Voir la source de LTE (réseaux mobiles)

== Caractéristiques principales ==
[[Fichier:EUTRAN arch.op.svg|thumb|upright=1.5| Architecture de l’accès radio ([[eUTRAN]]) d’un réseau LTE.]]

===  Architecture du réseau LTE ===

Les réseaux LTE sont des [[Réseau de téléphonie mobile|réseaux cellulaires]] constitués de milliers de cellules radio qui utilisent les mêmes fréquences hertziennes, y compris dans les cellules radio mitoyennes, grâce aux codages radio [[OFDMA]] (de la base vers le terminal) et [[SC-FDMA]] (du terminal vers la base).
Ceci permet d’affecter à chaque cellule une [[largeur spectrale]] plus importante qu'en 3G, variant de [[#Bande des 2600 MHz|{{unité/2|3|à=20|MHz}}]] et donc d'avoir une bande passante plus importante et plus de débit dans chaque cellule.

Le réseau est constitué de deux parties : une partie radio (''eUTRAN'') et un cœur de réseau « EPC » (''{{lang|en|Evolved Packet Core}}'').

==== La partie radio ''eUTRAN'' ====
{{voir|eUTRAN}} 
La partie radio du réseau, appelée « [[eUTRAN]] », est simplifiée comparée à celles des réseaux 2G ([[GERAN]]) ou 3G ([[Universal Terrestrial Radio Access Network|UTRAN]]), par l’intégration dans les stations de base « [[eNode B]] » des fonctions de contrôle qui étaient auparavant localisées dans les [[Radio Network Controller|RNC]] (''{{lang|en|Radio Network Controller}}'') des réseaux 3G UMTS.

La partie radio d’un réseau LTE (voir dessin) se compose donc des [[eNode B]], d’[[Antenne-relais de téléphonie mobile|antennes]] locales ou distantes, de liaisons en fibres optiques vers les antennes locales ou distantes (liaisons [[Common Public Radio Interface|CPRI]]) et des liaisons IP reliant les eNode B entre eux (liens X2) et avec le cœur de réseau (liens S1) via un réseau de {{lang|en|[[backhaul]]}}.

==== Le cœur de réseau ''EPC'' ====

[[Fichier:Evolved Packet Core.svg|vignette|upright=1.5|Architecture de la partie ''EPC'' d’un réseau 4G LTE.]]
Le cœur de réseau appelé « EPC » (''{{lang|en|Evolved Packet Core}}'') utilise des technologies « {{lang|en|full [[Internet Protocol|IP]]}} », c'est-à-dire basées sur les protocoles [[Internet]] pour la signalisation, le transport de la voix et des données.
Ce cœur de réseau permet l’interconnexion via des [[routeur]]s avec les eNodeB distants, les réseaux des autres opérateurs mobiles, les réseaux de téléphonie fixe et le réseau Internet.

L’EPC d’un opérateur LTE est principalement constitué de passerelles de services, ''[[Serving Gateway]]s'' (SGW) qui transportent le trafic de données (plan utilisateur) et concentrent le trafic de plusieurs eNodeB, de [[Mobility Management Entity|MMEs]] qui gèrent la signalisation (plan de contrôle) et donnent l’accès aux bases de données ([[Home Location Register|HSS / HLR]]) contenant les identifiants et les droits des abonnés. Un (ou plusieurs) [[Packet Data Network Gateway|PGW]] servent de passerelles vers le réseau [[Internet]] ; le PGW a aussi pour rôle d’attribuer les [[adresse IP|adresses IP]] aux terminaux LTE. 

L'''EPC'' permet aussi, via d'autres [[Passerelle (informatique)|passerelles]], l'accès des terminaux au cœur de réseau LTE, en utilisant d'autres types d'accès radio : des [[point d'accès Wi-Fi|points d'accès Wi-Fi]] ou des [[femtocell]]s généralement connectés via des [[Box (Internet)|box]] ADSL ou [[FTTH]].

L’utilisation du protocole IP de bout-en bout dans le cœur de réseau permet, par rapport aux réseaux 3G, des [[temps de latence]] réduits pour l’accès internet et les appels vocaux LTE.

=== Principales différences entre les normes LTE et 3G UMTS ===

Les normes LTE, définies par le consortium 3GPP<ref name="3gppstd">{{en}} [http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36-series.htm normes LTE EUTRA], 3gpp.org, février 2012.</ref> sont dérivées des normes UMTS, mais apportent de nombreuses modifications et améliorations, notamment :

* un débit [[Liaison descendante|descendant]] théorique allant jusqu'à {{nombre|326.4|Mbit/s}} crête ({{nombre|300|Mbit/s}} utiles) en mode [[MIMO (télécommunications)|MIMO 4×4]] ;
* un débit montant théorique allant jusqu'à {{nombre|86.4|Mbit/s}} crête ({{nombre|75|Mbit/s}} utiles) ;
* cinq classes de [[#Caractéristiques des terminaux|terminaux LTE]] ont été définies, elles supportent des débits allant de {{nombre|10|Mbit/s}} ({{nobr|catégorie 1}}), jusqu’au débit maximal descendant prévu par la norme LTE ({{nombre|300|Mbit/s}} pour la {{nobr|catégorie 5}}). Tous les terminaux LTE doivent être compatibles avec les largeurs de [[largeur spectrale|bandes de fréquence]] allant de {{unité/2|1.4|à=20|MHz}} ;
* un débit de données trois à quatre fois plus important que celui de l'[[Universal Mobile Telecommunications System|UMTS]]/[[High Speed Packet Access|HSPA]]<ref name="3gpp" /> ;
* une efficacité spectrale (nombre de bits transmis par seconde par [[hertz]]) trois fois plus élevée que la version de l'UMTS appelée [[High Speed Packet Access|HSPA]] ;
* un temps de latence [[Round-trip delay time|RTT]] (''{{lang|en|Round Trip Time}}'') proche de {{nombre|10|ms}} (contre {{unité/2|70|à=200|ms}} en [[High Speed Packet Access|HSPA]] et UMTS) ;
* l’utilisation du [[OFDMA|codage OFDMA]] pour la liaison descendante et du [[SC-FDMA]] pour la [[liaison montante]] (au lieu du [[W-CDMA]] en UMTS) ;
* des performances et des débits radios améliorés par l’utilisation de la technologie multi-antennes [[MIMO (télécommunications)|MIMO]] du côté équipement terrestre ([[eNodeB]]) et du côté [[User equipment|terminal]] (en réception uniquement) ;
* la possibilité d'utiliser une bande de fréquence allouée à un [[Opérateur de réseau mobile|opérateur]] variant de {{unité|1.4|MHz}} à {{unité|20|MHz}}, permet une plus grande souplesse (par rapport à la [[largeur spectrale]] fixe de {{unité|5|MHz}} de l'UMTS / W-CDMA) ;
* une large gamme de bandes de fréquences hertziennes supportées, y compris celles historiquement attribuées au [[Global System for Mobile Communications|GSM]] et à l’UMTS et de nouvelles bandes spectrales notamment autour de {{unité|800|MHz}} et de {{unité|2.6|GHz}} : {{nombre|39|bandes}} sont normalisées par le 3GPP (dont 27 en LTE [[FDD (télécommunications)|FDD]] et 11 en [[TDD (télécommunications)|TDD]]<ref name="3gp36101">{{en}} {{doc}} [http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.101/36101-b40.zip norme LTE TS 36.101 v11.4.0 : terminaux (UE), {{lang|en|Operating bands : {{nobr|Chapter 5.5}}}}] 3gpp.org, juillet 2013.</ref>). La possibilité d'utiliser des sous-bandes de fréquences non-contiguës ;
* la contrepartie du grand nombre de bandes de fréquences prévues par la norme est la quasi impossibilité pour un terminal de prendre en charge simultanément toutes les fréquences normalisées ; il y a donc des risques importants d'incompatibilité entre terminaux mobiles et réseaux nationaux ;
* la prise en charge de plus de {{nombre|200|terminaux}} actifs simultanément dans chaque cellule ;
* un bon support des terminaux en mouvement rapide. De bonnes performances ont été enregistrées jusqu'à {{unité|350|km/h}}, voire jusqu'à {{unité|500|km/h}}, en fonction des bandes de fréquence utilisées.

Contrairement aux normes 3G [[High Speed Packet Access|HSPA]] et [[HSPA+]], qui utilisent la même couverture radio que l’UMTS, le LTE nécessite des fréquences radio et des [[Antenne-relais de téléphonie mobile|antennes]] qui lui sont propres mais qui peuvent être colocalisées avec celles d’un réseau 2G ou 3G.

=== La voix sur LTE ===
{{voir|VoLTE}}  

Les premiers réseaux et terminaux LTE disponibles en 2012 / 2014 ne pouvaient transmettre que des données sur le réseau radio (comme les protocoles [[General Packet Radio Service|GPRS]] et [[Enhanced Data Rates for GSM Evolution|Edge]] réservés au transfert de données sur les réseaux GSM). Les [[opérateur de réseau mobile|opérateurs mobiles]] qui proposent des accès 4G LTE réutilisent alors leur réseau 2G ou 3G (CDMA ou UMTS) pour prendre en charge les appels vocaux de leurs abonnés via une procédure appelée « CSFB » (''{{lang|en|Circuit Switch Fall-Back}}'') : le terminal mobile « coupe » provisoirement la connexion au réseau radio 4G LTE, le temps de l'appel vocal sur le réseau 3G.

Une nouvelle norme est en cours de déploiement : « [[VoLTE]] » (''{{lang|en|Voice Over LTE}}'')<ref>[http://www.reseaux-telecoms.net/actualites/lire-la-norme-voice-over-lte-attendue-en-2013-aux-etats-unis-23900.html La norme « {{lang|en|Voice Over LTE}} » attendue en 2013 aux États-Unis], reseaux-telecoms.net, mai 2012.</ref> qui supporte nativement la voix, en mode [[voix sur IP]], sur le réseau LTE, à condition d'utiliser des smartphones compatibles. Elle permet des appels plus rapides et apporte aussi une [[Évaluation de la qualité vocale perçue|meilleure qualité vocale]] grâce à l'utilisation de [[codec]]s large bande ''[[G.722.2|AMR-WB]]'' (''Adaptive Multi-Rate Wideband''). Sa mise en œuvre a commencé fin 2014 sur les réseaux des principaux opérateurs mobiles nord-américains<ref>{{en}} [http://www.tekrevue.com/tip/enable-volte-iphone-6/ How to Enable Verizon Voice Over LTE (VoLTE) on the iPhone 6] tekrevue.com, le 21 septembre 2014</ref> et est prévue en France en 2015<ref>[http://www.clubic.com/reseau-mobile/4g/actualite-713739-volte-appels-voix-4g-recapitulatif.html VoLTE : des appels via 4G améliorés, le point chez les 4 opérateurs] clubic.com, le 4 juillet 2014</ref>.

=== Débits théoriques et débits réels ===

Le débit réel de données observé par l’utilisateur d’un réseau LTE peut être très fortement réduit par rapport aux [[débit binaire|débits binaires]] théoriques annoncés et définis par les normes LTE. Les principaux facteurs ayant une influence sur le débit effectif sont les suivants : 

* le nombre d’utilisateurs actifs se partageant la bande passante au sein d’une cellule (surface radiante d'une antenne LTE) ; plus il y a de terminaux en communication, moins chacun a de débit unitaire ;
* la [[largeur spectrale|largeur]] de la bande de fréquence attribuée à l’[[Opérateur mobile|opérateur]] du réseau. Le débit utile global est proportionnel à cette largeur de bande qui peut varier de {{unité|1.4|MHz}} à {{unité|20|MHz}} en LTE et jusqu'à {{unité|100|MHz}} en ''{{lang|en|[[LTE Advanced]]}}'' ;
* les types d’antennes utilisés, côté terminal et côté réseau ([[Antenne-relais de téléphonie mobile|antenne relais]]) : le débit binaire maximal LTE de {{unité|300|Mbit/s}} par [[porteuse]] suppose des antennes MIMO 4×4 (quadruples) aux {{nombre|2|extrémités}} de la liaison radio LTE (cas de figure peu réaliste pour un [[téléphone mobile]] ou un [[smartphone]] à cause de leur petite taille). À noter : le [[LTE Advanced]] permet d'atteindre et même dépasser les {{unité|300|Mbit/s}} avec seulement une antenne double MIMO 2×2, mais en utilisant [[agrégation de porteuses|plusieurs porteuses]] ;
* la distance entre le terminal et la (ou les) antenne(s) relais (le débit est très inférieur en périphérie de cellules radio à cause des interférences avec les cellules adjacentes) et les conditions de réception radio  : interférences, [[Bruit de fond|bruit]], échos liés aux réflexions sur les immeubles… ;
* la position fixe (statique) ou « en mouvement » du terminal de l’abonné ; le débit utile est réduit pour un terminal en mouvement rapide ;
* la capacité en débit et le nombre maximum d'utilisateurs simultanés permis par la station de base ([[eNode B]]) et le débit de la liaison en cuivre, [[faisceau hertzien]] ou [[fibre optique]], reliant cette station au cœur de réseau (réseau de ''{{lang|en|[[backhaul]]}}'').

Le type et la [[#Caractéristiques des terminaux|catégorie du terminal]] influent aussi sur le débit maximum possible ; par exemple un terminal LTE (UE « ''{{lang|en|[[user equipment]]}}'' » en anglais) de {{nobr|catégorie 1}}, ne supporte qu’un débit binaire de {{nombre|10|Mbit/s}} alors qu’un autre de {{nobr|catégorie 4}} supporte {{nombre|150|Mbit/s}} (voir tableau [[#Caractéristiques des terminaux|ci-dessous]]). En contrepartie, plus la catégorie du terminal est élevée, plus le terminal sera complexe (coûteux) et moins son autonomie sera grande (à niveau technologique égal et capacité de batterie égale).

=== Performances recherchées et calendrier prévisionnel ===

Avec le LTE et la 4G, les industriels et les opérateurs proposaient en France en 2013, des débits réels moyens [[liaison descendante|descendants]] mesurés aux alentours de {{nombre|30|Mbit/s}} et des débits [[liaison montante|montants]] moyens compris entre {{unité/2|6|et=8|Mbit/s}}<ref>[http://www.frandroid.com/operateurs-2/136614_4g-lte-attendez-vous-a-un-debit-de-30-mbits-en-moyenne 4G (LTE) : Attendez-vous à un débit de {{nombre|30|Mbit/s}} en moyenne, moyenne faite sur {{nombre|137000|tests}}], Frandroid.com, 12 avril 2013.</ref>, avec de fortes variations qui s’expliquent par les raisons listées au chapitre précédent.
Avec les générations de terminaux ([[#Caractéristiques des terminaux|{{nobr|catégories 4}}, 5 et +]]), les opérateurs permettent depuis 2014 un débit crête atteignant {{nombre|150|Mbit/s}} (terminaux {{nobr|catégorie 4}}) et visent {{nombre|300|Mbit/s}} et plus à moyen terme via le « ''{{lang|en|Carrier aggregation}}'' » ([[agrégation de porteuses]]) proposé dans l'évolution ''{{lang|en|[[LTE Advanced]]}}''. Le débit maximal théorique de la technologie ''{{lang|en|LTE Advanced}}'' est supérieur à {{nombre|1|Gbit/s}}.