Panorama des logiciels

Dans le cadre de mes travaux de recherche, je souhaite m'appuyer sur des simulateurs permettant de prendre en compte à la fois la couche physique, mais aussi les couches supérieures (notamment la cross-layer MAC-RLC) et la couche applicative (QoS en fonction des services).

Il existe différents logiciels, certains payants (4G-Lab), d'autres non commerciaux (GPL). Un travail réalisé par des étudiants en Master 2 -M2 - IMMT parcours TMR à l'Université de Poitiers (SFA) ont travaillé sur le logiciel LTE-SIM (Politecnico) pour définir :

• Manuel d'installation: Procédure d'installation2
• Une étude du logiciel :  manuel utilisateur VFin
• La faisabilité : Classification des fonctionnalités offertes par le logiciel LTE

Au final, mes thématiques de recherche concernant la couche ordonnancement et gestion de puissance nécessite une modification de codes sources du programme. De plus, des limitations en terme d'interconnexion avec d'autres programmes sous Matlab me contraind d'abandonner ce logiciel.

Mais, nous souhaitions diffuser le travail réalisé, et je remercie les étudiants qui ont mené cette étude. Il est à noter que le logiciel est dorénavant en version 5 mais l'étude reste d'actualité.

Une formation est proposée pour comprendre le fonctionnement de ce logiciel vis-à-vis de la norme. Si vous êtes intéressés, contactez moi.

VoLTE : Voice Over LTE

L'une des caractéristiques de la 4G est d'être un réseau mobile tout IP (IP de bout en bout) et paradoxalement, la 4G ne permet pas, à ce jour, d'acheminer des appels téléphoniques.

Bien sur, des appels téléphoniques sont possibles sur un mobile supportant la 4G, mais l'appel est effectué sur le réseau 2G ou 3G, ou plus précisément sur le coeur de réseau en commutation de circuit.

Un article précédent (datant du 3 octobre 2012) présentait le VoLTE, nous allons compléter le dossier aujourd'hui pour savoir si l'opérateur va mettre en place la VoIP mobile et si oui, à partir de quand?

Pour que la voix puisse passer sur le réseau LTE, ce dernier doit être géré par un protocole de Voix Sur IP, protocole déployé massivement sur la téléphonie résidentielle (particulier avec le modemBox comme FreeBox, LiveBox, SFRBox, ...). Ce protocole s'appuye sur le SIP et garantit une priorisation des appels par rapports aux autres flux IP.

Au niveau de l'opérateur, la gestion des communications en VoIP est réalisé par un cœur réseau nommé IMS (Ip Multimedia System). Dans un précédent article, j'ai présenté les raisons de l'IMS.

Cependant,  le déploiement d’un réseau IMS est complexe et onéreux pour un opérateur. Afin d’avoir un ROI (retour sur Investissement) rapide, il est nécessaire d’avoir le mobile compatible, notamment pour gérer l’allocation de ressource à temps constant dans les deux sens (ordonnancement semi-persistant qui garanti un accès réseau/mobile avec une certaine qualité de service). Hormis le LG Connect, il n’y a pas de mobile à l’heure actuelle compatible. Par contre, il semblerait que l’IPAD 5 sera compatible lors de sa sortie. L’accès radio et l’EPC doit aussi supporter le VoLTE, lequel peut être upgradé logiciellement.

L’opérateur doit il investir dans le VoLTE ?

A priori, la solution actuelle CSFB suffit pour maintenir les appels téléphoniques en commutation voix. Les avantages de cette solutions sont nombreuses :

• Cela garantit la même qualité d’expérience pour l’utilisateur puisque le service est rendu par les mêmes équipements que le GSM, et garantit un hand-over rapide sans coupure lors du passage de l’appel d’une cellule à une autre.
  
• Ce Hand-over est actuellement supporté sur le réseau 2G et 3G pour les appels voix. Si la voix passe par la 4G, l’opérateur devra donc supporter le hand-over 4G vers un réseau 2G ou 3G sans perte de communication (l’acronyme SRVCC, Single Radio Voice Call Continuity, est utilisé). Or il s’avère que la latence pour ce handover est encore assez longue.

Il semblerait donc que la solution VoLTE ne soit pas économiquement viable, seule, d'autant plus que les terminaux compatible VoLTE ne sont pas encore nombreux.

Pourtant, certains opérateurs ont franchi le pas et propose le VoLTE. Pourquoi?

Si le VoLTE n'est pas une solution rentable pour les services de voix, cette solution est nécessaire pour proposer des services de voix enrichi. Ainsi, le RCS (cf article précédent) va apporter pour l'opérateur des services de plus-value qui permettront de "nouvelles expériences" pour l'utilisateur et des nouvelles sources de revenus pour l'opérateur (ARPU).

Le VoLTE est donc en cours de déploiement chez les opérateurs, et Orange devrait proposér en Juin de nouveaux services (Joyn). Dans la course à la 4G, on peut imaginer un tel service chez SFR.

Du LTE au LTE-B

Les offres commerciales sur la 4G vous permettent de bénéficier d'un débit crête de 100 Mbps, mais à terme c'est 1Gbps puis 3Gbps qui est visé.

Les opérateurs mettent en place les équipements actifs pour la 4G, à savoir :

• Des antennes avec un contrôleur imbriqué, il s'agit des eNb. Celles-ci sont raccordées au réseau de l'opérateur via la fibre optique, ce qui permettra de faire passer au moins du 100 Mbps et dans quelques années pouvoir faire passer plusieurs Gbps de données. (jusqu'à 40 Gbps).  La liaison est réalisée en Gigabit Ethernet, il faut se rappeler que la 4G est un réseau tout IP (de bout en bout).
• Le coeur réseau est composé de deux parties séparées :
  • Signalisation
    • Gère la mobilité des abonnées, le rattachement des abonnés sur le réseau. Il s'agit du MME
    • Une base de données permettant entre autre d'authentifier l'abonné, de consulter l'abonnement des abonnés, de chiffrer les communications. Il s'agit du HSS
    • Une politique de tarification, qui permet de gérer l'accès au réseau de données (PDN) en fonction du forfait de l'abonnée. Il s'agit du PCRF.
  • Transport :
    
    • Un équivalent de la borne d'accès WiFI pour les mobiles. Il s'agit d'un point d'ancrage nommé S-GW, lequel est le point de contact d'un mobile (UE) sur le réseau de l'opérateur et à travers lequel tous les paquets de données seront transmis.
    • Une passerelle nommée P-GW pour passer sur un réseau de données (PDN) non mobile ou d'un réseau mobile d'un autre opérateur. Pour le PDN, il oeut s'agir d'un réseau WAP, MMS, IP, IMS.

Cette infrastructure concerant le coeur réseau se veut pérenne pour les 10 années à venir. Il faudra éventuellement re-dimensionner certains S-GW pour s'adapter à l'augmentation de trafic, mais la création de pool et de lien MME-SGW permet àl'opérateur de pouvoir s'adapter au nombre de sessions simultanées et équilibrer la charge totale de tous les utilisateurs à un instant donnée. Le MME devra aussi être mise à jour logiciellement, mais pas de nouvel équipement à acheter pour le coeur réseau.

Les évolutions ne porteront donc que sur les eNb. Ceux-ci devront s'adapter aux améliorations propsosées par les normes (Release 10 à Release 12) pour permettre une augmentation du débit. L'antenne communique avec  votre mobile, chaque nouvelle norme imposera une amélioration de votre mobile. Les abonnées devront donc choisir le dernier portable pour atteindre les performances désirées.

Les performances et comment y parvenir

Le débit est proportionnel à la bande de signal utilisé pour une communication. Plus la bande est importante, plus le débit sera élevé. Aujourd'hui le LTE (4G) exploite une bande de 20 MHz. Via des techniques de modulation (64 QAM), le débit pourra atteindre 100 Mbps.

En 3G, SFR communique sur le DC-HSPA (Dual Cell), permettant d'améliorer le débit par 2 en utilisant 2 porteuses. Pour le LTE-Advanced (nommé LTE-A), se principe sera repris jusqu'à 5 porteuses (Agrégation de porteuses). La bande sera donc de 100 MHz. Pour atteindre un débit de 1 Gbps, la communication se fera sur plusieurs antennes en même temps. Il s'agit du MIMO. La norme prévoit jusqu'à 8 mini-antennes en émission et réception.

Un prochain article décrira plus en détail la partie radio, et illustrera cela par des figures.

De nouvelles améliorations sont proposées pour le LTE-B, mais nous y reviendrons aussi dans un prochain article.