UTRA FDD : W-CDMA, HSUPA et HSDPA

Les standards présentés dans cette partie sont définis comme étant des standards 3G permettant d’atteindre des débits de données supérieurs à ceux de l’EDGE tout en permettant le transfert de données vocales. Ces standards ont été développés dans le but de répondre à une demande croissante en termes de trafic de données (type mail, navigation internet).

• Méthode d’accès multiple :

La méthode d’accès multiple utilisée est le CDMA (Code Division Multiple Accès).

• Modulation :

Initialement, la modulation utilisée est la QPSK. Cependant l’évolution du standard vers le HSDPA a amené à utiliser une modulation 16-QAM pour augmenter le débit, avec une bande 3.84MHz.

• Type de duplexage :

Le duplexage utilisé est le FDD, permettant de répartir chaque utilisateur en fréquence à un instant donné. Un utilisateur peut prendre plusieurs fréquences en même temps en fonction de leur nombre, du débit demandé par chacun et du gabarit à l’émission.

• Séparation entre les canaux :

La séparation entre les canaux est de 5MHz entre les fréquences centrales des canaux. La marge de 1.16MHz entre canaux, permet d’avoir un masque certainement moins sévère qu’en GSM.

• Débits :

Le débit symbole par canal est de 3,84Mcps, et le débit parole par utilisateur est de 12,2Kbit/s. Si l’on s’intéresse à la voie montante on peut atteindre des débits de l’ordre de 200Kbit/s en QPSK, jusqu’à 42Mbits/s dans l’évolution HSDPA associée à une technologie MIMO.

• Bandes allouées pour l’émission :

Il existe 15 bandes de fréquences (UL et DL) réparties dans le spectre. Nous détaillons ici les 15 bandes en émission ainsi que l’espacement avec les bandes de réception.

Bandes Bandes UL allouées Espacement UL-DL 1 1920 - 1980 MHz 190 MHz 2 1850 - 1910 MHz 80 MHz. 3 1710 - 1785 MHz 95 MHz.

4 1710 - 1755 MHz 400 MHz 5 824 - 849 MHz 45 MHz 6 830 - 840 MHz 45 MHz 7 2500 - 2570 MHz 120 MHz 8 880 - 915 MHz 45 MHz 9 1749.9 - 1784.9 MHz 95 MHz 10 1710 - 1770 MHz 400 MHz 11 1427.9 - 1452.9 MHz 48 MHz 12 698 - 716 MHz 30 MHz 13 777 - 787 MHz 31 MHz 14 788 - 798 MHz 30 MHz 17 704 - 716 MHz ^{30 MHz}

Fig. 6.Bandes allouées en UTRA FDD

Les bandes 12 13 14 et 17 sont très sévères en termes de sélectivié des bandes d’émission (Tx) et de réception (Rx). La bande 10 se trouve très proche des fréquences GPS. Nous détaillerons les critères de conception lors de l’étude sur la cohabitation entre les standards.

• Bruit hors bande :

A partir du détail du standard (voir Annexe 2), on définit le masque en relatif (dBc) par rapport à la puissance de la porteuse ou en absolu (dBm/ X MHz). Ainsi, on peut définir le masque à respecter :

Les valeurs d’ACLR sont de 33dB à 5MHz de la porteuse et de 43dB à 10MHz de la porteuse. On doit également minimiser les émissions parasites au-delà des 12.5MHz de la porteuse, en suivant le tableau de la figure 8.

Offset de la porteuse Bande de mesure Minimum requis 9 kHz ≤ f < 150 kHz 1 kHz -36 dBm 150 kHz ≤ f < 30 MHz 10 kHz -36 dBm 30 MHz ≤ f < 1000 MHz 100 kHz -36 dBm 1 GHz ≤ f < 12.75 GHz 1 MHz -30 dBm

Fig. 8.Bruit hors bande en UTRA FDD

Ces parasites sont essentiellement dus aux émissions d’harmoniques, de produits d’intermodulation, et aux produits de conversion en fréquence, mais excluent les émissions hors bande. Ces données correspondent aux valeurs minimales à respecter, cependant pour chacune des 14 bandes il existe des particularités. En général, le niveau limite se situe à -60dBm mesuré dans une bande de 3,84MHz. Le détail pour chacune des bandes est défini en Annexe 2.

• Bruit en bande de réception :

Il est nécessaire de quantifier le bruit dans la bande de réception afin que l’émetteur ne désensibilise le récepteur. Pour chacune des bandes, celui-ci est de -36dBm, mesuré dans une bande de 100kHz.

• Bruit d’intermodulation :

La valeur autorisée pour les raies d’intermodulation dans le cadre d’un espacement entre les canaux de 5 MHz, est de -31dBc à 5MHz et de -41dBc à 10MHz du bord de canal.

• Adjacent Channel Power Ratio :

Quelle que soit la classe de puissance à l’émission, les ACPR doivent être de 33dB à 5MHz de la porteuse et de 43dB à 10MHz de la porteuse.

• Puissance maximale d’émission :

Il existe 5 classes de puissances maximales. Dans le cadre des applications de téléphonie portable, on se concentrera sur la classe 3, soit une puissance d’émission comprise entre 21 et 25dBm en fonction de la tolérance du standard, pour une puissance visée de 24dBm. Quelle que soit la bande d’émission étudiée, la puissance minimale qui doit être fournie à l’antenne (en conduit) doit être de -50 dBm.

• EVM :

Lorsque le schéma de modulation est celui de la 16-QAM la valeur maximale d’EVM est de 14% (mesurée à une puissance de sortie de 20dBm) sinon en QPSK ce sera 17.5%.

• Evolution : DC-HSUPA (Dual Carrier Uplink)

Il s’agit de l’évolution du HSPA par mise en place de plusieurs porteuses. La structure actuelle des bandes UMTS (par paires de 10 ou 15MHz) encourage cette évolution. L’idée principale est d’optimiser l’utilisation de la ressource spectrale pour garantir une meilleure efficacité en distribuant l’information autour d’une ou deux porteuses, suivant le débit voulu et le taux d’occupation. Sans MIMO (Multiple Input Multiple Output) avec une 64-QAM, le débit est de 43.2Mbits/s, contre 42Mbits/s en HSDPA MIMO. Cette standardisation, apparaitra dans la release 9 de 3GPP (3G Partnership Project). Pour le moment les informations disponibles sont les suivantes :

• Le mode « Dual » permet de concaténer deux bandes (voir figure 8)

• Les ACLR et émissions parasites seront proches du LTE 10MHz

• Maximum 10dB de différence entre les deux porteuses

• La puissance maximale est la même qu’en « Single » mais étalée sur deux porteuses. Mais cette amélioration risque d’avoir un impact sur la conception de l’émetteur et le dimensionnement des éléments du RFFE (RF Front End) :

Fig. 9.Architecture à conversion directe pour A-LTE On peut citer par exemple:

• Des remontées spectrales plus importantes à cause de la bande plus large.

• Le risque d’une différence de niveau des deux porteuses, l’image d’une porteuse peut venir perturber la deuxième porteuse et augmenter l’EVM

• Les difficultés à gérer le SNR (Signal Noise Ratio) pour deux porteuses de puissance différente.