rapport_LaTransmissionDeLaVidéoSurLeRéseauLTE

7/27/2019 rapport_LaTransmissionDeLaVidoSurLeRseauLTE

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La Transmission de la Vido sur

le Rseau LTE

Mini-Projet Bibliographique

Encadr par :

M. H. EL GHAZI

Ralis par :Mohamed ABOUZRAR et Redouan EL MOSSAOUI

Institut National des Postes et Tlcommunications (INPTRabat)

Anne universitaire 2012/2013

Ce document est le rapport du mini-projet bibliographique intitul La Transmission de la Vido sur le

Rseau LTE. Il est ralis dans le cadre dinitiation la recherche. Le rapport prsente le contexte

gnral du thme avant dentamer plusieurs travaux dactualit concernant le sujet.


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Table of Contents

Introduction ............................................................................................................................................. 3

Partie I:Contexte et Travaux Relis ......................................................................................................... 4

Chapitre 1 : Le Rseau LTE ................................................................................................................. 5

I. Introduction ............................................................................................................................ 6

II. Architecture gnrale ............................................................................................................. 8

III. Linterface radio ................................................................................................................ 15

Chapitre 2 : Codage de la vido.......................................................................................................... 25

I. Introduction .......................................................................................................................... 26

II. La norme AVC/H.264............................................................................................................ 29

III. Lextension SVC/H.264 ..................................................................................................... 32

Partie II:Etat de lart.............................................................................................................................. 35

I. La VoLTE : un nouveau mcanisme inter-couche optimis de la transmission de la vido pour

le DRX ............................................................................................................................................... 36

II. Amlioration des protocoles daccs radio pour une transmission efficace de la vido ..... 40

III. Un nouveau schma inter-couche pour la transmission de la vido sur le rseau LTE....... 46

IV. Un dsigne inter-couche pour une transmission efficace de la vido sur le rseau LTE en

utilisant SVC ..................................................................................................................................... 47

Bibliographie : ....................................................................................................................................... 48


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Introduction

Rcemment, l'UIT a choisi les technologies haut dbit mobiles MAN-

Advanced (WiMAX-Advanced) et LTE-Advanced comme quatrime gnration

(4G). Depuis que le LTE a t dvelopp partir des rseaux 3G, de nombreux

oprateurs ont choisi LTE comme une option de rseau pr-4G. La qualit

d'Exprience (QoE) similaire aux rseaux haut dbit fixes devrait tre livre au

cours de ces technologies mobiles.

Le streaming vido sur les rseaux mobiles large bande devrait tre l'unedes principales sources de revenus pour les rseaux actuels et futurs. Compar

d'autres services de donnes tels que la navigation Web, le streaming vido sur

des rseaux sans fil est difficile en raison de besoins en bande passante leve et

la sensibilit au retard, do vient limportance de notre sujet.

Dans un premier temps on va prsenter le rseau LTE sur lequel on va

travailler, son architecture gnral et prcisment son interface radio. Et toujours

dans la partie contexte, une prsentation de deux standards du codage vido sont

exposs.

Dans la deuxime partie, on va donner ltat de lart, avec plus au moins des

dtails sur les solutions trouvs par les chercheurs. Il faut signaler ici quon a pas

prsenter tous les solutions quon a trouvs, mais celles qui sont particuliers et

plus connues qui sont prsents ici.

Reste signaler que ce travail est une initiation au travail de recherche, dans

le but dacqurir les qualits et les mthodes dun chercheur.


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Partie I:

Contexte et Travaux Relis


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Chapitre 1 : Le Rseau LTE

Il savre ncessaire de comprendre le rseau LTE pour bien saisir les travauxeffectus et pour bien maitriser le langage du domaine. Nous allons couvrir

larchitecture gnrale du rseau LTE, le rseau cur (EPC) et beaucoup plus sur

linterface radio et la pile protocolaire.


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I. Introduction

Quand UMTS1 a t conu, c'tait une approche audacieuse pour spcifier une interfaceradio avec une bande passante de porteuse de 5 MHz. Division Multiple Access code large

bande (WCDMA), l'interface air choisi ce moment, trs bien perform l'intrieur de cette

limite. Malheureusement, il n'a pas trs bien redimensionn. Si la largeur de bande de la

porteuse est augmente pour atteindre des vitesses de transmission plus leves, le temps

entre deux tapes de transmission doit diminuer. Plus le pas de la transmission est plus court,

plus l'impact d'vanouissement par trajets multiples sur le signal reu est grand.

Lvanouissement par trajets multiples peut tre observ lorsque les ondes radio rebondissent

sur les objets sur la voie de l'metteur au rcepteur, et donc le rcepteur ne voit pas un signal,

mais plusieurs copies arrivent des moments diffrents. Par consquence, les parties du signald'une transmission prcdente qui a rebondi sur les objets, et donc prennent plus de temps

pour arriver au rcepteur, se rendre la superposition avec le signal radio de la transmission

courante qui a t reu par l'intermdiaire d'un trajet direct. Plus le pas de la transmission est

court, plus le chevauchement est plus observ et plus le rcepteur aura des difficults

interprter correctement le signal reu.

Avec LTE2, une interface air compltement diffrente a t spcifi pour surmonter les

effets de trajets multiples. Au lieu de rpartir un signal sur toute la largeur de bande de la

porteuse (par exemple 5 MHz), LTE utilise OFDM3 qui transmet les donnes par plusieurs

transporteurs bande troite de 180 kHz chacune. Au lieu d'une simple transmission rapide, un

flux de donnes est divis en plusieurs sous flux de donnes plus lents qui sont transmises

simultanment. Par consquence, le dbit de donnes ralisable par rapport l'UMTS est

similaire dans la mme bande passante, mais l'effet de trajets multiples est grandement rduit

en raison des pas de transmissions plus longues.

Le deuxime changement important de la technologie LTE par rapport aux systmes

prcdents est l'adoption d'une approche tout-IP. Alors que l'UMTS permet un cur de rseau

paquet commutation de circuits traditionnelle pour les services vocaux, de SMS et d'autres

services hrits de GSM, LTE s'appuie uniquement sur un rseau central bas sur IP. La seuleexception est SMS, qui est transport sur des messages de signalisation. Une architecture

rseau tout-IP simplifie grandement la conception et la mise en uvre de l'interface air LTE, le

rseau radio et le rseau cur. Avec LTE, l'industrie du sans-fil prend le mme chemin que les

1UMTS : Universal Mobile Telecommunications System2LTE : Long Term Evolution3OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing


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rseaux de tlphonie fixe avec DSL, fibre (WDM) et IP large bande sur cble TV, o la

tlphonie vocale est galement passe vers le ct IP. Qualit des mcanismes de Service (QoS 4)

ont t normalises sur toutes les interfaces afin d'assurer que les exigences des appels vocaux

pour un retard et une bande passante constants peuvent encore tre atteintes lorsquon arrive

aux limites. Bien que d'un point de vue architectural, il s'agit d'une avance significative, on ne

sait toujours pas quand et comment les services vocaux sera offert sur LTE car il y a plusieurs

options diffrentes, chacune ayant ses avantages et ses inconvnients. La capacit de la remise

d'un appel en cours au rseau commutation de circuits patrimonial lorsque l'utilisateur quitte

la zone de couverture LTE est l'un des principaux enjeux.

Contrairement la technologie HSPA, la base de rfrence pour appareil LTE a t largie.

En plus de l'appui de la bande passante souple, tous les appareils LTE doivent soutenir la

transmission Entre Multiples Sortie Multiples (MIMO5), ce qui permet la station de base

(eNodeB) de transmettre plusieurs flux de donnes sur le mme support simultanment. Dans

de trs bonnes conditions de signal, les dbits de donnes qui peuvent tre obtenus de cettefaon sont au-del de ceux que l'on peut obtenir avec une transmission flux unique.

LTE, comme spcifi dans 3GPP Release 8, un nouveau dbut et galement une base pour

de nouvelles amliorations. Avec 3GPP Release 10, de nouvelles ides pour pousser plus loin les

limites sont prcises dans le cadre du projet LTE-Advanced pour respecter les exigences dIMT-

Advanced de lUnion internationale des tlcommunications (lUIT) pour les rseaux sans fil 4 G.

4QoS : Quality of Service5MIMO : Multiple Input Multiple Output


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II. Architecture gnrale

L'architecture de rseau LTE gnrale est similaire celle du GSM et UMTS. En principe, le

rseau est spar en une partie de rseau radio et d'une partie de rseau de cur. Cependant,

le nombre des nuds logiques du rseau a t rduit afin de rationaliser l'architecture globale

et de rduire les cots et les temps de latence sur le rseau. La figure ci-dessous donne un

aperu du rseau LTE et de ses composantes et les sections suivantes donnent un aperudtaill des tches des diffrents nuds et comment ils interagissent les uns avec les autres.

Architecture du rseau LTE


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1. Terminal mobile

Dans les spcifications LTE, comme l'UMTS, le terminal mobile est considr comme

l'quipement utilisateur (UE). En 3GPP Release 8, cinq diffrents classes UE ont t dfinis

comme indiqu dans le tableau ci-dessous et tel que dfini dans 3GPP TS 36.306. Contrairement

HSPA o les dispositifs supportent une large gamme des schmas de modulation et de codage

en raison de l'volution continue du standard, UE du LTE supporte la trs rapide

modulation 64-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) dans le sens descendant et la

diversit d'antenne. Dans le sens montant, seul le support de la plus lente, mais plus sre MAQ-

16 est ncessaire pour les classes de terminaux 1 4. Les appareils de classe 5 sont une

exception car ils doivent supporter 64-QAM.

Sauf pour la catgorie 1 du UE, tous les appareils mobiles doivent soutenir la transmission

MIMO. Avec ce systme de transmission de pointe, plusieurs flux de donnes sont transmis sur

la mme frquence porteuse partir de plusieurs antennes de la station de base multiples

antennes sur UE. Si les signaux atteignent le rcepteur via des chemins diffrents, par exemple,

en raison des rflexions, des diffrents angles, partir d'objets dus la sparation spatiale

entre l'metteur et les antennes du rcepteur, le rcepteur peut distinguer les diffrentes

transmissions et recrer les flux de donnes d'origine.

2. E-NodeB et les interfaces S1 et X2

Le dispositif le plus complexe dans le rseau LTE est la station de base, appele eNode-B

dans les documents de spcification. Le nom est driv du nom donn l'origine la station de

base UMTS (Node-B) avec un e se rfrant volu. Le premier e a galement t ajout


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de nombreuses autres abrviations dj utilises dans l'UMTS. Par exemple, alors que le

rseau radio UMTS est appel l'UTRAN6le rseau radio LTE est considr comme le EUTRAN.

eNode-B se compose de trois lments principaux:

les antennes, qui sont les parties les plus visibles d'un rseau de tlphonie mobile;

modules radio qui modulent et dmodulent les signaux mis ou reus sur l'interface radio;

modules numriques qui traitent tous les signaux mis et reus sur l'interface radio et qui

agissent comme une interface avec le rseau central via une connexion backhaul haute vitesse.

De nombreux fournisseurs utilisent une connexion optique entre le module radio et le

module numrique. De cette faon, le module radio peut tre install proximit des antennes,

ce qui rduit la longueur des cbles de cuivre coaxiaux coteux pour les antennes. Ce concept

est aussi appele RRH7, et des conomies importantes peuvent tre ralises, en particulier si

les antennes et le cabinet de station de base ne peuvent pas tre installs proximit les uns

des autres.

Contrairement l'UMTS, o la station de base au dbut tait un peu plus d'un modem

intelligent, stations de base en LTE sont des units autonomes. Ici, il a t dcid d'intgrer plus

de fonctionnalits qui taient prcdemment une partie du contrleur du rseau radio dans la

station de base elle-mme. Par consquent, le eNode-B n'est pas seulement responsable de

l'interface radio, mais aussi de :

la gestion des utilisateurs en gnral et lordonnancement des ressources de l'interface

radio;

veiller la qualit de service comme assurant la latence et les exigences minimales en

matire de bande passante pour les porteurs en temps rel et le dbit maximal pour les

applications d'arrire-plan en fonction du profil des utilisateurs;

l'quilibrage de charge entre les diffrents supports radio simultanes diffrents

utilisateurs;

La gestion de la mobilit;

la gestion de linterfrence, afin de rduire l'impact de ses transmissions sur la liaison

descendante sur les stations de base voisines dans les scnarios de bord de la cellule.

6UTRAN : Universal Mobile Telecommunications System Terrestrial Radio Access Network7RRH : Remote Radio Head


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L'interface entre la station de base et le rseau de curest dsign comme l'interface S1.

Elle est habituellement effectue soit sur cble de cuivre ou sur fibre optique haute vitesse, ou

en variante sur une liaison micro-ondes haute vitesse. Les liaisons hertziennes sont, par

exemple, bas sur Ethernet. Les vitesses de transmission de plusieurs centaines de mgabits parseconde ou mme gigabits par seconde sont ncessaires pour la plupart des eNode-Bs car ils se

composent gnralement de trois ou plusieurs secteurs. En outre, une liaison terrestre unique

pourrait aussi transporter du trafic provenant des installations UMTS et GSM co-localises. Les

besoins en capacit de transmission pour les liaisons de raccordement peuvent donc dpasser

de loin la capacit d'un seul secteur.

Comme consquence de lautonomie, les stations de base LTE communiquent directement

les uns avec les autres via l'interface X2 pour deux raisons: d'abord, les handovers sont

maintenant contrls par les stations de base eux-mmes. Si la cellule cible est connu etaccessible par l'interface X2, les cellules communiquent directement entre eux. Dans le cas

contraire, l'interface S1 et le rseau de cur sont utiliss pour effectuer le handover

intercellulaire.

La deuxime utilisation de linterface X2 est pour la coordination des interfrences. Comme

dans l'UMTS, les stations de base voisines dans LTE utilisent la mme frquence porteuse, et

donc il y aura des zones dans le rseau o les appareils mobiles peuvent recevoir les signaux de

plusieurs stations de base. L'interface X2 peut alors tre utilise par la station de base pour

communiquer avec la station de base voisine et s'entendre sur les mthodes pour attnuer ou

rduire le problme.

3. Entit de gestion de la mobilit (MME8)

Alors que les eNode-Bs grent de manire autonome les utilisateurs et leurs supports radio

une fois qu'ils sont tablis, le contrle global de l'utilisateur est centralis dans le rseau de

base. Cela est ncessaire car il doit y avoir un seul point sur lequel les flux de donnes entre

l'utilisateur et l'Internet. En outre, une base de donnes centralise des utilisateurs est

ncessaire, qui peut tre consult partir de n'importe o dans le mme rseau et galementde rseaux de externes dans le cas o l'utilisateur est itinrant (roaming).

Le nuddu rseau responsable de tous les changes de signalisation entre les stations de

base et le rseau cur et entre les utilisateurs et le rseau cur est l'entit de gestion de

mobilit (MME). Dans les grands rseaux, il y a gnralement beaucoup de MME pour faire face

8MME : Mobility Management Entity


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la quantit de signalisation et pour des raisons de redondance. Comme les MMEs sont pas

impliqus dans les questions d'interface radio, la signalisation qu'ils changent avec le rseau

radio est dsign comme la signalisation Non-access Stratum (NAS).

La MME est responsable des tches suivantes:

Authentification: Quand un abonn est premirement attach au rseau LTE, le eNode-B

communique avec la MME via l'interface S1 et permet d'changer des informations

d'authentification entre l'appareil mobile et le MME. Le MME demande ensuite les informations

d'authentification de HSS9, et authentifie l'abonn. Une fois cela fait, il transmet les cls de

chiffrement la eNode-B ainsi que la poursuite de la signalisation et des changes de donnes

sur l'interface radio peuvent tre chiffrs.

Etablissement des porteuses: La MME lui-mme n'est pas directement impliqu dans

l'change de paquets de donnes des utilisateurs entre le terminal mobile et l'Internet. Au lieu

de cela, elle communique avec les autres composants du rseau de curpour tablir un tunnel

IP entre le eNode-B et la passerelle l'Internet. Cependant, il est responsable de la slection

d'un routeur de passerelle vers l'Internet, s'il y a plus d'une passerelle disponible.

Gestion de la mobilit NAS: Dans le cas d'un terminal mobile en sommeil pour une dure

prolonge de temps, la connexion et les ressources dans linterface radio sont librs. Le

terminal mobile est alors libre de se dplacer entre les diffrentes stations de base dans la

mme zone de suivi (TA10) sans en avertir le rseau pour sauver la capacit de la batterie et la

charge de signalisation dans le rseau. Si de nouveaux paquets de donnes partir d'Internet

arrivent pour cet appareil alors qu'il est dans cet tat, le MME a pour envoyer des messages deradiomessagerie tous eNode-B qui font partie de la TA actuel de l'appareil mobile. Une fois

que le terminal rpond la pagination, le porteur(s) est (sont) rtablie.

Support du handover: Dans le cas o aucune interface X2 est disponible, la MME permet

de transmettre les messages de transfert entre les deux eNodeB impliqus. Le MME est

galement responsable de la modification du tunnel IP de donnes utilisateur aprs un transfert

en cas des diffrents routeurs de rseau curdeviennent responsables.

Interoprabilit avec d'autres rseaux radio: Quand UE atteint la limite de la zone de

couverture LTE, eNode-B peut dcider de remettre UE un rseau GSM ou UMTS ou luiordonner d'effectuer un changement de cellule une cellule approprie. Dans les deux cas, le

MME est l'instance de la gestion gnrale et qui communique avec les composants du rseau

GSM ou UMTS au cours de cette opration.

9HSS : Home Subscriber Server 10TA : Tracking Area


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SMS et support de la voix: Malgr que le LTE est un rseau IP pur, certaines fonctionnalits

sont ncessaires pour appuyer les services traditionnels tels que les appels vocaux et les SMS,

qui taient jusqu'ici partie des rseaux commutation de circuits GSM et UMTS, et ne peut

donc pas tre simplement mapps vers le LTE.

4. Passerelle du service (S-GW)

Le S-GW est responsable de la gestion des tunnels de donnes utilisateur entre le eNodeB

hte du rseau radio et le PDN-GW(Packet Data Network Gateway), qui est le routeur passerelle

vers Internet, et est discut dans la section suivante. Sur le plan du rseau radio, il met fin aux

tunnels GTP S1-UP, et sur le ct rseau cur, il met fin aux tunnels GTP S5 vers la passerelle

vers l'internet. Pour un seul utilisateur, les tunnels S1 et S5 sont indpendants les uns des autres

et peuvent tre modifies selon les besoins. Si, par exemple, un handover intercellulaire est

excut pour un eNode-B sous le contrle du mme MME et S-GW, seul le tunnel S1 doit tre

modifie pour rediriger le flux de donnes de l'utilisateur vers et partir de la nouvelle stationde base. Si la connexion est remise un eNode-B qui est sous le contrle d'une nouvelle MME

et S-GW, le tunnel S5 doit tre modifi aussi.

Dans la norme, le S-GW et la MME sont dfinis indpendamment. Par consquent, les deux

fonctions peuvent, en pratique, tre excutes sur un mme ou diffrents nuddu rseau. Ceci

permet une volution indpendante de la capacit de signalisation et du trafic de donnes

d'utilisateur. Cela a t fait parce que la signalisation supplmentaire augmente principalement

la charge du processeur, tandis que la consommation croissante de donnes d'utilisateurs

ncessite une volution continue de la capacit du routage et une volution du nombre et des

types d'interfaces rseau qui sont utilises.

5. PDN-GW

Le troisime nud de rseau cur est le PDN-GW. Dans la pratique, ce nud est la

passerelle vers l'Internet et les oprateurs lutilisent aussi pour interconnecter les intranets des

grandes entreprises via des tunnels chiffrs, pour offrir aux employs de ces socits un accs

direct leurs rseaux internes privs. Tel que mentionn dans la section prcdente, le PDN-

GW termine l'interface S5. Sur le plan de l'utilisateur, cela signifie que les paquets de donnes

pour un utilisateur sont encapsuls dans un tunnel GTP S5 et envoyes S-GW responsable de

cet utilisateur. Le S-GW transmet ensuite les paquets de donnes sur l'interface S1 leNode-B

en cours de desservir l'utilisateur, partir duquel il est ensuite envoy sur l'interface radio au

terminal mobile de l'utilisateur.


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Le PDN-GW est galement responsable de l'attribution des adresses IP aux priphriques

mobiles. Quand un terminal mobile se connecte au rseau aprs avoir t allum, eNode-B

contact le MME, comme dcrit ci-dessus. Le MME authentifie l'abonn et demande une adresse

IP partir de la PDN-GW pour l'appareil. A cet effet, le protocole de plan de contrle S5 est

utilis. La procdure est similaire la procdure en GPRS et UMTS, o le SGSN demande une

adresse IP partir du GGSN. Une partie du processus est galement la mise en place les S1 et S5

correspondants aux tunnels de donnes de lutilisateur.


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III. Linterface radio

1. Introduction

L'volution majeure dans le LTE par rapport aux systmes sans fil 3GPP prcdents est

l'interface radio compltement rvis. Pour comprendre pourquoi une nouvelle approche a t

adopte, un rapide retour sur la faon dont les donnes ont t transmises dans les systmes de

la gnration prcdente est ncessaire: GSM repose sur des bandes troites de 200 kHz qui

sont rpartis en huit intervalles rpts de temps pour les appels vocaux. Un intervalle de temps

comporte les donnes d'un appel vocal, limitant ainsi le nombre d'appels vocaux simultans sur

une bande d'un maximum de huit. Les stations de base utilisent plusieurs transporteurs pour

augmenter le nombre d'appels simultans. Plus tard, le systme a t amlior avec GPRS pour

commutation de paquets de transmission de donnes. La dcision d'utiliser des largeurs debandes de 200 kHz, cependant, reste le facteur limitant. Avec l'UMTS, cette restriction a t

leve par l'introduction de transporteurs avec une bande passante de 5 MHz.

Au lieu d'utiliser des intervalles de temps ddis, CDMA, o les flux de donnes sont

continus et spares avec des codes diffrents, a t utilis. A la rception, les codes de

transmission sont connus et les diffrents flux peuvent donc tre de nouveau spars. Avec

HSPA, l'approche CDMA a t poursuivie mais une structure dintervalle de temps a t

introduite nouveau pour amliorer l'ordonnancement des donnes de l'utilisateur. Les

intervalles de temps, cependant, ne sont pas optimiss pour les appels vocaux, mais pour

transporter rapidement le trafic de donnes commutation de paquets.

2. OFDMA pour la transmission en liaison descendante

Dans le sens descendant, LTE utilise laccs multiple par

division des frquences orthogonales (OFDMA11). Au lieu

d'envoyer un flux de donnes une vitesse trs leve sur une

seule porteuse comme dans l'UMTS, OFDMA divise le flux de

donnes en de nombreux flux de donnes plus lents qui sont

transports sur de nombreux supports en mme temps.

L'avantage de nombreux flux lents, mais parallles, de donnes

cest que les mesures de transmission peuvent tre

11OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access


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suffisamment longues pour viter les problmes de transmission par trajets multiples sur les

flux de donnes rapide. Le tableau ci--cot montre le nombre de sous-porteuses utilis, selon

la bande passante utilise pour le LTE. Plus la bande passante est disponible pour le

transporteur LTE, plus le nombre de sous-porteuses utilises augmente. titre d'exemple, un

total de 600 sous-porteuses est utilis avec une bande passante globale du signal de 10 MHz. En

d'autres termes, le dbit de donnes global peut tre jusqu' 600 fois plus hauts dbits de

chaque sous-porteuse.

Pour conomiser de la bande passante, les sous-porteuses sont espaces de telle

manire que les lobes latraux de chaque onde sous-porteuse sont exactement zro au centre

de la sous-porteuse voisine. Cette proprit est appele orthogonalit. Pour dcoder les

donnes transmises de cette manire, une fonction mathmatique dnomme transformation

de Fourier rapide inverse (IFFT) est utilis. Pour l'essentiel, l'entre une IFFT est un signal de

domaine de frquence qui est converti en un signal dans le domaine temporel. Comme chaque

sous-porteuse utilise une frquence diffrente, le rcepteur utilise une FFT qui indique quelsignal a t envoy chacune des sous-porteuses un instant spcifique dans le temps.

Etapes principales pour une transmission descendante base de l OFDMA


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LTE utilise les paramtres physiques suivants pour les sous-porteuses:

espacement sous-porteuse: 15 kHz;

la dure de chaque transmission OFDM (dure symbole): 66,667 s;

prfixe cyclique standard: 4.7 s.

Le prfixe cyclique est transmis avant chaque symbole OFDM pour empcher une interfrence

entre symboles due diffrentes longueurs de plusieurs voies de transmission.

3. SC-FDMA pour la transmission en liaison montante

Pour les transmissions de donnes en liaison montante, l'utilisation de lOFDMA n'est pas

idale en raison de son haut rapport pic moyenne de puissance (PAPR 12) lorsque les signaux

provenant de plusieurs sous-porteuses sont combins. Dans la pratique, l'amplificateur dans un

circuit d'metteur de radio doit supporter la puissance maximale requise pour transmettre les

donnes, et cette valeur dfinit la consommation de puissance du dispositif PA quel que soit le

niveau de puissance de transmission de courant ncessaire.

Avec OFDM, la puissance maximale est rarement utilise et la puissance moyenne de

sortie requis pour que le signal atteigne la station de base est beaucoup plus faible. Par

consquent, on peut dire que le PAPR est trs lev. Cependant, le dbit global du dispositif ne

correspond pas la puissance du pic, mais correspond plutt la puissance moyenne, car cela

reflte le dbit moyen. Par consquent, un faible PAPR serait bnfique pour quilibrer les

besoins de puissance de l'metteur avec les dbits de donnes ralisables.

Pour une station de base, un grand PAPR peut tre tolr puisque l'nergie est

abondante. Cependant, pour un appareil mobile cest beaucoup dentrainement de la batterie,

l'metteur doit tre aussi efficace que possible. 3GPP a donc dcid d'utiliser un systme de

transmission diffrent, appel laccs multiple par division dune unique frquence (SC-FDMA13).

SC-FDMA est similaire OFDMA mais contient des tapes supplmentaires de

traitement comme le montre la figure ci-dessous. Dans un premier temps, comme indiqu dans

le coin gauche suprieur de la figure, le signal d'entre est livr. Au lieu de diviser le flux de

12PAPR : Peak to Average Power Ratio13SC-FDMA : Single-Carrier Frequency Division Multiple Access


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donnes et de mettre les flux secondaires rsultant directement sur les sous-porteuses

individuelles, le signal bas sur le temps est converti en un signal base sur la frquence avec

une fonction FFT. Cela permet de rpartir les informations de chaque bit sur toutes les sous-

porteuses qui sera utilises pour la transmission et rduit ainsi les diffrences de puissance

entre les sous-porteuses.

4. Symboles, slots, blocs radio et trames

La transmission de donnes en LTE est organise comme suit: la plus petite unit de

transmission sur chaque sous-porteuse est un unique pas de transmission d'une longueur de

66,667 s. Un pas de transmission est galement considr comme un symbole, et plusieurs bits

peuvent tre transmis par symbole selon le schma de la modulation. Si les conditions radio

sont excellentes, 64-QAM est utilis pour transfrer 6 bits (26 = 64) par symbole. Dans des

conditions de signal moins idales, la modulation 16-QAM ou QPSK (Quadrature Phase Shift

Etapes principales pour la liaison montante base de la SC-FDMA


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Keying) est utilis pour transfrer 4 ou 2 bits par symbole. Un symbole est aussi considr

comme un lment de ressource (RE).

Comme la surcharge gnrale implique dans l'attribution de chaque symbole individuel

un utilisateur ou un certain objectif serait trop grande, les symboles sont regroups dans un

certain nombre dtapes comme le montre la figure ci-dessous. Tout d'abord, sept symbolesconscutifs sur 12 sous-porteuses sont regroups dans un bloc de ressource (RB). Un bloc de

ressource occupe exactement une fente d'une dure de 0,5 ms.

Deux fentes forment une sous-trame d'une dure dune ms. Une sous-trame reprsente le

temps de planification LTE, ce qui signifie qu' chaque milliseconde le eNode-B dcide laquelle

des utilisateurs doivent tre mises et que tel blocs de ressources sont affectes tel utilisateur.

Le nombre de blocs de ressources parallles dans chaque sous-trame dpend de la bande

passante du systme. Si une porteuse de 10 MHz est utilise, 600 sous-porteuses sont

disponibles. Puisque un bloc de ressource utilise 12 sous-porteuses, un total de 50 blocs de

ressources peut tre programm pour un ou plusieurs utilisateurs par sous-trame.

Tableau des ressources LTE


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5. MIMO

En plus des schmas de modulation d'ordre suprieur comme la MAQ-64, qui code 6 bits en

une tape unique de transmission, 3GPP Release 8 prcise et ncessite l'utilisation de

techniques dantennes multiples, aussi appel Multiple Input Multiple Output (MIMO) dans le

sens descendant. Bien que cette fonctionnalit a galement t spcifi pour HSPA dans le

mme temps, mais il n'est pas encore largement utilis pour cette technologie en raison de

problmes de compatibilit et la ncessit de mettre niveau le matriel des stations de base

UMTS dj installs. Cependant, avec LTE, MIMO a t mis en uvre avec les premires

installations du rseau.

L'ide de base derrire les

techniques MIMO est d'envoyer

plusieurs flux de donnes

indpendantes sur le mme canal de

l'interface radio simultanment. En

3GPP Release 8, l'utilisation de deux ou

quatre flux simultans est spcifie.

Dans la pratique, jusqu' deux flux de

donnes sont utilises aujourd'hui.

MIMO est utilis uniquement pour le

canal partag et pour transmettre

seulement les blocs de ressources

attribues aux utilisateurs qui connaissent de trs bonnes conditions de signal. Pour les autres

chanes, seule une opration unique-flux avec une modulation et codage robuste est utilise, et

que le eNode-B doit s'assurer que les flux de donnes transmis sur ces canaux peuvent atteindre

tous les terminals mobiles, indpendamment de leur emplacement et des conditions du signal

actuelles.

Transmettre des flux de donnes simultanes sur le mme canal n'est possible que si les

flux restent largement indpendants les unes des autres sur le chemin de l'metteur vers le

rcepteur. Ceci peut tre ralis que si deux conditions de base sont remplies.

Du ct de l'metteur, deux ou quatre chanes hardwares de transmission

indpendantes sont ncessaires pour crer des flux de donnes simultanes. En outre, chaque

flux de donnes ncessite sa propre antenne. Pour deux flux, deux antennes sont ncessaires.

En pratique, cela se fait au sein d'un botier d'antenne unique en ayant une antenne interne qui


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transmet un signal polaris verticalement, tandis que l'autre antenne est positionne de telle

manire transmettre son signal polarisation horizontale. Il convient de noter ce stade que

les signaux polariss sont dj utiliss aujourd'hui dans d'autres technologies radio comme

l'UMTS pour crer de la diversit, afin damliorer la rception d'un flux de signal unique.

La deuxime condition qui doit tre remplie pour la transmission MIMO est que lessignaux doivent rester aussi indpendants que possible sur le trajet de transmission entre

l'metteur et le rcepteur. Ceci peut tre ralis, par exemple, comme le montre la figure ci-

dessous, si les transmissions simultanes atteignent le dispositif mobile via plusieurs chemins

indpendants. Cela est possible mme dans des environnements o aucune ligne de vue directe

nexiste entre l'metteur et le rcepteur.

6. Pile protocolaire

Sur l'axe vertical, la pile protocolaire est divise en deux parties. Sur le ct gauche de la

figure ci-dessus, les protocoles de contrle sont affichs. La couche suprieure est le protocole

NAS qui est utilis pour la gestion de la mobilit et d'autres objectifs entre le terminal mobile et

la MME. Les messages NAS sont en tunnel via le rseau radio, et le eNode-B les transmet de

manire transparente. Les messages NAS sont toujours encapsuls dans des messages radio de

contrle des ressources (RRC) sur l'interface radio. L'autre objectif des messages RRC est de

grer la connexion de l'interface radio , par exemple, ils sont utiliss pour le handover ou la

signalisation. Par consquence, un message RRC ne doit pas ncessairement inclure un message


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NAS. Ceci est diffrent sur le plan des donnes d'utilisateur qui s'affiche sur la droite de la

figure. Ici, les paquets IP transportent toujours les donnes de l'utilisateur et ne sont envoyes

que si une application veut transfrer des donnes.

La premire couche partage par le transport IP, RRC et messages de signalisation NAS est

la couche PDCP. Elle est responsable de l'encapsulation des paquets IP et les messages designalisation, le chiffrement, la compression d'en-tte et le soutien du handover sans perte. Une

couche ci-dessous est le RLC. Il est responsable de la segmentation et de rassemblage de

paquets de couche suprieure pour les adapter une taille de paquet qui peut tre envoy sur

l'interface radio. En outre, il est charg de dtecter et de retransmettre les paquets perdus

(ARQ). Juste au-dessus de la couche physique on trouve la couche MAC. Elle multiplexe les

donnes partir de diffrents porteuses et assure la qualit de service en demandant la

couche RLC de fournir le nombre et la taille des paquets. En outre, la couche MAC est

responsable de la fonctionnalit de retransmission de paquets HARQ. Et enfin, l'en-tte MAC

fournit des champs pour adresser les terminales mobiles et pour des fonctionnalits telles queles demandes de la bande passante, la gestion de l'alimentation et le contrle du time-advance.

7. Mcanismes de retransmission : HARQ et ARQ

HARQ sur la couche MAC

La HARQ a t implment au niveau de la couche MAC, elle a t introduit en release 5.

Cette technique de correction derreur a t introduite pour diminuer le retard aller-retour qui

est plus important pour ARQ, qui est la premire technique de correction derreur qui a t

utilis en 3G.

HARQ combine entre les mcanismes ractifs ARQ (Automatic Repeat request) et les

mcanismes proactifs FEC (Forward Error Correction). Dans les mcanismes ractifs, l'metteur

ragit la signalisation d'une perte de paquet en retransmettant ce paquet. Cette signalisation

peut tre effectue par l'mission d'acquittements positifs ACK (ACKnowledgement) ou ngatifs

NAK (Negative-AcKnowledgement). En ce qui concerne le fonctionnement des mcanismes

proactifs, l'metteur rajoute des paquets de redondance permettant au rcepteur de rcuprer

des paquets perdus. Ces paquets de redondance sont calculs en utilisant des codes correcteurs

d'erreurs.

Le HARQ peut tre caractris par certains paramtres tels que la synchronisation,

l'adaptabilit ainsi que la manire dont est faite la combinaison.

Quand la relation temporelle entre la transmission originale et la (ou les)

retransmission(s) est fixe, l'opration HARQ est dite alors synchrone . Si, par contre, les


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retransmissions sont programmes n'importe quel moment aprs avoir reu un ACK, on

parlera alors d'opration HARQ asynchrone .

On dit qu'un systme HARQ est adaptatif si on peut raliser des retransmissions en

utilisant un autre type de modulation autre que celui qui a t utilis pour la transmission

originale. Par exemple, si la modulation QPSK est utilise durant la premire transmission d'un

paquet et que celle-ci choue, la 16-QAM peut tre utilise pour la retransmission de ce mme

paquet si les conditions du canal ou des ressources radio (puissance du signal et/ou codes de

canalisation) changent entre la premire transmission et les retransmissions qui se suivent.

Cette technique diminue le temps et la puissance due la diminution du nombre des

retransmissions, mais comme cette technique gaspille la bande passante alors HARQ lutilise

seulement pour les mauvais canaux. Le maximum de retransmission sera dfinit lors de la

configuration du canal.

On distingue deux variantes de l 'HARQ selon que l'on combine ou non les retransmissions :

- HARQ de type I : dans cette variante, appele aussi chasse combinat ou soft combining, Il n'y apas de combinaison des retransmissions. Le Soft combining fait appel la retransmission parl'metteur du mme paquet de donnes codes. Le dcodeur au niveau du rcepteur combineces copies multiples du paquet envoy, pondr par le rapport de signal/bruit SNR (Signal toNoise Ratio) reu

- HARQ de type II : cette technique, connue aussi sous le nom de IR (Inremental Redundancy),contrairement la prcdente qui envoie des rptitions simples de tout le paquet encod,envoie une information redondante additionnelle d'une manire incrmentale si le dcodage

choue la premire tentative.

De plus lHARQ combine le Turbo code de lUMTS avec le protocole Stop-And-Wait .


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ARQ sur la couche RLC

Les Paquets perdus malgr le mcanisme HARQ peuvent tre rcuprs par la fonction de

demande de retransmission automatique (ARQ) sur la couche de protocole plus leve suivante,

la couche de commande de liaison radio (RLC), qui est spcifie dans la norme 3GPP TS 36,322.

Bien quelle est utilis pour la plupart des porteuses, son utilisation est optionnelle et peut nepas tre active. ARQ est divis en deux fonctions principales:

Lorsque le rcepteur dtecte une panne de transmission, il envoie un rapport au ct

mission qui reprend alors la trame RLC disparus. Une approche de fentre glissante est

utilise afin que le transfert des trames ne soit pas interrompu si une trame n'est pas reu.

Ce n'est que si la trame manquante n'est pas reue, lorsque la taille de la fentre est remplie,

la transmission globale est arrte jusqu' ce que la trame de RLC manquante soit reu. Cela

garantit que le tampon RLC sur le ct du rcepteur, qui est soit dans la eNode-B ou dans

l'quipement utilisateur, ne soit pas dpasser.

Pendant le fonctionnement normal, l'metteur demande priodiquement un rapport

sur l'tat ARQ en rglant le bit indicateur de vote dans l'en-tte RLC d'une trame de donnes.

De cette faon, les rapports d'tat inutiles ne doit pas tre envoy pendant qu'il assure

quaucun message d'erreur RLC est manque.


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Chapitre 2 : Codage de la vido

Au cours de ce chapitre on va entamer un sujet important pour ltablissement de

nimporte quelle chane de transmission de la vido. Dans un premier temps, une

prsentation gnrale savre ncessaire pour prparer le lecteur ce qui viendra

par la suite. Aprs, on va tudier un type de codage qui sera utilis pour tablir la

transmission de la vido sur le rseau LTE, il sagit de AVC/ H.264. Mais aussi une

extension de ce dernier, savoir, SVC/H.264.


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I. Introduction

Afin de numriser une vido analogique, il faut diviser chaque image vido selon une

rsolution donne (gnralement 720 x 486) puis associer une valeur numrique chacun

des lments qui forment la couleur de ce pixel (RGB, YUV) en utilisant une table de

conversion des couleurs (en gnral 24 bits par pixel pour 16,7 millions de couleurs possibles

en chaque point). Etant donn quune image vido contient plusieurs milliers de pixels et que

la vido analogique NTSC dfile plus de 30 images par seconde (25 images de 720 576

pixels par seconde en PAL), il est ncessaire dutiliser des puces perfor mantes permettant

une conversion en temps rel.

Si un signal vido de 720 x 486 pixels de rsolution est numris en utilisant la norme

YUV 4:2:2, le fichier rsultant sera de 683.44 Ko par image ou 20.02 Mo/sec. C'est ce qu'onappelle le format non-compress de taux 1:1. Avec un tel dbit, il faudrait 1.2 Go despace

sur une mmoire de masse pour stocker une seule minute de vido, ce qui amne

sinterroger sur les possibilits de rduire la taille des fichiers. De plus, il faut galement faire

face au problme du transfert des donnes digitales.

De manire rduire au maximum le nombre doctets utiliss pour reprsenter une

image et ainsi rduire le dbit binaire ncessaire pour la transmettre, plusieurs solutions ont

t dveloppes.

- Diminution du nombre dimages par seconde (en dessous de 15 18 images/s, lil peroit des saccades)

- Rduction du nombre de points de limage.

- Rduction du nombre dinformations de couleurs codes (2 octets par pixel soit 64000

couleurs voire 1 octet par pixel pour 256 couleurs) : solution acceptable pour le multimdia

mais prohiber pour le montage vido.

Bien que toutes ces mthodes permettent de rduire le dbit des donnes, elles

provoquent une trs forte dgradation des images, ce qui a conduit rechercher un autremoyen pour diminuer la taille des fichiers. La compression (rduction du dbit binaire = bite

rate rduction) des fichiers a alors t dveloppe pour attnuer la perte de qualit. Cette

compression est base sur lobservation selon laquelle une image contient de nombreuses

informations redondantes.

- Redondance spatiale : dans une image, deux points voisins sont souvent similaires ;


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- Redondance temporelle : deux images successives prsentent souvent de nombreuses

similarits.

La compression dtecte les redondances et les limine. Toutefois, il est indispensable

que ce processus nempche pas de reproduire limage originale de faon intacte ou tout du

moins trs proche.

Si lon souhaite conserver un niveau de qualit compatible avec une utilisation

professionnelle, la compression par images spares ne peut pas dpasser un facteur de 4 :1.

Aussi, afin de permettre des taux de compression suprieurs sans pour autant obtenir des

images de pitre qualit, le MPEG qui traite les similitudes qui existent entre plusieurs

images successives a t mis au point.

A lorigine, ce standard prvoyait 4 niveaux :

- MPEG-1 : destin aux applications multimdia (produire des images de qualitquivalente au VHS en descendant un dbit binaire de l'ordre de 1.2 Mbits/seconde (1.5

Mbits/seconde en incluant le son).

- MPEG-2 : extension de MPEG-1 permettant d'obtenir une qualit d'image suprieure

par traitement de squences dimages entrelaces. (Le but tait de produire des images de la

qualit d'un systme vido composite avec un dbit binaire de l'ordre de 4 8

Mbits/seconde ou des images de haute qualit avec un dbit de 10 15 Mbits/seconde.)

- MPEG-3 : destin la tlvision haute dfinition. Cependant, en raison de la

performance de MPEG-2, le MPEG-3 napas t dvelopp.

- MPEG-4 : destin aux communications mobiles, il n'a rien voir avec le monde de la

vido broadcast.

Le MPEG conduit des systmes fortement asymtriques : le processus de compression

est beaucoup plus complexe que le processus de dcompression. De plus, il faut une

puissance de calcul bien suprieure pour la compression que pour la dcompression. Cette

caractristique ne pose nanmoins pas de problmes lorsquil sagit de diffuser des images

car la compression seffectue alors en un endroit unique.

Toutefois, en dpit de ses nombreux avantages, le MPEG nest pas utilis tout au long

des chanes de production vido professionnelles, du fait de la ncessit de compresser et de

dcompresser chaque maillon de la chane.

- Le systme MPEG n'a pas t conu pour faire du montage l'image prs, ce qui est un

des prrequis majeurs pour faire de la postproduction.


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- Des gnrations successives, entrecoupes de traitements (effets), peuvent induire une

perte de qualit qui s'avrera rapidement inacceptable.

- MPEG n'a pas t conu pour permettre des oprations telles que le chroma key .


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II. La norme AVC/H.264

La toute dernire norme de compression vido, H.264 (galement appele MPEG-4

Partie 10/AVC AVC signifiant codage vido avanc en anglais), est appele devenir la

norme vido de choix au cours des prochaines annes. Le H.264 est une norme ouverte et

sous licence compatible avec la plupart des techniques de compression disponibles

aujourdhui. Un encodeur H.264 peut rduire la taille dun fichier vido numrique de plus de

80 % par rapport la norme Motion JPEG et de 50 % par rapport la norme MPEG-4 Partie 2,

sans que la qualit dimage ne soit compromise. Rsultat : un fichier vido ncessite

nettement moins despace de stockage et de bande passante sur le rseau. Ce qui signifie

aussi que vous pouvez bnficier dune qualit vido nettement supr ieure un dbit binaire

donn.

Ayant t labore en commun par des organisations de normalisation des secteurs des

tlcommunications et de linformatique, la norme H.264 est appele tre plus largement

adopte que les normes prcdentes.

Le H.264 a dj t intgr dans de nouveaux gadgets lectroniques tels que les

tlphones mobiles et les lecteurs vido numriques. Son acceptation par les utilisateurs a

t trs rapide. Des prestataires de services tels que les socits de stockage vido en ligne

et de tlcommunications commencent galement adopter le H.264.

Le H.264 devrait acclrer ladoption des camras mgapixel dans la mesure o cettetechnologie de compression trs efficace peut rduire la taille des fichiers encombrants et le

dbit obtenus sans compromettre la qualit dimage.

Principe :

Comme vous savez une vido ni quune squence dimages lies en temps, donc la

compression de la vido se fait en deux niveaux : une compression spatiale et une

temporelle. De plus, dans une priode de temps on aura une squence dimages presque

similaires, donc il faut coder juste une de manire avoir les informations cls au dcodage

(key-frame : plus de dbit) et les autres de telle sorte elles contiennent seulement le delta

(delta-frame : moins de dbit).

AVC/H.264 a dfini trois types de trame dans son codage :


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Image I (Intra-frame) :

Cest une image autonome qui peut tre dcode indpendamment, sans rfrence

dautres images. La premire image dune squence vido est toujours une intra -image. Les

images I sont ncessaires en tant que points de dpart pour de nouveaux tlspectateurs ou

en tant que points de resynchronisation si le train de bits transmis est endommag.

Image P (P-frame) :

Cest une inter-image prdictive qui fait rfrence aux parties des images I et/ou P

antrieures pour le codage de limage. Les images P ncessitent gnralement moins de bits

que les images I, mais elles sont gnralement trs sensibles aux erreurs de transmission en

raison de la dpendance complexe vis--vis des images de rfrence P et I antrieures.

Image B (B-frame):

Cest une inter-image bi-prdictive qui fait rfrence une image antrieure ainsi qu

une image future.

La figure ci-dessous montre les diffrentes relations dans un groupe dimages (GOP:

Group Of Pictures) dune vido. On remarque bien que pour bien dcoder B5, il faut bien

reu I0, P4 et P8. :

Dans une srie dimages, il est possible de rduire le volume des donnes vido par des

mthodes telles que le codage diffrentiel, qui est utilis par la plupart des normes de


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compression vido, y compris H.264. Dans le codage diffrentiel, une image est compare

une image de rfrence (une image I ou P antrieure) et seuls les pixels qui ont chang par

rapport limage de rfrence sont cods. Cela permet de rduire le nombre de valeurs de

pixel codes et envoyes.

Ci-dessous un exemple qui illustre cette opration :

Format motion JPEG

Avec le codage Diffrentiel (AVC)


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III. Lextension SVC/H.264

Avec l'introduction du standard du codage vido H.264/AVC, des amliorations significatives

ont t rcemment dcouvertes dans la capacit de la compression vido. Le Joint Video Team

de l'UIT-T VCEG et l'ISO / IEC MPEG a maintenant galement un standard Scalable Video Coding

(SVC) l'extension volutive de la norme H.264/AVC. SVC permet la transmission et le dcodage

des flux partiels de bits pour fournir des services vido rsolution temporelle ou spatiale

infrieure ou fidlit rduite tout en conservant une qualit de reconstruction qui est lev par

rapport au dbit des flux partiels de bits. Par consquent, SVC offre des fonctionnalits telles

que la dgradation gracieuse dans des environnements de transmission pertes ainsi que le

dbit binaire, le format et l'adaptation de puissance. Ces fonctionnalits offrent des

amliorations des applications de transport et de stockage. SVC a ralis des amliorations

significatives dans l'efficacit du codage avec un degr accru de l'extensibilit supporte par

rapport aux profils extensibles des normes de codage vido prcdentes.

Le dsir du codage extensible de la vido, qui permet ladaptation la vole certaines

exigences des applications telles que l'affichage et les capacits de traitement des quipements

cibles et les diffrentes conditions de transmission, provient de l'volution continue des

dispositifs de rception et l'utilisation croissante des systmes de transmission qui sont

caractriss par une qualit de connexion trs variables. Un environnement de streaming de la

vido typique avec des rcepteurs htrognes est illustr ci-dessous :

Spatial

decimation

Temporal

scalable coding

Temporal

scalable coding

Prediction

Prediction

Base layer

coding

Base layer

coding

SNR scalable

coding

SNR scalable

coding

Multiplex

Structure de la SVC


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Un flux de bits vido estappel extensible lorsque des

parties du flux peuvent tre

enlevs de faon ce que le

sous-flux rsultant forme une

autre trame de bits valide pour

un certain dcodeur cibl, et le

sous-flux reprsente le

contenu de la source avec une

qualit de reconstruction qui

est infrieure celle de trame

de bits originale complte,

mais elle est plus intressante lorsquon considre la quantit de donnes restantes qui est plus

faible. Le flux de bits qui ne rpond pas cette proprit est considre comme des trames de

bits une seule couche. Les modes habituels de l'extensibilit sont lextensibilit temporelle,

spatiale et de qualit.

Lextensibilitspatiale et temporelle dcrive les cas dans lesquels les sous-ensembles du flux

de bits reprsentent le contenu de la source avec une rduction de la taille de l'image

(rsolution spatiale) ou frquence d'images (rsolution temporelle), respectivement. Grce une extensibilit de la qualit, le sous-flux offre la mme rsolution spatio-temporelle du flux

binaire complet, mais avec une fidlit plus faible - o la fidlit est souvent revient au SNR. Les

diffrents types d'extensibilit peuvent galement tre combins, en fonction de la demande et

les exigences du rseau.


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Un flux vido SVC consiste en une couche de base (BL) et de plusieurs couches

d'amlioration (EL). La rception de la couche de base est suffisante pour une vido de qualit

de base et la rception des couches d'amlioration amliore la qualit, la frquence de trame

ou la rsolution spatiale de la vido base sur l'extensibilit utilise. Le concept de lextensibilit

dans SVC est illustr ci-dessus.


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Partie II:

Etat de lart


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I. La VoLTE : un nouveau mcanisme inter-couche

optimis de la transmission de la vido pour le DRX14

Il sagit dun travail expos sur larticle IEEE intitul La VoLTE : novel cross Layer optimized

mechanism of Video transmission over LTE for DRX, Dans ce travail, une nouvelle architecture

est prsente et une mthode pour le mcanisme DRX en cas de streaming vido sur le

transport RTP / UDP en EPS. Les simulations montrent quon peut trouver un compromis entre

l'conomie d'nergie et la qualit de la vido dune part et le dbit de donnes disponibles

dautre part,pour trouver une zone de fonctionnement optimale. Un pourcentage dconomie

d'nergie important de 30-80% a t observ sans compromettre la qualit de service pour les

diffrentes sources vido simules. Ce travail peut tre prolong pour d'autres applications

vido tenant compte des horaires efficiente des ressources multi-utilisateur avec un mcanisme

DRX.

Le mode DRX :

Afin d'amliorer la vie de la batterie d'un UE, le LTE supporte le mcanisme de rception

discontinue (DRX) qui permet l'UE de dsactiver certaines parties de son circuit d'metteur-

rcepteur des intervalles pr-ngocis. DRX dans l'tat de connexion de l'UE conomise

l'nergie de la batterie en particulier lorsque le trafic est caractris par de longues priodes

d'inactivit, comme le trafic WWW. Ceci est ralis par un entrelacement de courtes priodes

de surveillance active de la chane avec de plus longues priodes d'inactivit. On constate que le

mcanisme DRX en LTE n'est pas optimis pour des services ncessitant une haute qualit de

service et les latences basses.

Cet article se concentre sur la conception d'un nouveau mcanisme DRX et une architecture

eNodeB, pour le mode connect du DRX en rseau TDD-LTE dans lequel un service de la vido

est livr un UE avec la puissance de la batterie limite. L'objectif de la conception du

mcanisme propos est d'quilibrer les exigences mutuellement opposes de la vido de hautequalit avec une faible consommation d'nergie pendant la diffusion.

14DRX : Discontinuous Reception


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Larchitecture La VoLTE propose:

Larchitecture propose napporte

aucune modification au rseau EPS. Lebloque propos sera implment

comme un module matriel

supplmentaire au niveau de leNodeB

sans toucher la pile protocolaire (voir

ci--cot).

La modlisation de la trace de la vido

La taille des trames vido montre

une certaine priodicit lorsque lavido est code avec un paramtre fixe

de GOP. Ceci aider les chercheurs

trouver un modle de prdiction

adquat pour leur bloque. Le modle

utilis est ARIMA. Pour trouver les

paramtres de ce modle ils ont utilis

Akaike Information Criterion (AIC). Le langage statistique open source utilis est le fameux R.

Le mode de fonctionnement avec sommeil propos

Le fonctionnement en mode DRX est bas sur la prdiction de la taille d'image vido au

niveau du eNodeB. Les chercheurs proposent l'introduction d'un court message de

configuration du DRX une priodicit de 40 ms, et ne contenant que des paramtres DRX.

Lalgorithme est prsent ci-dessous. L'architecture propose implmente cet algorithme.

Dans la ligne 2, la fonction lit les paquets IP provenant de la couche PDCP et la fonction de

la ligne 3 les convertit en trace de trame vido l'aide de la paquetisation RTP. La fonction de la

ligne 7 lit taille de l'image vido et prdit les trames vido venir selon le mcanisme de la

prdiction labor. Selon la taille des trames vido venir, la fonction la ligne 8 cre

lordonnancement de la transmission, et la ligne 9 on estime les trames OFDM inoccups. Le

message est envoy la RRC. RRC traite le message DRX et le transmet aux les basses couches

pour la transmission au UE.


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Les rsultats de la simulation :

Un simulateur vnement personnalis crit en C est utilis pour l'analyse des

performances de l'architecture La Volte propose. Il comprend la paquetisation RTP de la taille

de trace de la trame vido, puis sa reconstruction. Cette trace de trame est utilise pour la

prdiction des prochaines trames vido par une taille prdtermine du time-window pourestimer les trames OFDM occupes. Cela donne la dure pendant laquelle le UE doit rester actif

en coute des messages PDCCH et donne lintervalle du repos de UE durant lequel il peut tre

inactif. Pour la simulation, un profil du systme TDD-LTE est utilis. Si la capacit de la trame

OFDM est infrieure aux donnes vido transmettre, elle est stocke dans un tampon au

niveau du eNodeB et elle sera traite par la suite. Si le tampon du eNodeB est satur, la trame

vido qui a un retard maximal est abandonn. C'est ce qu'on appelle la transmission sans DRX.


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II. Amlioration des protocoles daccs radio pour

une transmission efficace de la vido

Il sagit dun travail de la thse intitule Enhancement of LTE Radio Access Protocols for

Efficient Video Streaming de Balaaji Tirouvengadam pour lobtention dun Master en science

appliqu de luniversit dOttawa, Canada.

Cette thse a pour objectif de dfinir deux techniques diffrentes permet davoir QoE

(Qualit of Exprience) de vido over LTE en tant conscient du contenu et doffrir une

protection derreur ingale pour les paquets critiques de la vido.

La premire technique consiste adapter la technique de HARQ tel quelle donnera plus de

chance la retransmission des paquets critiques, cette technique est appele CAAH15.

La deuxime consiste optimiser la retransmission des paquets au niveau de la couche RLCen introduisant une nouvelle fonction qui est Hybrid Mode (HM) qui englobe deux fonctions

dj existantes AM16et UM17tel quelle assurera la retransmission seulement pour les paquets

critiques (mode AM) tandis que les autres ne seront pas retransmises (mode UM).

Diffrenciation des services au niveau dIP :

Le champ Differentiated Service Code Point (DSCP) permet dassurer cette fonction. La

figure ci-dessous montre sa position dans lentte IP :

15CAAH : Content Aware Adaptive HARQ16AM : Acknowledged Mode17UM : Unacknowledged Mode

Lentte IPv4 montrant le champ DSCP


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Ses valeurs sont classifies en trois groupes comme le tableau ci-dessous les montre :

On va voir dans ce qui vient que ce champ sera exploit par le serveur pour indiquer le type

de la trame porte par le paquet IP.

Le schma de CAAHR :

introduction :

Comme on a vu les trames de la vido nont pas la mme importance. Le dcodage de

certains trames dpend dune bonne rception des autres. Cette technique consiste adapterun nombre maximal de retransmission pour les trames les plus importantes (I), ce qui diminue

le taux derreur pour les trames importantes.

On identifie limportance des paquetsau niveau du serveur. Et au niveau de la couche MAC

on dtermine le nombre des retransmissions pour chaque trame.

Pour diffrencier entre les trames on utilise le champ DSCP, tel quon trouve quau niveau

du serveur le champ sera rempli par une valeur qui indique le type de la trame. Parmi les

fonctionnalits dIP est la fragmentation, donc il faut garder la mme valeur pour t ous les

fragments.

Les catgories du champ DSCP


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Cot serveur :

La figure ci-dessous montre lalgorithme implment au niveau du serveur:


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Cot eNodeB :


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La figure ci-dessous montre lalgorithme implmente au niveau de eNodeB :


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Les rsultats de la simulation effectue :

La figure ci-dessous reprsente le schma de simulation :

Le tableau ci-dessous rsume les rsultats de la simulation effectue :

On remarque trs bien que le mode propos HM a les avantages des modes AM et UM, il a un dlai

point--point trs proche de celui du mode UM et assure une qualit de la vido proche de celle assure

par le mode AM.


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III. Un nouveau schma inter-couche pour la

transmission de la vido sur le rseau LTE

Dans Novel Cross-layer Scheme for Video Transmission over LTE-based Wireless

Systems, une solution inter-couche a t prsent pour la transmission vido sur les

systmes large bande bass sur LTE. Le schma inter-couche propose considre

lordonnancement utilisateur/flux pour synchronise, en temps rel, le trafic vido en

tenant en compte les paramtres des couches application, Mac et physique. Ces

paramtres sont utiliss au sein d'un nouvel algorithme RA au niveau de la couche

physiqu.

Les rsultats des simulations ont montr que le schma inter-couche propos est

caractris par de hautes performances en termes de dbit du systme et le QoS aperu et

il a surpasse les schmas similaires.


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IV. Un dsigne inter-couche pour une transmission

efficace de la vido sur le rseau LTE en utilisant SVC

Dans larticle Cross Layer Design for Efficient Video Streaming over LTE Using

Scalable Video Coding, les chercheurs ont propos un schma dadaptation et de

planification pour la transmission de la vido unicast et multicast sur les rseaux LTE en

utilisant SVC. CQI de la bande troite est utilis pour la planification des frquences

large bande et CQI de leNodeBest utilis dans le serveur vido pour l'adaptation du dbit

binaire dans le schma propos pour lunicast.La probabilit d'utilisateurs se trouvant dans les rgions de la qualit du canal moyen et

lev est plus importante dans les rseaux MBSFN. Par consquent, ils ont propos un

schma adaptatif o les MCS de chaque couche vido SVC sont choisies en fonction de la

qualit du canal et de la distribution de l'utilisateur pour rduire l'utilisation du spectre.

Les rsultats des simulations montrent les avantages des schmas proposs sur la

transmission vido sans ces adaptations. Le taux de perte de paquet est rduit et la qualit

de la vido d'objectif est augmente pour tous les utilisateurs dans la zone de couverture

de la cellule pour le systme monodiffusion. Laugmentation de la qualit vido pour les

utilisateurs en bordure de cellule est galement trs perceptible.

De plus, le schma de slection GBR adaptatif bas sur CQI d'utilisateurs individuels augmenter la couverture de la cellule considrablement. Des conomies de spectre

radiolectrique dans l'ordre de 72 82% est observes dans plusieurs scnarios de

rpartition de l'utilisateur avec la mthode propose pour le multicast sur des rseaux

MBSFN. Ce spectre peut tre utilis pour servir les autres MBSFN, MBMS unicellulaires

ou porteurs unicast ou peut tre utilis pour augmenter la qualit vido de mme porteur

de MBSFN.


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Bibliographie :

Articles :

Stephan Wenger, H.264/AVC Over IP, IEEE transactions on circuits and

systems for video technology, vol. 13, no. 7, july 2003;

H.264/AVC Over IP, IEEE 2003;

Ritesh Kumar Kalle et al, La VoLTE: novel cross Layer optimized

mechanism of Video transmission over LTE for DRX, IEEE 2012;

Anup Talukdar et al, Streaming Video Capacities of LTE Air-interface, IEEE2010;

Junaid Afzal et al, Video Streaming over MBMS: A System Design

Approach, JOURNAL OF MULTIMEDIA, VOL. 1, NO. 5, AUGUST 2006;

Rakesh Radhakrishnan et al, Cross Layer Design for Efficient Video

Streaming over LTE Using Scalable Video Coding, Macrothink, Network

Protocols and Algorithms, 2012;

Quality-oriented Video delivery over LTE using Adaptive Modulation and

Coding, universit de Clifornia. Patrick McDonagh et al, Investigation of Scalable Video Delivery using

H.264 SVC on an LTE Network.

Long Term Evolution (LTE): A Technical Overview, white paper, Motorola.

Thses:

Balaaji Tirouvengadam, Enhancement of LTE Radio Access Protocols for

Efficient Video Streaming, universit Ottawa, Canada, 2012;

Rakesh Kappoorkuruppath et Valappil RadhakrishnaCross, Layer Design

for Video Streaming over 4G Networks using SVC, universit Ottawa,

Canada, 2012.

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