L’avènement de la quatrième génération (4G) au Maroc et comparaison avec la 3G

Pour satisfaire une clientèle de plus en plus nombreuse et gourmande en débits, les opérateurs de télécommunications marocains ont notamment investi dans les réseaux très hauts débit 4 G, et cela a payé. Le Maroc dispose aujourd’hui de la meilleure connexion 4G d’Afrique.

En effet, selon la compagnie britannique Opensignal, le très haut débit mobile « 4G » fourni par les 3 opérateurs du Royaume se classe 1^er en Afrique en termes de couverture et 26^e dans le monde en terme de vitesse moyenne de téléchargement estimée à 16 mégabits/seconde (Mbps).

  Lancée en Juin 2015 par Méditel en premier au Maroc,  la 4G (Lte-Advanced) est un réseau offrant des services mobiles de très hauts débits. Un débit atteignant les 100 mégabits/seconde. Un film qui prenait un quart d’heure à être téléchargé en 3G prend maintenant 2 minutes seulement !

 Cet article a pour but de dresser un panorama comparatif entre la 4G et la 3G.

 L’organisme de normalisation 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) a défini des prérequis fonctionnels tels que la latence, la flexibilité spectrale et la mobilité avec les autres technologies 3GPP. La latence est concrètement, le délai ou retard de transmission des données à travers un réseau. Dans la technologie 4G, elle se retrouve réduite à 5ms (contre 70 ms à 200 ms en UMTS) (dans le plan usager (transmission d’un paquet IP au sein du réseau d’accès) et à 100 ms dans le plan de contrôle.

La mobilité, est une fonction clé dans les réseaux mobiles. Dans la 4G, elle est améliorée et permet à un UE (User equipement) de rester fonctionnel même en se déplaçant à des vitesses élevées (de 350km/h à 500 km/h) (contre 150 km/h en UMTS).

 Le Maroc a suivi le modèle Européen, les bandes de fréquences exploitées par la 4G sont : 800 Mhz , 1800 Mhz et 2 .6 Ghz à la différence de la 3G qui exploite les bandes de fréquences 900 Mhz et 2100 Mhz.

 L’architecture du réseau 4G est différente de celle de la 3G.

Explications

Le réseau EPS (Evolved Packet System) est constitué de deux parties : une partie radio « e-UTRAN » et une partie constituée du réseau cœur EPC (Evolved Packet Core) .

La partie radio du réseau, appelée « eUTRAN » ne contient, à la différence de celle de 3G UMTS, qu’un seul élément : les stations de bases « e-NodesB ».

Le rôle principal du RNC était de router les communications entre la NodeB et le réseau cœur. Il se devait de contrôler les transmissions radio des stations de base des cellules dont il était responsable, de gérer la répartition de la ressource radio, ainsi que le chiffrement des données avant l’envoi au terminal. Ces fonctionnalités sont assurées, dorénavant, par notre « SUPER-station de base ».

La partie radio de retrouve alors simplifiée comparée à celles des réseaux UTRAN pour la 3G par l’implémentation de nouvelles stations de bases « e-NodesB » , qui s’occupent des fonctionnalités de contrôle localisées dans les RNC (Radio Network Controller) des réseaux 3G UMTS. Ces relais ont la particularité d’être reliés à la fois au cœur du réseau ainsi qu’à d’autres relais. Cela apporte plus de sécurité au réseau ainsi qu’un meilleur partage des ressources.

Cela nous amène aux interfaces, qui se distinguent également des interfaces dans la 3G .

L’interface S1 consiste en S1-C (S1-Contrôle) entre l’eNodeB et le MME et S1-U (S1-Usager) entre l’eNodeB et le Serving GW.  C’est l’interface qui relie la partie réseau et le réseau cœur.  A la différence de l’UMTS, il existe une interface X2 reliant les  e-nodesB adjacents, minimisant ainsi les pertes de paquets lors d’un handover.

En effet, les deux schémas ci-dessous montrent les différences existantes entre l’architecture du réseau UMTS et celle du réseau LTE.

 Architecture simplifiée du réseau UMTS.

Architecture simplifiée du réseau LTE

  

La quatrième génération marque une nouvelle ère dans la téléphonie mobile. En effet, la 4G est une révolution pour les réseaux hertziens par sa totale compatibilité avec le monde IP.

EPC (Evolved Paquet Core), réseau cœur de la 4G, est un réseau cœur paquet tout IP. A la différence des réseaux  3G où l’on distinguait les domaines de commutation de circuit (CS, Circuit Switched) et de commutation de paquet (PS, Packet Switched) dans le réseau coeur, le nouveau réseau ne possède qu’un domaine paquet appelé EPC. Tous les services devront être offerts sur IP y compris ceux qui étaient auparavant offerts par le domaine circuit tels que la voix, la visiophonie, le SMS, tous les services de téléphonie, etc.

La LTE offre des débits élevés grâce à l’agrégation des différentes porteuses et la disparition de la parole téléphonique type GSM et UMTS ( car c’est un réseau tout IP) pour devenir totalement VoIP. Pour transporter de la parole sur le LTE, un certain nombre de solutions ont été proposées. ( CSFB, SV-LTE , VoLGA ..) mais c’est le protocole « VoLTE » qui a été favorisé par les opérateurs.  Voice Over LTE, fournit de la voix sur LTE en utilisant le réseau IMS (IP Multimedia Subsystem) . Les opérateurs au Maroc n’ont pas encore déployé cette technologie donc les appels sont toujours effectués par le biais du réseau 2G ou 3G.

La technique d’accès multiple pour la 4G est l’OFDM qui signifie Orthogonal Frequency Division Multiplexing différente de la précédente CDMA.

Rappelons que l’UMTS qui exploite le protocole de communication W-CDMA utilisait une technique d’étalement de spectre et permettait aux usagers d’utiliser toute la bande de fréquence simultanément en leur assignant des codes. W-CDMA opère sur une large bande. Les systèmes OFDM, par contre opèrent sur la bande passante disponible en la subdivisant en plusieurs sous-porteuses étroites et transmettent les données en flux parallèles.

L’OFDMA est principalement utilisé dans le sens de transmission downlink (antenne-relais vers terminal). Pour la voie montante uplink, on utilise une dérivée, SC-FDMA (Single Carrier- Frequency Division Multiple Access).

Cette technique permet de lutter contre le phénomène de multi-trajets et est donc particulièrement avantageuse dans une zone de forte intensité.

Finalement, je vous propose un tableau qui met en évidence les principales différences entre les deux générations 3G et 4G.

Standard/ génération	UMTS/3G	LTE/4G
Vitesse maximum bps de liaison descendante	384 k	100M
Vitesse maximum bps de liaison montante	128k	50M
Latence temps de voyage aller-retour approximativement	150 ms	~10 ms
Méthodologie d’accès	CDMA / WCDMA	OFDMA (Downlink) SC-FDMA (Uplink)
Types de données	Commutation de circuit (voix) Commutation de paquets (données)	Commutation de paquets (voix et données)
Bandes de fréquences	900 Mhz   2100 Mhz	800 Mhz 1800 Mhz  2.6 Ghz

Par Melle Basma Bellagnech, élève ingénieur à l’ENSA de Kénitra