sl-handover .52
4.1 Algorithme de l'handover horizontal LTE basé sur la puissance du signal reçu et le rrr 58
4.2 Modélisation de 7 cellules 60
X
LISTE DES TABLEAUX
1.1 Evolution de la 2G à la 3G .3
1.2 Différents paramètres de la technologie L TE .4
1.3 Les différents canaux logiques 16
1.4 Les différents canaux de transport 16
1.5 Les différents canaux physiques de données 16
1.6 Les différents canaux physiques de contrôle 17
1.7 Les neufs QCl et leurs paramètres 20
2.1: Types de handover dans les technologies mobiles avant la 4G 30
4.1 Paramètres de simulation 61
4.2 Résultats issus du paramétrage d'hystérésis et ITf (casl) 62
4.J xesuuats issus du parametrage dhystérésrs et t J J (casL) 6:L
4.4 Résultats issus du paramétrage d'hystérésis et TTT (cas3) 62
4.5 Résuitats issus du pararnécrage dhystérésis et TTT (cas4) 62
4.6 Propositions de paramétrage d'hystérésis et TTT pour de meilleures performances de l'handover horizontal dans la technologie L TE 62
XI
LISTE DES ABREVIATIONS
2G 3G 3GPP 4G
AC ACK AM AGW AS
BS
COMA CQI CP
2th Generation 3rd Generations Third Generation Partnership Project 4th Generations
Admission Control Acknowledgement Acknowledged mode Access Gateway Access Stratum
dB DL DRH eNB EXPPF EPC E-UTRAN FDD
GPRS GSM
Base Station
Code Division Multiple Access Channel Quality Lndicator Cyclic Prefix
ircuit-Switched Decibel Downlink uata Radio tsearer Enhanced NodeB Exponential PF Evoived Packet Core Evolved Universal Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex
General Packet Radio Service Global System for Mobile communications
Hard no HO HOM HSJJPA HSS IMS 1P
LTE
MAC MLB MME M-LWDF
NACK
Hard Handover Handover Handover margin ttigh Speed uowniink Packet Ace Home Subscriber Server 1P Multimedia Sub-systern Tnternet Protocol
Long Term Evolution
Medium Access Conrrol Mobile Load Balancing Mobility Management Entity Modified Largest Weighted Delay First
Negative Acknowledgement
XII
on-Access stratum
OFDM ÛJiUlVIA
PAPR FCKF PDBC PDCCH r_u(.,r PDN PDU Fii PGW PRACH PSS PUCCH QoS
RAN RACH RAB RB RLC RNC RRC RRM RSRP J{SK(J RSS RSSI
Orthogonal Frequency Division Multiplexing urmogonal r-requency u1v1s1on LV1u1up1e Acce
Peak-to-A verage Power Ratio Poiicy anci Charging Rures Function Physical Broadcast Channel Physical Downlink Control Channel Packei-Data Convergence Protocoi Packet Data Network Protocol Data Unit Proporrionai Fair PDNGateway Physical Random Access Channel Prirnary Synchronization Signar Physical Uplink Control Channel QuaJity of Service
Radio Access Network Random Access Channel Radio Access Bearer Resource Block Radio Link Protocol Radio Network Controller Radio Resource Contrai Radio Resource Management Reference Signal Received Power Reterence Signal Received Quality Received Signal Strength Received Signal Strength [ndicator
~Al!; Sl SC-FDMA SlNK SOFTHO SON sss SU-MlMO
System Arcrutecture Evotuuon Interface de liaison entre eNB et MME Single Carrier - Frequency Division Multiple Access Signai to interference plus Noise Ratio Soft Handover Self Optirnization Network Secondary Synchronization Signal Single User-MlMO
1JJU
TDMA TTI TTT
UE
Tirne Division Duplex Tirne Division Multiple Access ransmission Time Intervalle ïïme-ro-Trigger
User Equipement _...,._ -~ Ulvtt.:,
X2 Universai iviobiie Teiecornmunicauon System Interface de liaison entre deux eNodeB
XIII
INTRODUCTION GENERALE ---- --- --- ---
Lontene
L'histoire des réseaux mobiles est relativement récente. Elle se compose de deux étapes principales, auxquelles on donne couramment le nom de génération. On parle de deuxième et troisième générations de réseaux mobiles, respectivement abrégées en 2G (GSM) et 3G (UMTS).Une génération se différencie d'une autre par l'amélioration voire le changement en termes de débit, de bande passante, de temps de latence, de largeur de fréquences hertziennes, de support de transmission et de techniques d'accès à la ressource radio. Cependant, les besoins grandissant du monde des réseaux mobiles en termes de débit, de QoS (Quality of Service), de ressources (fréquence, bande passante, etc .. ) avec d'avantage de mobilité a mené les travaux de réflexion du groupe 3GPP, pour apporter satisfaction à ces besoins, a une révolution de la 3G qui aboutit à une nouvelle technologie vers le tout fP: la technologie LTE (Long Term Evolution), technologie de la quatrième génération (4G). Dans les réseaux de communications cellulaires, la mobilité est une composante essentielle. Par conséquent, les réseaux mobiles sont tous basés sur le concept de cellule; à savoir subdiviser leur zone de couverture en cellule selon la taille et la capacité du système. La nécessité, donc pour les terminaux mobiles de se déplacer entre ces cellules tout en gardant une bonne connectivité avec le cœur du réseau est un challenge technologique et ce phénomène est l'handover ou transfert intercellulaire. Ainsi, un handover entre deux cellules du même système sera dit intrafréquence si les cellules sont portées par la même fréquence radio et interfréquence dans Je cas contraire. On parle de handover inter-RAT ou intersystème lorsque les deux cellules appartiennent à deux systèmes différents. Les fréquences sont alors nécessairement différentes. [ 1]
Problématique
La technologie LTE, pour relever ce challenge, a pour objectif de demeurer fonctionnel pour des terminaux mobiles se déplaçant à des vitesses élevées entre ses cellules (jusqu'à 350 km/h, voire 500 km/h en fonction de la Jargueur de bande de fréquences).
• Comment gérer la mobilité des utilisateurs dans la technologie LTE? • Comment assurer la continuité et la qualité de service lors de la relève horizontale
simple (X2-handover) et la relève horizontale complexe (S 1-handover) dans l'environnement intracellulaire de la technologie L TE?
Objectifs du mémoire
Cette problématique a mené notre réflexion sur l'étude des mécanismes de l'handover horizontal pour une meilleure performance des interfaces de liaison X2 et Sl, dont l'objectif est d'assurer la continuité du réseau et la qualité de services lors de la relève horizontale
l
simple et complexe basée sur la puissance de liaison descendante en fonction de deux paramètres l'bysteresis et le TTT pour une meilleure performance des handovers horizontaux via Jes interfaces de liaison X2 et S 1 pour un VE mobile connecté.
Plan du mémoire
Pour mener à bien ce travail, nous avons consacré les deux premiers chapitres premièrement à présenter la nouvelle technologie de réseau mobile la technologie LTE, et par la suite fait l'état de l'art de l'handover dans les différentes générations de réseaux mobiles en mettant en exergue l'existence de deux types de handover dans le réseau UMTS : le hard handover et le soft handover; contrairement au réseau LTE qui en utilise qu'un seul, le hard handover. Dans le chapitre suivant, nous avons mené une étude détaillée des mécanismes de l'handover horizontal mettant en évidence les interfaces de liaison X2 et Slqui interviennent lors de ce processus de transfert intercellulaire qui sera l'objet de notre simulation dans le dernier chapitre. Dans le dernier chapitre, nous avons proposé un algorithme que nous avons implémenté puis simulé les différents mécanismes qui ont lieu dans l'handover horizontal au sein du réseau LTE, ensuite nous avons interprété les résultats de la simulation et par la fin dégager une conclusion et des perspectives.
2
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA TECHNOLOGIE LTE
.l • .l .lll U-UU UCUOII
La technologie L TE (Long Term Evolution) succède à la technologie de la troisième # • ~.... • • ·--- • • •• ••• - • • • - 4
l:5\...oli\.,lQ\.lVlt l U1V.l..J.~ \UlltV\.,l~QI U'IVUII\.I l\.,l\.,,\.,'VUUUUIUVOUVII,.') ùJ:lu. . .,,u.,, tl .:, ap_pu'u,, .:>U& UII
réseau de transport à commutation de paquet IP. . La .technolo~~ie _L TE u_~i!ise une largeur ~e. b~de~ de fr~~e~~s _hertzien~es pouvant
va11Cl uc 1,"t lV"J.L a L..U 1VllJL, 1-1c1111CU.<llll dlll:)I U UUL(;IJI( UII UCOIL u111auc UICüfl({Uè j)UUVél.llt
atteindre 300 Mbit/s pour une bande de 20 MHz en voie descendante. Cependant, la technologie LTE s'appuie sur un ensemble de technologies de
. . . pülJii.t::) suscepuoies a accronre neuerueut ,e:) pt:L'L01111aii1,;t::) 1;;11 œunes ae aeOIL:), ut ,aLt:111,;c:; f.Jê:lL
rapport aux réseaux 30. En outre, la réduction de l'intervalle de transmission des données (latence) devrait améliorer considérablement la réactivité du réseau. Le multiplexage VtUMA (Ortnogonat i-requency v1v1s1on Multlplt: Access) apporte une rnerneure performance dans l'utilisation des fréquences en minimisant les interférences. L'utilisation des techniques d'antennes multiples permet de multiplier les canaux de communication parallèles, ce qui augmente le débit total et la portée.
GSM/GPRS/EDGE UMTS Release 99 HSPA HSPA+ Release 8
Débit maximal UL 118 Kbit/s 384 Kbit/s 5,8 Mbit/s 11,5 Mbit/s
Débit maximal DL 236Kbit/s 384 Kbit/s 14,4 Mbit/s 42 Mbit/s
Latence 300ms 250ms 70ms 30ms
200 kHz 5MHz 5MHz 5 MHz avec possibilité Largeur de canal de deux canaux
simultanés
Technique d'accès FDMA/TDMA COMA CDMA/TDMA COMA/TOMA multiples
Modulation DL GMSK OPSK QPSK, 160AM OPSK, 160AM, 640AM Modulation UL 8PSK BPSK BPSK,QPSK BPSK, QPSK, 160AM
Bandes de fréquences 900/1800 90012100 900/2100 900/2100 usuelles (MHz)
Table 1.1 : Evolution de la 20 à la 30 [3]
1.2 Objectifs de la technologie LTE
La technologie LTE a été envisagé dès novembre 2004 comme l'évolution à long terme de .l'UM t s (dou son nom de Long I erm Evclunon), lors d'un atelier organise par le ,;t.iPP appelé Future Evolution Workshop. Cette évolution était alors destinée à maintenir la compétitivité de l'UMTS sur un horizon de dix ans et au-delà. [4]
3
En similitude à chaque nouvelle génération de technologie mobile, la technologie LTE a pour hret"tif {f(' prnp<l::ï€'r une capacité accrue et fait appel à une nouvelle technique d'accès à la '-='::.v.wi"" fi~ucuticHc. Les principaux objectifs de la technologie LTE sont les suivants:
- Fournir une meilleure qualité de service
-Réduire le délai de latence, la gigue et la perte de paquets.
- Accroitre le débit en voie descendante et en voie montante
- Optimiser l'utilisation des ressources fréquentielles
- Assurer la compétitivité de la 3G sur un long terme
LTE
Débits crêtes maximums Downlink 300 Mb/s
Uplink 75 Mb/s
Bandes de fréquence 1.4 à 20 Mhz
Données 10 ms
Latence Session 100 ms
Efficacité Max 5.0 /2.5 b/s/Hz
Spectrale Moyen 1.8 /0.8 b/s/Hz
DL/UL Limite 0.04 /0.02 bis/Hz
Table 1.2 : Différents paramètres de la technologie L TE
1.3 Architecture de la technologie LTE
Les réseaux LTE sont des réseaux cellulaires constitués de milliers de cellules radio qui uuusem les memes ltequcnces i1eïi.ziêiu1c::., y cmnµ11s ûé:ul!:) le!:) ~dluie:::. rc1ûiu m1luyem1c::. grâce aux codages radio OFDMA et SC-FDMA. La figurel.J nous présente l'architecture générale du réseau L TE.
4
eNodeB L TE and EPC architecture overview prlv~t• IP
nttwork
, , • - • PCRF · • , , , ' ,
I
Mobile
r1 fj
Mobile
S1 HSS t.t.1E Home Subsc ri ber
Mobility Mmgement Server En··
IMS Nttwork
•-·-··-·······-··-··-····-···········-·········-······-··-·····• •·-······-··-···-·····--··---·-----·----·····-···-·-······-·-·······• •·-··--·-······-·············-············• EUTRAN / L TE EPC Service Network
Racio Access Network Core Network
Figure 1.1 : architecture générale d'un réseau L T•·
1.3.1 La partie radio eUTRAN (Evolved UTRAN)
La partie radio du réseau L TE est appelée « eUTRAN ». Elle est simplifiée par rapport à celles des réseaux 2G (BSS) et 3G (UTRAN) par la fusion de plusieurs fonctions de contrôle dans les stations de base appelées «eNodeB » qui auparavant étaient implémentées dans les RNC (Radio Network Controller) des réseaux 3G UMTS. Cette partie du réseau L TE est composée de stations de base eNodeB reliées entre elles par des liens 1P (liens X2), d'antennes locales et distantes reliés à ce réseau d'accès par des fibres optiques et des liens IP en direction du réseau cœur EPC. La technologie d'accès utilisée en son sein est OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) dans le sens descendant, et le SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) dans le sens montant.
La technologie L TE offre une meilleure couverture radio par ses bandes de fréquences variées allant de 1.25 jusqu'à 20 MHz, contrairement à la 3G qui nécessite d'allouer une bande de fréquence de 5 MHz.
1.3.J.1 ENodeB
L'eNodeB est ce que représente la BTS (Base Station) dans le réseau GSM (2G) et le NodeB dans l'UMTS (3G). La fonctionnalité du handover relève de son autorité et s'avère plus robuste dans LTE. Il regroupe des antennes qui relient les terminaux mobiles aussi
5
appelés UE (User Equipment) avec le réseau cœur de la technologie LTE à travers l'interface radio. Ce qui nécessite des terminaux mobiles adaptés au LTE en fonction des caractéristiques pris en compte telles que les débits minimaux (montant et descendant), le type d'antenne et les fréquences que ces terminaux peuvent supporter.
1.3.2 Le réseau cœur EPC (Evolved Packet Core)
Le cœur du réseau LTE est appelé « EPC » (Evolved Packet Core) il est aussi appelé SAE (System Architecture Evolved), il utilise une technologie dite « full 1P », c'est-à-dire basées sur les protocoles Internet pour la signalisation qui permet des temps de latence réduits, le transport de la voix et des données. Le réseau cœur EPC permet l'interconnexion via des routeurs avec les autres eNodeB distants, les réseaux d'autres opérateurs mobiles, les réseaux de téléphonie fixe et le réseau Internet. Le réseau cœur EPC permet la réduction du temps de latence pour l'accès internet et les appels vocaux par l'utilisation du protocole IP.
EPC
UE
Figure 1.2: Architecture du réseau cœur EPC (Evolved Core Network) [5]
Les interfaces entre les différentes parties du réseau cœur EPC de la technologie L TE sont :
• • •
Uu : interface aire entre l'UE et l'E-UTRAN S1 : interface entre E-UTRAN et EPC SGi : interface entre EPC et les autres réseaux de paquets.
La composition des éléments du réseau cœur est la suivante :
1.3.2.1 SGW (Serving Gateway)
Cette entité a pour principal rôle le maintient de la connexion entre le réseau d'accè radio et le réseau cœur .Le SGW permet aussi l'acheminement des paquets de données eNodeB de et Je PDN Passerelles, ainsi il se définit corne une interface pour lé réseau de paquets de données pour l'eUTRAN.
l.3.2.2 PDN-GW (Packet Data Network Gateway)
Le PDN-GW est une passerelle qui établit la connectivité vers les réseaux externes et alloue les adresses TP du terminal mobile.
6
1.3.2.3 MME (Mobility Management Entity
Le MME a pour principales fonctions la gestion de la porteuse, la gestion des connexions et de sécurité entre le réseau et l'UE, la mobilité dans le réseau. Le MME est composé de trois principales entités. Un code MME (MMEC) identifie de manière unique la MME avec toutes es zones. Plusieurs MME forment un groupe qui est identifié par le MMEGI, MMEC et le MMEGJ forment Je MMEJ qui identifie de manière unique le MME dans un réseau d'opérateur.
l.3.2.4 PCRF (Policy and Charging Rules Function)
Cette entité gère le flux de service à l'accès au réseau de données PDN (Packet Data Network), applique la politique de tarification en fonction du choix de forfait de l'abonné
1.3.2.5 HSS ( Home Suscriber Service)
Le HSS est un serveur de base de données, qui est situé chez l'opérateur. Il gère l'authentification, la localisation, l'autorisation, le débit et la sécurité de la base de donnée des utilisateurs. Les informations d'abonnement de l'utilisateur sont stockées dans le serveur HSS. Le HSS interagit avec le MME. et il doit être interconnecté à toutes les MME du réseau qui contrôle l'équipement utilisateur.
Notons aussi que le terme réseau EPS (Evolved Packet System) est employé dans la technologie L TE, i I est constitué du réseau d'accès et du réseau cœur. Les entités qui le composent sont les suivantes:
• eNodeB • S-GW (Serving Gateway) • PDN GW (PacketData Network Gateway) • MME (Mobility Management Entity) • PCRF (Policy and Charging Rules Function) • HSS (Home Subscriber Server)
1.3.2.6 La partie IMS (IP Multimedia Sub-system)
L'JMS ne fait pas vraiment partie de l'architecture du réseau L TE mais la complète du point de vue des services et applications offertes par l'opérateur, Il fournit un service de gestion de sessions de communication eo TP fondé sur le protocole SlP ( Service lnternet Protocol). L'IMS assure particulièrement le service de voix compatible avec les réseaux existants.
1.3.3 L'architecture protocolaire de la technologie LTE
L'architecture protocolaire de l'interface radio de la technologie LTE est composée de deux plans : (voir Figure 1.3) - plan de contrôle (Control Plane) - plan utilisateur ou usager (User Plane).
7
UE eNodeB ME PGW
Figure 1.3: Architecture protocolaire de la technologie LTE (User Plan et Control Plan)
1.3.3.l Le plan utilisateur
La pile protocolaire« Plan utilisateur» se situe entre l'E-NodeB et l'UE : elle contient les couches PHY (physique), MAC (Medium Access Control), RLC (Radio Link Control) et PDCP (Packet Data Convergence Protocol);
1.3.3.1.1 PDCP (Packet Data Convergence Protocol)
La couche PDCP au plan utilisateur prend la charge d'assurée: la compression et la décompression des entêtes IP liées aux données utilisateurs. Elle utilise ROHC (Robust Header Compression) pour augmenter l'efficacité de la bande passante. Elle est aussi responsable du chiffrement des données sur les deux plans (données et signalisation). Les messages de la couche NAS sont chiffrés deux fois, au niveau de MME et d'eNodeB, puisqu'ils passent par la couche RRC. Elle assure le transfert du SDU reçu du NAS vers la couche RLC et vice versa.
1.3.3.l.2 RLC (Radio Link Control)
Cette couche est située au dessous de la couche PDCP. son travail est de formater et de transporter les données entre l'eNodeB et l'UE.
La couche RLC offre trois modes :
" AM (Acknowledge Mode), qui nécessite un acquittement. Ce mode est intéressant pour les applications tolérantes aux délais tels que Le téléchargement de fichiers;
• UM (Unacknowledged Mode) ne nécessite pas d'acquittement. U convient au applications à temps réel, comme le streaming vidéo·
• TM (Transparent Mode) est utile lorsque la taille de message PDU = SDU + entête PDPC. [23]
8
1.3.3.1.3 MAC (Medium Acce ontrol)
1
Elle est parmi les couches les plus importantes du modèle. Elle assure le mappage des données entre les canaux logiques et les canaux de transport en utilisant une fonction de multiplexage de RLC. Au niveau de cette couche, les mesures de l'état du trafic et de la correction des erreurs sont assurées par la méthode de retransmission HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest). De plus, la couche MAC offre le service d'ordonnancement.[24][25][26]
Le protocole HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) est un mécanisme de retransmission de la couche MAC, il peut être synchrone ou asynchrone. Le protocole HARQ synchrone nécessite une retransmission à des instants connus et par conséquent il n'a pas besoin de signalisation explicite. Par contre, pour le HARQ asynchrone une signalisation explicite est obligatoire. Le mécanisme HARQ peut être aussi adaptatif el peut donc changer la modulation. l'allocation des blocs de ressource et la durée de la transmission. Le mode synchrone nécessite moins de signalisation et il est avantageux lorsqu ' il est non adaptatif. Ce mode est choisi pour le lien ascendant, tandis que pour le lien descendant le mode asynchrone non adaptatif est retenu.[271
1.3.3.1.4 PHY(Physical)
La couche physique appelée également Layer 1 (L 1) ou couche PHY, représente la première couche. Elle a pour rôle d'assurer la transmission des données sous une forme capable de se propager dans l'air et de résister aux différentes perturbations inhérentes au canal radio mobile. D'un point de vue fonctionnel, la couche physique offre un service de transport sur l'interface air à la couche MAC.
La couche physique réalise les fonctions suivantes pour la transmission de données : [ 1]
• le codage de canal, qui protège les bits d'information contre les erreurs de transmission, en introduisant de la redondance dans la séquence de bits transmis·
• la modulation. qui associe les bits à transmettre à des symboles de modulation capables d'imprimer une onde électromagnétique;
•
•
•
les traitements spatiaux (dits MlMO), qui précodent les symboles de modulation afin de les transmettre de plusieurs antennes (par exemple pour donner une direction au signal émis) ·
la modulation multiporteuse, qui associe le signal à transmettre sur chaque antenne à des porteuses multiples, selon le principe de l'OFDM pour la voie descendante et du C-FDMA en voie montante. Les opérations inverses sont effectuées par la couche
physique en réception, ainsi que des traitements de lutte contre l'interférence (par exemple l'égalisation). En outre, la couche physique assure des fonctions n'impliquant pas de transmission de données, mais nécessaires à son fonctionnement, ainsi qu'à certaines fonctions de la couche MAr ·
les mesures radio, pour estimer le canal de transmission, la qualité du signal de la cellule servante, ou encore les niveaux de puissance reçus d'une autre cellule, ou d'un autre système radio ·
9
• la synchronisation, afin d'acquérir et d fréquence avec la porteuse de l'émetteur ·
aintenir la synchronisation en temps el
• la détection de cellule, afin de détecter la présence de cellules et de s'y connecter, à l'allumage de l'UE ou pour préparer un handover ·
• la signalisation d'informations de contrôle entre eNodeB et UE.
1.3.3.2 Le plan de contrôle
Ce plan comprend la couche Radio Ressource Control (RRC) dont la principale fonction, consiste à établir et maintenir la connexion entre l'UE et l'eNodeB. li gère les fonctionnalités spécifiques à la liaison radio qui dépend de l'état de l'équipement de l'utilisateur et qui est soit dans un mode « connecté », soit au en « veille » (mode inactif) : (29]
• Mode connecté : l'UE fournit au E-UTRAN les informations de la qualité de signal des cellules voisines via le canal de liaison descendante (downlink Channel) afin de sélectionner la cellule la plus appropriée pour UE.
• Mode inactif: Dans ce mode le UE surveille un canal de messagerie pour détecter les appels entrants et recevoir les informations sur la cellule dans laquelle il est enregistré ainsi que les cellules voisines. Le rôle du Contrai plane est de contrôler la sélection des cellules et les procédures de re-sélection.
Les couches inférieures du plan de contrôle remplissent les mêmes fonctions que pour le plan d'utilisateur à l'exception de la fonction de compression d'en-tête qui se fait dans le Contrai Plane.
1.3.3.2.1 NAS (Non Access Stratum)
Le NAS représente la couche supérieure du plan de contrôle entre l'UE et le MME au niveau de l'interface radio. Les fonctions de ce protocole concernent le support de la mobilité de l'UE et les procédures de management des sessions pour établir et maintenir la connectivité IP entre l'UE et Je Packet Data Network Gateway (PDN GW).
Cette couche a plusieurs tâches de contrôle à savoir:(28]
• La gestion des entrées au réseau:
• L'authentification:
• La gestion de la mobilité;
• La mise en place du porteur de données (Data bearer). La sécurité de la transmission des données de signalisation est assurée par le système de chiffrement et la protection de l'intégrité. La couche RRC (Radio Resource Control) permet le transfert des messages de NAS vers les UE.
1.3.3.2.2 RRC (Radio Resource Control)
La couche RRC au niveau d'eNodeB a pour fonctions: L30]
10
• La diffusion des informations du système;
• La procédure de la pagination ·
• Prise des décisions de handover en se basant sur Les informations d'UE sur les cellules voisines;
• L'allocation des identificateurs temporaires aux UE;
• Le transfert de la situation de« handover »entredeux eNodeB à l'UE·
• La configuration de la signalisation des porteurs radio pour la connexion RRC;
• Faciliter les services MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service).
La couche RRC est réduit à deux états seulement (RRC _IDLE et RRC _ CONNECTED). La figure suivante nous relate mieux ces deux états.
AAC_ConnectGO
UE 1s coonected to E-UTRAN· ARC. E-UTRAN nas conloXI for u •... UE can porform handover. UE moasures noloborlnQ colls. Ut/E-UTRAN can recelve/transmlt deta. UE measuros c:hannel qvalrty and teedback DAX/OTX period ean b configurod.
No ARC COO!OX1 IS slored 10 oNB. Cet1-reaetec110n mobillty ootv Oroadcasl &ystom lnlorma.tlon. Paotno UE ls 1,ockoa by a vnlquo Id UE spoclflC ORX la oonfigurod DV NAS
RRC_IDLE
Figure 1.4: Fonctionnement de la couche RRC
1.4 Les technologies du système L TE
Afin d'atteindre des performances qui satisferont les exigences et Jes spécifications définies, le système L TE a été développé en adoptant de nouvelles technologies. Les principales technologies qui ont été choisies incluent Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) en DL, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), l'ordonnancement sensible des ressources, l'adaptation de lien, le contrôle de puissance, l'architecture de réseau orientée paquets, des garanties de QoS ainsi que d'autres mécanismes situés dans la station de base. Dans cette section, on discutera quelques-unes de ces technologies.
1.4.1 OFDM
OFDM est un procédé de codage de données numériques sur des fréquences porteuses multiples. Cette technique a été développée pour la communication numérique à large bande.
11
, Le principe de l'OFDM consiste à répartir sur un grand nombre de sous-porteuses Je signal numérique que l'on veut transmettre [31]. PoUI que les fréquences des sous-porteuses soient les plus procbes possibles et ainsi transmettre le maximum d'informations sur une portion de fréquences donnée, OFDM utilise des sous-porteuses orthogonales entre elles. Les signaux des différentes sous-porteuses se chevauchent mais, grâce à l'orthogonalité, elles n'interfèrent pas entre elles. L'orthogonalité permet également une haute efficacité spectrale, la bande passante étant quasiment utilisée dans son intégralité. Par conséquent, la technique OFDM a été incorporée dans LTE pour plusieurs raisons. Tout d'abord, en raison du temps du symbole OFDM relativement Long en combinaison avec un préfixe cyclique, OFDM offre un haut degré de robustesse contre la sélectivité de fréquence du canal. De plus, OFDM fournit un accès au domaine fréquentiel, ce qui permet un degré supplémentaire de liberté de l'ordonnanceur par rapport au système High Speed Packet Access (HSPA) pour lequel seulement l'ordonnancement temporel est possible. Pour LTE, l'espacement entre deux sous porteuses consécutives noté Of est égal à 15 kHz. D'autre part, le nombre de sous-porteuses dépend de la largeur de bande de transmission. Par exemple, ce nombre est de l'ordre de 600 sous-porteuses en cas de fonctionnement dans une allocation de spectre de 10 MHz. Les régimes d'accès multiple de la couche physique du système LTE sont différents dans les deux sens de transmission, DL et UL. Cette technique alloue différents ensembles de sous porteuses aux différents utilisateurs. Les transmissions sont orthogonales entre elles et permettent donc de faire correspondre les symboles de données de chaque utilisateur aux sous-porteuses correspondantes. D'autre part, LTE a adopté la technique Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access (SC-FDMA) avec un CP comme régime d'accès multiple pour la transmission UL. SC-FDMA est un schéma de modulation hybride qui combine le bas rapport crête-à-moyenne (PAR) des formats de porteuse unique traditionnels du type GSM avec la résistance aux trajets multiples et la flexibilité de l'ordonnancement de fréquence d'OFDM. [32]
One ornxi bloc!. or \' 'Jmbol
1 X, 1 Xz 1 , XN 1
-1 T, r- TFF1': Subsignal durntion
· Number of subsignal
x,
Figure 1.5 SlGN OFDM [35]
1.4.2 MIMO
La technique de transmission multi-antennes (MLMO) est une technique dans laquelle on utilise plusieurs antennes à l'émission et/ou plusieurs antennes à la réception. Cela permet donc de transmettre et de recevoir plusieurs flux de données à travers le même canal radio. Un système MIMO offre donc des débits plus .importants par canal. De plus, la séparation physique des antennes permet d'exploiter la diversité spatiale du canal. Par conséquent, la
J_
technique MIMO permet d'obtenir un gain de diversité spatiale qui permet de stabiliser la qualité du lien radio. La technique MIMO peut alors être utilisée pour améliorer le performances du système, y compris La capacité du système (plus d'utilisateurs par celJule) une meilleure couverture (possibilité d'agrandir les cellules), ainsi que la fourniture d'une neilleure Qoê.
Dans LTE, les technologies MIMO ont été largement utilisées pour améliorer Je pic du débit du lien DL, la couverture de la cellule, ainsi que le débit moyen des cellules. Pour atteindre cet ensemble diversifié d'objectifs, LIE a adopté diverses technologies MIMO, y compris la diversité à l'émission, un seul usager MJMO (SU-MJMO) et multi-usagers MIMO (MU-MIMO). [33][34]
En effet, le schéma de diversité à l'émission est spécifié pour la configuration avec deux ou quatre antennes à l'émission pour le lien DL, et avec deux antennes à l'émission pour le lien UL. Quant au schéma SU-MlMO, il est spécifié pour la configuration avec deux ou quatre antennes à l'émission dans le sens descendant, qui prend en charge la transmission de plusieurs couches spatiales avec un maximum de quatre flux pour un équipement d'utilisateur donné (UE). D'autre part, le schéma MU-MIMO permet l'attribution de différentes couches spatiales à différents utilisateurs dans les mêmes ressources temps-fréquence. ll est supporté à la fois dans la liaison montante ainsi que dans la liaison descendante. [32]
1 T''
T R1
N
R>'
Figurel.6 : le système MTMO [36]
1.4.3 Multiplexage
La technologie LTE permet la bonne exécution des services internet émergents ces dernières années. Elle utilise la commutation de paquet tout comme les réseaux 3G, à la différence qu'il utilise le multiplexage temporel (TDD) et le multiplexage fréquentiel (fDD) en même temps ce qui n'est pas le cas par exemple du HSPA qui n'effectue que le multiplexage temporel, ceci nous permet d'avoir un gain de débit (en efficacité spectral) d'environ 40%. [45]
li existe deux modes de multiplexage de fréquences : le multiplexage de fréquences (FDD) et le multiplexage temporel (TDD). En mode FDD (Frequency Division Duplexing), l'émission et la réception se font à des fréquences différentes. En mode TDD, l'émission et la réception transitent à une même fréquence, mais à des instants différents.
l3
1.4.3.1 Structure d'une trame en LTE
Une trame LTE dure 10 ms. Elle est découpée en JO sous trames d'une durée de 1 ms. Chaque Sous trame est divisée en deux slots de 0,5ms. Un slot dure donc 0,5 ms, durée
pendant laquelle est transmis 7 symboles par bande OFDM. Or, nous avons vu qu'il y avait 12 bandes. Par conséquent, 7 symboles* 12 bandes= 84 symboles sont transmis en 0,5 ms.
1.4.3.1.1 Structure de type 1: FDD
FDD (Frequency Division Duplexing) désigne une méthode de duplexage dans le domaine des télécommunications sans fil. L'émission et la réception des données se font à des fréquences différentes ; autrement dit, la fréquence de la porteuse du signal est différente suivant que le sens de la liaison est montant ou descendant.
Cette technique permet d'émettre et de recevoir simultanément, c'est son principal avantage face à l'autre technique majeure de duplexage, le Time Division Duplexing (TDD).
c,vlim:2 'u.,11 ,nr~ ,, 1
Figure 1.7 : Structure de la trame radio
Nous pouvons représenter un signal L TE dans une carte à deux dimensionnelle comme indiqué dans la figure 1.7. L'axe horizontal est le domaine de temps et l'axe vertical est le domaine de fréquence. L'unité minimale sur l'axe vertical est un transporteur sous et l'unité minimale sur l'axe horizontal est le symbole. Tant Pour le domaine de temps que le domaine de fréquence, il y a hiérarchies multiple des unités, signifiant une combinaison multiple d'une unité plus petite devient de plus grandes unités.
1.4.3.1.2 Structure de type 2: TDD
Le Duplex par séparation temporelle TDD (Time-Division Duplex) est une technique permettant à un canal de télécommunication utilisant une même ressource de transmission (un canal radio par exemple) de séparer dans le temps l'émission et la réception.
Cette technique présente un avantage certain dans le cas où les débits d'émission et de réception sont variables et asymétriques. Lorsque le débit d'émission augmente ou diminue,
14
davantage ou moins de bande passante peut être allouée. Un autre avantage de cette technique concerne les terminaux mobiles se déplaçant à très faible vitesse ou en position fixe.
Une trame radio = 1 Oms
Une demi-trame = :>ms
1 Une sous-trame= 1ms 1 • ••• , Un slot = Ô.Sms +-+
1 ,b~
• 1 --~3 1 1 1 SJ1b!pn;e ~ 1 S;i~S SubJ~_t9
1 1 1
Figure 1.8: Les slots d'une trame radio
1.5 Les canaux de communications dans la technologie L TE [29]
Le flux d'information circule entre les différentes couches protocolaires sous forme de signaux via les canaux de communication. La technologie LTE utilise plusieurs types de canaux : logiques, physiques et canaux de transports qui se distinguent par le type d'information véhiculée et par la manière dont l'information est traitée.
1.5.1 Les canaux logiques
lis définissent quel type de données est transmis par l'air et les différents services de transfert de données offerts par la couche MAC. Des messages de données et de signalisation sont aussi effectuées sur des canaux logiques entre les protocoles RLC et MAC. Les canaux logiques peuvent être divisés en canaux de contrôle et canaux de trafic. lis se distinguent par l'information qu'ils transportent, les canaux de trafic transportent des messages de données dans la partie« User Plane» tandis que les canaux de contrôles transmettent des messages de signalisation dans la partie « Control plane». Le tableau suivant énumère les canaux logiques qui sont utilisés:
15
Nom du canal Canal de contrôle Canal de trafic BCCH X
PCCH X
CCCH X
DCCH X
NICCH X
DTCH X
"11ITCH X
Table 1.3 : Les différents canaux logiques
1.5.2 Les canaux de transport
Ils définissent comment et avec quelles caractéristiques les données sont transmises sur les ondes, ils se distinguent par le sens de circulation des données. (Voix descendante ou ascendante).
Xom du canal Liaison descendante Liaison montante
BCH X
DL-SCH X
PCH X
MCH X
UL-SCH X
RA.CH X
Table 1.4: Les différents canaux de transport
l.5.3 Les canaux physiques
Ils définissent où les données sont transmis sur les ondes, les messages de données et de signalisation sont transportés sur les canaux physiques entre les différents niveaux de la couche physique, ces derniers sont divisés en deux parties ; Canaux physiques de données et Canaux physique de Contrôle.
Nom du canal Liaison descendante Liaison montante PDSCH X
PBCH X
P1/fCH X
PUSCH X
PRACH X
Table 1.5 : Les différents canaux physiques de données
16
Nom du canal Liaison descendante Liaison montante PCFICH X - PHICH X PDCCH X
R-PDCCH X PUCCH X
Table 1.6 : Les différents canaux physiques de contrôle
1.5.4 Synthèse sur les canaux
Ca na ux logiques
Canaux de transport
Canaux physique
Figure 1.9 : Les différents canaux de transmission
La station de base transmet également deux autres signaux physiques qui aident l'UE dans la recherche de la cellule dans le réseau. Ceux-ci sont connus en tant que signal de synchronisation primaire (PSS) et signal de synchronisation secondaire (SSS).
1.6 La Qualité de service (QoS) dans le réseau L TE
La qualité de service ou Quality of service (QoS) se définit comme la capacité de transmission dans de bonnes conditions d'un certain nombre de paquets ou flux dans une connexion entre un émetteur et un récepteur. Elle est un cadre ouvert de standards largement
l7
utilisés dans les réseaux de communications pour assurer la priorité, la performance et le débit garanti. [36] La QoS permet aux administrateurs réseau d'isoler le trafic en flux basés sur certains attributs tels que le type de trafic (voix, vidéo et de contrôle) ou les besoins de l'application (débit, disponibilité, latence, le taux de perte de gigue) et les transporter en conséquence. La qualité de service est un facteur essentiel dans les réseaux car elle permet d'offrir des débits et des temps de réponse différenciés aux utilisateurs en fonction des applications suivant les protocoles mis en ouvre au niveau de la couche réseau afin d'optimiser les ressources et de garantir une expérience satisfaisante à l'utilisateur des différents services du réseau.
Dans la technologie L TE on distingue plusieurs mécanismes permettant de différencier les services mobiles en fonction de deux paramètres distincts mais plus ou moins liés à savoir le temps réel ou non du service et la tolérance de délai de transmission du service. Afin de pallier aux besoins spécifiques de chaque type de trafic selon le mécanisme de QoS, nous définissons le concept de bearer.
Un bearer est décrit par un ensemble de paramètres qui s'appliquent à l'interface ainsi qu'aux équipements qui le gèrent. li dé_nit la façon dont les données de l'UE sont traitées quand ils se déplacent à travers le réseau. Le réseau peut traiter certaines données d'une manière particulière et traiter les autres normalement; En fonction de chaque type de trafic dans le mécanisme de QoS, on distingue deux types de bearer:
Default bearer : est un bearer établi par défaut quand un UE s'attache pour la première fois au réseau L TE et une adresse lP lui est alloué.
MML
.~ Il
'~ull 8t.JICY (No Gu,W4Jll~ bit ~tt,)
Internet
Figure 1.10: Etablissement d'un default bearer
~ Dedicated bearer : dédie un tunnel à un ou plusieurs trafics spécifiques (vidéo, VolP, etc.). Le canal dédié agit comme un support supplémentaire au-dessus du canal par défaut. Tl ne nécessite pas d'adresse lP distincte en raison du fait que seul le canal par défaut supplémentaire a besoin d'une adresse IP et donc le canal dédié est toujours liée à l'un des canaux par défaut préalablement établi. Un canal dédié peut être GBR ou non - GBR (alors que le canal par défaut ne peut être que non - GBR).
18
Figure 1.11 : Etablissement d'un dedicated bearer
Dans la technologie L TE, certaines applications nécessitent du réseau un débit garanti, par exemple lors d'une session appel voix ou vidéo streaming, dans ce cas le bearer alloué doit alors garantir ce débit, on fait référence alors à un bearer GBR (Guaranteed Bit Rate) et aussi pour les ressources des applications allouées de façon permanente au réseau. Tandis que d'autres applications ne nécessitent aucun débit particulier, par exemple les applications telles que le transfert de fichier (FTP) ou la navigation Web, dans ce cas le bearer alloué est un bearer non-GBR (Non-Guaranteed Bit Rate). Cependant, un default bearer est toujours non GBR tandis qu'un dedicated bearer est soit GBR ou non- GBR. Nous illustrons ceci dans le schéma suivant
LTE QoS
Dedicated Bearer
Default Bearer
Non-GBR GBR Non GBR
Figure 1.12: Schéma de la QoS et des différents types de bearers dans la technologie LT
Dans le réseau d'accès, c'est la responsabilité de l'eNodeB d'assurer la qualité de service nécessaire pour un bearer à travers l'interface radio. Chaque bearer a un QCJ (QoS class
19
indicator) et a une priorité d'allocation et de rétention appelé ARP (Allocation and Retention Priority) [37]
• QoS Class Identifier (QCI)
Un QCI est un identifiant de la qualité de service; il est caractérisé par plusieurs éléments à avoir la priorité, le délai de transmission, le taux d'erreur résiduel et le type de ressource. Dans la norme 3GPP, on identifie neuf QCl que nous présenterons dans le tableau ci-dessous.
• Allocation and Retention Priority (ARP)
L' ARP a pour but est de déterminer dans une situation de congestion si l'établissement du bearer EPS peut être accepté, aux dépens d'un autre bearer déjà établi, ou doit être rejeté. li est utilisé lors du contrôle d'admission et il n'influence pas le traitement des données une fois le bearer établi.
Numéro de Types de Priorité Délai de Taux Exemples de services QCJ ressources transmission d'erreur applicatifs
résiduel
1 GBR 2 JOO ms 10-L Service conversationnel(Voix)
V GBR 4 150 ms 10-j TV, vidéo streaming
3 GBR 3 50 ms 10-j Jeu interactif
4 GBR 5 300 ms 10-6 Vidéo à la demande
5 Non-GBR 7 100 ms 10-.l Voix, jeu interactif, vidéo streaming
6 Non-GBR 1 100 ms 10-<> Signalisation IMS
7 Non-GBR 6 300 ms 10-<> Services basés sur TCP (FTP, transfert de fichier, navigation web, courriel, chat), vidéo à la demande
8 Non-GBR 8 300 ms 1 o-o Bearer EPS par défaut pour des abonnés premium ou privilégié
9 Non-GBR 9 300 ms 1 o-<> Bearer EPS par défaut pour des abonnés non premium
Table 1.7 : les neufs QCl et leurs paramètres
20
l. 7 Conclusion
Les progrès qui ont été apportés de la 3G à la 4G ces dernières décennies sont très considérables. Nous pouvons donc retenir que la technologie L TE (Long Term Evolution) est une nonne de communication mobile proposée par l'organisme 3GPP appréhendée comme de la 4G. Cette technologie révolutionnaire propose des débits élevés pour le trafic temps réel, avec une large portée. Théoriquement, la technologie L TE peut atteindre un débit de 50 Mb/s en lien montant et LOO Mb/s en lien descendant. Pour offrir des débits élevés, la technologie L TE emploi la technologie OFOMA dans le sens descendant. de l'eNodeB vers l'UE. et le SC-FDMA dans le sens montant. de l'UE vers l'eNodeB. La technologie L TE respecte les délais requis par le trafic temps-réel. Cette technologie prend en charge la mobilité des utilisateurs en exécutant le handover à une vitesse allant jusqu'à 350 km/h. Les chapitres suivants nous aideront à mieux comprendre le terme « handover» dans la progression des générations jusqu'à la 4G.
21
CHAPITRE 2: ETAT DE L'ART DE L'HANDOVER DANS LES
DIFFERENTES GENERA TI ONS DE RESEAUX MOBILES
-- ---- ---
2.1 Introduction Un réseau mobile devra être fondé sur une technologie qui résistera aux coupures causées
par le déplacement d'un terminal mobile entre des cellules couvertes par cette technologie. La technique qui permet à un terminal mobile en déplacement entre plusieurs cellules tout en maintenant la continuité des services comme les appels voix, vidéos ou le transfert de données est le handover. Cela se passe de façon qu'un utilisateur en communication ne perde pas sa connexion en cours, tout en réduisant la latence causée par cette technique de manière à respecter les délais exigés par le trafic temps-réel. Dans ce contexte, ce chapitre fera l'état de l'art de cette technique, l'handover, dans la deuxième génération de réseau mobile GSM (2G) et la troisième génération VMTS (3G).
2.2 Architecture du réseau GSM (2G)
Le GSM (Global System For Mobile) est une norme de deuxième ,génération pour les réseaux de téléphones mobiles. Le GSM utilise deux bandes de fréquences, l'une pour la voie montante, l'autre pour la voie descendante et un time slot (TS) pour la signalisation. La puissance du signal est modulée par rapport à la distance entre l'antenne et le GSM. La bande 890-91 SMH.z est utilisée pour la voie montante, tandis que la bande 935-960MHz est utilisée pour la voie descendante.
-s '.'œ!. SU.cr, BTS BD! Tramœs S-:atcn ESC ~StalllnC<ir101tr ,SC ','.ccfe Sot. t.hng ~ GVSC Ga:e...a1 IASC
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Figure 2.1 : Architecture du réseau GSM (2G) [6)
22
L'architecture d'un système GSM se compose de trois sous-systèmes:
• Le sous-système radio (BSS) : Il gère la partie radio des communications et se compose d'émetteurs-récepteurs radio (BTS) contrôlés par une BSC. • Le sous-système réseau (NSS) : li gère le traitement des appels, la mobilité et l'acheminement de/vers les réseaux filaires. Il se compose de commutateurs radio (MSC) qui a pour rôle de la gestion de la communication et de la mobilité dont le handover et d'un certain nombre de bases de données HLR et VLR. • Le sous-système exploitation : Il contrôle les droits d'accès au réseau, les droits des usagers et assure l'interface homme-machine d'exploitation. [l gère aussi le maintien en conclitions opérationnelles du réseau et la remontée des alarmes. [7J
2.3 L'handover dans le GSM (2G)
Dans un environnement mobile, une station mobile (MS, Mobile Station) n'est pas toujours rattachée au même MSC. C'est la raison pour laquelle le mobile doit régulièrement informer le réseau de sa localisation courante. Lorsqu'une station mobile est mise sous tension par l'usager, elle se rattache au réseau ; elle informe le MSC qui contrôle l'aire dans laquelle elle est présente, de sa localisation courante. Ce dernier met alors à jour sa VLR (Visitor Localisation Register). [8]
2.3.1 Mécanismes du handover dans le GSM
• • • •
la qualité du lien est mesurée périodiquement en cas de problème, la BS envoie une alarme vers le MSC le MSC cherche une nouvelle cellule ou un nouveau canal Je MSC déclenche ensuite le handover si c'est possible (l'ancien canal est alors libéré), sinon la communication continue.
MSC : ·Mobile Switching Center/Controller
as : Base Station
BS1 BS2
Fi_gure 2.2: Mécanisme de handover dans le réseau GSM (2G)
2.3.2 Procédure d'exécution du bandover dans le réseau GSM
• un nouveau canal est attribué • la connexion est transférée • l'ancien canal est libéré
23
2.3.3 Les différents types de handover dans le réseau GSM
Le handover intracellulaire est mis en œuvre quand le niveau du signal est suffisant mais que la qualité est médiocre. Ceci peut être dû à des interférences sur le canal radio utilisé. Tl suffit, sans changer de cellule, de simplement changer de canal. Le handover intercellulaire est mis en œuvre quand le niveau du signal devient insuffisant. La communication doit alors être basculée sur la BTS d'une cellule voisine. Un handover intercellulaire peut aussi être déclenché par le réseau pour délester une BTS trop chargée.
Ces deux types d'handover dans le réseau GSM (2G) sont de la catégorie des handovers durs appelés « hard handover ».
Le handover revient à préparer l'accueil du mobile (réservation du canal logique, entre autres). 1J ne reste ensuite qu'à « passer la main » pour basculer la communication dans un temps très court, inaudible par l'usager. [7]
2.4 Architecture du réseau UMTS (3G)
La 3G ou UMTS (Universal Mobile Telecornmunications System) est la technologie de téléphonie mobile de troisième génération permettant le transfert simultané de la voix, et des données et demandant le déploiement d'un nouveau réseau coûteux mais permettant de très bons débits. L'UMTS utilise la norme W-CDMA pour Jes communications.
a technologie UMTS utilise la bande de fréquence de 1900 et 2200 MHz. La modulation utilisée en UMTS est QPSK. [9]
1iwrren
~----
.• ,.
Rbedu d'ace~~
lur
1 1
,, 1
-------------------------
Figure 2.3: Architecture du réseau UMTS (3G)
24
Le réseau UMTS est composé d'un réseau d'accès UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) et d'un réseau cœur.
2.4.1 Le réseau d'accès UTRAN
Le réseau d'accès UTRA N est doté de plusieurs fonctionnalités. Sa fonction principale est de transférer les données générées par l'usager. Il est une passerelle entre l'équipement usager et le réseau cœur via les interfaces Uu et lu. Cependant, il est chargé d'autres fonctions:
• Sécurité : JI permet la confidentialité et la protection des informations échangées par l'interface radio en utilisant des algorithmes de chiffrement et d'intégrité.
• Mobilité: Une estimation de la position géographique est possible à l'aide du réseau d'accès UTRAN.
• Gestion des ressources radio : Le réseau d'accès est chargé d'allouer et de maintenir des ressources radio nécessaires à la communication.
• Synchronisation : 11 est aussi en charge du maintien de la base temps de référence des mobiles pour transmettre et recevoir des informations.
Le réseau d'accès UTRAN est composé de plusieurs éléments : une ou plusieurs stations de base (appelées NodeB), des contrôleurs radio RNC (Radio Network Controller) et des interfaces de communication entre les différents éléments du réseau UMTS.
u d' ,----- -------------- ----------- ------- ,,._ ' . . ' i 1 1 1 . •
. . . 1 1 1 1 1 l
1 l
' ' ' 1 1 t 1 .
Ut
lur
lu
' 1 1
• 1
~---------------------------~--------------;
Figure 2.4: Architecture du réseau d'accès
• NodeB Le rôle principal du NodeB est d'assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules du réseau d'accès de l'UMTS avec un équipement usager. Le NodeB travaille au niveau de la couche physique du modèle OSI (codage et décodage). Nous pouvons trouver deux types de NodeB :
25
Figure 2.5 : NodeB avec antenne omnisectorielle
Figure 2.6 : NodeB avec antennes sectorielles
• Les interfaces de communication Plusieurs types d'interfaces de communication coexistent au sein du réseau UMTS:
Uu : Interface entre un équipement usager et Je réseau d'accès UTRAN. Elle permet la communication avec l'UTRAN via la technologie COMA.
lu : Interface entre le réseau d'accès UTRAN et le réseau cœur de l'UMTS. Elle permet au contrôleur radio RNC de communiquer avec le SGSN.
Jur : Interface qui permet à deux contrôleurs radio RNC de communiquer.
Iub : Interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrôleur radio RNC.
• RNC Le rôle principal du RNC est de router les communications entre le NodeB et le réseau cœur de l'UMTS. 11 travaille au niveau des couches 2 et 3 du modèle OST (contrôle de puissance, allocation de codes). Le RNC constitue le point d'accès pour l'ensemble des services vis-à-vis du réseau cœur.
A titre d'exemple:
Lorsqu'une communication est établie par un équipement usager, une connexion de type RRC (Radio Resource Contrai) est établie entre celui-ci et un RNC du réseau d'accès UTRAN. Dans ce cas de figure, le RNC concerné est appelé SRNC (Serving RNC). Si l'usager se déplace dans le réseau, il est éventuellement amené à changer de cellule en cours de communication. 11 est d'ailleurs possible que l'usager change de NodeB vers un NodeB ne dépendant plus de son SRNC. Le RNC en charge de ces cellules distantes est appelé «
26
controlling RNC ». Le RNC distant est appelé « drift RNC » du point de vue RRC. Le « drift RNC » a pour fonction de router les données échangées entre le SRNC et l'équipement usager. [ l O]
[11\î. / Contro!llng P.' lur
NodeB
1
i Figure 2. 7 : Représentation graphique de l'exemple ci -dessus
2.4.2 Le réseau cœur
Le réseau cœur de l'UMTS est composé de trois parties dont deux domaines:
Le domaine CS (Circuit Switched) utilisé pour la téléphonie
Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets.
Les éléments communs aux domaines CS et PS
Ces deux domaines permettent aux équipements usagers de pouvoir gérer simultanément une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent être considérés comme des domaines de service. Ce type d'architecture permet de pouvoir créer ultérieurement d'autres domaines de service. Le schéma suivant représente l'architecture du réseau cœur de l'UMTS:
27
! ------------------------------------··--·-------------------------------------- ,-------------
~--------------·--····----------------------------------------------------------
Figure 2.8: Architecture du réseau cœur de l'UMTS
2.5 L'handover dans l'UMTS (3G)
Tl existe deux catégories de handover (aussi appelé transfert intercellulaire):
2.5.1 Hard handover
Le bard handover signifie que toutes les anciennes liaisons radio (NodeB -A) avec l'UE sont retirées avant que les nouvelles liaisons radio (NodeB-B) soient établies. Le hard handover peut être perceptible (seamless) ou non perceptible (non-seamless). Hard handover non-seamless signifie que le transfert intercellulaire n'est pas perceptible par l'utilisateur. Dans la pratique, un transfert qui nécessite un changement de la fréquence porteuse (inter-fréquence handover) est toujours réalisé comme hard handover. Un hard handover survient dans différentes situations, telles que entre cellules utilisant des fréquences différentes (handover inter-fréquences) ou entres cellules attachées à des RNCs différents sans que ceux-ci disposent d'une interface lur entre eux ou lors d'un handover FDD/TDD puisque l'UE ne peut utiliser qu'une technologie d'accès à un instant donné. Le bard handover est aussi réalisé dans le cas d'un handover entre une cellule UMTS et une cellule GSM/GPRS (handover inter-système). [ 11]
28
hard » handover
0
Figure 2.9: Graphique présentant un hard handover
2.5.2 Soft handover
Un soft handover survient entre deux cellules ou deux secteurs qui sont supportés par différents Node B. L'UE transmet ses données vers différents Node B simultanément et reçoit des données de ces différents Node B simultanément. Dans le sens descendant, les données utilisateur délivrées à l'UE sont émises par chaque Node B simultanément et sont combinées dans l'UE. Dans le sens montant, les données utilisateur émises par l'UE sont transmises à chaque Node B qui les achemine au RNC où les données sont combinées. [12]
Dans le cas de transfert intercellulaire sans coupure de la station mobile se trouve dans la zone de couverture de cellule chevauchement de deux secteurs appartenant aux différentes stations de base.
Dans le sens descendant, les signaux reçus des deux stations de base différentes sont combinées en utilisant MRC traitement de Rake dans la station mobile.
Dans le sens montant, les signaux reçus ne peuvent plus être combinés dans la station de base, mais sont acheminés vers le RNC. La combinaison suit un principe différent; dans le RNC les deux signaux sont comparés sur une base trame par trame et le meilleur candidat est
29
sélectionné après chaque période d'entrelacement; -à-dire tous les 10, 20, 40 ou 80 ms. Que le contrôle de puissance en boucle algorithme mesure extérieures du SNR de signaux montants reçus à un taux compris entre 10 et 100 Hz, cette information est utilisée pour sélectionner l'image avec la meilleure qualité au cours de la soft handover. [13]
« soft )> handcver
it,.
Figure 2.10 : graphique représentant un soft bandover
Nous pouvons récapituler les différents types de bandover dans les générations de technologies mobiles qui ont précédées la 4G dans le tableau ci-dessous :
Type de handover
Génération mobile Jntra fréquence Inter fréquence Inter-RAT
GSM(2G) non applicable bard handover bard handover
GPRS/EDGE(2.5G/2. 75G) non applicable hard handover hard handover et/ou et/ou réselection réselection
UMTS (3G) hard handover et/ou soft Hard bandover voix: hard handover handover
données: réselection et/ou hard handover
Table 2.1 : Types de handover dans les technologies mobiles avant la 4G
30
2.6 Conclusion
Nous pouvons retenir que comme pour le GSM, il existe différents types de handover
en UMTS. • Handover Lntra-Cellulaire (intra-cell handover) : LI s'agit du cas où le mobile ne
change pas de cellule, mais change de fréquence/code. • Handover inter-cellulaire, intra-Node B : La session radio est transférée d'une cellule à
une autre, les deux étant sous la responsabilité du même Node B. Dans le cas, d'un Node B fonctionnant en dual mode, le handover intra Node B inclut le changement de mode (fDD •• FDD). Ce type de handover peut être un soft ou hard handover.
• Handover inter-Node B, intra-RNC : Ce type concerne un changement de Node B. Ce type de handover peut être soft ou bard.
• Handover inter-Node B, inter-RNC avec interface Iur : Il s'agit d'un changement de cellules sous le contrôle de différents RNC. Ce scénario nécessite deux procédures celle de handover et celle de "SRNS Relocation". Ce type de handover peut être soft
ou hard. • Handover inter-Node B, inter-RNC sans interface lur : li ne peut être réalisé qu'à
travers un hard handover. • Handover lnter-CN : Il s'agit d'un changement de cellules appartenant à des réseaux de
base différents (e.g. inter-PLMN handover). li ne peut être réalisé qu'à travers un hard handover.
• Handover Intra-CN (UTRAN-GSM/GPRS) : li s'agit d'un handover entre l'UTRAN et une BSS GSM/GPRS. Il ne peut être mis en œuvre que par un hard handover. Comme il n'existe pas d'interface entre l'UTRAN et la BSS, ce type de handover est donc pris en charge par Je réseau de base comme un handover inter-BSC dans Je réseau GSM.[12] Dans , le chapitre suivant, nous allons dans les détails étudier les mécanismes du processus de transfert intercellulaire dans la quatrième génération (4G) de technologie mobile, la technologie L î -·
31
CHAPITRE 3 : ETUDE DETAILLEE DES MECANISMES DE
L'HANDOVER HORIZONTAL DANS LA TECHNOLOGIE LTE
3.1. Introduction
La procédure de handover au sein de la technologie L TE (handover intra-L TE) est la seule procédure définie pour la mobilité en mode connecté au sein de la technologie L TE. Elle est de type hard handover, c'est à dire que l'UE coupe le lien avec l'EnodeB source avant d'établir le lien avec l'eNodeB cible et ceci contrairement au soft Handover adopté par l'UMTS où le l'UE peut maintenir plusieurs liens avec plusieurs NodeB. [14] Dans ce chapitre, nous présentons les types de handover dans la technologie LTE, ensuite les différentes phases du handover, puis les procédures et mécanismes utilisés dans cette technologie.
3.2. Les phases du handover dans le système LTE [39]
Dans l'élaboration d'un handover dans le système LTE, on peut distinguer trois phase
• Ja phase de mesure sur la cellule source et sur les ceJJules voisines; • la phase de préparation de la cellule cible, qui met en jeu des échanges entre les
contrôleurs de stations de base source et destination, ainsi qu'entre ces contrôleurs et le réseau cœur ;
• la phase d'exécution, c'est-à-dire la bascule de l'UE et des flux de données, puis la relâche des ressources dans la cellule d'origine.
Le schéma suivant montre le déroulement de ces phases, les différents nœuds impliqués et les principales actions réalisées.
32
appel en cours sur ls collule source
1 configuration ô 1. Phase de mesure 1 ~
choix de la cellule c/ble par lo mesures source
talion de base source
ô allocation de ô ressources
2. Phase de préparatioj sécurité cibl source
cellule cible prête à accue17//r l'UE
3. Phase d'exécution
reprise de l'appel sur la cellule cible
ttansf ert des données
Figure 3.1: Les trois phases du handover [18]
3.2.1. La phase de mesure
La phase de mesure précède la décision de handover prise par le contrôleur de station de base source et amorce le déclenchement effectif de l'handover. Les critères de décision ont basés .sur la qualité et/ou le .niveau de signal des cellules voisines, mesurés par J'UE. L'eNodeB informe préalablement l'UE des éléments suivants, dans un message de configuration _:
• les mesures attendues : par exemp1e le niveau ou la qualité de signal, la puissance reçue, le taux de charge de la batterie;
• l'objet à mesurer: cellule, fréquence porteuse;
• le mode de remontée : périodique ou sur événement.
La réalisation des mesures par l'UE peut nécessiter des aménagements dans la trame radio, en particulier des périodes dédiées à la mesure d'une autre fréquence, grâce auxquels l'UE ne manquepas les données transmises sur la cellule serveuse alors qu'il effectue ces mesures.
Généralement, le temps que prend l'UE pour opérer des mesures sur les cellules voisines et l'exactitude de ces mesures sont des points importants pour une bonne réalisation du handover et la continuité de l'appel. Ces mesures dépendent des _performances radio liées à l'UE, de ses algorithmes de moyennage et de la configuration judicieuse des mesures par l'opérateur.
Au sens le plus général, le canal intègre également les perturbations externes affectant la transmission : l'interférence et le bruit thermique. Le bruit thermique est provoqué par les équipements électroniques du récepteur, tandis que l'interférence est créée par d'autres transmissions radio que celle attendue par le récepteur.
33
La qualité du signal reçu, aussi appelée la qualité du canal, est caractérisée par le rapport signal sur interférence et bruit (Signal to lnterference and Noise Ratio, SINR), défini comme uit : .[20]
SINR = Puissance du signal utile Puissance de l'interférence+ Putssance du bruit
(J)
Le débit pouvant être offert à un UE dépend directement de son SINR. Sous l'hypothèse d'un canal fixe et d'une interférence gaussienne, le débit maximal pouvant être atteint pour un SINR donné est donné par la formule de Shannon, où B est la largeur de bande de la transmission (en Hz):
C(SINR.B) = B.losz?(l + SINR ......• n bit/; (2)
La figure ci-dessous nous présente 1' influence du signal de l'UE sur son débit par rapport à sa distance de la station de base·
- Signal utile
- Interférence
Figure 3.2 : Influence du signal de l'UE sur son débit par rapport à sa distance de la station de base
La transmrssion en voie descendante s'effectue en LTE sur un ensemble de fréquences élémentaires orthogonales appelées sous-porteuses, un symbole de modulation étant transmis par sous-porteuse à un instant donné. Ce schéma de transmission est appelé OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Le signal temporel résultant de la modulation simultanée d'un bloc de symboles sur les différentes sous-porteuses du système est appelé un symbole OFDM. L'OFDM rend le canal plat en fréquence sur chaque sous porteuse, de sorte qu'il est suffisant de représenter le canal entre une antenne d'émission et
34
une antenne de réception par un seul coefficient complexe dans le domaine fréquentiel. Ce coefficient varie au cours du temps en fonction des déplacements de PUE pendant un handover par exemple, mais peut être considéré comme constant sur l'intervalle de temps correspondant à la transmission d'un symbole OFDM. Considérons un système OFDM à une antenne d'émission et une antenne de réception. Après filtrage de réception et échantillonna_ge, on peut exprimer un échantillon en bande de base de signal reçu sur une sous-porteuse donnée d'un symbole OFDM donné par:
r = ,1P lt a • - (3)
Dans cette expression, r est l'échantillon de signal reçu, a est le symbole de modulation émis (supposé de variance unité), P est la puissance moyenne du signal émis, z est un échantillon d'interférence et de bruit thermique, eth est le coefficient de canal, toutes ces grandeurs étant des scalaires complexes relatifs à la sous-porteuse considérée. Rappelons que h intègre non seulement les effets de la propagation. mais aussi ceux des traitements radiofréquence d'émission et de réception.
Avec la technologie MIMO (Multiple Input Multiple Output), on représente Jes coefficients du canal sous la forme d'une matrice, dont chaque colonne porte les coefficients des canaux entre les antennes de réception et une antenne d'émission donnée. En définissant .hnm comme le coefficient complexe du canal entre l'antenne d'émission n et l'antenne de réception m à un instant donné, la matrice du canal pour 2 antennes d'émission et 2 antennes de réception est de la forme :
H =["11 h'11J "12 ''22
Notons le vecteur des symboles de modulation émis sur l'antenne 1 et l'antenne 2, respectivement, où l'exposant T note l'opération de transposition. Le signal reçu sur une sous-porteuse s'écrit alors sous la forme matricielle suivante, où r et z sont des vecteurs complexes de dimension 2x 1, contenant respectivement les échantillons de signal reçu et d'interférence sur chaque antenne de réception, et Pest la puissance émise par antenne
["11] ["21] hl = Cl h2 = "12 "22
Notons a= [a1 a2] le vecteur des symboles de modulation émis sur l'antenne 1 et l'antenne 2, respectivement, où l'exposant T note l'opération de transposition. Le signal reçu sur une sous
_porteuse s'écrit alors sous la forme matricielle suivante, où r et z sont des vecteurs complexes de dimension 2xl, contenant respectivement les échantillons de signal reçu et d'interférence sur chaque antenne de réception, et Pest la puissance émise par antenne
r=./"PIJa+z
=.IP(h1n1 + h2112)+z
Il est souvent possible de se ramener à l'expression ci-dessus en définissant h comme un canal équivalent, résultant de la combinaison du canal de propagation et du précodage appliqué à un symbole particulier, Le précodage est utilisé pour donner certaines propriétés spatiales au signal émis et a pour effet de transmettre chaque symbole de l'ensemble des
35
antennes d'émission pour le signal émis sur chaque antenne d'émission e TI est également utile d'introduire la notion de matrice de corrélation du signal reçu, qui est notamment utilisée _pour la mise en œuvre de certains traitements de réception.
La voie montante de la technologie L TE utilise un schéma de transmission dérivé de J'OFDM, appelé SC-FDMA, où une sous-porteuse ne porte plus un symbole de modulation mais une combinaison linéaire des symboles de modulation du bloc transmis.
L'UE réalise toujours des mesures, et donc leur justesse reste un point important, mais ces mesures sont éventuellement moyennées et corrigées par l'eNodeB dans son traitement. En .revanche, Je délai effectif de bascule radio est un point crucial, surtout dans un environnement radio perturbé, et dépend entièrement de l'UE pour une configuration donnée du réseau.
Pour le handover intra-LTE, les exigences de performance sur le délai de bascule varient entre 20 et 130 ms, suivant le fait que l'UE connaît ou non la cellule cible. Par exemple, si l'UE a mesuré la cellule cible avant de recevoir l'ordre de bascule, l'exigence de délai sera de l'ordre de 20 à 50 ms. Par contre, pour un bandover en aveugle (blind handover), l'exigence est relâchée à plus de J 00 ms car J'UE doit rechercher cette cellule avant d'y accéder. Globalement, la performance de l'UE pour réaliser un handover horizontal résulte d'un compromis qui dépend de la chaîne de réception radio, et son autonomie ; à cet effet un algorithme plus complexe demande plus d'opérations élémentaires et des mesures plus nombreuses ce qui implique que la chaîne de réception doit être le plus souvent allumée.
Par ailleurs, c'est le contrôleur de station de base qui intègre les mesures remontées .par l'UE dans son algorithme de décision. Si les critères de déclenchement sont vérifiés, elle entame la phase de préparation décrite ci-après. La décision repose par exemple sur les critères suivants :
• Le niveau ou la qualité du signal d'une cellule voisine est meilleur(e) que celui/celle de la cellule serveuse;
Le niveau de signal d'une cellule voisine mesurée par l'UE est supérieur à un seuil prédéfini et la qualité de la cellule serveuse est inférieure à un autre seuil
La puissance de signal reçu à partir d'un réseau est reliée avec la distance qui sépare le terminal mobile de l'utilisateur de la station de base ainsi que Le type de canal de propagation entre eux. En général, la puissance du signal reçu par un utilisateur a partir de la station de base (ou point d'accès) du réseau i peut être donnée par :[44]
•
P{ = Pt= - lOylo_g (ri, (4)
Où P{ est la puissance du signal reçu a partir du réseau i, P{"~ est la puissance maximale du signal transmis par la station de base (ou le point d'accès du réseau i et -y le facteur d'évanouissement du canal.
Le seuil de la puissance du signal reçu du réseau i est suppose être calcule .a la frontière de la cellule couverte par ce réseau. En supposant que Rï est le diamètre de la cellule couverte par le réseau i, Je seuil de la puissance du signal reçu du réseau i peut être calculé par J'équation (5) en remplaçant Ja distance ri par Je diamètre de Ja cellule. En conséquence, la fonction finale définie pour évaluer l'utilité d'un réseau en termes de la puissance de signal reçu peut être réécrite par l'équation suivante : [ 44]
36
uI = 1 - log (ri) log (Ra (5
Comme nous l'avons dit précédemment, les décisions de handover intra-LTE sont généralement basés sur le canal de liaison descendante mesures qui consistent en la référence de Ja Puissance du signal reçu (RSRP) et de Ia qualité de référence du signal reçu .(RSRQ) ménagée dans l'UE et envoyé au eNodeB régulièrement [40]. Les descriptions de chacun d'entre elles sont présentées ci-dessous:
,..,. Reference Signal Received Power (RSRP)
La mesure de RSRP ou Référence de la Puissance du Signal Reçu fournit la puissance du signal indicateur spécifique de cellules. Cette mesure est principalement utilisée pour classer les différentes cellules LTE candidates (voisines des cellules sources) selon la force du signal et est utilisé en tant qu'information pour les décisions d'handover. RSRP est défini pour une cellule spécifique comme la puissance moyenne Linéaire reçue (en watts) des signaux qui transportent les signaux de référence spécifiques des cellules (RS) à l'intérieur de la largeur de bande de fréguence considérée.
*" Reference Signal Received Quality (RSRQ)
La mesure de RSRQ ou Référence de la Qualité du Signal Reçu a pour but de fournir une métrique de qualité de signal spécifique à la cellule.
Pareillement au RSRP, cette métrique est utilisée principalement pour classer les différentes cellules voisines en fonction de leur qualité de signal. Cette mesure est utilisée comme une information nécessaire pour les décisions d'handover, par exemple dans les scénarios pour lesquels les mesures RSRP ne fournissent pas suffisamment d'informations fiables pour effectuer des décisions de mobilité. Le RSRQ est défini comme suit:
RSRQ= N. -RSRP RSSI (.6
Où N désigne le nombre de blocs de ressources (RBs) du support L TE et RSSI la bande passante de mesure. Les mesures au numérateur et au dénominateur sont faits sur le même ensembJe de bJocs de ressources ; bien que Je facteur RSRP est un .indicateur de .Ia force du signal utile, il prend, en outre, en compte le niveau du facteur RSRQ en raison de l'inclusion de RSSJ d'interférence. La mesure RSRQ donc permet de combiner l'effet de la force du signal et les interférences à décJarer d'une manière efficace. [ 41]
Outre les mesures RSRP et RSRQ, le mécanisme de l'handover a d'autres critères de décision tels que:
*' Signal Noise Ratio (SNR)
Le SNR ou Ratio Signal sur Bruit est une mesure qui compare le niveau d'un signal souhaité au niveau de bruit de fond (signal non désirée). Il est défini comme le rapport de la puissance du signal et de la puissance de bruit. Un rapport supérieur à l: J indique plus le signal que le bruit.
37
1-'signal
· · R = Pnoise (7)
Où P est la puissance moyenne.
Les puissances du signal et du bruit peuvent être mesurées à des points identiques ou équivalents dans un système ainsi que dans un même système de bande de fréquence. [42)
*" Carrier-to-lnterference Ratio (Cffi)
ClR ou Rapport charge sur Interférence est une mesure de l'efficacité de signalisation et elle est définie comme le rapport de la puissance de la porteuse et de la puissance du signal d'interférence. Elle s'exprime en décibels (dB).
*- Signal Interference plus Noise Ratio (SINR)
Le SrNR ou le Rapport Interférence du Signal plus Bruit, Cette mesure permet d'optimiser le niveau de puissance d'émission pour une qualité de service à atteindre en participant aux décisions de handover. La précision de l'estimation de SJNR fournit un système pJus efficace et une meilleure qualité de service perçue par l'utilisateur.
Le SlNR est défini comme le rapport entre la puissance du signal combiné au bruit et puissance d'interférence suivant la formule (1).
* Received Signal Strength lndicator (RSSI)
Le RSSl ou Indicateur de la Puissance du Signal Reçu est défini comme la puissance totale reçue de la largeur de bande observée par l'UE à partir de toutes les cellules sources, y compris les co-canaux de service et les cellules non-desserte, brouillage par le canal adjacent et le bruit thermique dans la mesure de la bande passante spécifiée par le 3GPP.
Comme précédemment mentionné, les mesures du handover dans la technologie L TE sont faites à la liaison descendante ; Cependant, la décision du handover horizontal peut également être basée sur les mesures de liaison montante.
Pour mener à bien cette phase de mesure, l'opérateur doit prendre en compte le paramétrage des cellules intra voisines de la cellule source, et ce pour toutes les cellules du réseau, ce qui relève d'une tâche minutieuse et fastidieuse. Tl doit également prendre en compte et définir les seuils d'activation des mesures et de déclenchement du handover. Le paramétrage de ces différents seuils varie puisqu'il dépend de la topologie du réseau ; ce qui im_plique nécessairement une recherche d'optimisation des ressources du réseau.
3.2.2. La phase de préparation
La phase préparation peut être réalisée entre les deux eNodeB via l'interface X2 ou via l'interface S1 par l'intermédiaire du MME. Dans les deux cas, la procédure sur l'interface radio est la même. Pour un handover, l'opérateur a recours à l'interface S 1, lorsque sa mise en œuvre via l'interface X2 entre certains eNodeB s'avère impossible. Cependant, Jes délais de préparation et de transfert des données peuvent être plus longs puisque les messages transitent
par le MME et traversent ainsi deux interfaces Sl (entre eNodeB source et MME, puis entre MME et eNodeB cible). Si la cellule cible appartient au même eNodeB, celui-ci n'engage aucune procédure de préparation. Lors de la préparation, l'eNodeB source fournit, entre autres, les informations suivantes à l '.eN{)deB cible :
• l'identifiant global de la cellule cible EGCI, permettant d'identifier la cellule cible sans ambiguïté ;
• la .cause du handover (par exemple les conditions radio, la réduction de la charge, l'optimisation des ressources);
• des paramètres de sécurité, comme les algorithmes implémentés; clé KeNB•.
• la .liste et Ja description des E-RAB à configurer ; • le contexte RRC de l'UE, qui décrit notamment la configuration radio de la connexion
RRC sur la cellule source, les paramètres du cycle ORX si utilisé ; • des informations sur l'historique de mobilité de l'UE, informant l'eNodeB cible de la
liste des 16 dernières ceJlules visitées par l'UE, et, par exemple, de déplacements récurrents entre des cellules (ping-pong ).
L'eNodeB cible, à la réception du message X2AP Handover Request, effectue le contrôle d'admission : il vérifie qu'iJ dispose des ressources radio et système pour accueillir l'UE et, en particulier, des E-RAB actifs sur la celluJe source. S'il est ca_pable d'établir au moins l'un de ces E-RAB, l'eNodeB doit répondre positivement à l'eNodeB source en lui indiquant le ou les E-RAB qui peuvent être maintenu(s). Il inclut dans sa réponse le message RRC destiné à l'UE et qui sera envoyé par l'eNodeB source lors de la commande du handover. Ce message contient la configuration que l'UE devra appliquer lors de son accès à la cellule cible, notamment les bearers radio associés aux ERAB qui sont maintenus. VeNodeB cible retourne également à l'eNodeB source, pour chaque ERAB, le point de terminaison du tunnel GTP entre les deux eNodeB, si un transfert de l'eNodeB source à l'eNodeB cible des données descendantes (reçues par l'eNodeB source de la S-GW) a été demandé par l'cNodeB source dans le message Handover Request.
3.2.3. La phase d'exécution
Après la réception du message de réponse au Handover Request, l'eNodeB source déclenche le handover par l'envoi à l'UE du message RRC Connection Reconfiguration, qui lui indique notamment:
• Ja cellule cibJe (sa fréquence, si différente, et.son YCJ) · • son identifiant C-RNTI dans cette cellule; • des paramètres de sécurité (par exemple l'algorithme, s'il doit changer) lui permettant
.de dériver les nouvelles dés de chiffrement et d'intégrité RRC. Lorsqu'il reçoit ce message, l'UE doit immédiatement tenter de basculer sur la celluJe cible même s'il n'a pu acquitter la réception du message RRC (acquittements HARQ ou ARQ/RLC). JI réinitialise sa couche MAC et procède au rétahlissement de ses couches .RLC et PDCP. La couche RRC configure alors les couches PHY, MAC, RLC et PDCP suivant les paramètres fournis par l'eNodeB cible et transmis par l'eNodeB source dans le message (RRC Connection Reconfiguration).
L'UE dérive ensuite la nouvelle clé KeNB*, soit à partir de la clé KASME actuelle (c'est à-dire celle utilisée pour le calcul de la clé KeNodcB courante), soit à partir de la nouvelle clé
39
KASME si une procédure NAS de sécurité a été réalisée. L'eNodeB indique à l'UE lequel des deux mécanismes utiliser pour cette dérivation.
L'UE procède alors à l'accès aléatoire sur le canal RACH de Ja celluJe cible et, en cas de succès, transmet à l'eNodeB le message RRC Connection Reconfiguration Complete, qui termine la procédure de signalisation. L'accès au canal RACH peut être réalisé avec un préambule dédié, si la cellule cible l'a fourni à la ceJlule source lors de la phase de préparation. Ce mode présente l'avantage d'écarter un risque de collision avec des préambules d'autres UE, ce qui augmente donc les chances de succès de la procédure et tend à réduire son délai global.
Au cours de la phase d'exécution d'un handover horizontal, la bascule de l'UE de la cellule source vers la cellule cible s'accompagne d'une interruption de la connexion radio et, par conséquent, le transfert des données dans les sens montant et descendant est temporairement suspendu ; nous parlerons dans les deux paragraphes qui suivent respectivement du transfert de données descendant vers l'eNodeB cible et des rapports de réception·
* Le transfert de données descendantes vers l'eNodeB cible ans mécanisme de transfert des données entre eNodeB, les unités de données reçues de la
S-GW par l'eNodeB source après le déclenchement de la bascule de l'UE sont perdues. La réémission de ces données échoit alors aux couches supérieures, si celles-ci mettent en œuvre une transmission fiable à l'aide de mécanismes de retransmission {par exemple lorsque le protocole TCP est utilisé).
Cependant, ces retransmissions sont de fait plus lentes, puisque réalisées entre entités distantes (par exemple de type client/serveur), et peuvent induire une diminution du débit par les couches supérieures (mécanisme TCP slow start par exemple). L'expérience de l'utilisateur est alors dégradée. Pour éviter ces pertes, un transfert des unités de données PDCP (SDU PDCP) est possible de l'eNodeB source vers l'eNodeB cible. La couche PDCP est utilisée, car la numérotation des SOU PDCP est maintenue entre les deux eNodeB pour les radio bearers utilisant le mode RLC acquitté (RLC-AM), alors que la couche RLC est toujours réinitialisée lors du handover (le numéro de séquence RLC est donc remis à zéro). Cette continuité dans la numérotation PDCP permet ainsi, pour ce type de radio bearer, de délivrer en séquence les unités de données à la couche supérieure (paquets TP typiquement) et d'éviter de renvoyer sur Ja ce.lJule cibJe une unité de donnée déjà reçue par J 'UE sur Ia cellule source. Pour les radio bearers utilisant le mode RLC transparent (RLC-TM) ou non acquitté (RLC UM), le transfert des données à l'eNodeB cible réduit l'interruption du service mais ne peut garantir l'absence de perte de paquets ni la remise en séquence à la couche supérieure, la numérotation des SDU PDCP n'étant pas maintenue.
Pendant la bascule radio effectuée par l'UE et décrite précédemment, l'eNodeB source _peut commencer à transférer des données du .plan usager à I' eNodeB cible, si un tel transfert doit être appliqué pour l'un des radio bearers basculés sur la cellule cible. Pour un radio bearer utilisant le mode RLC-AM, l'eNodeB source indique à l'eNodeB cible le prochain numéro de séquence à attribuer dans le sens descendant à un paquet de données n'ayant pas encore de numéro de séquence PDCP. L'eNodeB source transmet également les unités de données suivantes :
• les SDU PDCP qui n'ont pas été inté_gralement transmises à l'UE; • les SDU PDCP dont les unités RLC n'ont pas toutes été acquittées par l'UE; • les nouvelles unités de données reçues de la S-GW, qui n'ont pas été traitées par la
couche PDCP.
40
Les SOU PDCP complètes reçues de l'UE sont quant à elles transférées par l'eNodeB source àlaSGW. Deux tunnels différents sont utilisés entre l'eNodeB source et l'eNodeB cible pour transférer les données du sens montant et celles du sens descendant Le transfert des SOU PDCP permet de réaliser un handover sans perte de données. n doit être conjugué à l'utilisation des rapports de réception décrits à la section suivante, pour réaliser un handover sans doublon.
La figure illustre par un exemple la gestion du plan usager lors d'un bandover avec transfert des données POCP de l'eNodeB source à l'eNodeB cible:
S-GW
=1111 =~ <r. )) l~I 0 lm1 eNB
4. r eNB cible cible tr.:uto et stocka les données
c1esunées a rue
I ---/ 5. la S-GW iodique la fin des données è
reNB source 01 basculO le pion wu,ger vora
rnNB cible
mmm• ---------------- 3. Jransfert deS donnéeS non acquittées 01 non envoy6os
\ \
' ' \ "lfl;•C
' 6. après receès de , rus, l'eNB lui envole \ les un,tôs PDCP en , ~·
attente , ' .,· ' ~
/ /
2. c:omm.mdc / / de HO//
/ / / ,
/ , / < ,( j 1.ACK4 I / / ,
eNB source lt un1/ë PDCP
}·-:4:::e: non Bcqultt6os
o. reNB a reçu les &CQuitlernenls pour les unflôs POCP 1 et 2
UE 1 o. l'UE a reçu IOs unités PDCP 1. 2 ot4
1
Figure 3.3 : Gestion du plan utilisateur lors de l'exécution d'un handover
Nous décrivons comme suit les étapes de ce processus:
O. Lors de l'appel en cours sur la cellule source, l'eNodeB a pu envoyer à l'UE les SOU PDCP là 4. Cependant, l'eNodeB source n'a pas reçu d'acquittement pour les SOU 3 et 4.11 les conserve donc dans son buffer de transmission, de même que la SDU 5 qui n'a pas été transmise à l'UE. Ce dernier a correctement reçu les SOU l, 2 et 4, et les a acquittées. En revanche, il n'a pas reçu la SDU 3; il a donc besoin de sa retransmission par l'eNodeB.
1. L'acquittement de la SDU 4 n'arrive pas à l'eNodeB source. le lien radio entre l'UE et l'eNodeB source étant déjà dégradé.
2. L'eNodeB source envoie à l'UE l'ordre de bascule.
3. L'eNodeB source commence alors le transfert des SDU PDCP vers l'eNodeB cible, en indiquant leur numéro de séquence. Simultanément, il continue de recevoir de la S-GW des
41
unités de données à destination de l'UE, qu'il transfèrera également à l'eNodeB cible après le transfert de toutes les SDU PDCP en attente. L'eNodeB cible leur attribuera a1ors des numéros de séquence POCP.
4. L'eNodeB cible stocke les SDU reçues, jusqu'à l'arrivée de l'UE sur la cellule. IL attribue un numéro de séquence à chaque unité de données reçue de l'eNodeB source sans numéro de séquence (SDU 6 par exemple, transmise dès réception de la S-GW par l'eNodeB source).
5. Lors de l'accès de l'UE, l'eNodeB cible informe la S-GW, qui bascule alors le plan de données vers l'eNodeB cible. Celle-ci envoie à l'eNodeB source un indicateur de fin de trafic.
6. L'eNodeB cible transmet à l'UE les données PDCP en attente, ainsi que de nouvelles unités de données reçues de la S-GW (SDU 7 et 8). On voit que l'UE va recevoir une seconde fois la SDU 4, ce qui constitue donc un doublon et une utilisation non optimale de l'interface radio.
* Les rapports de réception Un mécanisme de rapport de réception évite en LTE la transmission sur la cellule cible de
SDU POCP déjà reçues par l'UE ou par l'eNodeB (doublons). Ce mécanisme ne peut être utilisé que pour les radio bearers utilisant le mode RLC-AM, pour lesquels la numérotation des SDU PDCP est continue entre la cellule source et la cellule cible, comme nous l'avons expliqué précédemment.
Si l'eNodeB source choisit d'utiliser ce mécanisme pour un ou plusieurs E-RAB actif(s) de l'UE, il indique à l'UE dans le message de commande du handover les E-RAB pour lesquels l'UE devra envoyer un rapport de réception POCP à l'eNodeB cible une fois la bascule effectuée. L'UE doit alors transmettre sur la cellule cible une unité de contrôle PDCP, appelée POCP Status Report, donnant l'état des réceptions des SOU POCP pour ces radio bearers. Ce rapport n'est donc pas systématique pour un radio bearer RLC-AM. Cependant, s'il est demandé, l'UE doit l'envoyer avant toute transmission de données sur la cellule cible. Il sert à l'eNodeB cible pour déterminer quelles SDU PDCP doivent être renvoyées à l'UE.
Lors du transfert des données à l'eNodeB cible, l'eNodeB source envoie également un état d'envoi/réception indiquant, pour chacun de ces E-RAB:
• pour le sens descendant : le dernier numéro de séquence POCP alloué, indiquant à l'eNodeB cible quel numéro attribuer à la première SDU PDCP qui n'en a pas encore;
• pour le sens montant : le numéro de séquence S"N I de la dernière SDU PDCP reçue en séquence, informant l'eNodeB cible qu'il ne doit pas transmettre à la S-GW de SOU PDCP reçue de l'UE avec un numéro de séquence inférieur ou égal. La SDU SN2 est donc la première SOU non reçue par l'eNodeB source;
• pour le sens montant: les numéros de séquence des autres SDU PDCP reçues de l'UE après cette SDU SNI, qui n'ont donc pas besoin d'être renvoyées par l'UE sur la cellule cible.
Les deux dernières informations servent à l'eNodeB cible pour préparer un PDCP Status Report à destination de l'UE, pour qu'il ne renvoie que les SDU manquantes. L'eNodeB source peut envoyer cet état d'envoi/réception à l'eNodeB cible directement via l'interface X2 (dans le cas d'un bandover via X2), ou par I'Intermédiaire du MME (bandover via Sl ),
42
Avec ces deux rapports PDCP fournis par l' eNodeB source et par l'UE lors de son accès, l'eNodeB cible sait donc quelles SDU PDCP renvoyer et lesqueJles attendre de l'UE.
La figure ci-dessous illustre un rapport de réception par l'UE permettant d'éviter les doublons PDCP:
S-GW
•=• 1§31
4. reNB cible tre1te et stocke
les SOU destlnoos ti rue
eNB cible
'- I , __ /
5. la ~W Indique la fin des donn6es Il
l'eNB seuree et bascule le plan usager vers
l'oNB cibkl
mmrn ---------------- 3. transfon doS donnôos noo acquittées ou non envoyées
\ 6. l'UE lnformo , l'cNB qu'il a ' bien reçu 18 \ SOU4 \
' compte le rapport de , ~ , l'UE et n'envo,o pas la \ '
S0U4 \ ~\ \ ù> \
' ~
7. l'o NB prend on
/ /
2. commando// de HO//
/ / /
/ / / /
1/ j 1.,ACK 4 1 / /
eNB source m SDUPDCP
-nonen110~
SDUPDCP } non ecqultllies
o. reNB a reçu le6 ocquittemcnts pour les
SOU 1 et 2
O. l'UE a reçu los SOU 1, 2 ot4
Figure 3.4 : Rapport de réception par l'UE pour éviter les doublons PDCP
3.2.4. La procédure en cas d'échec
Lors de La réception du message RRC Connection Recon-figuration commandant le bandover, l'UE démarre la temporisation du bandover. Celle-ci est arrêtée par l'UE lorsque la procédure d'accès aléatoire sur le canal RACH de la cellule cible aboutit. Si cette temporisation expire avant la fin de cette procédure, l'UE considère que le handover a échoué et lance alors une procédure de rétablissement de connexion RRC. L'UE reprend alors la configuration RRC et PDCP utilisée dans la cellule source et supprime les configurations des couches physique et MAC établies pour la cellule cible.
• Perte et rétablissement de lien radio dans l'handover horizontal
Lors de l'appel, la position de l'UE au sein de la cel1u1e peut évoluer et conduire à une dégradation du lien radio avec l'eNodeB. L'objectif de l'opérateur est d'éviter que cette dégradation ne conduise à La perte de la connexion RRC et d'assurer une continuité de l'appel à l'aide des procédures de mobilité. Toutefois, différents facteurs, comme la charge du réseau, un déplacement rapide et soudain de l'UE ou des perturbations liées à l'environnement (interférences, obstacle mobile ... ) peuvent provoquer une dégradation brutale des conditions et une rupture du lien radio avant que l'eNodeB ait pu déclencher un handover. Enfin, le paramétrage du réseau (seuils de handover notamment) est une opération délicate qui peut
43
nécessiter sur certains sites une période d'observation et d'optimisation après le déploiement, période pendant laquelle l'UE peut être exposé à des pertes de couverture en fonction de son déplacement. fi est donc primordial de pouvoir rétablir une connexion RRC si celle-ci est provisoirement rompue du fait d'une dégradation sévère du lien radio. Une procédure a donc été définie, comme dans les systèmes GSM et UMTS, pour que l'UE recouvre cette connexion avec une cellule.
Nous décrivons dans cette section les différentes étapes de ce mécanisme, à savoir : la détection d'un problème sur le lien radio et la procédure de rétablissement elle-même ;en supposant que l'UE a établi un bearer EPS avec le réseau. Une connexion RRC est donc établie et la procédure de sécurité a été effectuée.
• La détection de la perte de lien radio
Lorsqu'une connexion radio est établie avec l'eNodeB, l'UE en surveille la qualité à l'aide de mesures effectuées par la couche physique et remontées à la couche RRC après application d'un filtre.
La couche RRC de l'UE détecte un problème sur la couche physique lorsqu'elle reçoit de celle-ci N indications successives de perte de synchronisation. Une temporisation RRC (que nous appellerons ici Tt) est alors démarrée et n'est arrêtée que si la couche physique remonte M indications consécutives de synchronisation avant que cette temporisation expire. Dans ce cas de figure, la couche RRC considère que la synchronisation est rétablie et ne lance aucune procédure particulière. En revanche, si la temporisation expire, ou si le nombre maximal de retransmissions RLC a été atteint, la couche RRC de l'UE considère que le lien radio est défaillant et démarre alors la procédure de rétablissement de connexion RRC. Elle lance alors la temporisation T2. Si le rétablissement aboutit avant l'expiration de T2, cette temporisation est arrêtée. Sinon, l'UE passe en mode veille et le rétablissement de la session est alors du ressort des couches supérieures, voire de l'utilisateur. Les valeurs N, M, T1 et T2 sont configurées par l'opérateur et diffusées sur les Informations Système de chaque cellule.
Z- phase : ten1at1ve de mlab&ssemonl sur une cellule éligible
pas de rélablissement I passage en ovant l'explrotlon de T, modo verne
T, défllarré
RRC_CONNECTED RRC_IOLE
• Pot10 de ben mdiO (• radio fink rnnuro •)
Figure 3.5 : les étapes dans la perte du lien radio
• Le rétablissement de la connexion RRC
L'objet de cette procédure est de rétablir la connexion RRC. Ceci implique d'abord la reprise du radio bearer de signalisation SRB1, portant les messages RRC avant la procédure de sécurité RRC et, ensuite, la réactivation de la sécurité RRC. On notera que cette procédure est prévue pour permettre un rétablissement de la connexion radio sur la cellule source ou la cellule cible du handover, après un échec lors de l'accès initial de l'UE à la cellule cible. Cette procédure ne peut en effet aboutir que lorsque la cellule sélectionnée par l'UE a été préalablement préparée par l'eNodeB d'origine, c'est-à-dire qu'elle a reçu de celui-ci un
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ensemble d'informations sur l'UE en préparation à un bandover. lei, une interface X2 existe entre les deux eNodeB et le handover est donc préparé via
cette interface.Nous supposons que la temporisation T1 a expiré (perte du lien radio) et que l'UE n'a pas reçu la commande de bandover. L'UE déclenche la temporisation de rétablissement T2 et procède à la sélection de cellule. Lorsqu'une cellule E-UTRAN éligible est sélectionnée, l'UE arrête T2 et prépare le message RRC (Connection Reestablishment Request. Si en revanche aucune cellule éligible E-UTRAN n'est trouvée, ou si l'UE sélectionne une cellule d'une autre technologie d'accès (GSM ou UMTS), il passe alors en mode veille et relâche tous les radio bearers établis en LTE.
Dans le message RRC (Connection Reestablishment Request), l'UE indique notamment:
• son identifiant C-RNTl utilisé dans la cellule d'origine ; • l'identifiant physique de la cellule d'origine (PCI) · • un code d'identification appelé Short MAC-1.
Les deux premiers paramètres permettent à l'eNodeB contrôlant la cellule accédée de retrouver le contexte de l'UE. Le cas échéant, l'eNodeB vérifie que le code d'identification Short MAC-J fourni par l'UE correspond à celui reçu de l'eNodeB d'origine avec le contexte de l'UE, lors de la préparation du handover.
En effet, lors de cette préparation, l'eNodeB d'origine ne fournit pas les clés RRC de l'UE utilisées pour la protection de l'intégrité et le chiffrement des messages RRC, mais uniquement le paramètre Short MAC-T qu'il a calculé à l'aide de ces clés. L'UE procède au même calcul au moment d'accéder à la cellule. Le message RRC Connection Reestablishment Request n'est donc pas protégé en intégrité, ni même chiffré, et l'identification fiable n'est rendue possible que par la vérification de ce code. Sans cette identification sécurisée, un UE malveillant pourrait mettre fin à l'appel de l'UE auquel le CRNTl est attribué, en initiant une procédure de rétablissement sur une cellule voisine.
Ce message est alors transmis à la couche MAC de l'UE, qui démarre une procédure d'accès aléatoire pour l'envoyer à l'eNodeB, comme dans le cas d'une procédure d'établissement de connexion RRC. Lors de cette procédure d'accès aléatoire, un nouveau C RNTI est alloué à l'UE par la cellule d'arrivée. L'UE reçoit en retour le message RRC Connection Reestablishment, à l'aide duquel il dérive les nouvelles clés de chiffrement et d'intégrité RRC. Tous les messages suivants sont alors protégés en intégrité et chiffrés à l'aide de ces clés, avec les algorithmes de chiffrement et d'intégrité utilisés dans la cellule d'origine. La clé de chiffrement du plan usager est également calculée par l'UE à la réception de ce message. À partir de ce moment, la sécurité entre l'UE et l'eNodeB est donc rétablie. Ce dernier peut maintenant procéder au rétablissement des radio bearers de données, via la procédure de recon:figuration de la connexion RRC. Le basculement du plan usager vers l'eNodeB cible est alors demandé par l'eNodeB source au MME.
La figure illustre les différentes étapes de perte et de rétablissement de la connexion lors d'un handover intra-LTE :
45
UE eNodeB source
cellule A
eNodeB cible cellule B
signal reçu /
------mesure signal reçu •
déclenchement du handover
perte du lien
X
(X2-AP) Handover Requesl --(C-RNTI oe l'UE, icJentillsnl cellule source,
ce/fuie dble et code " shorlMAC-1 •)
+---[X2-AP) Handover Request Ack 1
X._[RAC) ARC Connection Reconflguration_ (orcire cJe hancJover)
message non reçu par l'UE
....---''-- sélection cellule B
.- ---- - ------ -----!MAC] Procédurè d'accès aléatoire- -- ----------- --•
[ARC] ARC Connection Reestablishment Request (ancien C-RNTI, identifiant cJe la cellule source, code ,r shortMAC-1 •)
[ARC) ARC Connection Reestablishment (réactivation cJe la sécurité : intégrité et chiffrement)
eNodeB prêt à
recevoir l'UE
~
_________ [ARC) ARC Connection Reestablishment Complete. _... (message chiffré et protégé en intégrité)
(---·-----·---reprise du transfert de données (appel en cours)----
Figure 3.6: Diagramme du rétablissement de la connexion RRC
··-·- .. ·-:>
3.3. Les paramètres de handover dans le système LTE
La procédure de handover a différents paramètres qui sont utilisés pour améliorer sa performance et la configuration de ces paramètres afin d'obtenir des valeurs optimales ce qui relève d'une tâche très importante. Dans LTE le déclenchement du handover est généralement basé sur la mesure de qualité de liaison et d'autres paramètres afin d'améliorer le rendement. Les plus importants sont :
3.3.1. La marge d'hystérésis
La marge d'hystérésis aussi appelé marge HO est le paramètre principal qui régit l'algorithme HO entre deux eNodeB. Le handover est déclenchée si la la qualité de liaison d'une autre cellule est meilleure que la qualité de liaison de la cellule actuelle, qualité jugée par une valeur d'hystérésis. Il est utilisé pour éviter les effets de ping pong. Cependant, il peut augmenter l'échec du handover car elle peut également empêcher les handovers nécessaires.
46
3.3.2. Time-to-Trigger (TTT)
Lors de l'application Time-to-Trigger, le transfert est initié que si la condition de déclenchement est remplie pendant un intervalle de temps. Ce paramètre peut diminuer le nombre de handovers inutiles et efficacement éviter les effets de ping-pong. Mais il peut également retarder le délai d'un handover et augmenter la probabilité d'échec du handover.
dëm
-----
1 H•fl
--3_...JSt'-rtSIS
' --------
Ce.!16
Figure 3.7 : Le déclenchement de la procédure d'un handover
En somme, le point de déclenchement de la procédure de handover est un ensemble de mesures effectuées par l'UE. Ces mesures sont effectués périodiquement tel que défini par le paramètre de mesure périodique configuré du côté de l'eNodeB.
3.3.3. Seuil RSRP et RSRQ d'initiation du bandover
Ce niveau est utilisé pour l'initiation du handover. Lorsque le seuil de transfert intercellulaire intra-LTE (handover intra-LTE) diminue, la probabilité d'un handover tardif diminue et l'effet de ping-pong augmente. li peut varier en fonction de différents scénarios et des conditions de propagation.
La norme LTE prend en charge deux paramètres principaux pour déclencher un handover et sélectionnez la cellule cible: la marge d'hystérésis et le temps de déclenchement (TTT).
Ces deux paramètres sont considérés comme les paramètres de contrôle les plus importants car ils jouent un rôle important dans la réduction des handovers inutiles due aux variations courtes et soudaines de la puissance du signal dues aux bruits et aux interférences.
3.4. Les types de bandover dans la technologie LTE
Le transfert intercellulaire est déclenché par l'eNodeB, basée sur la mesure reçue des rapports de l'UE. Le handover est classé selon différents types en fonction de l'origine et la destination du transfert. Le transfert peut démarrer et terminer dans l'E-UTRAN, il peut également commencer dans l'E-UTRAN et finir dans une autre technologie accès radio (RAT), ou encore il peut commencer à partir d'un autre RAT et finir au sein de l'E-UTRAN. [ 15]
47
3.4.1. Les interfaces X2 et Sl dans le réseau LTE
1J existe deux. interfaces qui interviennent dans la procédure de handover de la technologie L TE pour les UE en mode actif, ce sont les interfaces X2 et S 1. Ces deux interfaces peuvent être utilisées dans la procédure de transfert intercellulaire (handover) mais différemment.
3.4.1.1 L'interface X2
L'interface X2 a un rôle clé dans l'opération de l'handover intra-LTE. La source eNodeB utilisera l'interface X2 pour envoyer le message de requête à la cellule cible eNodeB. Si l'interface X2 n'existe pas entre les deux eNodeB ea question, des procédures doivent être entrepris pour en créer une avant que le transfert ne soit initié. Le message de requête de réservation de ressources afin d'initier une procédure d'bandover (Handover Request) est envoyé à l'eNodeB cible et la cellule enverra un message d'acquittement d'handover (Handover Reguest Acknowledgement) en supposant les ressources s'y trouvent. Lors de requête d'handover différents éléments d'information sont fournis (certaines en option), telles que :
• les bearers EPS
• la liste des restrictions de l'bandover, qui peut restreindre le transfert pour l'UE.
• Les dernières cellules auxquelles l'UE a été connecté, si la fonctionnalité de l'historique de collecte d'information est activée. Cela s'avère utile afin d'éviter les effets de ping-pong entre les différentes cellules lorsque J'eNodeB cible donne des informations sur les différents changements opérés dans la l'eNodeB source.
Radio nctwork laver
-AP
p
Transport 1 IP network layer Data link layer Data link layer
Phvsical laver Phvsical laver
Figure 3.8 : Pile protocolaire du plan utilisateur et plan de contrôle avec interface X2 (38)
48
3.4.1.2. L'interface Sl
La signalisation de réseau radio SI est constituée de la partie d'application (SI AP). Le protocole S 1 AP gère toutes les procédures entre l'EPC et E-UTRAN. C'est aussi capable de transporter des messages de manière transparente entre l'EPC et l'UE. Le protocole de S 1 AP traite toutes les procédures entre l'EPC et E-UTRAN. C'est aussi capable de transporter des messages de manière transparente entre l'EPC et l'UE. Au dessus de l'interface S1, le protocole S1AP supporte les procédures E-UTRAN de l'EPC et réalise la fonction de mobilité.
1-AP TP-U
- '".'TP
IP
DatJ lmk lavcr
l Dl
Ph,::ii~I laver - ;
Data link layer
Physical layer
Figure 3.9: Pile protocolaire du plan utilisateur et plan de contrôle avec interface Sl
La figure 3.10 donne une vue d'ensemble des deux types d'interfaces qui interviennent lors d'un handover horizontal dans la technologie LTE ;
l(. MME/ s-GW MME/ s-GW
en << ,r
X2 . 7 oNB eNB "(--~ (< >) :9'
~ ~ / eNB
Figure 3.10: Vue d'ensemble des interfaces X2 et S l
49
3.4.2. Intra- bandover LTE avec interface X2
Le handover intra-L TE (i.ntra-MME / SGW) en utilisant l'interface X2 est utilisé pour un transfert d'un équipement utilisateur à partir d'un eNodeB source (S-eNodeB) à un eNodeB cible (T-eNodeB) via l'interface X2 lorsque l'entité de gestion de mobilité (MME) et le service de passerelle (SGW) sont inchangées. Cette procédure de handover est aussi appelé X2- handover. Ce scénario est possible seulement quand il y a un Lien direct existe entre eNodeB source et cible eNodeB avec l'interface X2. Les eNodeB prennent la décision de handover d'une façon autonome sans intervention des autres équipements : MME et S-GW. Les informations nécessaires au handover sont échangées entre les eNodeB via une interface X2. Le MME et le S-GW recevront une notification avec un message de handover après que la nouvelle connexion aura été effectuée entre l'UE et le nouveau eNodeB. [19]
Figure 3.11 : Schéma générique d'un X2-handover [ 16]
La figure ci-dessous illustre le diagramme de flux du handover intra LTE via l'interface X2 :
50
t,,,)
UE MME S-GW
r- .----·-···-, ---- .. ·-·---··------ ·---·-·-----· : ~ del - : . . . ' : ~- - !..~.~ - - - ; : ""_,die-. 1. mesures ; i------~~---i . l. •....••• ._ •....••.•. - •.. ·-···-··-- ..•.• --- •• ...- •.•..••.• _., .....••.. - ·-··--·~-J r·-r--·- -----~ ·------------,-
J ~
cl~
-·· ·--·-·-·•--·--·. X2AP-'--Roques1~ -·--··
2. ·p,èparatloc 1
- - - -'~El- - RRC Connocllan ~,p. (-deh.w~
X2AP • SN ~ îtMl'l!er •
tn,n,fllfldel-on_,,,. • --------- (UL.: _,.11 reçus horl,5'ICll*Q. Dl. • ~ non ac:Qu,llff por l'UE}
3.exéaJbon
all>cationUl - - - - - - - - ,._ - - - - -- - - ·- - -
i . l l
L_r -=-=---=-=r =--=--=-=-=-- · --=-=::r=-=-=--=---- ---= r.=-=-=-=-----= =-J :
ma,qoeurdelin --------
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!
• cgllo<w,oj, •• - -- - ~ uliliu<lllemodlRLC-MI
--~-""~-,-----
Figure 3.12 : Diagramme de flux du handover intra L TE via l'interface X2
Notons que la procédure de handover horizontal dans la technologie L TE via l'interface S 1 est similaire que celle illustrée ci-dessous via l'interface X2.
51
3.4.3. Intra- handover LTE avec interface Sl
Le deuxième critère de différentiation est lié à la non présence d'une interface directe entre les eNodeB source et cible. Si tel est le cas la procédure se nomme S l-handover.
Une autre caractéristique implique une différenciation des procédures du handover ; c'est la nécessité de changer de MME et de SGW pour l'UE. En effet, une MME et une SGW servent un groupe d'eNodeB. Si un handover se produit entre deux eNodeB qui ne dépendent par des mêmes entités, c'est-à-dire de MME et de SGW différents, on parle dans ce cas de S 1- .handover et la procédure doit tenir compte du besoin de transfert des contextes entre les _MM' et les SG W. Dans ce cas, la signalisationpasse à travers le réseau cœur via l'interface S 1 .
"' ,,,.
Rdi,·" l10rr..011tu/o, t:.fJmpl<t..'<'t!
Figure 3.13: Schéma générique d'un Sl-handover [17]
Basé sur le rapport de mesure de l'UE, l'eNodeB source décide de Handover l'UE à un autre eNodeB (Target --eNodeB ou ENodeB cible). La procédure de handover intra-L TE utilisant l'interface S 1 est très similaire à celle d'intra-handover intra-LTE de l'interface X2, à l'exception de Ja participation de la MME pour relayer la signalisation entre l'eNodeB source et L'eNodcB cible.
Il existe deux principales différences ici:
Pas besoin de la procédure de PATH pour bascuJer entre les T-eNodeB et MME, comme MME est conscient de la rétrocession. Le SGW est impliqué dans la transmission de données de DL en l'absence de chemin de transmission directe disponible entre l'eNodeB source et J'eNodeB cible. Une fois que Je Handover est terminée, Ja MME efface la connex.ion SJ logique avec le S-eNodeB en ouvrant la procédure CONTEXTE DE PRESSE UE.
3.5. Allocation de ressources [46]
Dans l'architecture de la technologie LTE, une tâche importante de l'eNodeB réalisé par le RRM (Radio Resource Management) est d'accepter ou rejeter les demandes de connexion à la station de base, en assurant une distribution optimale des ressources radio entre les UEs (Users Equipements). 11 est constitué principalement de deux éléments AC (Admission Control) et PS (Packet Scheduling).
LTE utilise L'OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), comme méthode d'accès dans le sens descendant (Downlink) (eNodeB vers UE), elle combine TDMA et FDMA. Elle est dérivée du multiplexage OFDM, mais elle permet un accès multiple en partageant les ressources radio entre plusieurs utilisateurs. Son principe est de diviser la bande totale en multiples sous bandes orthogonales de taille étroite, ce processus
52
permet de lutter contre le problème des canaux sélectifs en fréquences, !SI (lnter Syrnbol lnterference), en plus, elJe permet pour une même largeur spectrale, un débit binaire plus élevé grâce à sa grande efficacité spectrale (nombre de bits transmis par Hertz) en plus de sa capacité à conserver un débit élevé même dans des environnements défavorables avec échos et trajets multiples des ondes radio. Pour le sens ascendant (Uplink), la méthode utilisée est SCFDMA, .une variante de l'OFDMA, elles ont pratiquement les mêmes performances (débit, efficacité ... etc.), mais SC-FDMA transmet les sous bandes séquentiellement pour minimiser le PAPR (Peak-to-Average Power Ratio, OFDMA a un grand PAPR), ceci est nécessaire, car pour le sens (UE eNodeB), l'équipement terminal est doté d'une batterie d'une durée de vie limitée. Un élément important dans l'architecture LTE, il se situe spécifiquement dans l'eNodeB, le RRM (Radio Resource Management), constitué principalement de deux tâches AC (Admission Control) etPS (Packet ScheduJer).
L' AC est responsable de l'acceptation et du rejet des nouvelles requêtes, par contre le PS réalise l'allocation des ressources efficacement aux différents utilisateurs déjà acceptés par I 'AC. L 'AC, traite les nouvelles demandes de connexion au réseau, la décision d'accepter ou de rejeter une requête dépend de la capacité du réseau à offrir la QoS exigée par cette requête tout en assurant la QoS des requêtes déjà admises dans le système.
Le PS quant à lui effectue le mapping UE-RB, c'est.-à-dire. Sélectionner les utilisateurs UEs qui vont utiliser le canal en leurs affectant les ressources radios RBs qui leurs permettent de maximiser au plus les performances du système.
Il existe plusieurs paramètres pour évaluer les performances du système, par exemple on peut citer : l'efficacité spectrale (débit total du système), l'équité entre les UEs, le temps d'attente de chaque UE avant qu'il soit servis. La diversité des paramètres de performances a permis la création de plusieurs types d'ordonnanceurs.
Un paramètre important dans la conception des ordonnanceurs est la prise en charge de la QoS. Ceci a obligé le réseau L TE à faire la distinction entre les flux de données et donc on distingue:
•
•
•
•
Classe conversationnelle : c'est la classe la plus sensible aux retards et délais, elle comporte la vidéo conférence et la téléphonie. Elle ne tolère pas les délais car elle suppose que sur les deux extrémités de la connexion se trouve w1 humain.
Classe streaming : semblable à la classe précédente, mais elle suppose qu'une seule personne se trouve au bout de la connexion, de ce fait, elle est moins contraignante en terme de délais etde retards. Par exemple: vidéo-streaming
Classe interactive : des exemples de cette classe peuvent êtres : navigation web, accès aux bases de données ... etc. A l'inverse des types précédemment cités, les données doivent êtres délivrées dans un intervalle de temps, mais ce type de trafic met l'accent sur le taux de perte des données (Packet Error Rate).
Classe Background : appelé aussi classe des flux Best Effort, aucune QoS n'est appliquée, elle tolère les délais, la perte des paquets. Des exemples de cette classe : FTP. E-mails etc. [47]
Deux autres paramètres influent sur la conception des algorithmes d'ordonnancement ea LTE Uplink. Ces deux paramètres sont imposés par la méthode d'accès SC-FDMA : la minimisation de la puissance de transmission (pour maximiser au maximum la durée de vie des batteries des UEs), en plus, les RBs alloués à un seul UE doivent être contigües.
Ceci rend l'allocation des ressources radio pour LTE Uplink plus difficile que celle pour le Downlink.
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3.6. Accès à la ressource
Deux procédures sont indispensables à l'UE pour son accès à la ressource radio dans l'handover, la recherche de cellule et l'accès aléatoire. Ces deux procédures s'appuient respectivement sur les signaux de synchronisation en voie descendante et le canal de PRACH en voie montante.
La recherche de cellule permet à l'UE de détecter la présence de cellule et de l'identifier. Cette procédure est appliquée à l'allumage de l'UE et chaque fois qu'il doit effectuer des mesures sur les cellules voisines pour préparer un handover. Pour accéder à une cellule, que ce soit pour s'y connecter ou simplement pour y effectuer des mesures. l'UE en L TE doit précisément :
• détecter qu'une cellule est présente sur la cellule porteuse;
=acquérir la synchronisation en temps (trame, symbole) et en fréquence avec cette cellule ;
=détecter son identifiant physique (PCI) ·
=détecter la taille du préfixe cyclique (CP) employé par la cellule en voie descendante;
Une fois ces tâches effectuées, l'UE réalise alors des mesures sur les signaux de référence communs (CRS), dans le cas de mesures sur les cellules voisines.
,~ Accès aléatoire
L'accès aléatoire est une procédure grâce à laquelle l'UE:
• se signale à l'eNodeB, par exemple pour établir une connexion RRC, ou pour demander une allocation de ressources sur la voie montante s'il n'ya plus de ressources PUCCH dédiée pour cela :
• et/ou se synchronise en voie avec l'eNodeB, notamment lors de son accès initial ou en cas de perte de synchronisation.
Les différents cas d'usage et de l'accès aléatoire, ainsi que sa procédure sont décrits en détails dans le paragraphe 3.2.4.
*" Recherche de celJule
Les opérations nécessaires à la recherche de cellule sont basés sur des signaux physiques appelés signaux de synchronisation. U en existe deux types :
• le signal de synchronisation primaire (Primary Synchronization Signal, PSS) ; • le signal de synchronisation secondaire (Secondary Synchronization Signal, SSS);
Ces signaux sont connus de l'UE et possèdent des propriétés temporelles et fréquentielles optimisées pour permettre la synchronisation, qui s'effectue typiquement par des opérations de corrélation.
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3. 7. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons pu présenter les mécanismes de handover Intra-L TE dits handover horizontal LTE à travers l'interface X2 utilisée pour le transfert d'un UE à partir d'un eNodeB source vers un eNodeB cible où l'entité de gestion de mobilité MME et le service de passerelle SGW sont inchangées et via l'interface S 1 où le transfert se déroule entre deux eNodeB qui ne dépendent par des mêmes entités, c'est-à-dire de MME et de SGW différents. Au regard de cette différenciation, force est de noter que la procédure de handover horizontal dans Ja technologie LTE via l'interface SJ est similaire que celle via l'interface X2. Les mécanismes de l'handover horizontal sont essentiels dans un scénario 4G, où les utilisateurs mobiles se déplacent d'une cellule à une autre entrainant une demande de trafic de certaines cellules beaucoup plus importante tandis que d'autres cellules peuvent avoir assez de ressources pour servir plus d'utilisateurs, ce qui entraine un déséquilibre de charge et l'insatisfaction des utilisateurs ou un affaiblissement du signal reçue par la station de base. Nous avons montré la _possibilité fonctionnelle d'intégration de ces deux types d'handover intra LTE. Dans la suite de ce mémoire, nous allons proposer un algorithme, analyser et interpréter les résultats de la simulation.
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CHAPITRE 4 : PROPOSITION D'ALGORITHME POUR UNE
AMELIORATION DES PERFORMANCES DE L 'HANDOVER
HORIZONTAL DANS LA TECHNOLOGIE L TE
4.1 Introduction
L'expansion des réseaux informatiques et de télécommunications mobiles est remarquablement importante au cours de ces dernières décennies, tant du point de vue technologique qu'infrastructure; ainsi, tester en temps réelle une architecture entière s'avère onéreux. C'est dans ce cadre qu'utiliser des simulateurs permet de gagner en temps, en argent et en méthode de configuration.
Dans ce chapitre, nous proposerons un algorithme pour expliciter et formuler notre démarche, nous allons ensuite déployer et simuler des scénarios sur deux principale architectures afin de répondre à la problématique posée dans l'introduction et cela en s'appuyant sur plusieurs outils de simulation et de calcul.
Enfin, nous interpréterons et synthétiserons les résultats obtenus pour en ressortir une conclusion ainsi que des perspectives.
4.2 Proposition d'algorithme de l'handover horizontal dans la technologie LTE
Un processus de handover doit commencer quand un nœud mobile a le besoin de quitter son point d'attachement au réseau courant pour aller se connecter sur un autre réseau ù la qualité de service sera meilleure. Généralement, la raison peut être due à une faible
puissance du signal ou bien à une valeur d'un ou de plusieurs paramètres de qualité de service qui tombent en dessous d'un certain seuil. Durant cette phase, le nœud mobile scanne, d'une façon continue, les réseaux dans son entourage en collectant les informations nécessaires de chacun. [ 45] Ces informations sont indispensables pour la phase de sélection du réseau et l'allocation optimale des ressources de la part de la station de base.
Dans la littérature, plusieurs sortes de solutions ont été proposées: certaines proposent une approche basée sur les algorithmes et d'autres s'appuient sur les principes de la logique floue.
Contrairement aux systèmes 30, la mobilité dans la technologie LTE, est basée sur un hard handover plutôt qu'un soft handover. Le mécanisme de hard handover a été utilisé dans les réseaux GSM de 2ème génération et le concept de base mis en œuvre dans la technologie L TE est pratiquement identique. Dans l'algorithme de l'handover horizontal LTE, le processus peut être déclenché que si ces conditions suivantes sont réunies :
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• une bonne puissance du signal : Le mobile séJectionne l'eNodeB qui offre Je maximum de signal. Si ce signal est inférieur à un seuil déterminé alors le mobile est bloqué en raison du manque de couverture.
• la disponibilité des ressources dans l'eNodeB sélectionné : Le mobile peut être pris en compte dans les ressources physiques en termes de PRP entre un seuil minimum et le seuil maximal. Lorsque la première condition est satisfaite. l'eNodeB vérifie la ressource disponible. Si celui-ci est inférieur au minimum du seuil de ressources, le mobile est bloqué. Pendant la communication, le mobile mesure périodiquement la puissance reçue de l'eNodeB source dans laquelle il est et celles des eNodeB voisines. Le mobile, initialement connecté à la cellule S, déclenche un handover horizontal vers la cellule C si les conditions suivantes sont satisfaites :
• La Quantité Ressource de Puissance (QRP) est supérieur à marge d'handover, supposons un terminal mobile connecté à une eNodeB S déclenche un intra handover vers un eNodeB adjacent C si :
(8) (9)
de (8) on tire: PseuiJ = Pc -HOM(S, C)-Hystérésis; {LO} Où Ps, Pc et Pseuil sont respectivement la puissance du signal reçue de l'eNodeB source S, la puissance du signal reçue de l'eNodeB cible C et la puissance du signal seuil de déclenchement du handover qui s'expriment en dBm puis HOM (S, C) est la marge de l'handover entre l'eNodeB source Set l'eNodeB cible C; la marge de handover aussi appelée la marge d'hystérésis est le paramètre principal qui gouverne l'algorithme du handover horizontal entre deux eNodeB. Quand au paramètre TFT (Time-to-Trigger), c'est un intervalle de temps au-delà duquel l'handover est déclenché.
QRP = Pc - Ps ?: HOM (S, C) + Hystérésis ; Déclenchement du Handover ?: TTI ·
Algorithm: Basé sur la QRP et le TTT 1: Begin 2: Mesure de la Puissance reçue de l'eNodeB S (P.s) via interface X2/SJ 3: Mesure de la puissance reçue de l'eNodeB C (Pc) via interface X2/S 1 4: if ((Pc - Ps> HOM (S, C) + Hysteresis) && (HO Trigger 2'.:. TTT)) then 5:do 6: Evaluation de la disponibilité de ressources dans l'eNodeB C sélectionné 7: if (PRP(L TE)c) < PRP(LTE)seuil) then 8: UE est bloqué 9: Else 10: Handover Horizontal vers l'eNodeB C via interface X2/Sl 11: End
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Phase de mesure
Début de l'algorithme
Mesure de Ps et dePc adjacentes via liaison X2/SJ
Phase de préparation
non
non
Choisir une cellule adjacente avec P c > P s-11
non
Exécution du handover horizontal LTE
Relâcher l'ancien canal de liaison X2/S1 et accepter le nouveau canal X21SI
Fin du handover horizontal LTE
Figure 4.1: Algorithme de l'bandover horizontal LTE basé sur la puissance du signal reçu et leTIT
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4.3 Choix du simulateur
Dans les systèmes de communications, l'étude des performances relève d'une grande complexité et exige l'utilisation d'outils de simulation spécialisés et adaptés.
Les simulateurs de réseau sont beaucoup utilisés en industrie et dans les laboratoires universitaires. En ce qui concerne notre étude de cas, nous traitons de la dernière génération de technologie mobile (4G), la technologie LTE. Ainsi, une prise en charge des mécanismes de l'handover horizontal dans le réseau LTE basés sur les interfaces de Liaison X2 et S 1 est donc primordiale.
[I existe plusieurs simulateurs qui se différencient les uns des autres par leurs avantages, leurs insuffisances et la nécessité ou non d'utilisation de licence commerciale. Nous pouvons citer une bagatelle de simulateurs, à savoir OPNET, NS-2, NS-3. LTE-SIM etc.
Cependant, notre choix s'est porté sur le dernier cité, LTE-SIM tout d'abord parce qu'il est _gratuit, ensuite il est reconnu pour sa prise en char_ge du modèle de mobilité pour la technologie L TE .
4.4 Présentation du simulateur
La technologie LTE-SIM est composée de 4 grandes classes Simulator, NetworManager, Flows Manager et FrameManager.
./ Simulator: Cette classe permet la gestion des événements .elle contient 4 méthodes importantes : Scheduleï) Creates : permet la création et l'insertion de nouveaux événements sur le calendriers des événements. RunOneEventO : permet l'exécution des événements. Runï) / Stopï) : permet le démarrage et l'arrêt de la simulation .
./ FrameMana_ger : La mise en œuvre effective de la structure de trame L TE est garantie par cette composante. li est en charge de la programmation correcte de trames et sous-trames (c'est le TTI) et de la synchronisation de tous les eNodeB. Elle est composée de deux méthodes importantes : StartSubFrameO : gère le début iles sous trames LTE. StopSubFrameO: gère la fin des sous trames LTE
./ FlowManager : Permet la gestion des applications. Elle est composée d'une seule méthode : CreateApplicationO .
./ NetworkManager: Cette composante permet la création des équipements, gestion de la position des UE, la mobilité, et la gestion des techniques de réutilisation des fréquences. Elle est composée de 5 importantes méthodes: CreateUserEquipmentO : permet de créer un équipement. CreateCellO : permet de créer les cellules. UpdateUserPositionO : permet la mise à jour de la position de l'utilisateur. HandOverProcedureO : permet la gestion des procédures d'Handover. RunFrequencyReuseO: implémente les techniques de réutilisation de fréquence.
Le simulateur dispose de plusieurs fonctionnalités:
./ Environnement mono et multicellulaire (macro, micro, femto).
./ Gestion de Qoô .
./ Environnement multiutilisateurs .
./ Mobilité
./ UDP dans la couche transport TDD, FDD.
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./ Algorithme d'ordonnancement PF, EXP, etM-LWDF.
./ Modulation AMC. ependant, cette liste n'est pas exhaustive.
4.5 Modélisation de la simulation
Comme nous l'avons marqué ci-dessus le simulateur LTE-SIM embarque trois types d'algorithme de décisions et cinq types de mobilité, mais en ce qui concerne l'objectif de notre étude nous en avons considéré trois pour le paramétrage de nos scénarios à savoir RANDOM_DIRECTION,RANDOM_WALKetRANDOM_WAYPOINT. Pour chacun d'eux, une classe dédiée a été mis au point dans le module mobility du simulateur. Lorsque le type RANDOM_DIRECTION est utilisé : Ce modèle fournit un nombre constant de voisins dans toute la simulation. Les nœuds mobiles choisissent une direction aléatoire suivant laquelle ils se déplacent à la frontière de la simulation dans cette direction. Une fois que la frontière est atteinte, le nœud mobile fait une pause pendant le temps indiqué, choisit une autre direction angulaire continue alors le processus. En ce qui concerne le type RANDOM_ WALK : Ce modèle est développé pour imiter un mouvement imprévisible. Un nœud mobile dans ce modèle se déplace de son endroit courant à un nouvel endroit en choisissant aléatoirement une direction et une vitesse suivant lesquelles il se déplace. Et enfin, .lorsque c'est Je type RANDOM_ WA YPOINT: Dans ce modèle la mobilité des nœuds est typiquement aléatoire et tous les nœuds sont distribués uniformément dans l'espace de simulation .
Trois scénarios ont été pris en compte dans un environnement multi cellulaire c'est-à dire que le système est modélisé et simulé au niveau du système de liaison descendante dynamique du simulateur constituée de 7 cellules de la largeur de bande de 10 MHz (dont 5 MHz pour la voie descendante et 5MHz pour la voie montante) avec 15 blocs de ressources et 2GHz de largeur de bande de fréquence.
Chaque bloc de ressources est constitué de 12 sous-porteuses de taille 15 kHz chacun. Un UE est pris en compte à des vitesses et des distances différentes à savoir 3, 30 et 120 kilomètres par heure qui correspondent respectivement à 200,400 et 1000 m. La durée et J'intervalle de temps de transmission (ITJ) est de J ms avec un time slot de 0.5 ms. En ce qui concerne la structure trisectorielJe de l'eNodeB, le modèle SingJe Input Multiple Output a été utilisé pour la simulation à savoir une antenne pour l'émission et deux antennes pour la réception.
60
La technologie LTE-SIM embarque deux algorithmes basés sur la position de l'UE et sur le facteur puissance : position-based-ho-manager et power-based-ho-manager . En ce qui concerne notre étude, nous avons axé notre simuJation sur Je deuxième algorithme celui du facteur de puissance. Pour ce faire nous avons changé le code L TE-SIM en y introduisant les paramètres : TIT et Hysteresis comme variables.
if (RXpower > targetRXpower + Hysteresis) { TTT++;
if (NetworkManager:: InitQ->CheckJ-landoverPerm issions(probableN ewT argetNode,ue)) {
targetRXpower = RXpower; targetNode = probableNewTargetNode;
}
Le paramètre Hysteresis est fixé à 0, 3, 6 et 9 dB, tandis que la variable compteur TTT est associée à chaque eNodeB afin d'incrémenté le seuil de déclenchement.
Le tableau suivant donne un récapitulatif des paramètres entrés :
Paramètres Valeurs entrées
Largeur de la bande de fréquence 2GHz Largeur des sous-canaux 180KHz Rayon de cellule 0.5km Modélisation de cellule 7 cellules Hysteresis/TlT OdB/Oms, 3dB/960ms, 6dB/120ms, 9dB/Oms Délai Maximum du Handover 30ms Densité spectral du bruit -173dBm Nombre d' UE lUE/cellule Blacks de ressources 25 Largeur de bande de passante des RBs 5 MHz Espace entre les sous-porteuses 15KHz Temps d'une trame lOms Type de trame FDD/TDD Modèle de traffic INF BUF
Intervalle de Temps de transmission lms Direction aléatoire del 'UE prise entre [0,2n] Temps de MAJ de la position de l'UE lms Vitesses de l'UE 3 km/h, 30 km/h, 120 km/h Paramètre de débit type Vidéo 128 kbps
Table 4.1: Paramètres de simulation
4.6 Résultats et interprétations de la simulation
Les valeurs données en sortie par le simulateur sont les suivantes le taux de handover, le débit, le délai, le rapport signal sur bruit plus interférence et Je pourcentage de paquets perdus.
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Nous récapitulons les résultats dans les tableaux ci-dessous suivants les différentes variations des par.amètres hysteresis et TTT.
Pour: OdB/Oms
Vitesse Taux de Débit Délai rapport signal descendant Paquets perdus (km/h) handover (kbps) (s) sur interférence plus bruit (%)
(dB) 3 0.3 23000 0.003 4 0.0019 30 0.59 16000 0.0014 3 0.0049 120 1.59 6200 0.0018 1.9 0.0119
Table 4.2: Résultats issus du paramétrage d'hystérésis et TTT (OdB/Oms)
Pour : 3dB/960ms
Vitesse Taux de Débit Délai rapport signal descendant Paquets perdus (km/h) handover (kbps) (s) sur interférence plus bruit (%)
(dB) 3 0.18 22000 0.001 3.8 0.0019 30 0.43 15000 0.0065 2.7 0.0056 120 1.4 5500 0.0016 I 0.129
Table 4.3 : Résultats issus du paramétrage d'hystérésis et TTI (3dB/960ms)
Pour: 6dB/120ms
Vitesse Taux de Débit Délai rapport signal descendant Paquets perdus (km/h) handover (kbps) (s) sur interférence plus bruit (%)
(dB) 3 0 19000 0.001 3.4 0.0019 30 0.28 13000 0.0068 1.9 0.006 120 l.3 3500 0.0014 0.3 0.139
Table 4.4 : Résultats issus du paramétrage d'hystérésis et TIT (6dB/120ms)
Pour : 9dB/Oms
Vitesse Taux de Débit Délai rapport signal descendant Paquets perdus (km/h) handover (kbps) (s) sur interférence plus bruit (%)
(dB) 3 0 17000 0.003 3.1 0.0019 30 0.18 12000 0.00135 1.6 0.007 120 1.18 3000 0.00135 -1.8 0.158
Table 4.5 : Résultats issus du paramétrage d'hystérésis et TTT (9dB/Oms)
Comparaisons issues des différents résultats des paramétrages d'hystérésis et TTT
Nous remarquons dans les tableaux 4.2, 4.3, 4.4 et 4.5 que les trois scénarios de vitesses de l'UE à savoir 3km/h, 30km/h et l 20k:rn/h que le cas OdB/Orns génère un plus grand taux de handover. A la vitesse de 30km/h, la variation d'hystérésis et de TTT de paramètre 3 dB/960ms déclenche plus de handover que le paramétrage 6db/120ms qui est lui même suivi du paramétrage 9db/Oms. Cependant, pour un UE qui va à la vitesse de 120km/h,
62
le cas 3dB/120ms génère un taux de handover supérieur au cas 6dB/960ms tandis les autres configurations restent inchangées.
Le tableau 4.2 montre un débit élevé pour l'UE se déplaçant à la vitesse de 3km/b pour les cas de OdB/Orns et 3dB/960ms respectivement 23000kbps et 22000 kbps. De la vitesse 30km/h à 120km/h pour un UE, on constate une baisse significative du débit dans tous les cas, plus particulièrement pour les cas 6dB/ l 20ms et 9dB/Oms (tableaux 4.4 et 4.5) dont les débits descendent respectivement jusqu'à 3500 kbps et 3000 kbps. Cette baisse de performance du système s'explique par le fait qu'un handover horizontal se réalise dans les meilleurs conditions suivantes pour un UE avec une bonne qualité du signal descendant (Downlink) et à une vitesse faible.
Les résultats obtenus dans les différents tableaux montrent que le délai du système pour évaluer l'handover horizontal augmente avec la vitesse de l'UE jusqu'à atteindre les 0.0018 s. En effet, plus l'UE se déplace à grande vitesse et plus le système évalue le paramètres hystérésis et TTI et donc une éventuelle possibilité d'établir un mécanisme d'handover horizontal pour l'UE.
Le pourcentage de paquets perdus est considérablement le même dans tous les cas de figure pour un UE piéton à Jkm/h, cependant pour un UE à une vitesse croissante de 30km/b à 120 km/h en véhicule, on constate un taux remarquablement croissant de perte de paquets pour le cas 9dB/Oms respectivement de 0.0049 % à 0.0119 %. Corrélativement aux observations sur les différentes marges de délais du système, on remarque que plus l'UE à une vitesse véhicule de 30km/h à J20km/b, pJus le système met un temps considérable à évaluer les possibilités de handover et plus on enregistre une perte importante de données de l'UE en mode émission ainsi qu'en réception. On remarque par déduction des résultats obtenus, que le signal descendant de la station de base via l'interface de liaison X2/Sl se révèle meilleur et de bonne qualité pour un UE à la vitesse piéton c'est-à-dire à 3km/b tandis qu'il est fortement dégradé et en baisse à la vitesse véhicule plus précisément dans le cas 9dB/Oms à 120km/h où il atteint - J .8dB.
Le tableau suivant nous donne après déduction des résultats obtenus, les meilleurs paramétrages d'hystérésis et TTI pour de meilleures performances de l'handover horizontal via les interfaces de liaison X2 et Sl d'un UE mobile connecté se déplaçant aux vitesses de 3km/h, 30km/b et 120km/h :
Vitesse Taux de Débit Délai rapport signal Paquets Paramétrage (km/h) handover (kbps) (s) descendant sur perdus Hysteresis/TTT
interférence plus bruit (%) (dB)
3 0.18 22000 0.001 3.8 0.0019 3dB/960ms 30 0.43 15000 0.0065 2.7 0.0056 3dB/960ms 120 1.3 3500 0.0014 0.3 0.139 6dB/120rns
Table 4.6 : Propositions de paramétrage d'hystérésis et ITf pour de meilleures performances de l'bandover horizontal dans la technologie LTE
63
4. 7 Conclusion
Nous avons pu présenter, dans ce chapitre une approche algorithmique des mécanismes de l'handover horizontal dans la technologie L TE basée sur La puissance du signal descendant avec pour interfaces, les liaisons X2 et S 1 en tenant compte des contraintes de délai, de débit, de taux d'handover, de paquets perdus et du SINR (Signal lnterference Noise Ratio), en proposant un algorithme basé sur le second critère de choix celui de la qualité de la puissance du signal RSRP à travers le simulateur LTE-SIM en raison de sa complexité en termes de fonctionnalité. On déduit des résultats de nos simulations et de nos interprétations, des propositions de paramétrage d'hystérésis et de TTT pour de meilleures performances de l'handover horizontal via les interfaces de liaison X2 et S1 d'un UE mobile connecté se déplaçant aux vitesses de 3km/h, 30km/b et J20km/h respectivement 3dB/960ms 3dB/960ms et 6d8/120ms par cellule sur un rayon de couverture de 0.5 km. Notons que ces paramètres d'optimisation qui ont fait l'objet de notre étude sont du point de vue opérateur nous n'avons pas considéré dans cette étude Je point de vue utilisateur. Toutefois. nous avons tenu compte des contraintes de QoS pour la satisfaction de l'utilisateur.
64
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Le handover est essentiel pour assurer une mobilité dynamique et une continuité de services relevant d'un bon rapport de QoS pour satisfaire les utilisateurs des réseaux mobiles en générale et de la technologie de la quatrième génération L TE en particulier. Axer notre réflexion sur ce thème de recherche est d'autant plus important vue l'implémentation progressive de la technologie 4G dans le monde; de plus la technologie LTE présente de nombreux avantages par rapport aux technologies 2G et 3G en terme de débit, de bande passante, de nouveaux services, de routage tout IP et de flexibilité des ressources spectrales notamment avec l'intégration des techniques OFDMA (voie descendante) et SC-FDMA (voie montante). Cependant, pour assurer une meilleure qualité de service lors d'un handover horizontal, plusieurs paramètres peuvent entrainer des baisses significatives des performances du système.
Dans ce contexte, notre travail de recherche a porté sur les mécanismes de l'handover horizontal dans la technologie L TE basés sur les interfaces de liaison X2 et SI avec comme choix que nous avons proposés les paramètres d'hystérésis et du Time-to-Trigger basé sur la puissance de liaison descendante. Pour se faire nous avons, élaborer un algorithme que nous avons implémenté dans le simulateur LTE-SlM afin de jauger des performances d'un handover intra L TE (X2/S 1- handover) en prenant en compte ces deux paramètres. Cependant, le simulateur L TE-SIM a montré quelques insuffisances en raison de la limitation des vitesses véhicules à l 20km/h. Toutefois, on déduit ainsi de cette étude qu'une valeur optimale du couple hysteresis/TTT peut améliorer les performances du réseau lors de la réalisation d'un handover horizontal dans la technologie LTE, depuis la phase de mesure jusqu'à la phase d'exécution, qui permettra une satisfaction des utilisateurs en terme de QoS et une optimisation des ressources spectrales et énergétiques (Green) et donc une réduction du coût d'exploitation du système vue côté opérateur. Cependant, force est de constater l'ajustement manuelle de plusieurs paramètres(planification cellulaire, puissance, tiltage des antennes et azimuts) sur les stations de base depuis l'ère précédente (30), ce qui impact négativement sur le temps et la synergie du réseau et pour pallier à ces manques à gagner tant du point de vue operateur qu'utilisateur, l'organisme 3GPP a défini plusieurs scénaris d'auto optimisation des équipements actifs du réseau mobile via une procédure nommée SON(Self Optimization Network), le SON est inscrit depuis la release 7 du 3GPP mais les solutions sont loin d'être apportées.
ous envisageons donc comme perspectives, de travailler sur une valeur optimale du TTT correspondant à une valeur d'hystérésis correspondant à une charge donnée de cellules, ce qui revient a modéliser un algorithme d'équilibrage de charge MLB au niveau des eNodeB du réseau L TE favorisant ainsi le transfert d'une communication d'une cellule congestionnée vers une cellule moins chargée. Nous envisageons aussi pour répondre au problème d'auto-optimisation du réseau par le SON en répartissant les ressources spectrales en fonction du temps, ceci peut être obtenu de manière dynamique au moyen d'algorithmes fréquentiels (Scheduling Algorithm) en modifiant les critères de handover ou en modifiant le tiltage des antennes.
65
1
BIBLIOGRAPHIE [ l] Y annick B., Eric H., François-Xavier W. L TE et les réseaux 4G. Eyrolles ISBN: 978-2-212-12990-8. 548p, 2012.
[2] NIT DoCoMo et al. , 2004
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