LTE- Agrégation de porteuses avancée : définition, avantages et scénarios
La demande insistante de données mobiles, en particulier pour la diffusion vidéo en continu, les jeux en ligne et d’autres applications gourmandes en données, pousse les exploitants de réseaux mobiles à augmenter leur capacité en termes de débit de données. Étant donné que le débit est proportionnel à la bande passante (plus la bande est large, plus le débit de données est rapide), les fournisseurs de réseau doivent proposer des services à large bande passante afin de fournir une bonne expérience utilisateur. Ainsi, comment les fournisseurs de réseau peuvent-ils atteindre ces objectifs avec un spectre fragmenté sur plusieurs bandes dont la largeur varie d’une région à l’autre?
L’une des réponses à ce défi est l’agrégation de porteuses avancée LTE (CA). Elle a été définie pour la première fois dans la version 10 du 3GPP [1]. L’objectif de l’agrégation de porteuses est d’améliorer les performances du réseau et d’assurer une expérience utilisateur de haute qualité en permettant aux exploitants de fournir des débits de données de liaison montante et descendante plus élevés en utilisant leur spectre existant. Pour ce faire, elle combine plusieurs bandes ou porteuses du système LTE avec une bande passante différente (1,5 ; 3 ; 5 ; 10 ; 15 ; 20 MHz) sur le spectre disponible pour prendre en charge des signaux à bande passante plus large, augmentant ainsi le débit global du réseau. Chaque porteuse agrégée est appelée porteuse composante (CC) et la version 10 précise qu’un maximum de cinq CC peut être agrégé [2], d’où une bande passante agrégée maximale de 100 MHz.
Il existe trois scénarios différents d’agrégation de porteuses en fonction de leur configuration : l’agrégation de porteuses contiguës intrabande utilise plusieurs CC adjacents dans une seule bande, tandis que le scénario d’agrégation de porteuses non contiguës intrabande regroupe des porteuses qui ne sont pas adjacentes dans une seule bande. Le troisième scénario, l’interbande non contiguë, pourrait être intéressant pour les exploitants de réseau en raison de la possibilité d’utiliser des bandes de fréquences fragmentées puisqu’il combine plusieurs CC répartis sur plusieurs bandes.
Les trois scénarios CA ci-dessus sont pris en charge par la solution réseau intégrée de Nutaq : le PicoLTE. Vous trouverez plus d’informations sur le PicoLTE ici .
Comme pour les autres équipements disponibles sur le marché, les anciennes versions (1re génération et version 1.1 de la 2e génération) du PicoLTE effectuaient une agrégation de supports logiciels en utilisant uniquement la pile logicielle LTE et en utilisant le FPGA comme une simple passerelle pour transmettre et recevoir les échantillons radio I et Q depuis et vers le CPU. Cette sous-utilisation du FPGA a augmenté la charge CPU et a rapidement surchargé la capacité du bus PCIe, lien entre le FPGA et le PC embarqué.
Dans le cas d’un FDD interbande avec deux porteuses non contiguës de 5 MHz de bande passante espacées de 20 MHz, comme le montre la figure ci-dessous. Dans un sens, le PC aurait reçu et traité les échantillons radio I et Q sur une largeur totale de 30 MHz du FPGA correspondant aux deux porteuses de 5 MHz et l’espacement de 20 MHz.
Dans l’autre sens, le PC aurait généré les données pour les deux porteuses de 5 MHz de largeur et rempli la largeur de 20 MHz d’espacement entre elles avant de les envoyer au FPGA via PCIe. Cela équivaut au débit de 120 MBPS sur le bus PCIe.
Pour le même scénario, avec la nouvelle version du PicoLTE, le PC ne traite que 40 MBPS d’échantillons radio I et Q, correspondant aux deux porteuses de 5 MHz chacune. En effet, une partie des traitements précédemment effectués par le PC sont désormais effectués dans le FPGA. Cela réduit la charge CPU et la quantité de données transférées par le bus PCIe. En d’autres termes, le processeur effectue moins de traitement pour la même bande passante en direct.
Enfin, la nouvelle version intègre très bien le matériel au logiciel. En effet, désormais la pile logicielle LTE ne génère et ne traite que la bande passante d’intérêt véhiculant les informations utiles. Puis au niveau du FPGA, ces bandes sont décalées vers les fréquences désirées avant d’être envoyées aux antennes. De cette façon, aucun espacement n’est pris en compte dans le débit PCIe. Cela permet d’augmenter le nombre de porteuses agrégées. Les deux figures suivantes montrent les résultats des tests de débit sans a) et avec b) agrégation de deux porteuses de 5 MHz réalisé avec Nutaq PicoLTE.
Résultats des tests de vitesse d’une seule porteuse de bande passante de 5 MHz
Résultats des tests de vitesse avec agrégation de porteuses DL de deux CC de 5 MHz de bande passante chacun
On peut noter que le débit de liaison descendante avec CA illustré dans la figure b) est pratiquement le double de celui illustré dans la figure b) sans agrégation de porteuses.
Le prochain blogue présentera un guide étape par étape des fichiers de configuration PicoLTE mettant en œuvre différents scénarios d’agrégation de porteuses.
[1] Sassan Ahmadi, A pratical systems approach to Understanding 3gpp lte release 10 and 11 radio access technologies (Anglais) Relié – 14 novembre 2013[2] Agrégation de porteuses pour LTE v0.1.1 (2014-09) / www.3gpp.org – /ftp/Information/WORK_PLAN/Description_Releases/