ADAPTATION DU SIGNAL LTE POUR RESEAU MOBILE HAUT DEBIT PAR SATELLITE

Le centre d’authentification

                 Lorsqu‟un abonné passe une communication, l‟opérateur doit pouvoir s‟assurer qu‟il ne s‟agit pas d‟un usurpateur. Le centre d‟authentification remplit cette fonction de protection des communications. Pour se faire, les normes GSM prévoient deux mécanismes :
 Premièrement, le chiffrement des transmissions radio. Notons qu‟il s‟agit d‟un chiffrement faible, qui ne résiste pas longtemps à la crypto-analyse.
 Deuxièmement, l‟authentification des utilisateurs du réseau au moyen d‟une clé Ki, qui est à la fois présente dans la station mobile et dans le centre d‟authentification. L‟authentification s‟effectue par résolution d‟un défi sur base d‟un nombre M généré aléatoirement et envoyé au mobile.
 A partir de ce nombre, un algorithme identique (algorithme A3) qui se trouve à la fois dans la carte SIM et dans l‟AuC produit un résultat sur la base de la clé Ki et du nombre M.
 Dès lors, lorsqu‟un VLR obtient l‟identifiant d‟un abonné, il demande au HLR du réseau de l‟abonné le nombre M servant au défi et le résultat du calcul afin de le comparer à celui qui sera produit et envoyé par le mobile. Si les résultats concordent, l‟utilisateur est reconnu et accepté par le réseau.

Les équipements du réseau UMTS

La mise en place du réseau UMTS implique la mise en place de nouveaux éléments sur le réseau.
Le NodeB Le Node B est une antenne. Repartis géographiquement sur l‟ensemble du territoire, les Nodes B sont au réseau UMTS ce que les BTS sont au réseau GSM. Ils gèrent la couche physique de l‟interface radio. Il régit le codage du canal, l‟entrelacement, l‟adaptation du débit et l‟étalement. Ils communiquent directement avec le mobile sous l‟interface dénommée Uu.
Le Radio Network Controller Le RNC est un contrôleur de Node B. Le RNC est donc l‟équivalent de BCS dans le réseau GSM. Le RNC contrôle et gère les ressources radio en utilisant le protocole RRC (Radio Ressource Control) pour définir les procédures et communication entre mobiles et le réseau. Le RNC s‟interface avec le réseau pour les transmissions en mode paquet et en mode circuit. Le RNC est directement relié à un Node B, il gère alors :
 Le contrôle de charge et de congestion des différents Node B.
 Le contrôle d‟admission et d‟allocation des codes pour les nouveaux liens radio (entrée d‟un mobile dans la zone de cellules gérées …).
Il existe deux types de RNC :
 Le Serving RNC qui sert de passerelle vers le réseau.
 Le Drift RNC qui a pour fonction principale le routage des données.
NB : l‟ensemble Node B et des RNC constitue l‟équivalent de la sous architecture BSS vue précédemment en réseau GSM. En réseau UMTS, on parlera de sous architecture UTRAN.
La carte USIM La carte USIM assure la sécurité du terminal et la confidentialité des communications. Des algorithmes de cryptage à clés publiques sont utilisés. Un certain nombre de possibilités sont prévues pour les cartes USIM de troisième génération. Par exemple, la détection des fausses stations de base, l‟utilisation des clés de cryptage plus longues ou encore la protection des données d‟identité de l‟abonné et de son terminal.
Le Mobile Les technologies de l‟informatique et des télécommunications se rapprochent par l‟intégration de système d‟exploitation et d‟applications sur les terminaux UMTS. Les terminaux s‟adapteront sur différents réseaux et devront être capables de fonctionner sur quatre environnements :
 Dans une zone rurale,
 Dans des espaces urbains,
 Dans un bâtiment,
 Avec un satellite.
Le terminal utilisera ainsi les réseaux GSM / GPRS / UMTS pour une couverture nationale tout en faisant appel aux réseaux de satellites pour une couverture mondiale si nécessaire. Le terminal sera équipé d‟un navigateur, une évolution du browser WAP présent dans le système GSM actuel. [5]

La LTE dans le domaine de la télécommunication mobile

                  Trois principales organisations développent des standards qui satisferaient aux exigences fixés par l‟IMT (International Mobile Communication), la figure 2.01 en donne un aperçu. [14],[11],[16],[13] Premièrement, on retrouve la technologie par la 3GPP qui est actuellement la plus utilisée. En commençant par le GSM/GPRS/EDGE pour la « seconde génération » utilisant les technologies d‟accès TDMA/FDMA (Time/Frequency Division Multiple Access). Vient par la suite la « troisième génération » caractérisée par l‟UMTS et le HSPA faisant introduire le CDMA ou plus précisément le Wideband-CDMA suite à sa porteuse à large bande valant 5MHz. Et finalement l‟on retrouve la LTE ayant opté pour l‟OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) qui se trouve être la technologie d‟accès la plus dominante sur les derniers nés de standards radio mobile. La LTE s‟accompagne d‟une évolution de la partie non radio de l‟ensemble du système connu sous le nom « System Architecture Evolution » soit SAE qui inclue l‟EPC (Evolved Packet Core). Le tout constitue l‟EPS ou « Evolved Packet System » au sein duquel la partie réseau d‟accès et cœur réseau fonctionnent tous en commutation de paquets. En second lieu se trouve la série de standard 802 de LAN/MAN (Local and Metropolitan Area Network) émergeant de la IEEE. La première version, le 802.16-2004 a été restreinte à l‟accès fixe. La suivante le 802.16e commençait à supporter les bases de mobilité et fut nommée mobile WiMAX. Toutefois, le WiMAX n‟a pas en général été conçu avec la même envergure de mobilité et de compatibilité inter-opérateur comme la famille de technologies de la 3GPP. Néanmoins, sa dernière version, le 802.16m aurait le même but que le futur successeur de la LTE, la LTEAdvanced. Et pour terminer, les standards développés au sein de la 3GPP2. Basé sur le standard américain IS95, qui fut le premier à utiliser la technologie d‟accès CDMA. Son successeur, le CDMA2000 fut majoritairement déployé aux USA, Corée et Japon. La standardisation continuait vers des réseaux optimisés à des usages data (EVDO). Le dernier né, en comparaison avec la LTE est l‟UMB ou « Ultra-Mobile Broadband ». Ce dernier utilise une technologie d‟accès propriétaire connu sous le nom « Flash OFDM ». Le but de l‟ensemble de ces standards est d‟offrir des expériences similaires à celles offertes par les réseaux fixes tels l‟ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) et le FTTH (Fibre To The Home) aux usagers

Exigences et objectifs de la LTE

              La LTE devrait rester compétitifs durant au moins les dix prochaines années, Ainsi les exigences ci-dessous ont été fixées par la 3GPP [6], [7] :
 Rapidité de l‟établissement de la connexion et faible temps de latence pour la transmission,
 Amélioration du débit par utilisateur,
 Amélioration du débit au bord des cellules, afin d‟uniformiser le service fourni,
 Moindre coût par bit, impliquant une meilleure efficacité spectrale,
 Grande flexibilité sur l‟usage du spectre, tant pour les nouvelles que les bandes de fréquence déjà existantes
 Architecture réseau simplifiée,
 Mobilité garantie même avec les différentes technologies d‟accès,
 Raisonnable consommation en énergie du terminal.
Pour atteindre ces objectifs, la LTE a prévu non seulement une évolution sur la partie réseau d‟accès mais aussi sur la partie cœur du réseau.

P-GW

                  Le P-GW (Packet Data Network Gateway) fournit des connexions entre réseau LTE et d‟autre réseaux IP, PSTN, non-3GPP. L‟allocation d‟adresse IP pour l‟UE, filtrage des paquets pour chaque utilisateur (Policy Enforcement Point), et le support de la tarification d‟une session sont des autres fonctions du P-GW. P-GW peut se connecter avec les réseaux PSTN et réseaux IP grâce à l‟IMS, une architecture « overlay » par rapport à LTE, servant à établir, modifier et contrôler des sessions.

Random Access Signal Detection

                 Le Random Access Channel (RACH) est un canal basé sur la contestation pour la liaison montante initiale, qui est, du mobile de l‟utilisateur vers la station de base. Les procédures Physical RACH (PRACH) comme définies dans le système 3G sont principalement utilisées pour enregistrer les terminaux après l‟allumage dans le réseau. Dans le réseau 4G, PARCH est chargé de traiter avec les nouveaux objectifs et contraintes. Dans le système de base OFDM, en fait, les messages orthogonaux vont être envoyés, ainsi le défi majeur dans un système est de maintenir l‟orthogonalité de la liaison montante entre les utilisateurs. Par conséquent, la synchronisation d‟horloge et de fréquence à partir des utilisateurs est nécessaire. Un signal de diffusion de la liaison descendante peut être envoyée aux utilisateurs, afin de permettre un calage préliminaire et une estimation de fréquence par les mobiles de l‟utilisateur, et, par conséquente, une coordination et ajustement fréquentielle dans la liaison de retour. Le reste de la fréquence désalignée est causé par l‟effet Doppler et ne peut être estimé ni compensé. D‟autre part, l‟estimation de réglage fin doit être effectuée par la station de base lorsque les signaux provenant des utilisateurs sont détectés. Ainsi, l‟objectif principal de PRACH est d‟obtenir un temps fin de synchronisation en informant les utilisateurs mobiles comment compenser le retard aller-retour. Après le succès de la procédure d‟accès aléatoire, en fait, la station de base et le mobile utilisateur devraient être synchronisés avec une fraction de la liaison montante à préfix cyclique. De cette façon, le signal de la liaison montante suivant peut être décodé correctement et ne peut être interféré avec les autres utilisateurs connectés aux réseaux.

Table des matières

REMERCIEMENTS
NOTATION ET ABREVIATIONS
1.1 Majuscules latines
1.2 Minuscules grecques
1.3 Majuscules grecques
1.4 Minuscules latines
1.5 Abréviations
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES RESEAUX DE TELECOMMUNICATION
1.1 Le GSM
1.1.1 Les principales caractéristiques du GSM
1.1.2 L’architecture du réseau
1.2 Le GPRS
1.2.1 Impact de GPRS sur GSM
1.2.2 Architecture GPRS
1.2.3 L’acheminement en mode paquet
1.2.4 Les apports du réseau GPRS
1.3 L’UMTS
1.3.1 Les équipements du réseau UMTS
1.3.2 Architecture du réseau UMTS
1.3.3 Les apports du réseau UMTS
1.4 Conclusion
CHAPITRE 2 RESEAU LTE OU 4G
2.1 La LTE dans le domaine de la télécommunication mobile
2.2 Exigences et objectifs de la LTE
2.3 Caractéristique de la LTE
2.3.1 Débit
2.3.2 Technologie
2.3.3 Connexion
2.3.4 Mobilité
2.3.5 Coexistence et Interfonctionnement avec la 3G
2.3.6 Flexibilité dans l’usage de la bande
2.3.7 Support du multicast
2.4 Architecture du réseau LTE
2.4.1 Le SAE
2.4.2 L’E-UTRAN
2.5 Canaux radio de LTE
2.5.1 Canaux logiques
2.5.2 Canaux physiques
2.5.3 Canaux de transport
2.6 Technique d’une liaison LTE
2.6.1 La liaison descendante
2.6.2 La liaison ascendante
2.6.3 Le mode de duplexage
2.6.4 Le codage canal
2.6.5 La technologie à antennes multiples
2.6.6 Interface radio à commutation de paquets
2.7 Conclusion
CHAPITRE 3 ADAPTATION LTE POUR RESEAU MOBILE HAUT DEBIT PAR SATELLITE
3.1 Introduction et motivation
3.2 Caractéristiques principales de la 3GPP LTE
3.3 Adaptation de la LTE à la liaison satellite
3.3.1 Entrelacement inter-TTI
3.3.2 Technique de réduction de Peak-to-Average Power Ration (PAPR)
3.3.3 Random Access Signal Detection
3.4 Couche supérieur FEC analysé (UL-FEC)
3.4.1 Présentation de la couche physique
3.4.2 Technique UL-FEC
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 SIMULATION ET RESULTAT
4.1 Introduction
4.2 Génération du signal
4.2.2 Diagramme de génération d’un signal OFDM
4.2.3 Résultats
4.2.4 Inter-TTI Improvements
4.3 Réduction du PAPR
4.3.1 Diagramme pour la réduction du PAPR
4.3.2 Présentation des résultat
4.4 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1 LES INTERFACES DANS LE RESEAU LTE
ANNEXE 2 GENERALITES SUR LES CODES DE REED-SOLOMON
BIBLIOGRAPHIE
FICHE DE RENSEIGNEMENT
RESUME
ABSTRACTS

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