Contexte de l‟étude

Le système étudié doit permettre d‟assurer la réception au niveau de la couche physique de trames radio émises par le futur réseau de communication LTE de 3,9G. Le LTE est le nom du projet mené par le 3GPP pour définir les spécifications techniques [101] de cette nouvelle génération de réseau mobile. La nouvelle technologie d‟accès radio E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) associée à ce réseau d‟accès radio a été définie de manière à supporter des débits de transmission pouvant atteindre jusqu‟à 100 Mbit/s sur le lien radio descendant. Nous expliquons tout d‟abord les différents traitements associés à la couche physique de ce standard par la présentation de la partie émission. La figure 4.1 donne une vue schématique des différents traitements réalisés au niveau de la couche physique d‟une station de base appelée eNode pour transmettre des données à un terminal mobile.

Figure 4.1 – Traitements au niveau de la couche physique d‟une station émettrice LTE.

1 à 4 antennes

Bloc de transport Insertion du CRC

Codage canal

Bloc de transport CRC

Bloc codé 1 entrelacé Adaptation débit

Bloc codé adapté

Modulation

Bloc de symboles complexes Répartition antennes

Génération signal OFDM

Bloc de symboles OFDM Embrouillage

Bloc codé embrouillé Segmentation

Bloc de code 1 Bloc de code N

Bloc codé 1 Entrelacement Bloc codé N Génération signal OFDM

Bloc codé N entrelacé Couche MAC

Chapitre 4 Études de cas : Dimensionnement de systèmes de radiocommunication mobiles

65 La couche MAC (Medium Access Control) assure la gestion de l‟accès au support physique de transmission. Elle transmet à la couche physique toutes les millisecondes un bloc de transport ou TB (Transport Block) contenant les informations associées aux applications demandées par un utilisateur. Le premier traitement réalisé par la couche physique sur le TB consiste à lui ajouter un en-tête de données de contrôle de 24 bits appelé CRC (Contrôle de Redondance Cyclique). Le TB avec son en-tête CRC est ensuite segmenté en plusieurs blocs de code ou CB (Code Block) si sa taille est supérieure à 6144 bits [102]. Cette taille correspond à la quantité de données maximales qu‟un codeur turbo peut supporter. Les CB sont ensuite encodés par un codeur turbo avec un taux de redondance d‟un tiers. Les bits de sortie du codeur turbo sont alors entrelacés séparément avant de passer par une fonction d‟adaptation de débit qui va permettre d‟ajuster la quantité des bits transmise sur le canal physique. Puis, le CB passe par une fonction d‟embrouillage qui consiste à multiplier élément par élément les données binaires par une séquence pseudo aléatoire donnée. Les données sont ensuite modulées selon la technique qui a été définie par la couche MAC. Trois types de modulation peuvent être employés : QPSK (Quadrature

Phase-Shift Keying), 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) ou 64QAM. Il en résulte

un CB de symboles à valeurs complexes. Il s‟agit ensuite dans le cas d‟une transmission multiantenne de répartir les différents symboles à valeurs complexes sur les différentes antennes de la station émettrice. La dernière opération consiste à réaliser une transformée de Fourier rapide inverse ou IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) sur N points pour effectuer la transmission des symboles à valeurs complexes sur le support physique. La taille de l‟IFFT mise en œuvre dépend de la bande passante allouée à l‟utilisateur toutes les millisecondes. La bande passante peut être de 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz.

La figure 4.2 présente le format de trame utilisé pour assurer l‟échange d‟informations entre une station de base et un terminal mobile.

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Figure 4.2 – Format de trame radio LTE.

Une trame radio LTE a une durée de 10 ms. Elle est divisée en dix sous-trames d‟une durée de 1 ms. Cette durée d‟1 ms corrrespond à la période d‟envoi d‟un TB par la couche MAC à la couche physique. Cette sous-trame est elle-même découpée en deux intervalles de temps (slots) de 0,5 ms. Un intervalle de temps est composé de six ou sept symboles OFDM en fonction du type de préfixe cyclique utilisé : long ou court.

La partie basse de la figure 4.2 donne une représentation schématique des ressources fréquentielles et temporelles utilisées. Le signal transmis dans chaque intervalle de temps pendant une durée de 0,5 ms est décrit sous la forme d‟une grille de ressources dont la taille varie d‟un point de vue fréquentiel en fonction de la bande passante allouée à la station émettrice. Cette grille de ressources est composée de blocs de ressources. Un bloc de ressources représente l‟association de douze sous-porteuses consécutives d‟une largeur de bande de 180 kHz pour un intervalle de temps. Le bloc de ressources est l‟unité d‟allocation la plus petite qui est utilisée par la station émettrice pour envoyer des données à un terminal mobile. Il est composé de quatre-vingt-quatre éléments de ressources contenant chacun un symbole à valeur complexe.

Le schéma de transmission utilisé dans le standard LTE se base sur la méthode d‟accès OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access). La technique de modulation OFDMA consiste à allouer un ou plusieurs blocs de ressources à chaque utilisateur toutes les millisecondes en fonction de la quantité d‟informations à transmettre et des contraintes de temps à respecter pour assurer un niveau de QoS satisfaisant.

#0 #1 #2 #3 #18 #19

Trame radio LTE Ttrame=10ms

1 sous-trame Tsoustrame=1ms

1 slot Tslot=0,5ms

7 symboles OFDM avec préfixe cyclique court

Préfixe cyclique Symbole OFDM

0 1 2 3 4 5 6 1 2 s o u s -p o rt e u s e s d e 1 5 k H z ó 1 8 0 k H z B a n d e p a s s a n te : 1 .4 , 3 , 5 , 1 0 , 1 5 o u 2 0 M H z Bloc de ressources Grille de ressources

Chapitre 4 Études de cas : Dimensionnement de systèmes de radiocommunication mobiles

67 Le tableau 4.1 synthétise les différents paramètres utilisés par la couche MAC pour configurer les fonctions de traitement réalisées au niveau de la couche physique. La configuration utilisée peut être modifiée à chaque sous-trame envoyée.

Nombre de symboles OFDM

dans une sous-trame 14 Taux de codage 1/3

Type de modulation QPSK, 16QAM, 64QAM Bande passante (MHz) 1.4 3 5 10 15 20

Taille IFFT 128 256 512 1024 1536 2048 Nombre maximum

de blocs de ressources par intervalle de temps

6 15 25 50 75 100 Nombre maximum

de sous-porteuses occupées 72 180 300 600 900 1200

Tableau 4.1 – Paramètres de configuration de la couche physique du standard LTE.

Dans le cas d‟étude considéré, il s‟agit d‟analyser les ressources requises en réception sur un terminal mobile supportant ce standard, et ce compte tenu des évolutions possibles au cours du temps des configurations de sous-trames radio LTE. Les traitements associés à la couche physique d‟un récepteur LTE doivent permettre de reconstituer toutes les millisecondes le TB transmis. Nous proposons ici d‟effectuer le travail d‟exploration d‟architectures devant permettre d‟identifier et de caractériser les ressources nécessaires à la mise en œuvre de ces traitements.