PMR et LTE ETELM

PMR et LTE
Pierre MINOT
ETELM
FORUM RADIOCOM 2014
PMR et LTE: PLAN de la présentation
1. LA TECHNOLOGIE LTE EST INCONTOURNABLE
2. LA TECHNOLOGIE LTE OFFRE DES CARACTERISTIQUES FANTASTIQUES ET
DES INCONVENIENTS MAJEURS
3. LES SERVICES DE BASE BAS DEBIT RESTENT LE DOMAINE DES
TECHNOLOGIES A BANDE ETROITE
4. LE MARIAGE BANDE ETROITE / LTE S’IMPOSE POUR DES RAISONS
TECHNIQUES ET ECONOMIQUES
5. LES SOLUTIONS DE MARIAGE
6. LES RESEAUX INTEGRES
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LA TECHNOLOGIE LTE EST INCONTOURNABLE
Dans les années 1970, les normes étaient Nationales
A partir des années 1980, regroupement autour de deux
grands pôles normatifs:
• Un pole Européen (ETSI)
• Un pole Américain
La concurrence autour de ces pôles devient très vive
Dans les années 2010, ces deux pôles s’accordent pour
reconnaitre la norme LTE développée par le 3GPP
La norme LTE est donc la première norme mondiale de
radiocommunication, elle est incontournable.
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2 - AVANTAGES ET INCONVENIENTS de
la TECHNOLOGIE LTE
La technologie LTE offre des débits importants à très
importants mobilisables à tout moment pour accéder à des
services évolués
Comme pour toute nouvelle technologie, la promotion
commerciale avance le fait que cette nouvelle technologie
va résoudre tous les problèmes.
Malheureusement, cela n’est pas le cas et, en dehors de
démonstration simplistes avec une station de base et un
terminal, les déceptions sont aujourd’hui nombreuses,
particulièrement pour les usagers de la PMR.
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LES PROBLEMES LTE
LES PROBLEMES DU LTE PEUVENT ETRE CLASSES EN 4 GROUPES
• Les problèmes de ‘maturité’
…… seront progressivement résolus
• Les problèmes d’insuffisance normative
….. seront résolus à terme
• Les problèmes natifs de la technologie
• Les problèmes d’adaptation des fonctions de la
PMR
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2a - LES PROBLEMES de MATURITE
Problèmes de maturité des équipements
Problèmes de maturité des logiciels
Problèmes de maitrise du paramétrage
…. Ils seront d’autant plus rapidement résolus que le nombre énorme
d’abonnés attendu incite les constructeurs à ne rien négliger
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2b - LES PROBLEMES NORMATIFS
La NORME LTE DEVELOPPEE PAR LE 3GPP N’EST PAS TOUT A
FAIT ACHEVEE:
ainsi, même le standard de codage de la voix n’est pas encore finalisé (VOLTE)
les différentes versions se succèdent
La plupart des équipements disponibles aujourd’hui sont en version 9, 10 ou 11.
La version 12 est en cours de développement
La version 13 sera la première à introduire les fonctions PMR de base, elle est
attendue prochainement et sera probablement introduite dans les équipements à
partir de 2016.
Face à cette situation, certains constructeurs préconisent des solutions propriétaires,
contraires à l’esprit de normalisation.
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2c - LES PROBLEMES NATIFS
LA TECHNOLOGIE LTE LARGE BANDE PEUT ETRE CONSIDEREE COMME
UNE ASSOCIATION DYNAMIQUE DE TECHNOLOGIES A BANDE ETROITE
Chaque sous porteuse LTE est modulée différemment de ses voisines, espacées de 15 KHz –
en analogie avec des systèmes à bande étroite (12,5 ou 25 KHz) couplés entre eux
F
15 KHz
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2c - LES PROBLEMES NATIFS
Théoriquement, il n’y a pas d’interférence entre les sous porteuses adjacentes (orthogonalité
de l’OFDM); en pratique, il y a de fortes interférences et, là ou en technologie bande étroite, les
normes exigent des reculs dans les canaux adjacents de l’ordre de 60 à 80 dB, les sous porteuses
LTE amènent des reculs seulement de l’ordre de 30 à 50 dB.
30 dB
50 dB
60 dB
REJECTION SOUS PORTEUSE
ADJACENTE LTE
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80 dB
REJECTION CANAL
ADJACENT TETRA
2c - LES PROBLEMES NATIFS
Ainsi, on peut considérer une station de base LTE (enodeB) comme un empilement de
mauvaises stations de base à bande étroite.
93 à 1300 stations de base
(selon bande LTE: 1,4 à 20 MHz)
Peut on améliorer cette situation ? Oui mais les
améliorations ne peuvent qu’être limitées
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2c - LES PROBLEMES NATIFS
Le problème en zone de recouvrement des cellules:
Pour éviter ce problème, il existe plusieurs solutions:
• Réserver des sous porteuses spécifiquement à chaque site pour les
terminaux en zone de recouvrement
• Alterner l’émission des stations de base adjacentes
• Mélanger les techniques précédentes
Zones de
recouvrement
La conséquence est toujours
la même:
diminution de la capacité
globale de transmission
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2c - LES PROBLEMES NATIFS
Le problème de l’efficacité pour les services de base:
La technologie LTE repose sur le principe de régulation en fonction de la
qualité de service demandée (Qos)
Ainsi, si le canal de transmission entre une station de base et un terminal
s’avère peu performant, le système alloue automatiquement plus de
ressources radio pour pouvoir maintenir la qualité de service.
En conséquence, si un terminal radio en limite de couverture (ce qui est très
fréquent avec la faible surface des cellules LTE), le système alloue beaucoup
de ressources hertziennes pour maintenir la qualité de service.
Ainsi, une simple communication audio qui nécessite environ 5 à 10 kbit/sec
avec un système à bande étroite, la même communication peut nécessiter
plus de 100K bit/sec. en technologie LTE.
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2c - LES PROBLEMES NATIFS
Les conséquences des problèmes natifs sont nombreuses:
•
•
•
•
Masque d’un terminal radio lointain par un terminal proche en cession
Augmentation du bruit de fond en fonction du trafic global, donc:
Diminution de la portée d’une station de base en fonction du trafic (effet
proche de celui observé en CDMA)
……
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2d - LES PROBLEMES PMR
La PMR est essentiellement caractérisée par les services de groupe;
or la technologie LTE n’est nativement pas adaptée aux services de groupe.
En effet, pour compenser la faible portée inhérente à la technologie LTE , cette
dernière a optimisé les bilans de liaison entre un terminal et un station de base
par la technique du ‘BEAMFORMING’.
Ce procédé fait appel à une variante des technologies ‘MIMO’ pour lesquelles
on utilise un système multi antennaire sur les stations de base qui permet
d’utiliser ces antennes de manière active, en concentrant le lobe principal
antennaire dans la direction du terminal concerné.
φ1
φ2
φ3
Bien entendu cette disposition n’est pas compatible avec les
fonctions de groupe (sauf à réaliser les communications de
groupe par ‘empilage’
de communications individuelles, ce qui reste très limité).
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2 - LES PROBLEMES LTE
Tous les problèmes de la technologie LTE convergent vers un seul et même résultat:
la diminution de la surface des cellules:
• Diminution du fait de la puissance limitée des terminaux (typiquement 0,2
Watts)
• Diminution du fait de la moindre sensibilité des équipements en raison de la
largeur de bande plus importante
• Diminution du fait de la remontée de bruit dans les sous porteuses adjacentes
• Diminution du fait de l’effet de bord entre les cellules
• Diminution du fait des fonctions de groupe
Cette diminution peut facilement être prise en compte en
densifiant le réseau de cellules radio, ce qui est
économiquement possible en milieu urbain à forte densité
de population …. Mais rédhibitoire en milieu rural.
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3 - LA RADIO DES VILLES ET LA RADIO DES CHAMPS
Compte tenu de la surface réduite des cellules LTE et des coûts de déploiement, il semble
aujourd’hui difficile d’éviter un éclatement entre:
• La radio des villes en technologie LTE offrant tous les services
• La radio des champs en technologie bande étroite, offrant tous les services de base.
Bien entendu, il convient d’assurer le meilleur mariage entre ces deux systèmes avec pour
objectifs:
• D’offrir aux utilisateurs les services de base en bande étroite en milieu urbain pour
sécuriser les services de base offerts en LTE
• D’offrir aux utilisateurs un ‘continuum’ des services de base lorsqu’ils se déplacent entre
les milieux urbains et les milieux ruraux.
• D’offrir une compatibilité totale des services de base, que ces services soient assurés en
large bande ou en bande étroite
Le mariage doit se consommer tant au niveau des équipements d’infrastructure
qu’au niveau des terminaux.
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4 - LE MARIAGE DES SERVICES
Exemple de compatibilité et de ‘continuum’ entre la radio des villes et la radio des champs:
Un terminal ‘dual technologie’ offre le son et l’image pour une communication.
En milieu urbain, l’utilisateur entend son correspondant et le voit. Lorsqu’il passe
en milieu rural, cet utilisateur perd la vidéo mais continue d’être en liaison phonie.
Un tel continuum implique:
• Que les services voix et données soient gérés par le même équipement
d’infrastructure
• .. D’une manière plus générale, que les services haut et bas débit soient gérés
par le même serveur de service connecté aux deux types de réseau.
• Que le terminal puisse basculer automatiquement du mode ‘large bande’ au
mode bande étroite en fonction des conditions radio.
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LE MARIAGE DES INFRASTRUCTURES
Il existe trois manières d’envisager le mariage bande étroite / large bande:
- l’utilisation de passerelles dédiées:
c’est la méthode la plus basique, elle offre peu de possibilités et reste
tributaire de développements propriétaires.
- L’utilisation de serveur de services communs à plusieurs réseaux:
cette méthode, plus évoluée, offre un ‘continuum’ de services mais pas de
continuum de transmission.
- L’intégration des stations de base de diverses technologies sur un même cœur
de réseau:
c’est la méthode la plus évoluée qui offre un continuum de services et de
transmission, tout en n’utilisant que des équipements entièrement
normalisés.
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5a - LES SOUTIONS PASSERELLES
Other
subscriber
LTE
subscriber
TETRA
subscriber
BS
eNodeB
BS
TETRA
network
Other
network
GATEWAY
LTE core
GATEWAY
GATEWAY
Not standard (proprietary)
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Chaque réseau se gère
indépendamment (inscription,
mobilité, base de données, services)
et les passerelles ne sont utilisées
que lorsqu’un service demandé par
un réseau fait appel à des ressources
d’un autre réseau:
• Pas de continuum de service
• Pas de continuum de
transmission
• Multiplication des réseaux
coût
• Solution propriétaire
5b - SERVEUR DE SERVICE COMMUN
other
subscriber
BS
Other
network
TETRA
subscriber
BS
TETRA
network
LTE
subscriber
eNodeB
LTE core
network
Chaque réseau se gère indépendamment
(inscription, mobilité) mais toutes les
demandes de services sont acheminées
sur un serveur commun muni d’une base
de données générale.
•
•
•
•
Service server
SERVICE INTEGRATION
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continuum de service
Pas de continuum de transmission
Multiplication des réseaux coût
Serveur IMS standard (sauf pour les
fonctions de groupe…. pour l’instant)
5c - INTEGRATION DE RESEAUX
TETRA
network A
e-TBS
e-TBS
WiFi
Network
e-DMR
TETRA
network B
e-TBS
EPC
WiFi
e-DMR
DMR
Network
e-TBS
e-P25
4G
network
enodeB
enodeB
Service provider
e-P25
P25
Network
Other integrated
PMR network
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Les stations de base sont
directement connectées sur un
cœur de réseau EPC standard à
travers une interface normalisée
S1, quelque soit leur technologie
(LTE, TETRA, P25, WiFi,..).
• continuum de service
• continuum de transmission
• Infrastructure de liens
commune
• Serveur IMS standard (sauf
pour les fonctions de groupe…
pour l’instant)
6 - INTEGRATION DE RESEAUX
L’intégration des réseaux repose
sur la double implémentation,
dans les stations de base, des
couches protocolaires:
• De l’interface normalisée S1 de
la norme LTE
• Du système radio bande étroite
…. Ces deux piles étant reliées, au
sommet, par une couche de
transposition fonctionnelle.
NAS
L3
MAC
LLC
IP
DLL
Physical layer
TETRA AIR INTERFACE
STCP
Physical layer
LTE S1 INTERFACE
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6 - EXEMPLE D’INTEGRATION: l’e-TBS
TETRA
API
S1
EPC
Communication
directe entre
terminaux de
diverses
technologies
+
Groupes mixtes
S1
LTE e nodeB
Le cœur de réseau EPC peut être public ou privé
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LTE
API
INTEGRATION ULTIME en MONOSITE
API
S1
S1
EPC
LTE e nodeB
S1
WiFi
Le cœur de réseau
EPC et le serveur IMS
sont directement
intégrés dans la
station de base
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6 - INTEGRATION DE RESEAUX
L’INTEGRATION DE RESEAUX EST AUJOURD’HUI OPERATIONNELLE.
Une démonstration en vrai grandeur est visible sur le site
de SOPHIA-ANTIPOLIS (plateforme Com4Innov) avec un
cœur de réseau ERICSON de forte capacité et des
terminaux 4G de divers opérateurs (Monaco Telecom,..)
LES RESEAUX BANDE ETROITE INTEGRES DANS LES RESEAUX LARGE
BANDE SONT AU MEME PRIX QUE LES RESEAUX NON INTEGRES (donc
moins chers que les réseaux interconnectés par passerelle).
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6 - LE RESEAU COM4INNOV
Terminaux TETRA
Terminaux 4G et TETRA
eTBS N°1
IMS
eTBS N°2
eNB
EPC
eTBS N°3
VPN CISCO
ERICSSON
eTAS
SOPHIA ANTIPOLIS (06)
INTERNET
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VILLEJUST (91)
CONCLUSION
LES RESEAUX INTEGRES SONT L’AVENIR DES RADIOCOMMUNICATIONS
• Ils offrent une migration ‘douce’ vers la technologie large
•
•
•
•
•
•
bande LTE,
Ils procurent un mariage parfait entre les réseaux
urbains large bande et les réseaux ruraux à bande
étroite avec un ‘continuum’ de service et de
transmission.
Ils peuvent être utilisés avec des opérateurs publics ou
privés
Ils n’utilisent que des équipement normalisés
Ils évitent les solutions propriétaires telles que celles
avec passerelle,
Ils sont compatibles avec les futurs terminaux
‘dual mode’,
Ils sont compétitifs
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Merci de votre attention
plus d’informations:
[email protected]
[email protected]
stand ETELM
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