Réseaux 3G/4G/5G [PDF]

Zitiervorschau

Faculté Des Sciences De Tunis Département Des Sciences De L’informatique

Réseaux 3G/4G/5G

Essid Chaker

2019/2020

Réseaux 3G UMTS

Dr. Essid Chaker

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•UMTS est un système large bande, basé sur la transmission circuit et paquet: transmission de textes, voix numérisée, vidéo et multimédia avec des débits jusqu’à 2 Mb/s.

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Réseaux 4G

Introduction Aujourd’hui, les systèmes de communication sans fil sont de plus en plus présents dans notre Vie quotidienne et ils tendent à remplacer l’utilisation excessive des câbles. Bien que les connexions à haut-débit de type ADSL se multiplient dans le monde, elles ne permettent pas la souplesse d’utilisation que procure un réseau radio sans fil. Pour améliorer la qualité de service qu’ils offrent, les chercheurs préparent l’arrivée de la future génération baptisée 4ème génération (4G)

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Historique de 4G  La 4G succède aux normes 3G et 2G.  La 2G est apparue il y a plus de 20 ans avec les premiers téléphones mobiles qui ont permis de téléphoner, puis plus tard, d’envoyer des SMS. Le mobile a apporté la possibilité d’être joint et de rester joignable à tout moment, quel que soit l’endroit où l’on se trouve.

 En 2004, la 3G a permis de se connecter depuis son mobile à Internet, de lire ses mails, de consulter des informations sur le web. De nouveaux types de téléphones, appelés smartphones, ainsi que de nouveaux modes de consommation et de services ont vu le jour avec, par exemple, le téléchargement d’applications.  À peine 10 ans plus tard, une nouvelle technologie de la génération mobile fait son apparition, le LTE -Long Term Evolution - appelé plus communément 4G. 4

Definition • l’utilisation du terme 4G correspond à la 4ème génération des standards ou de LTE ou encore de LTE-Advanced pour la téléphonie mobile. •

Elle permet le «très haut débit mobile», soit des transmissions de données à des débits théoriques supérieurs à 100 Mb/s, voire supérieurs à 1 Gb/s (débit minimum défini par l'UIT pour les normes IMT-Advanced).

• Avec la 4G, le débit va donc être multiplié par 15.

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Objectif

• Un système efficace sur toute la largeur du spectre (en bits/s/Hz et en bits/s/Hz/site). • Grande capacité du réseau: Possibilité d'avoir plusieurs utilisateurs simultanés sur une même cellule. • Un taux de transfert nominal de 100 Mbit/s quand l'utilisateur se déplace rapidement par rapport à la cellule et 1 Gbit/s quand l'utilisateur reste en position relativement fixe par rapport à la cellule selon les critères définis par l' ITU-R. • Un taux de transfert de données minimum de 100 Mbit/s entre deux points dans le monde. • Transfert doux entre des réseaux de communications hétérogènes • Possibilité de connexion de manière transparente et itinérante à travers de multiples réseaux. • Haute Qualité de Service pour les nouvelles applications multimédia (transmission audio temps réel, des données à haute vitesse, des contenus vidéo Haute Définition, de la TV mobile, etc…) • Interopérabilité avec les normes de réseaux existants • Un réseau de transmission tout IP. 6

Caractéristique des systèmes 4G • Prise en charge multimédia interactives, voix, vidéo, Internet sans fil et autres services large bande.

• Haute vitesse, haute capacité et à faible coût par bit. • La mobilité mondiale, la portabilité des services, réseaux mobiles évolutifs. • De commutation transparente, la variété de services basés sur la qualité de

service (QoS: Quality of service). • Une meilleure planification et des techniques de contrôle d'admission d'appel.

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3G

4G

Bande fréquence

1.8 à 2.5 MHz

2 à 8 MHz

Bande passante

5-20 MHZ

5-20 MHz

Jusqu’à 2 Mbps(384 kbps Jusqu’à 204G Mbps ou comparaisons entre etplus WAN) 3G

Le débit de données

Accéder

WideBande CDMA

MC-CDMA, OFDMA

Codage du canal

Turbo-code

Turbo-code, LDPC

communication

Circuit, paquet

paquet

Mobile des vitesses de pointe

200km/h

200km/h

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OFDMA: signifie Orthogonal Frequency Division Multiplexing, il s'agit d'une répartition de données sur des fréquences différentes. Cette technique est déjà utilisée dans la transmission vidéo, elle a l'avantage d'être robuste contre les effets du canal de propagation (selectivité fréquentielle).

SC-FDMA (Single Carrier – Frequency Division Multiple Access) for uplink MIMO (Multiple Input Multiple Output) Technologie d'antenne intelligente

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Déploiement de 4G L’usage de la voix ou de l’Internet sur un mobile sollicite à la fois le réseau mobile et le réseau fixe d’un opérateur. Les 2 réseaux, fixe et mobile, sont étroitement liés.

1/ Le mobile A émet un signal pour trouver l’antenne radio la plus proche. 2/ L’antenne radio 4G est reliée au réseau fixe par la fibre. 3/ La communication passe par le coeur de réseau et Internet lorsque celui-ci est sollicité. 4/ Le mobile B reçoit la communication via l’antenne 4G la plus proche de lui, elle-même reliée au réseau fixe et au coeur de réseau. 10

Déploiement de 4G  pour la radio, Dans la majorité des cas, il n’y aura pas d’ajout d’antennes-relais. En revanche, les antennes-relais ainsi que tous les équipements de transmission dits actifs (baies, cartes électroniques, etc.) seront remplacés pour capter

l’ensemble des fréquences : 2G, 3G et 4G.  pour la transmission de la radio, les antennes-relais doivent être reliées en fibre optique au coeur de réseau. En effet, les débits de la 4G sont tellement élevés que

seule la fibre ou le FH Ethernet peut faciliter l’écoulement du trafic, jusqu’alors le plus souvent assuré par de l’ADSL ou des liaisons de moindre débit.

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pour le coeur de réseau, la norme LTE a la particularité de ne fonctionner qu’en mode IP. Les débits de la 4G sont tels que seule la flexibilité d’un réseau IP peut supporter ce type de technologie.

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LTE Le LTE (Long Term Evolution) est une évolution des normes de téléphonie mobile GSM/EDGE, CDMA2000,TD-SCDMA et UMTS. La norme LTE, définie par le consortium 3GPP, a d'abord été considérée comme une norme de troisième génération « 3.9G » (car proche de la 4G)

Les réseaux mobiles LTE sont commercialisés sous l’appellation « 4G » par les opérateurs de nombreux pays, par exemple : Base, Mobistar en Belgique, Swisscom en Suisse, Orange, SFR et Free Mobile en France

Le LTE utilise: des bandes de fréquences hertziennes d’une largeur pouvant varier de 1,4 MHz à 20 MHz permettant ainsi d'obtenir (pour une bande 20 MHz) un débit binaire théorique pouvant atteindre 300 Mbit/s en « liaison descendante » (downlink, vers le mobile) la « vraie 4G », appelée LTE Advanced offrira un débit descendant pouvant atteindre1 Gbit/s ce débit nécessitera l’utilisation de bandes de fréquences de 2×100 MHz de largeur qui sont définies dans les versions 10 et 11 (3GPP release 10 et 11) de la norme LTE Advanced.

Architecture de LTE Les réseaux LTE sont des réseaux cellulaires constitués de milliers de cellules radio qui utilisent les mêmes fréquences hertziennes, y compris dans les cellules radio mitoyennes, grâce aux codages radio OFDMA et SC-FDMA. Ceci permet d’affecter à chaque cellule une largeur spectrale plus importante qu'en 3G, variant de 3 à 20 MHz et donc d'avoir une bande passante plus importante et plus de débit dans chaque cellule.

Le réseau est constitué de deux parties :  une partie radio (eUTRAN) et  un cœur de réseau « EPC » (Evolved Packet Core).

Architecture de LTE

La partie radio eUTRAN La partie radio du réseau, appelée « eUTRAN » (evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) est simplifiée, comparée à celle des réseaux 2G et 3G (UTRAN), par l’intégration dans les stations de base « eNode B »( C'est l'équivalent du Node B dans les réseaux UMTS). des fonctions de contrôle qui étaient auparavant implémentées dans les RNC(Radio Network Controller) des réseaux 3G UMTS. La partie radio d’un réseau LTE se compose donc des eNode B, d’antennes locales ou distantes, de liaisons en fibres optiques vers les antennes distantes et des liaisons IP reliant les eNode B entre eux (liens X2) et avec le cœur de réseau (liens S1) via un réseau de backhaul.

Le cœur de réseau EPC Le cœur de réseau appelé « EPC » (Evolved Packet Core) utilise des technologies « full IP» basées sur les protocoles Internet pour la signalisation, le transport de la voix et des données.

Ce cœur de réseau permet l’interconnexion via des routeurs avec les eNodeB distants, les réseaux des autres opérateurs mobiles, les réseaux de téléphonie fixe et le réseau Internet.

L’utilisation du protocole IP de bout-en bout dans le cœur de réseau permet des temps de latence réduits pour l’accès internet et les appels vocaux LTE.

conclusion Dans le cadre de la 4ème génération de mobile (4G), plusieurs technologies d’accès sans fil sont présentées à l’utilisateur. Ce dernier veut pouvoir être connecté au mieux, n’importe où, n’importe quand et avec n’importe quel réseau d’accès. Pour cela, les différentes technologies sans fil, doivent coexister de manière à ce que la meilleure technologie puisse être retenue en fonction du profil de l’utilisateur et de chaque type d'application et de service qu’il demande.

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Réseaux 5G

Essid Chaker

2019/2020

Plan 1. Introduction 2. Présentation du 5G 3. Architecture du 5G

4. Technologies du 5G 5. Applications du 5G 6. Conclusion et perspectives

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Introduction

Parle t-on déjà de 5G?

Alors que les opérateurs n’ont pas terminé le déploiement du réseau 4G, la 5G pointe le bout de ses ondes. Bien que les données techniques ne seront dévoilées qu’en cours d’année 2017 ou 2018, la 5G commerciale programmée pour 2019 / 2020 est prometteuse. Après le très haut débit promis par la 4G, la 5G est annoncée comme un sommet avec un débit théorique 1000 fois supérieur.

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Présentation

Définition de 5G

Il n’y a pas de définition officielle de la 5G. Comme il n’y en a pas eu pour la 3G ni la 4G. La 5G est la cinquième et la prochaine génération de réseaux de téléphonie mobile. Elle viendra compléter la 4G, et à termes elle remplacera la 2G, 3G mais aussi la 4G. Cette technologie de communication sans fil est basée sur la norme 3GPP.

Pourquoi la 5G?

La 4G et la 3G avaient étaient créés pour répondre à un besoin de vitesse sur l’internet mobile, la 5G s’inscrit dans un projet plus global. Dans le futur, nous serons tous ultra-connectés : smartphones, tablettes, PC, smart watches, objets connectés, domotique, voitures connectés, casques VR, réalité augmentée, intelligence artificielle… La 5G est donc non seulement là pour l’augmentation de débit et absorber de grosses quantités de données (les moyennes explosent année après année), mais aussi pour supporter un nombre très important de connexions et multiplier les cas d'usages. Elle sera polyvalente, afin de s'adapter aux besoins de chacun : performances, économies d'énergie, usages critiques (voitures autonomes ou chirurgie à distance), etc…

4G vs 5G

Les enjeux de la 5G

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Architecture

Architecture d’un réseau 5G

Architecture d’un réseau 5G

Architecture d’un réseau 5G

Architecture d’un réseau 5G

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Technologies

Technologies du 5G Plusieurs technologies, parfois concurrentes, sont en cours d’étude pour l’accès radio.

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Bandes millimétriques Pour répondre à l’incessante augmentation des débits et des volumes de données échangés, Il est nécessaire d’utiliser de nouvelles bandes disposant de très larges canalisations (plus de 100 MHz par utilisateur) : les bandes millimétriques pourraient offrir de telles réserves de spectre

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Multiplexage NOMA NOMA (Non Orthogonal Multiple Access) est une méthode de multiplexage non orthogonale, c’est-à-dire que plusieurs utilisateurs peuvent recourir aux mêmes fréquences au même moment, sont envisagées.

Massive MIMO cette technologie se caractérise par l’utilisation d’un nombre élevé de micro antennes « intelligentes », situées sur le même panneau (de 8 à 128 actuellement, mais le nombre augmentera avec l’utilisation de fréquences supérieures à 6 GHz).

Full Duplex Le full duplex ambitionne de permettre l’émission et la réception simultanée d’information, sur les mêmes fréquences, au même moment et au même endroit (sans duplexage en fréquences et duplexage temporel).

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Formes d’ondes IoT de nouvelles formes d’ondes sont à l’étude pour le futur déploiement de l’IoT 5G dans les bandes mobiles.

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Applications

Applications du 5G

Trois grandes catégories d’usages (définies par l’UIT, sous le terme IMT- 2020(5G)), avec leurs exigences respectives et potentiellement incompatibles entre elles, sont en train d’émerger et permettraient de répondre aux besoins métier mentionnés en introduction : • mMTC – Massive Machine Type Communications : communications entre une grande quantité d’objets avec des besoins de qualité de service variés. L’objectif de cette catégorie est de répondre à l’augmentation exponentielle de la densité d’objets connectés. • eMBB – Enhanced Mobile Broadband : connexion en ultra haut débit en outdoor et en indoor avec uniformité de la qualité de service, même en bordure de cellule. • uRLLC – Ultra-reliable and Low Latency Communications : communications ultra-fiables pour les besoins critiques avec une très faible latence, pour une réactivité accrue.

Applications du 5G

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Conclusion

Conclusion

• La 5G est le réseau de demain et représente un réel catalyseur pour l’IoT. • La 5G arrivera dans certains pays en 2020. Mais ce sera progressif. Les opérateurs et industriels du secteur ont énormément de travail à accomplir.

Références

IEEE Spectrum :https://spectrum.ieee.org/video/telecom/wireless/everything-you-need-to-know-about-5g 5G Network Architeture : http://www.techplayon.com/tag/5g-network-architeture/ IEEE 5G : https://5g.ieee.org/education Phonandroid 5G : http://www.phonandroid.com/5g-tout-savoir-reseau-futur.html Architecture White-Paper-2 Summer-2017 for public consultation : https://5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2017/07/5G-PPP-5GArchitecture-White-Paper-2-Summer-2017_For-Public-Consultation.pdf • Rapport Enjeux 5G : https://www.arcep.fr/uploads/tx_gspublication/rapport-enjeux-5G_mars2017.pdf • • • • •