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Technologie mobile 4G => Discussion démarrée par: eruditus le 26 juin 2014 à 14:10:25
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LTE : La couche physique
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Au gré de mes pérégrinations sur le WEB, je suis tombé sur un site très intéressant qui devrait permettre d'imager assez facilement la couche physique de la 4G. Je vais donc tenter par ce petit sujet de vulgariser certains aspects de la norme (Release 8 ) LTE et de son interface Air, avec des exemples concernant principalement le downlink en mode FDD.
La tâche n'est pas simple car il est très souvent difficile de trouver le bon curseur entre pas assez et trop de détails techniques, surtout lorsque l'on ignore le niveau de connaissance technique de ses lecteurs.
En même temps, ce sujet n'a pas pour but de faire un cours didactique sur le LTE, mais plutôt d'ouvrir certaines portes et de vous laisser ensuite approfondir vous même certains aspects. Internet est vaste et Google est un merveilleux outils. Et je me ferai un plaisir de répondre à vos interrogations dans la limite de mes connaissances dans ce sujet.
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Commençons par l'apéro et les principes de base radio.
L'OFDM, base du LTE et de son interface Air
Le principe de l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) consiste à répartir sur un grand nombre de sous-porteuses le signal numérique que l'on veut transmettre.
Pour que les fréquences des sous-porteuses soient les plus proches possibles et ainsi transmettre le maximum d'information sur une portion de fréquence donnée, l'OFDM utilise des sous-porteuses orthogonales entre elles. Les signaux des différentes sous-porteuses se chevauchent mais grâce à l'orthogonalité n'interfèrent pas entre elles.
Cette technique éprouvée maintenant a été précédemment utilisée sur des lignes fixes en ADSL ou au niveau des modem câble, ainsi qu'en radio pour les transmissions satellites.
Ce schéma montre une représentation temps/fréquence de l'OFDM.
- en fréquence, la représentation des sous porteuses orthogonales entre elles
- en temps, le symbole OFDM encodé sur x micro secondes et un intervalle de garde ou rien n'est émis pour éviter les interférences inter-symboles.
(http://wireless.agilent.com/wireless/helpfiles/89600B/WebHelp/Subsystems/wlan-ofdm/Content/resources/image/ofdm%20freq-time%20representation.png)
En LTE, 2 variantes sont utilisées, l'OFDMA en downlink et le SC-FDMA en uplink (adopté principalement parce que cela permet d'être moins gourmand en puissance d'émission au niveau du mobile)
En LTE, les symboles OFDM peuvent être encodés en utilisant 4 modulations différentes, suivant le niveau de protection que l'on veut apporter aux informations à transmettre.
- BPSK, qui permet d'encoder 1 bit. Elle est utilisée que pour encoder des informations de contrôles.
- QPSK, qui permet d'encoder 2 bits.
- 16QAM, qui permet d'encoder 4 bits.
- 64QAM, qui permet d'encoder 6 bits.
Pour plus de détails, quelques liens:
Document Agilent (en Anglais) sur l'OFDM (http://wireless.agilent.com/wireless/helpfiles/89600B/WebHelp/Subsystems/wlan-ofdm/Content/ofdm_basicprinciplesoverview.htm)
Wiki OFDMA (https://fr.wikipedia.org/wiki/OFDMA)
Wiki SF-FDMA (https://fr.wikipedia.org/wiki/SC-FDMA)
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Quelques amuse-bouches pour vous parler des couches protocolaires de niveau 1/2/3 du LTE
En telecom, le modèle OSI (https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod) a tenté de définir un standard de développement par couche/niveau/protocole. Même si ce modèle n'a pas vraiment réussi à s'imposer réellement, les concepts développés sont utilisés de manière assez universelle au niveau des 3 premières couches (couche physique, couche de liaison de données et couche réseau).
En LTE, La couche physique (niveau 1) sert à recevoir/transmettre via la radio toutes les informations provenant de la couche MAC (niveau 2) en mappant les canaux de transport aux canaux physiques de l'interface air.
La couche MAC (Medium Access Control, niveau 2) sert à recevoir/transmettre toutes les informations provenant de la couche RLC (Radio Link Control, niveau 2) en mappant les canaux logiques aux canaux de transports.
La couche RRC (Radio Resource Control, niveau 3) reçoit/transmet les messages de contrôle pour gérer les appels au niveau du réseau d'accès.
La couche NAS (Non Access Stratum, niveau 3) reçoit/transmet les messages de contrôle sur lequel le réseau d'accès n'a aucune action mais sont échangés par son biais entre le mobile et le cœur de réseau.
(http://www.tutorialspoint.com/images/lte_protocol_layers.jpg)
Mais qu'est ce qu'un canal ?
Un canal est avant tout un concept. Celui-ci permet d'identifier les types de données transportées sur l'interface radio, en fait des points d'accès aux services proposés par une couche N. Ils permettent à la couche N+1 de délivrer à cette couche N des données qui devront être traitées. Dans ce qui suit, trois classes de canaux sont à distingués : les canaux logiques, les canaux de transport et les canaux physiques.
Image & un peu plus de détails là http://www.tutorialspoint.com/lte/lte_protocol_stack_layers.htm (http://www.tutorialspoint.com/lte/lte_protocol_stack_layers.htm)
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Les canaux logiques
Un canal logique est caractérisé par le type d'information qu'il transporte, et non pas par comment ces données vont être véhiculées.
Il existe 2 types de canaux logiques qui permettent de scinder véhiculer les informations de 2 grands types distincts, les informations dit du plan de contrôle et les informations dit du plan usage.
Les informations du plan de contrôle sont toutes les informations échangées par réseau d'accès (interne, vers le mobile ou vers le coeur de réseau) permettant son fonctionnement propre (authentifier un mobile, établir un appel etc...) . Les informations du plan usager sont toutes les informations échangées par l'usager via le réseau d'accès.
Les canaux logiques fournis par la couche MAC sont :
- BCCH (Broadcast Control CHannel) : c'est un canal logique de contrôle qui permet de diffuser les informations de base d'une cellule permettant l'accès, comme son identifiant, la largeur de bande à utiliser, la liste des cellules voisines LTE 3G ou GSM etc...
- PCCH (Paging Control CHannel) : c'est un canal logique de contrôle qui permet de diffuser des notifications d'appel. Lorsque que quelqu'un cherche à joindre un mobile, un message de paging par le coeur de réseau vers le réseau d'accès. Toutes les cellules de la zone à laquelle le mobile est supposé appartenir vont alors diffuser l'information qu'on cherche à le joindre. Ce type d'information transite donc par ce canal logique.
- CCCH (Common Control CHannel) : c'est un canal logique de contrôle qui permet de véhiculer toute la signalisation d'appel quand un canal dédié au mobile n'existe pas. Toute la messagerie du début d'un scénario d'appel passe par ce canal.
- DCCH (Dedicated Control CHannel) : c'est un canal logique de contrôle qui permet de véhiculer toute la signalisation d'appel quand un canal dédié au mobile existe. Par exemple, le reconfiguration d'une connection ou un handover se font en utilisant ce canal.
- DTCH (Dedicated Traffic CHannel) : c'est un canal logique du plan usager qui permet de véhiculer toutes les informations usager. Par exemple, si vous être en train de regarder une vidéo, c'est par ce canal que les informations vont transiter.
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Les canaux de transport
Un canal de transport se distingue d'un autre par la manière dont les données vont être transportés sur la couche physique.
- BCH (Broadcast CHannel) : Le BCH porte exclusivement le BCCH et sert donc à la diffusion du Master Information Block (MIB). Ce message broadcasté contient toutes les informations nécessaires pour que le mobile puisse reconnaitre le réseau d'accès et s'attacher sur la cellule.
- DL-SCH (DownLink Shared CHannel) : Pour la transmission de données dédiées (contrôle ou usager) ou d'informations cellules non basiques (comme la liste des cellules voisines) en downlink. Ce canal va donc porter des canaux logiques DCCH, DTCH, CCCH ou BCCH.
- PCH (Paging CHannel) : pour diffuser les informations de paging sur la cellule et donc porte le canal logique PCCH.
- RACH (Random Access CHannel) : Ce canal sert uniquement à gérer l'accès initial du mobile ou lors d'un handover sur une cellule.
- UL-SCH (UpLink Shared CHannel) : Pour la transmission de données dédiées (contrôle ou usager) en uplink. Ce canal va donc porter des canaux logiques DCCH, DTCH, ou CCCH.
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Après cette présentation rapide des canaux logiques et de transport, passons maintenant plus en détails au plat principal !
Les canaux physiques
Qu'est ce qu'un canal physique ? C'est un canal de la couche physique qui fournit le moyen de transmettre par radio les données issues de la couche transport. Un canal physique va donc correspondre à un sous ensemble constitué d'éléments de la ressource radio disponible. Généralement, on lui associe certaines caractéristiques radios particulières.
Les canaux physiques downlink
- PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) : sert à la transmission des canaux de transport DL-SCH & PCH
- PBCH (Physical Broadcast Channel) : sert à la transmission des canaux de transport BCH
- PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel) : indique le nombre de symboles OFDM utilisés pour la transmission du PDCCH dans une sous-trame
- PDCCH (Physical Downlink Control Channel) :sert à la transmission d'information de contrôle, schéma de modulation, codage, allocation des ressources pour le DL-SCH et le PCH en downlink, allocation de ressources HARQ pour le UL-SCH en uplink, etc...
- PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) : sert à la transmission des acquittements HARQ
- MBSFN (Multicast/Braodcast for a Single Frequency Network) : canal de broadcast pour du traffic usager, mais pas encore utilisé commercialement en Release 8 (le sera sur la release 10 normalement).
Les canaux physiques uplink
- PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) : sert à la transmission du canal de transport UL-SCH
- PUCCH (Physical Uplink Control Channel) : sert à la transmission des acquittements HARQ et à l'allocation de ressources
- PRACH (Physical Radom Access Channel) : sert à la transmission du RACH
Au niveau de la couche physique, il existe également des signaux physiques servant principalement à la synchronisation entre le eNodeB et le mobile, ainsi qu'aux mesures permettant de caractériser la qualité du lien radio.
Les signaux physiques uplink
- DMRS (Demodulation Reference Signal) : pour déterminer la qualité du canal uplink d'un mobile mais que sur les régions de fréquence associée à son PUSCH et PUCCH.
- SRS (Sounding Reference Signal) : pour déterminer la qualité du canal uplink du mobile en particulier sur les régions de fréquence dont le mobile ne se sert pas et maintenir la synchronisation eNodeB/Mobile.
Les signaux physiques downlink
- CRS (Cell-specific Reference Signal) : mesures de mobilité, qualité du lien radio, détection des paramètres MIMO etc...
- DRS (Dedicated Reference Signal) : spécifique à un mobile particulier et à la démodulation cohérente de celui-ci.
- PSS (Primary Synchronization Signal) & SSS (Secondary Synchronization Signal) : sert à la synchronisation initiale du mobile, la détection et l'identification de la cellule.
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La représentation des canaux physiques par une grille temps/fréquence
L'homme aimant bien les images synthétiques pour comprendre ce qu'il manipule, en LTE, la réprésentation la plus simple est de représenter la trame radio par une grille temps/fréquence.
En abscisse, nous avons donc :
- une trame radio complète qui dure 10 ms.
- cette trame est découpé en 10 sous-trames d'une ms chacune
- chaque sous trame est scindée en 2 slots de 0,5 ms chacun.
- chaque slot contiendra 6 ou 7 symboles OFDM (dépend du choix du mode de cyclic prefix).
- La partie codante d'un symbole OFDM dure 66,7 µs, par contre le "cyclic prefix" peut être plus ou moins long.
Nota: je ne m'étendrai pas sur ce qu'est le cyclic prefix, il faut juste retenir que cette technique va permettre de réduire les interférences inter-symboles OFDM.
En fait, plus exactement, en LTE, l'unité de base du temps est de Ts = 1 / 30720000 s. Tous les objets d'une trame radio peuvent s'exprimer par des multiples entiers de celle-ci.
La trame radio = 10 ms = 307200 Ts
La sous trame radio = 1 ms = 30720 Ts
Le slot = 0,5 ms = 15360 Ts
La partie codante du symbole OFDM = 2048 Ts
Si le cyclic prefix est standard, alors pour le premier symbole, il durera 160 Ts, et 144 pour les 6 suivants. Faisons les comptes : (2048*7) + 160 + (144*6) = 14336 + 160 + 864 = 15360 Ts
Si le cyclic prefix est étendu, alors il durera 512 Ts. Faisons à nouveau les comptes, (2048*6) + (512*6) = 15360 Ts
Dans les 2 cas, on retrouve bien la durée totale d'un slot.
En ordonnée, la bande de fréquence totale est découpée
- en n PRBs (Physical Resource Block)
- chaque PRBs est découpé en 12 sous-porteuses de 15 Khz chacune et dure un slot.
L'élèment de base de la grille temps/fréquence est un RE (resource element). A chaque RE correspond donc un symbole OFDM, lequel sera encodé en utilisant la sous-porteuse correspondante. Un PRB est donc composé de 12x7 ou 12x6 REs.
Le PRB est la plus petite unité fréquentielle que l'on peut allouer à un mobile, et l'allocation se faisant toujours par paire, cette allocation se fait sur 2 slots consécutifs. Cette plus petite unité allouable à un mobile correspond donc à
- (6x12) (symboles OFDM) * 2 (2 slots) * 2 (QPSK) = 288 bits - cas le plus défavorable
ou
- (7x12) (symboles OFDM) * 2 (2 slots) * 6 (64QAM) = 1008 bits - cas le plus favorable
Les largeurs de bandes utilisées en LTE sont variables, mais ont toutes été choisies afin de correspondre à des largeurs de bande de systèmes mobiles (GSM, CDMA, IS-95, UMTS...) utilisés à travers le monde. Ce n'est pas innocent et à pour but de faciliter les opérations dites de refarming, ou autrement dit de réutilisation de bande de fréquence existante pour la 4G. L'exemple le plus connu en France est celui de Bouygues Telecom qui réutilise 10 ou 15 Mhz maintenant de son patrimoine GSM en 1800 Mhz pour la 4G.
Les largeurs de bande possibles et leur équivalent en nombre de PRBs sont :
- 1,4 Mhz -- 8 PRBs
- 3 MHz -- 15 PRBs
- 5 Mhz -- 25 PRBs
- 10 Mhz -- 50 PRBs
- 15 Mhz -- 75 PRBs
- 20 Mhz -- 100 PRBs
Ci-dessous, un exemple de grille temps/fréquence (partie haute de la bande de 5 Mhz choisie)
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Maintenant, un petit exercice pratique afin de calculer le débit maximum que peut supporter cette trame.
- en prenant la modulation 64QAM, chaque symboles OFDM peut coder 6 bits.
- en prenant un cyclic prefix standard, 7 symboles OFDM sont possibles par slot
- en prenant une largeur de bande de 100 PRBs (20 MHz)
On obtient donc :
100 (PRBs) * 2 (Slots) * (7*12) (Symboles OFDM) * 6 (64QAM) = 100800 bits en 1 ms.
Et là vous me dites : "mais alors comment se fait il que l'on nous vend des mobiles qui font du 150 mbit/s ?"
La réponse est simple, le LTE utilise une technique de transmission utilisant plusieurs antennes dite MIMO nxm (n antennes en tansmission/ m antennes en réception) lorsque les conditions radios le permettent. Cela permet d'envoyer x bits sur une antenne, y bits sur une autre antenne et z bits sur une autre.
Actuellement, la version logicielle (et hardware dans une certaine mesure) déployée commercialement est en MIMO 2x2.
La réponse exacte est donc = 100800 * 2 (antennes) * 1000 (ms) = 201,6 mbit/s.
Nous verrons malheureusement un peu plus loin que ce débit max est toutefois assez fortement réduit pour diverses raisons, mais toutes très bonnes et nécessaires au fonctionnement du système. ;D
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La zone de fréquence centrale est intéressante à voir puisque c'est là que se concentre certains des canaux physiques.
Le PSS et SSS sont parfaitement identifiables sur le slot 0 de la sous-trame #0 & #5 (respectivement les REs jaunes et verts, symboles #5 & #6), ainsi que le PBCH (bleu clair sur le slot #1 de la sous-trame #0, symboles #0, #1, #2 et #3). Le PBCH est transmis toutes les 10 ms (ou 20 ms ? ou configurable ?)
Les acquittements HARQ se faisant toutes les ms, on retrouve le PHICH sur chacune des sous-trames (les REs cyan).
La trame radio pouvant changer de format toutes les ms, le canal PCFICH (les REs bleues foncés) est lui aussi présent toutes les ms, mais occupe très peu de REs. Par contre cette information est fortement protégées et redondantes. Le mobile ne doit pas rater cette information, sinon plus rien n'est décodable.
Le canal PDCCH (REs marrons) est aussi présent à chaque sous-trame, et sera le canal physique de signalisation qui occupera le plus de REs puisque quasiment toutes les informations de contrôle L1/L2 sont transmises via ce canal aux mobiles.
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Ces copies d'écran ont été réalisées grâce à un site permettant de générer ce type de grille en fonction des divers paramètres qui vont affecter la configuration de la trame radio. Amusez vous à modifier les paramètres et constatez les conséquences de ces choix sur la structure de la trame radio.
LTE Resource Grid Calculator (http://pewscorner.github.io/pages/LTE/lte_resource_grid.html)
Duplexing mode : La 4G existe sous 2 grandes formes. Le mode FDD (Frequency Division Duplex) qui utilise 2 voies radio distinctes pour les échanges downlink et uplink. Le mode TDD (Time Division Duplex), lui utilise une seule voie radio et sont alternativement transmis en temps les données downlink et uplink.
MBSFN subframe : La sous-trame radio dédiée au canal physque MBSFN.
Channel bandwidth : La largeur de bande utilisée, ce qui va déterminer le nombre de PRBs de la trama radio.
Cyclic prefix : Le mode standard ou étendu, cela va déterminer si un slot comporte 6 ou 7 symboles OFDM.
Tx antenna port / number of ports : va déterminer pour quelle antenne la représentation s'applique et le nombre d'antennes utilisées pour le mode MIMO.
Physical layer cell ID (0-503) : L'identifiant physique de la cellule. De celui-ci découle, le schéma de répétition des signaux physiques
Control format indicator (CFI) : détermine le format de la trame radio, en fait le nombre de symboles OFDM qui vont être alloué au PDCCH.
PHICH Ng factor : Le multiplexage de canaux PHICH de différents UE forment des groupes de PHICH. Ce facteur va permettre de déterminer combien de PHICH groupe vont être utiliser pour une largeur de bande donnée.
PHICH duration : Cela permet de définir le nombre de symboles OFDM utilisés pour le canal PHICH. 2 modes sont possibles, standard (le premier symbole de OFDM est utilisé) ou étendu (les 3 premiers symboles OFDM sont utilisés .. avec quelques exceptions).
Les REs utilisables de manière partagées par les mobiles en 4G sont toujours représentés en blanc. Tous les autres sont inutilisés (pour éviter des interférences avec les cellules voisines), utilisés pour les signaux physiques (permettant au mobile de mesurer la qualité de son lien radio, de se synchroniser...), ou utilisés pour les canaux de signalisation nécessaire au fonctionnement du réseau d'accès.
En fait, sur les 201,6 mbit/s de la couche physique, environ 20% ne sont pas utilisables pour le traffic utilisateur.
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Le même auteur propose un petit calculateur, mais cette fois-ci permettant de calculer facilement le débit max "utilisateur" en fonction des paramètres de la trame.
LTE PDSCH Allocation Calculator (http://pewscorner.github.io/pages/LTE/pdsch_calc.html)
Il va permettre de comprendre facilement les impacts d'un des paramètres importants de la trame radio, le CFI. Le CFI va permettre de réserver plus ou moins de ressources radios pour un canal physique vital au fonctionnement du système, le PDCCH. CFI = 1, est en fait un format de trame que j'aime à qualifier de "marketing". C'est avec ce choix que la trame radio permettra d'atteindre le plus de débits. Par contre, les ressources du PDCCH sont trop faibles pour gérer plus d'un mobile actif à la fois...
La trame radio côté eNodeB permet donc dans ce cas un débit max utilisateur de 167,904 mbit/s
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Regardons maintenant ce que cela donne si le CFI vaut 3 puisque ce sera le cas le plus couramment rencontré sur tous nos réseaux 4G, le nombre de clients ne cessant d'augmenter mois après mois.
La trame radio côté eNodeB ne permet plus alors qu'un débit max utilisateur de 139,104 mbit/s
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Nous venons de voir qu'au niveau physique, le débit max "utilisateur" atteignable était de 167,904 mbit/s.
Mais il existe d'autres contraintes, cette fois-ci, côté mobile. Les mobiles sont classifiés en catégorie suivant leur débit max DL & UL, le support de tel ou tel type de mimo etc...
Les plus répandus en France sont de catégorie 3 (100/50) et catégorie 4 (150/50).
Intéressons nous donc maintenant au mobile catégorie 4 au prisme de la norme.
Chapitre 4.1 Rel 10, dernière version
http://www.3gpp.org/DynaReport/36306.htm (http://www.3gpp.org/DynaReport/36306.htm)
Le nombre maximal de bits qu'un mobile catégorie 4 est capable de recevoir en 1 ms au niveau de la couche transport est de 150752 bits. La taille du transport block max au niveau mobile détermine la taille max que peut s'échanger la couche physique et la couche transport en 1 ms en utilisant un mobile catégorie 4, ce qui donne un débit max de 150,752 mbit/s.
En d'autres termes, on s'aperçoit donc qu'un mobile cat4 n'est pas capable d'utiliser toutes les ressources de la couche physique allouable par l'eNodeB dans le cas où le CFI vaut 1, par contre cela devient vrai si le CFI vaut 3 (mais dans ce cas, c'est le eNodeB qui devient limitant).
Une petite polémique a eu lieu à une époque sur certains speedtests qui fleurissaient sur les réseaux sociaux. En effet, plusieurs copies d'écran montraient des débits très proche de 150 mbit/s (148 mbit/s, si mon souvenir est bon) et c'était presque devenu un sport national de produire le speedtest le plus valorisant.
Malheureusement, ces outils, que ce soient speedtest, sensorly, 4GMark ou degrouptest pour ne citer que les plus utilisés, donnent le débit "utilisateur" au delà de la couche3, et pas celui de la couche physique. Ces applications mesurent le débit moyen de données utiles transférées entre un serveur et un mobile et ce débit ne comprend donc pas les bits utilisés au niveau de la couche 1/2 et 3.
Au niveau mobile, nous allons avoir en plus de l'overhead IP introduit par TCP/IP, la couche RLC/MAC et la couche PDCP. La couche PDCP permet la compression des entêtes IP (RoHC), mais si je me souviens bien, ce n'est actif que pour les petits paquets (là où le gain est spectaculaire), et rlc/mac + pdcp, c'est "négligeable" par rapport à l'overhead IP.
L'overhead IP théorique doit être facile à calculer sur une MTU de 1500. Mais comme je n'ai pas les chiffres en tête des headers IPv4, du CRC etc... je me suis contenté de retrouver des tests de vivien sur les premières offres 100 mbit/s de Free
https://lafibre.info/1gb-free/premiers-tests-de-debit-de-loffre-free-ftth-sur-paris/ (https://lafibre.info/1gb-free/premiers-tests-de-debit-de-loffre-free-ftth-sur-paris/)
94 mbit/s stable pour 100 mbit/s de la couche physique ----> 6% ;D
Il suffit donc de retirer environ 6% aux débits physiques max pour obtenir le débit utilisateur normalement mesurable par ce type d'application.
Dans le cas où le CFI vaut :
- 1 = le débit max est d'environ 142 mbit/s (150, 752 * 0,94 = 141,70)
- 3 = le débit max est d'environ 131 mbit/s (139,104 mbit/s * 0,94 = 130, 75)
Ensuite, bien sur, interviendra la stabilité et la qualité du lien radio, la charge de la cellule, etc... toutes choses qui feront que ces débits seront de toute façon rarement atteints.
Voilà, pour l'instant, je vais en rester là sur cette présentation de la couche physique, et j'essaierai de pondre plus ou moins régulièrement des petits sujets de ce genre pour animer un peu l'aspect technique des réseaux mobiles.
En attendant, si vous avez des questions, n'hésitez pas.
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Je n'ai pas encore fini, j'attends de digérer au fur et à mesure, mais un grand merci déjà :)
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Wouhaa merci !!
Si je comprend bien par orthogonal en faite c'est de la quadrature de phase. Orthogonal désignant pi/2 dans le cercle trigo et donc pour désigner la phase du signal !!
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Possible que tu confondes 2 notions. La quadrature de phase utilisée lors de la modulation de chaque sous porteuse pour coder l'information à transmettre et l'orthogonalité des sous porteuses (leur produit scalaire est nul 2 à 2 entre elles, donc n'interfère pas 2 à 2 entre elles)
L'utilisation de cette propriété va permettre d'"empiler" plus de sous porteuses dans une largeur de bande donnée qu'avec une technique plus classique de sous porteuse séparée entre elles par une bande de garde.
http://4glte.over-blog.com/article-ofdma-103962236.html
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D'après son schéma dans le blog il décrit bien (d'après ce que je comprend) que de la quadrature de phase...
(http://idata.over-blog.com/4/77/48/56/OFDM.JPG)
Si tu prends la période complète du signal marron, le rouge arrive bien d'un point de vu fréquence décalé de pi/2 et donc d'un quart !!
En optique tu le fait sur une autre propriété qui est la polarisation avec des lames quart d'onde !
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Le dessin issu du blog « 4gLTE » ne représente pas des ondes sinusoïdales (donc rien à voir avec la quadrature de phase), mais uniquement le resserrement de la fréquence de plusieurs sous-porteuses, permis par le codage OFDMA et l’orthogonalité des sous-porteuses (1200 SP séparées de 15 KHz dans le cas d’une bande LTE de 20 MHz).
Avec les technos plus anciennes, il fallait séparer les SP par des « bandes de garde » pour éviter les interférences.
Merci à Eruditus pour ce tutorial intéressant sur la techno LTE. :)
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L'OFDM n'est pas quelque chose de simple à appréhender. Surtout avec des schémas très simplifiés.
Beaucoup de sites parlent d'orthogonalité, de produit scalaire. Que des concepts difficilement compréhensibles, surtout s'ils ne sont pas remis en contexte. Je vais essayer d'expliquer ça avec mes mots.
Le concept est de faire des canaux qui se chevauchent mais ne se brouillent pas. C'est assez magique. En fait, les "porteuses" ne sont pas des sinusoides pures. Si j'ai bien compris, une porteuse ressemble plus à un "signal carré" dans le temps qu'à une sinusoide (je ne suis pas sur de moi à 100%). Chaque porteuse se décompose en fréquence selon un schéma plus complexe que ceux postés plus haut.
(http://www.ecnmag.com/sites/ecnmag.com/files/legacyimages/Figure%201%20-%20OFDM%20Sub-Carriers.png)
On voit que ça va dans le négatif (donc opposition de phase), et c'est ça qui fait tout.
Chaque signal est "orthogonal" à un autre, ça veut dire qu'en regardant un canal, en l'interprétant (démodulation), tu ne seras pas du tout perturbé/brouillé par les voisins, du fait de cet agencement très particulier. Les canaux sont indépendant les uns des autres même s'ils se chevauchent.
Par contre, ça nécessite une synchronisation parfaite des canaux entre eux. Le moindre écart de fréquence fait tout foirer. Donc ça n'est réalisable que depuis un seul et unique èmetteur qui a sa propre horloge. De plus, tout ça n'est possible qu'avec un traitement numérique du signal, avec des transformées de fourrier.
Ca a plusieurs avantages. Le principal étant que la modulation de chaque canal a un "symbol rate" =Baud Rate est beaucoup moins rapide que si on modulait une fréquence unique qui devait transporter le même débit. On divise le problème. Du coup, chaque "symbole" de chaque canal est de période beaucoup plus grande, et donc est beaucoup moins sensible aux échos, réflexions multiples. C'est indispensable pour faire du haut débit en mobilité, et en environnement encombré sans vue directe. De même, les perturbations très centrées en fréquence n'impacteront qu'une ou 2 porteuses adjacentes, et les autres resteront intactes.
Mais ça a aussi des inconvénients. Ca nécessite des amplificateurs radio plus linéaires que si on travaillait avec 1 seule porteuse. Et ces amplis sont plus cher et/ou ont un rendement moins bon (puissance électrique consommée).
Leon.
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Merci beaucoup pour le complèment d'info ;-)
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Merci Leon. En effet je retrouve un peu ce que je pressentais.
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Merci Leon. En effet je retrouve un peu ce que je pressentais.
D'après son schéma dans le blog il décrit bien (d'après ce que je comprend) que de la quadrature de phase...
Si tu prends la période complète du signal marron, le rouge arrive bien d'un point de vu fréquence décalé de pi/2 et donc d'un quart !!
En optique tu le fait sur une autre propriété qui est la polarisation avec des lames quart d'onde !
Salut Optrolight. Par rapport à ton message ci dessus...
Jouer avec les polarisations, ça se fait très bien aussi dans les transmissions radio. La polarisation, c'est très utilisé pour les faisceaux hertziens, et les communications satellite (y compris TV par satellite).
L'OFDM joue bel et bien avec la fréquence et les phases des signaux. Pas sur la polarisation.
L'OFDM est aussi envisagé en transmission optique, avec le même principe. Mais je ne suis pas certain qu'on puisse trouver une électronique assez rapide pour traiter ça sur de l'optique à plusieurs dizaines de Gb/s.
Voici 2 articles qui en parlent.
http://www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/9781441981387-c1.pdf?SGWID=0-0-45-1107046-p174076969
Single Source Optical OFDM Transmitter (https://www.finisar.com/sites/default/files/resources/Single%20Source%20Optical%20OFDM%20Transmitter%20and%20Optical%20FFT%20Receiver%20Demonstrated%20at%20Line%20Rates%20of%205.4%20and%2010.8%20Tbitps.pdf)
Côté réception, ils utilisent des "delay interferometers" ou des "phase shifter" pour démoduler. Je suppose que tu dois connaitre ça.
Si ça arrive un jour chez les équipementiers télécom, ça permettra de "tasser" encore plus de débit dans une fibre.
Leon.
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Oui bien sur que la polarisation est utilisé en radio. Tout est plus facile en radio ;-) !!
Je ne cherchais pas à dire que c'était la même chose mais qu'il y avait une analogie.