Bonjour. Je vais vous présenter cette semaine l'interface radio de LTE, c'est à dire comment est assurée la transmission des informations par radio entre les eNodeB et les UE. Chaque vidéo présentera une couche de cette interface, en partant de la couche physique et en remontant jusqu'aux couches assurant l'interface avec le réseau-cœur. Dans cette première leçon, nous allons voir comment est assurée la transmission au niveau de la couche physique. On cherche à transmettre un message codé en binaire, c'est à dire une suite de uns et de zéros entre une station de base et un mobile, ou inversement. Par ailleurs, on sait que les ondes électromagnétiques peuvent se propager à longue distance. Mais elles sont sujettes à des perturbations de différentes sortes. Par exemple, l'amplitude du signal peut être modifiée, c'est d'autant plus vrai si la distance à couvrir est importante. Le signal peut aussi subir des retards, ou du bruit peut se rajouter. Mais si l'ampleur de cette perturbation reste assez limitée, le récepteur arrivera avec plus ou moins de difficultés à détecter ce signal. La modulation est une technique de transmission qui consiste à se servir d'une porteuse à haute fréquence pour transporter un message. Pour cela, on va modifier la porteuse, on dit aussi la moduler, en fonction des informations contenues dans le message à transmettre. Ainsi, si le signal ne subit pas de dégradations trop importantes, le récepteur pourra reconnaître ces modifications et donc reconstituer le message initial. Il existe différentes techniques de modulation. Les plus fréquentes agissent sur l'amplitude, la fréquence ou la phase du signal, ou même une combinaison de ces paramètres. On va voir tout de suite quelques exemples de modulation utilisés en LTE. En LTE, la modulation la plus simple est la modulation de phase à deux états, ou BPSK. Comme son nom l'indique, et comme on peut le voir sur les deux figures de gauche, elle consiste à agir sur la phase de la porteuse. Pour transmettre un 0, on ne modifie pas la phase, alors que pour transmettre un 1, on modifie la phase d'un facteur Pi, ce qui revient à multiplier le signal par - 1. La figure du milieu est une représentation dans le plan complexe des états que peut prendre le signal modulé. Sur cette représentation, le module représente l'amplitude du signal et l'argument représente la phase de ce signal. La figure de droite, quant à elle, représente le signal modulé qui transporte l'information, 0, 1, 1, 0. On voit que la phase est modifiée, à chaque fois que l'information change et qu'elle reste constante, si l'information ne change pas. Alors, cette représentation est intéressante, mais il faut faire attention, car elle est trompeuse. En effet, pour des raisons de place, on n'a représenté que deux périodes de la porteuse pour un bit. En fait, il y en a bien plus, et il ne faut pas l'oublier. Donc pour vous le prouver, je vais prendre un exemple. Si on considère une transmission avec une porteuse de 1 giga hertz, c'est-à -dire à 10 puissance 9 hertz, et qu'on s'en sert pour transporter un signal à un mégabit, c'est à dire à 10 puissance 6 bits par seconde, eh bien pour transmettre un bit, on aura 1000 cycles de la porteuse. Si on augmente le nombre d'états possibles, on va pouvoir transmettre plus d'informations à la fois. C'est ce que fait la modulation QPSK. QPSK signifiant Quaternary Phase Shift Keying, ou modulation de phase à quatre états en anglais. On voit sur la représentation, dans le plan complexe, qu'on a maintenant quatre états. Comme on a quatre états, on va pouvoir transmet deux bits en une fois. Par exemple 0, 0 pour une phase de Pi sur deux, 0, 1 pour une phase de Pi sur trois, 1, 0 pour une phase de cinq Pi sur deux, ou 1, 1 pour une face de 7 Pi sur 2. Alors, quand je dis transmettre en une fois, ce n'est pas très joli. Et comme c'est une notion importante, on lui a donné un nom. Donc, on appelle Symbole la durée pendant laquelle l'information transmise reste constante. Si vous avez bien suivi, vous avez compris qu'en QPSK, on peut transmettre deux fois plus d'informations et donc deux fois plus vite qu'en BPSK. Mais comme rien n'est gratuit, il y a forcément une contrepartie. En regardant les représentations complexes, on voit qu'en QPSK, les états sont plus proches les uns des autres. Or, le signal subit des perturbations, et donc quand il subit des perturbations, ces états vont s'écarter de leur position d'origine, jusqu'à éventuellement se recouvrir et là , ça va générer des erreurs à la réception. Donc, il est important de bien comprendre et de bien se souvenir que pour utiliser des modulations efficaces, il faut un canal de bonne qualité. On doit donc toujours faire un compromis entre la vitesse de transmission et l'immunité aux erreurs. Justement, en radio, les erreurs de transmission sont assez fréquentes. Pour les compenser, les systèmes modernes, comme LTE, mettent en œuvre des systèmes de correction d'erreurs. Ça se base sur des codages mathématiques qui dépassent largement le cadre de ce cours. Mais pour simplifier, on peut dire qu'on ajoute de l'information redondante pour permettre la reconstruction du message à l'arrivée. Par exemple, si je répète trois fois le même message et qu'une erreur survient lors de la transmission, le récepteur pourra facilement identifier où est l'erreur et la corriger. Ça ne marchera pas à tous les coups, ça dépend de la quantité de redondance introduite, mais c'est quand même très efficace. On appelle taux de codage le rapport du nombre d'informations utiles sur le nombre d'informations transmises. En LTE, il varie entre un sur trois pour une forte correction, à presque un pour une correction presque nulle. On a vu que pour transmettre à un débit élevé, il est nécessaire d'avoir de bonnes conditions de propagation. On a vu aussi qu'en LTE, on peut employer différentes modulations et qu'on peut adapter le taux de codage. La combinaison d'une modulation avec un taux de codage s'appelle un MCS pour Modulation Coding Scheme. Comme les conditions de propagation changent rapidement et indépendamment pour chaque mobile, le système LTE ajuste en permanence le MCS de chacun des UE. Autre point important, LTE utilise une technique de transmission dite multiporteuse, que l'on appelle OFDM. C'est une technique qui est utilisée dans de nombreux systèmes modernes à haut débit comme le Wifi, la TNT ou encore l'ADSL. Ce schéma montre comment on peut se représenter la transmission OFDM. Donc dans une modulation classique, le spectre occupé est centré sur une fréquence porteuse et occupe une largeur de bande qui dépend du débit de la transmission. En OFDM, la transmission OFDM revient à répartir le spectre sur plusieurs sous-porteuses. L'intérêt est double. Tout d'abord, le débit sur chaque sous-porteuse est plus faible. Donc, sans rentrer dans les détails, on peut dire que ça permet de mieux résister aux variations de délais dus aux phénomènes de multitrajet qu'on rencontre souvent dans les environnements urbains. Et d'autre part, chaque sous-porteuse est indépendante. Si une sous-porteuse est perturbée, on peut quand même bénéficier des autres. D'autant que, si peu de porteuses sont affectées, la correction d'erreur à l'arrivée permettra de reconstituer le message de façon correcte. Quels sont les points importants que l'on a vus dans cette leçon ? Eh bien, pour pouvoir employer une modulation efficace, il faut disposer de bonnes conditions de propagation. Dans le cas contraire, on doit se rabattre sur une modulation plus robuste, mais on aura un débit plus faible. LTE adapte donc en permanence les paramètres de modulation pour chaque terminal. Enfin, LTE utilise une technique de modulation qui s'appelle l'OFDM, qui répartit la transmission sur des sous-porteuses indépendantes, fonctionnant à bas débit.
