Umts

L’UMTS et les Technologies
émergentes
M. Moussaoui
mohamed.moussaoui@ensat.ac.ma

Ecole Nationale des sciences appliquées, Tanger
Université Abdelmalek Essaadi

1

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES DE TANGER

Dr. M. Moussaoui
UNIVERSITE Spécialité: Télécommunication
ABDELMALEK
ESSAADI
ENSA BP : 1818 Tanger Principale – Maroc
E-mail : mohamed.moussaoui@ensat.ac.ma

©

2

L’UMTS et les réseaux de
3e génération

M. Moussaoui

3

Les origines de L’UMTS

Des perspectives prometteuses
Les systèmes de téléphonie cellulaire connaissent depuis quelques années un
développement sans précédent dans le monde
Les évolutions de la norme GSM vers les services de données type paquet ouvre le
champ à des applications nouvelles
Des systèmes incompatibles
Des différences importantes sur le segment radio (pas d’itinérance universelle
GSM IS-95 IS-136 PDC
Modulation GMSK BPSK/OQPSK DQPSK OQPSK
Méthodes d’accès TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMA
Bande de fréquence (MHz) 900/1800/1900 800/1900 800/1900 800/1400

Espacement porteuses 200khz 1250khz 30khz 25khz
Utilisation Mondiale Continent américain, Asie Amérique du nord Japon

Vers une norme commune
Forte volonté de la part des opérateurs de définir un norme commune

4
Mohamed Moussaoui, ENSA, Tanger

La place de L’UMTS dans les réseaux de 3e
génération
• La standardisation de la 3e génération est placée sous la responsabilité de par L’IUT (International
Telecommunication Union)
• L’IUT a défini le concept d’IMT-2000 ayant pour objectifs
• Le support des applications multimédias
• Le support de débit plus élevés (jusqu’à 2 Mbit/s)
• Itinérance universelle
8 autres candidates

UWC-136 IS-136
GSM GPRS
UTRA/FDD IMT-SC TIA (USA)
ETSI IMT-DS
3GPP CDMA
UTRA/TDD 2000
IMT-TC IMT-MC

Chine DECT
TD-SCDMA IMT-FT
CWTS IS95

3 GPP2
DECT ETSI
5

L’importance de Normalisation

3GPP 3GPP2

Date de création Janvier 99 Janvier 99
Technologie UMTS CDMA2000
ETSI (Europe) TIA(USA)
TTA(Corée) TTA(Corée)
Organisme affilés TTC(Japon) TTC(Japon)
ARIB (Japon) ARIB(Japon)
TI(USA) CWTS(Chine)
Type de réseau GSM-GPRS ANSI - 41
cœur
Technologie du DS-W-CDMA (FDD) DS/MC-W-CDMA
réseau d’accès TD-CDMA (TDD) IS-95

6

La structure du 3GPP
regroupement 3GPP est constitué de groupes distincts, appelés TSG (Technical Specification
Groups)
Le 3GP est composé de quatre TSG:

3GPP

SA CN RAN T GERAN
Depuis Août 2000

SA (Service and System Aspec): a pour objectif de spécifier les services usager et l’architecture
générale du réseau UMTS
CN (Core Network): Est en charge des protocoles du contrôle d’appel et de services
supplémentaires, ainsi que l’interconnexion avec les réseaux extérieurs
RAN ( Radio Access Network): a pour responsabilité » la définition des protocoles et l’architecture du
réseau d’accès de l’UMTS
T (Terminals): a pour objectif de définir la structure de la carte USIM, et les fonctions et les tests de
conformance des terminaux UMTS
GERAN (GPRS EDGE Radio Access Network)

7

Les objectifs de l’UMTS
Compatibilité avec les systèmes de 2e génération

La transparence du réseau vis-à-vis de l’usager

On retiendra deux exemples d’évolutions Micro-Cellule
mises en places par les opérateurs GSM,
dans le but d’augmenter la capacité d’accueil
de leur réseau:
Macro-Cellule
Les réseaux micro-cellulaires
Les réseaux microcellulaires
les réseaux bi-bande
GSM 900 DCS 1800

les réseaux bi-bande 8

Compatibilité avec les systèmes de 2e génération

La transparence du réseau vis-à-vis de l’usager

Les réseaux GSM actuellement déployés n’étant pas encore saturés, les opérateurs n’ont pas de raison
particulière de précipiter leur passage vers UMTS.
L’aspect des premiers réseaux UMTS déployés:
Une large couverture GSM complétés par quelques îlots UMTS mis en place aux endroits de trafic dense.

Îlot UMTS

Couverture GSM

9

le support multimédia

Le multimédia est la capacité d’accèpter (pour un terminal) ou délivrer (pour un réseau)
simultanément des services de natures différentes.
Exemple: voix, visiophonie, transfert de fichiers ou navigation sur le Web

Réseau UMTS

Serveur
Passerelle Passerelle Réseau Internet
RTCP RTCP Internet
Transfert de
messages
Visiophonie Navigation Serveur
Internet

Interface Radio

10

Les débits supportés

Les débits supportés
144 kbit/s en environnement rural
extérieur
384 kbit/s en environnement urbain
extérieur
2 Mbit/s indoor (mobilité réduite)

11

Les classes de services

Les principales contraintes retenues pour la définition des classes de services de l’UMTS:
Le délai de transfert de l’information
La variation du délai de transfert des informations
La tolérance aux erreurs de transmission

Les quatre classes de services définies dans le cadre de l’UMTS peuvent se répartir en deux
groupes:
Les classes A (conversational) et B (streaming) pour les applications à contrainte temps réel
Les classes C (interactive) et D (background) pour les applications de données sensibles
aux erreurs de transmission

12


La classe A (conversational)

Cette classe regroupe tous les services
bidirectionnels
Pour ces applications, le temps de transfert de
Phonie
l’information sont limités à des très faibles valeurs
Visiophonie
(≅100 à 200 ns).
Une qualité de service acceptable en présence
d’erreurs de transmission.

La classe B (streaming)
La classe B a pratiquement les mêmes
caractéristiques que la classe A Phonie
Le délai de transfert des informations peut être Images, vidéo Serveur
long dans la mesure ou la variation de ce délai
reste limitée.
Écoute de programmes vidéo ou
audio
Transfert FTP ou d’images fixe
13


La classe C (interactive)

Un usager entretien un dialogue interactif Commande
avec un serveur d’application ou de
données Serveur
Réponse
La classe C ne requiert pas de
performances temps réel particulière Navigation sur Internet
Transfert des fichiers par FTP
Il est essentiel pour ce type d’application Transfert de messages électronique
que l’information ne subisse aucune
altération
La classe D (backgrounde)
Les caractéristique de la classe D Données
sont assez proches de celles de la
classe C Serveur
Données
Les informations transmises sont de
priorités inférieures à celle de la Le transfert de fax
classe C. notification de message électronique
messagerie de type SMS
14

Les fréquences attribuées à la 3e génération

1885 2025 2010 2200
IMT-2000

1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200MHz

UMTS TDD FDD-UL satellite TDD FDD-DL satellite

160MHz supplémentaires, répartis en 3 bandes:
806-960 MHz, 1710-1885 MHz, 2500-2690 MHz FDD TDD

FDD: Frequency Division Duplex (Un accès WCDMA)
TDD : Time Division Duplex (Un accès TD-CDMA)
Micro-Cellule
Macro-Cellule

15

Rappels les systèmes de 2 génération
(GSM)

M. Moussaoui

16

Le réseau GSM

Duplexage en fréquence (FDD : frequency division duplexing)

Accès partagé en temps : TDMA

1 canal en fréquence = 1 porteuse = 1 fréquence
1 canal physique = 1 slot par trame
1 canal logique = n canaux physiques (ex n=1; n=0,5; n=4,…)

canaux fréquentiels : 124c, 200kHz; 271kb/sec
trames de 8 slots

17

Les services du GSM

384 Kbit/s

171 Kbit/s
GPRS
115 Kbit/s
EDGE
HSCSD
14.4 Kbit/s
9.6 Kbit/s GSM
1990 1997 2001

HSCSD: high Speed Circuit Switched (14,4 kbit/s/solt)
GPRS: General Packet Radio Service (21,4 kbit/slot)
EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution (43,2 kbit/slot)

18

L’abonné et le Terminal GSM
L’abonné et la carte SIM

+
Carte SIM Mobile equipment Mobile Station

L’identification de L’abonné: IMSI( International Mobile Station Identity)
MCC MNC MSIN
De 0 à 999 De 0 à 99 De 0 à 9 999

MCC (Mobile Country Code) MNC (Mobile Network Code) MSIN (Mobile Station Identification Number)

L’identification du terminal: IMEI (International Mobile Station Equipment Identitiy)

TAC FAC SNR
De 0 à 999 999 De 0 à 99 De 0 à 9 999

TAC (Type Approval Code) FAC (Final Assembly Code) SNR (Serail Number)

19

L’architecture du réseau GSM

BTS

Um

Packet
A RNIS/RTCP
network
BTS
BSC MSC GMSC

A
H
EIR VLR HLR Auc

BTS Firewall
Data
Packet
Gi network
Abis network
Gb (Internet)
Gi.IP
Gn
BSC SGSN GGSN

Le GSM est divisé en deux parties
Le réseau cœur, NSS: Network Sub-System
Le réseau d’accès, BSS: Base Station Sub-System
20

Le réseau d’accès GSM: BSS
Base Station Sub-System

Um
BSS est la partie du réseau qui gère BTS

• L’interface et les ressources allouées sur
Abis
l’interface radio
• La gestion de la mobilité de l’usager: il s'agit de la
BTS
fonction de handover BSC

BSC Motorola
BSC: Base Station Controller
Le BSC est l’equipement qui contrôle une ou plusieurs
BTS, ces fonctions principales:
Le routage de l’appel entre la BTS et le MSC
L’allocation des resources utilisées sur l’interface radio
Le contrôle de la BTS

21

Le réseau d’accès GSM: BSS
Base Station Sub-System

BTS: Base Transceiver Station
La BTS est l’équipement de transmission radio du réseau GSM, elle
effectue différente opérations, dont:
Le codage/décodage des inforamtions transmises sur ’interface radio
La modulation/démodulation

22

Le réseau cœur GSM: NSS
Network Sub-System

le réseau cœur est la partie du réseau qui gère
l’ensemble des abonnés et les services fournis aux
abonnés.
Responsable aussi de l’établissement de la A
Packet
RNIS/RTCP
network
communication et assure la liaison entre le réseau
GSM et les réseaux extérieurs. BSC MSC GMSC

Le service de commutation de paquets a été introduit A
tardivement dans la norme GSM et porte le nom EIR VLR HLR
H
Auc
GPRS
Firewall
Il existe une symétrie entre les éléments circuits et Gi Data
Packet
network
network
paquet: Gb Gi.IP (Internet)
Gn
GMSC et GGSM jouent chacun un rôle de BSC SGSN GGSN
passerelle vers les réseaux extérieurs
MSC/VLR et SGSN entretiennent chacun une
information sur la localisation de l’abonné en
mode circuit et paquets

23

Le réseau cœur GSM
HLR: Home Location Register

Le HLR est la base de données contenant les informations relatives aux
abonnés gérés par l’opérateur HLR

Pour chaque abonné, le HLR mémorise les informations suivantes:
– Les informations de souscription
– L’identité du mobile, ou IMSI
– Le numéro d’appel de l’abonné, ou MSISDN

Le HLR mémorise le numéro de VLR sous le quel l’abonné est enregistré

24

VLR: Visitor Location Register

Le VLR est une base de données attachée à un ou plusieurs MSC
VLR
Le VLR enregistre les abonnés qui se trouvent dans une zone
géographique donnée, appelée LA (location Area)
Le mobile doit signaler au VLR le changement de LA LA: location Area

Le VLR contient des données assez similaires à celles du HLR

Le VLR mémorise pour chaque abonné les informations suivantes:
– L’identité temporaire du mobile (TMSI)
– La zone de localisation (LA) courante de l’abonné

Dans la plupart des réseaux, le MSC et le VLR sont une seul et
même équipement.

25

AuC: Authentification Center

L’AuC est un élément permettant au réseau d’assurer certaines fonctions de sécurité du
réseau GSM:
• L’authentification de l’IMSI de l’abonné
• Le chiffrement de la communication

L’AuC est couplé au HLR et contient pour chaque abonné une clé d’identification lui
permettant d’assurer les fonctions d’authentification et de chiffrement.

26

EIR: Equipment Identity Register

L’EIR est un équipement optionnel des réseaux GSM destiné à lutter contre le vol des terminaux
mobiles

L’EIR une base de données contenant la liste des mobiles interdits, appelée black list.

EIR Black
Black
Liste
Liste
NSS

BSS

Identité du terminal:
IMEI

27

MSC: Mobile-Services Switching Center

• Le MSC est un commutateur de données et de signalisation, il est chargé de gérer l’établissement
de la communication avec le mobile
• Le GMSC est un MSC un peu particulier servant de passerelle entre le réseau GSM et le RTCP
• dans le cas d’un appel entrant, l’appel passe par le GMSC, qui effectue une interrogation du HLR
avant de router l’appel vers le MSC dont dépend l’abonné.

GSM BSS

Um
VLR
Packet
A RNIS/RTCP
network
BTS Abis

BSC MSC GMSC

BTS

EIR VLR HLR Auc

28

SGSN: Serving GPRS Support Node

• Le SGSN joue le même rôle que le VLR pour la partie GPRS du réseau, c-à-d la localisation de
l’abonné sur une RA (routing area).
• Le SGSN effectue une allocation d’identié temporaire: le P-TMSI (Packet-TMSI)
• Le GGSN joue le role de passerelle vers les réseaux à commutation de paquets extérieurs

EIR HLR Auc
GSM BSS
Firewall
Data
Packet
Um Gb network
network
BTS Abis (Internet)
Gi.IP
Gn
BSC SGSN GGSN

BTS

29

La gestion des appels

La partie GSM-circuit du réseau cœur utilise un protocole de signalisation: MAP (Mobile Application Part)
Basée sur des couches de transport héritées des réseaux fixes SS7( Signalling System n° MTP, SCCP,
7):
TCAP

Paquet IP
Le GPRS utilise deux tunnels de communication: Dest Source
Le premier tunnel est utilisé pour transférer les
données usager du terminal au SGSN
Le second tunnel sert à transférer les données Encapsulation GTP GGSN
usager du SGSN au GGSN, point d’accès au
réseau IP En-tete
GTP
Dest Source
Le protocole GTP (GPRS Tunnelling Protocol) est
basé sur un transport UDP(TCP) sur IP Décapsulation
Encapsulation SNDCP SGSN
En-tete
SNDCP
Dest Source

Décapsulation
30

La gestion de la mobilité
la mobilité en mode veille

• Le mobile est en veille: sous tension mais non engagé VLR
dans une communication
• Le mobile doit choisir une seule cellule de référence la ‘’Location Area Update’’ MSC
plus apte à fournir un service à l’abonné en cas de besoin

Le cas du GSM- circuit LA- 2
LA-
Le changement de cellules ne sont pas signalés au
réseau.
Tout changement de zone localisation LA doit être indiqué
au réseau par le biais d’une procédure appelée: location
update. Cette inforamtion est détenue par le MSC/VLR

LA - 1
31

la mobilité en mode veille

VLR

SGSN
MSC ‘’Roting Area Update’’
Le cas du GPRS
‘’Location Area Update’’ LA- 2
LA-
Principes similaires du GSM-Circuit
L’équivalent GPRS de la LA est la RA: routing Area
Le SGSN tenant le role du MSC/VLR dans la gestion de la
mobilité

RA- 2
RA-
RA- 1
RA-
LA - 1
32

la mobilité en mode actif GMSC

• Le mode actif correspond à une phase
durant laquelle le mobile échange des MSC 1 MSC 2
données utilisateur avec le réseau

Le cas du GSM- circuit BSS1 BSS1
LA- 2
LA-
la mobilité du terminal est entièrement contrôlée
par le réseau
GSM a défini un point d’ancrage dans le réseau qui
invariant pendant la durée de la communication

Le cas du GPRS
La mobilité du terminal est gérée soit par le réseau
au le terminal
Après
La gestion de mobilité peu efficace: absence de Avant
point d’ancrage de l’architecture GPRS LA - 1
Avant: correspondance IMSI-LA 1
Après: correspondance IMSI-LA 2 IMSI
33

Les principes de l’UMTS

M. Moussaoui

34

Les concepts de base
Notions nouvelles par rapport à la norme GSM
– Les services supportés: supporter la grande variété de services pressentis pour les
réseaux sans fil
– L’indépendance de la couche d’accès radio: une architecture et un découpage fonctionnel
plus ouvert, en séparant les fonctions liées à la technologie d’accès de celle qui ne
dépendent pas du mode

L’UMTS est composé de:
---- Réseau d’accès: AN (Access Network)
---- Réseau cœur: CN ( Core Network)
Réseau Cœur
Iu
Iu: l’interface entre le CN et AN capable de connecter de
technologies différentes au réseau cœur comme: BRAN SRAN UTRAN
---- Le BRAN: Bradband Radio Access Network),
Réseau d’accès
réseau d’accès large bande WLAN
---- Le SRAN: Satellite Radio Access Network
---- L’UTRAN: le réseau d’accès de l’UMTS

d 35

le découpage en strates

Le découpage en strates (niveaux) permet de séparer des niveaux de services
indépendants dans le réseau UMTS

Le réseaux UMTS est constitué de deux niveaux:
AS: Access Stratum
Non access Stratum
NAS: Non Acces Stratum

Access Stratum:

Protocoles Iu

Protocoles Iu
Protocoles Iu
Regroupe toutes les fonctions liées au réseau d’accès

Protocoles
Les fonctions de gestion des ressources radio

radio
L’UTRAN entièrement inclus dans l’AS
L’AS comprend une partie de l’équipement mobile,
Ainsi une partie du réseau cœur (l’interface Iu)
mobile UTRAN CN

Non Access Stratum Radio (Uu) Iu
NAS regroupe toutes les autres fonctions
du réseau UMTS comme:
Les fonctions d’établissement d’appel: CC (call control) pour les appels circuit, et SM (session mangement)
pour les appels paquet.
Les fonctions de gestion de la mobilité en mode veille
36

le découpage en strates

Access stratum Non Access
Stratum
Gestion de la signalisation d’appel x
Authentification X
Fonction de handover X
Gestion des services suplémentaire x
Gestion des ressources radio X
Chiffrement X (X)
Compression X (X)
Mécanisme de facturation X

37

La notion de RAB

La seule vision qu’a le NAS du canal de communication utilisé est le RAB (Radio Access Bearer)
Dans l’AS, le RAB est décomposé en deux parties:
Le radio bearer, correspondant au segment « interface radio » du RAB;
L’Iu bearer, correspondant au segment « interface Iu » du RAB

Le NAS ne connaît pas les caractéristique du RAB
Le RAB est caractérisé que par attributs de qualité de service, négociés entre l’usager et le réseau cœur
Réseau d’accès
Mobile Réseau coeur

Radio Access Bearer

Radio Bearer Iu Bearer

38

Les attributs du RAB
• Dans la norme UMTS, le RAB est caractérisé par les attributs suivants:
– Classe de service
– Débit maximal
– Débit garanti
– Taille des SDU
– Taux de SDU erronnées
– Taux d’erreur résideul
– Délai de transfert
– Priorité
• En fonction de la valeur des ces différents attributs, l’UTRAN doit être en mesure d’effectuer des
opérations suivantes:
– Le choix d’un codage canal
– Le dimensionnement des ressources radio associée au RAB
– L’allocation du radio bearer er l’Iu bearer
– La configuration des protocoles radio, en fonction des caractéristiques des SDU qui seront
échangées sur le RAB

39

L’architecture de l’UMTS

GSM BSS
VLR
A Packet
RNIS/RTCP
network
BTS Abis
Um
BSC MSC GMSC
TC
BTS Gb
EIR HLR Auc
Uu
UTRAN
Firewall
Iub Data
Packet
NODE B Iu network
network
(Internet)
Gi.IP
RNC Iu PS Gn
UE
(USIM) SGSN GGSN
Iur
USIM & SIM NODE B
UMTS/GSM
Terminals Iu
Iub

NODE B RNC GSM Phase 2+ Core Network

40

Réseau cœur

Eléments communs

• La notion de domaine AuC
– Le CS (Circuit Switched) domain
– Le PS (Packet Switched) domain GMSC HLR GGSN

• Les éléments du réseau cœur
– CS domain: MSC, GMSC, VLR VLR
– PS domain: SGSN GGSN EIR
– Eléments communs: HLR, EIR, AuC MSC SGSN

CS domain PS domain

41

Réseau Cœur Intégré
Domaines séparés Réseau Cœur intégré

Etat Etat Etat Etat
MSC/VLR SGSN UMSC
CS PS CS PS
Interface Iu

2 Connexions

UTRAN UTRAN

Interface Radio

1 Connexion RRC

Etat Etat Etat Etat
UE UE
CS PS CS PS

Le gain apporté par le réseau cœur intégré:
Les temps de traitement des procédures de mise à jour de zone localisation sont réduits
Les coûts de la maintenance du réseau sont diminués
42

Les fonctions déplacées
les protocoles de niveau 2

• Le but: Préserver l’indépendance
2G-GSM 3G-UMTS
du réseau cœur par rapport à la
technologie d’accès Réseau cœur
GGSN GGSN

• Certain nombre de fonctions
propres au niveau 2 de l’interface 2G-SGSN
Détection d’erreur
radio intégrées dans le SGSN des Acquittement
réseaux 2G, ont été déplacées vers 2G-SGSN RNC Retransmission
le réseau d’accès de l’UMTS: Encryption
Compression d’en-tete IP
BSC
– LLC: détection d’erreurs,
retransmission et acquittement de
trames, chiffrement BTS NodeB Réseau d’accès
– SNDCP: compression d’en-tête IP
de la pile GPRS

43

Les fonctions déplacées
la fonction de transcodage

2G-GSM 3G-UMTS

• Dans l’UMTS, le transcodeur est situé Réseau cœur
dans le réseau cœur MSC MSC

TRAU
• Le service de téléphonie n’est plus un Interface A Interface Iu
cas particulier
TRAU

• L’UTRAN ne connaît que le RAB
BSC RNC

Réseau d’accès
BTS NodeB

TRAU: Transcoder and Rate
Adaptation Unit 44

Réseau d’accès UTRAN

Réseau coeur

CS demain PS demain

Iu

Iur
Réseau d’accès

RNC RNC

NodeB NodeB NodeB Iub NodeB

Uu

45

RNC (Radio Network Controler)

Serving RNC Drift/controling RNC

Iur
• Une nouvelle interface Iur
RNC
• Les fonctions nouvelles du RNC: RNC

La procédure de relocation
Connexion RRC NodeB
La gestion de macrodiversité

46

NodeB

• le rôle principale de NodeB est
d’assurer les fonctions de réception et
transmission radio

• Il est possible de concevoir des NodeB
comportant une ou plusieurs cellules

• On utilise des antennes
omnidirectionnelles ou sectorielles

47

Les interfaces du réseau d’accès

• Les interfaces de l’UTRAN:

– Iu entre le RNC et le réseau cœur
– Iub entre le RNC et les nodeB CN
– Iur entre RNC
RANAP Iu-FP

• Chaque interface supporte deux types RNSAP

de protocoles: RNC RNC
Iur-FP
Iub-FP
– Protocoles AP(Application Protocol):
NBAP
échanges de signalisation entre les
équipements
– Protocoles FP(Frame Protocol): NodeB
utilisés pour transporter les données usager

48

La carte USIM
Universal Subscriber Identity Module

• La carte USIM contient toutes les données relatives
à l’abonné parmi les quelles:
– L’IMSI
– Le MSISDN
– La langue préférée
– Les clés de chiffrement
– La liste des réseaux interdits
– Les identités temporaires de l’usager TMSI et
P-TMSI
– LA et RA

• Les conditions d’accès:
– ALW (always): l’information est accessible
sans restriction
– PIN: l’information n’est accessible qu’une fois
le PIN de l’usager est vérifié
– ADM: seul le founisseur de la carte peut
accéder à l’information
– NEV: l’information n’est pas accessible

49

L’interface radio de l’UTRAN

M. Moussaoui

50

Les techniques de multiplexage sur la voix
radio
FDD:
Uplink 1920 MHz - 1980 MHz; Puissance
temps
Downlink 2110 MHz - 2170 MHz.
Bande passante: chaque fréquence porteuse est Usager 2

située dans le centre d’une bande de 5MHz Usager 1
Tx-Rx écart duplex : Valeur nominale 190 MHz.
Cette valeur peut etre fixe ou variable Fréquence

(minimum 134.8 et maximum 245.2 MHz). Écart duplex: 190Mhz

TDD:
Puissance temps
Les transmissions Uplink et Downlink partagent la
même fréquence Usager 2

UP/DWL: 1900-1920 MHz et 2010-2025 MHz. Usager 1

Fréquence

Le mode FDD est mieux adaptés pour les macro cellules
Le mode TDD est mieux adaptés pour les applications de débit asymétrique
51

L’interface Radio
L’architecture radio

RRC

PDCP
• Le niveau 1 (PHY): la couche physique PDCP
• Le niveau 2: PDCP, RLC, MAC, BMC BMC
• Niveau 3: la couche RRC

RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC

MAC

PHY

52


Niveau 1: La couche physique réalise les RRC
fonctions de :
PDCP
codage canal
PDCP
entrelacement
BMC
modulation
RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC

MAC

PHY

53


• Niveau 2: PDCP, RLC, MAC, BMC
• RLC: assure le transport fiable des données
entre deux équipements du réseau RRC

• MAC: remplit la fonction de multiplexage des PDCP
données sur les canaux de transport radio:
PDCP
– Multiplexage de différents flux de données d’un
BMC
même utilisateur sur un canal de transport
unique
– Multiplexage de flux de données d’utilisateurs RLC RLC
différents sur un canal de transport commun RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC
• PDCP: à deux fonctions:
– Assure l’indépendance des protocoles radio de
l’UTRAN par rapport aux couches de transport
réseau MAC

– Le support d’alogorithmes de compression de
données ou d’en-tetes de paquets de données PHY
• BMC: assure les fonctions de diffusion de
messages sur l’interface radio
54

Plan de contrôle et plan usager

• L’UMTS sépare en deux plans le flux de données
qui transitent par l’interface radio Plan de contrôle Plan usager
IP Voix SMS…
CM MM SM GMM
• Le plan usager: regroupe l’ensemble de données
qui sont échangées au niveau NAS
Réseau coeur
• Le plan de contrôle: utilisé pour véhiculer RRC
Iu
l’ensemble de la signalisation entre le mobile et le
réseau
– La signalisation AS: fonctions de l’UTRAN
UTRAN
d’établissement de connexion RRC
Uu
– La signalisation NAS: qui correspond aux
couches de protocoles MM, CM, GMM, SM
assurant les fonctions d’établissement et de Terminal
gestion d’appel Signalisation Données usager

55

Plan de contrôle et plan usager

Plan de contrôle Plan usager

RRC
La couche RRC fait partie intégrante du plan de contrôle
PDCP PDCP
les couche PDCP et BMC s’appliquent seulement aux
données du plan usager
Les couches RLC et MAC fournissent des services qui RLC
s’appliquent à la fois au plan de contrôle et au plan usager
MAC

PHY

56

Les canaux

RRC

PDCP

PDCP
BMC

RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC
RLC RLC

Canaux logiques
MAC
Canaux de
transport
PHY

Canaux physique

57

Les canaux
les canaux logiques


Canaux
BCCH PCCH DCCH CCCH CTCH DTCH
Logiques

Les canaux logiques de contrôle

BCCH(Broadcast Control Channel): utilisé pour la diffusion d’informations de contrôle (system
information). Fourni au mobile en veille des informations lui permettant d’accéder au réseau

PCCH(Paging Control Channel): employé pour l’envoi des messages de paging aux mobiles du réseaux

CCCH(Common Control Channel): utilisé pour envoyer ou recevoir des informations de contrôle de
mobiles n’étant pas connectés au réseau

DCCH(Dedicated Control Channel): sert à envoyer ou à recevoir des informations de contrôle d’un
mobile connecté au réseau

58

Les canaux
les canaux logiques



Les canaux logiques de trafic

DTCH (Dedicated Traffic Channel): sert à échanger des données usager avec un mobile
connecté au réseau.
CTCH(Common Trafic Channel): est un canal unidirectionnel utilisé par le réseau pour envoyer
des données usager à un ensemble de mobiles (notament service area broadcast)

59

Les canaux
les canaux de transport

Les canaux de Transport représentent le format et la
manière dont les informations sont transmises sur Canal de Transport
l’interface radio

Le canal de Transport est représentatif de la qualité de service
(radio bearer)

Pour chaque canal de transport, l’UTRAN associe une liste
d’attributs TFS (Transport Format Set) destiné à représenter Transport
le format et la manière dont les informations sont transmises Format
sur l’interface radio Transport Format
Set

Partie Partie dynamique
statique

60

Les canaux

Canal de Transport
TFS ( Transport format set ):
Une liste de différents TF. Chaque liste de TF est utilisé pour
l’UTRAN pour choisir à chaque instant le format le mieux
adapté
Transport
Format
TF( Transport Format ): Transport Format
Set
Partie dynamique: spécifique à chaque transport format
Transport format size Partie Partie dynamique
statique
Transport block size
Transport Block Size
Partie statique : commune à tous les TF Transport Block
Transport
TTI: Transmission Time Interval Block Set
Transport Block Transport Block
size
le type de codage de canal
Transport Block Transport Block
la taille de CRC
Le rendement du codage canal TTI

61

Les canaux

Canaux de
BCH PCH RACH FACH DSCH DCH
Transport

Les Canaux de Transport Dédiés
DCH (Dedicated Channel): Seul canal dédié, utilisé dans le sens montant ou descendant

Les Canaux de Transport communs

BCH (Broadcast Channel): un canal de transport unidirectionnel (réseau vers mobile) et à débit fixe
PCH (Paging Channel): un canal de transport unidirectionnel (réseau vers mobile)
RACH (Random Access Channel): un canal de transport unidirectionnel (mobile vers réseau)
FACH(Forward Access Channel): un canal de transport unidirectionnel (réseau vers mobile)
DSCH (Dowlink Shared Channel): une variante du FACH, unidirectionel (réseau vers mobile)

62

Les canaux
les canaux physiques

Il est possible qu’un canal physique supporte différents canaux de transport ou qu’un canal de transport
soit supporté par deux canaux physiques distincts

CCTrCH (Coded Composite Transport Channel):
une notion intermédiaire, est le résultat du multiplexage de différents canaux de transport, peut
ensuite supporté par un ou plusieurs canaux physiques sur l’interface.

Canal physique 1
Canal de Transport 1
Canal physique 1 CCTrCH Canal de Transport 2
Canal de Transport 3

63

Les canaux

Canaux de
P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH
Physiques

L’UTRAN a défini plusieurs canaux de transport. Seuls les canaux suivants ont la possibilité
de supporter des canaux de transport:

P-CCPCH: Primary Common Control Physical Cannel
S-CCPCH: Secondary Common Control Physical Channel
PRACH: Physical Random Access Channel
PDSCH: Physical Dowlink Shared Channel
DPDCH: Dedicated Physical Data Channel

64

Les canaux
Transport Channels Physical Channels

DCH Dedicated Physical Data Channel (DPDCH)
Dedicated Physical Control Channel (DPCCH)
RACH Physical Random Access Channel (PRACH)
CPCH Physical Common Packet Channel (PCPCH)
Common Pilot Channel (CPICH)
BCH Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)
FACH Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)
PCH
Synchronisation Channel (SCH)
DSCH Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)
Acquisition Indicator Channel (AICH)
Access Preamble Acquisition Indicator Channel (AP-AICH)
Paging Indicator Channel (PICH)
CPCH Status Indicator Channel (CSICH)
Collision-Detection/Channel-Assignment Indicator
Channel (CD/CA-ICH)

Figure: Transport-channel to physical-channel mapping

Source 3GPP: TS 25211
65

Les canaux
la correspondance entre les canaux


Canaux
Logiques

BCH PCH RACH FACH DSCH DCH Canaux de
Transport

Canaux de
P-CCPCH S-CCPCH PRACH PDSCH DPDCH
Physiques

66

Les canaux
Exemple de la voix
Qualité
subjectif Voix numérisée loi A/µ:64/s
de la
phonie Transcodeur
(codage source)
4 à 12 kbit/s

Niveau 1
(codage canal)

Transmission sur l’interface radio

Plage du mode 1 Plage du mode 2 C/I
La trame de phonie
AMR (Adaptative Multi-Rate):
AMR (Adaptative Multi-Rate):
Lorsque les conditions de transmission sont bons, la
Lorsque les conditions de transmission sont bons, la
Part du codage du canal
part du codage canal peut etre réduite au bénéfice du
part du codage canal peut etre réduite au bénéfice du
codage source: privilégier la qualité de phonie
codage source: privilégier la qualité de phonie
Lorsque les conditions se dégradent, ililest alors
Lorsque les conditions se dégradent, est alors
nécessaire de mieux protéger les données transmises.
nécessaire de mieux protéger les données transmises.

67

Les canaux
Exemple de la voix

Ensemble des modes AMR définis pour l’UMTS:

Mode AMR Débit source Classe A Classe B Classe C

Amr 12-2k 12.2Kb/s 81 103 60
Amr 10-2k 10.2Kb/s 65 99 40
Amr 7-95k 7.95Kb/s 75 84 0
Amr 7-40k 7.40Kb/s 61 87 0
Amr 6-70k 6.70Kb/s 55 79 0
Amr 5-90k 5.90Kb/s 55 63 0
Amr 5-15k 5.15Kb/s 49 54 0
Amr 4-75k 4.75Kb/s 39 56 0

68

Les canaux
Exemple de la voix

Exemple de configuration des canaux de transport
DTCH( A) DTCH (B) DTCH (C) 3XDCCH
Débit 12.2kb/s 12.2kb/s 12.2kb/s 3.4kb/S
Transport block 81 103 60 148
set
20 20 20 20 40
CRC 12 0 0 16
Codage canal Code convolutif 1/3 Code convolutif 1/3 Code convolutif 1/3 Code convolutif 1/3

69

Les canaux DCCH
Exemple de la voix
Transport block TB 1 TB 2 2
TB TB 3 TB 1
4

Ajout du CRC 81
TB 1 CRC 103 60 CRC 148
TB 1 CRC

Ajout des bits de
TB 193 8 103 8 60 8 TB 1
164 8
traînée

Codage canal 303 333 136 516

Adaptation de 294 324 128 548
débit

1er Entrelacement 294 324 128 548

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 4c 4d
segmentation 147 147 162 162 64 64 137 137 137 137

Multiplexage
147 162 64 137 147 162 64 137
des canaux de
transport

2e entrelacement Trame i Trame i+1

10ms
10ms 70

Les protocoles radio
la couche RRC
La connexion RRC
• La fonction principale de la couche RRC (Radio Resource Control) est la gestion de
la connexion de signalisation entre le mobile et l’UTRAN

CS domain

MSC
1 connexion RRC mobile-SRNC
Flux 1
NodeB RNC
Flux 2
PS domain

SGSN

71

la couche RRC
Les états de la
connexion RRC

Cell-PCH

URA-PCH

Mobile
Cell-DCH Cell-FACH
connecté

Idle
Mobile non connecté

72

la couche RRC
Exemple: navigation sur le
Web

Débit
Chargement Chargement
d’une page d’une page

temps
CELL_DCH CELL_FACH CELL_DCH

73

La couche physique de l’interface
radio

M. Moussaoui

74

La couche physique de l’interface
radio

Les principes généraux du CDMA

75

Les techniques d’accès multiple

Fréquence Fréquence

temps
FDMA
Usager Usager Usager temps
Fréquence 1 2 3
Code
Usager 1
Fréquence
Usager 2
Usager 1
C1 Usager 3
Usager 2
C2
Usager 3
C3
temps
temps TDMA
CDMA 76

L’étalement de spectre

+1 +1

−1 −1
+1

−1
T = NT c

77

Les propriétés de corrélation
Les fonctions de corrélation et d’intercorrélation mesurent le degré de différence entre deux signaux
Dans un système CDMA:
la fonction d’autocorrélation Rs(i) est maximale à τ=0 et faible ou négative lorsque i est différent de 0
l’intercorrélation est faible ou négative, voir nulle
N −1
Exemple: S=(0111001), T=(1101001) RS ,T (τ ) = ∑ S (n )T (n + τ )
n =0
RS , S (i )

RS ,T (i )
7
3

7
-1 7 i

-5
78

Les codes d’étalement

1. Codes de canal (channalization code)
– séparer les différentes applications issues
d’une même source
Uplink : le canal de données et de Channalization Code Scrambling Code
contrôle pour un utilisateur
Downlink: les connections de données
différents utilisateurs dans une cellule
Débit Chip Débit Chip
2. Codes de brouillage (Scrambling Codes)
Uplink: Séparation des terminaux
Downlink: Séparation des secteurs

79

Voie montante (Uplink)

• Structure de la trame

I: data channel données DPDCH

Q: sync & control Symboles pilotes TFI FBI TPC DPCCH
Slot=0.667ms
2560 chips

Slot 1 Slot 2 Slot 3 …. Slot i … Slot 1 Slot 14 Slot 15

• Etalement et modulation
CD ω
cos(ωt)

I C scramb Réel
DPCCH p(t)
I+jQ ω
sin(ωt)

DPDCH *j Imag p(t)
Q
Cc
80

Voie descendante (DOWNLINK)

• Structure de la trame

TF1 données TPC données Symboles pilotes

Slot=0.667ms
2560 chips

Slot 1 Slot 2 Slot 3 …. Slot i … Slot 1 Slot 14 Slot 15

Trame 10 ms

• Étalement et modulation
cos(ωt)
I
p(t)
DPDCH/DPCCH
S/P Cc C scramb ω
sin(ωt)
Q
p(t)

81

Codes de canal
OVSF: Orhogonal Variable Spreading Factor

C ch,4,0 = (1 ,1 ,1 ,1 )
C ch,2,0 = (1 ,1 )
C ch,4,1 = (1 ,1 ,-1 ,-1 )
C ch,1 ,0 = (1 )
C ch,4,2 = (1 ,-1 ,1 ,-1 )
C ch,2,1 = (1 ,-1 )
C ch,4,3 = (1 ,-1 ,-1 ,1 )

SF = 1 SF = 2 SF = 4

Figure : Code-tree for generation of Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codes

Source 3GPP TS25.213

Tbit N chip débit chip
SF = = = Débit chip est fixé à 2.84 Mcps
Tchip N bit débit bit

grand débit ==== petit SF
82
petit débit ===== grand SF

Codes de brouillage

Le générateur est composé de 25 registres à décalage

clong,1,n
MSB LSB

clong,2,n

Figure : Configuration of uplink scrambling sequence generator ( source 3GPP TS 25.213 )

83

L’utilisation des codes dans l’UTRAN

Les propriétés d’intercorrélation entre les séquences OVSF ne sont garanties que lorsqu’elles sont
synchronisées
C C 8, 2
Voie descendante : chaque cellule utilise un code C 8 , 2 C 8 , 3 8 ,1
de brouillage propre, garantissant l’indépendance C 4 ,1
entre les cellules différentes

Voie descendante : le réseau alloue à chaque
C s1 C s2
mobile un code de brouillage Cs particulier.
C C 8, 2
C 8, 2 C 8 , 3 C8,1
s1 Cs3 C s3
Cs2 Cs2 C 4 ,1
C s4

84

WCDMA

85

Paramètres de WCDMA

Paramètres 3GPP WCDMA
Carier spacing 5MHz. (nominal)
Chip rate 3.84 Mchip/s
Roll off factor for chip shaping 0.22
Frame length 10ms
Number of slots/ frame 15
modulation QPSK
Coherent Detection Pilot Symbols/ channel
Multirate Variable spreading and multicode
Spreading factors 4-256
Power control Open and fast colsed loop (1.5 Khz)
Handover Soft Handover, interfrequency Handover

86

Le canal radio-mobile à 2 GHz

CDMA asynchrone( Up-link)
Multi-Utilisateurs
Effets de canal
Fading
Multi-trajet
Interférences d’accès multiple

87

Le canal radio mobile à 2 GHz

Canaux de L’ETSI
Indoor (intra-batiment)
Pedestrian(piéton)
Vehicular (à grande vitesse)

Indoor A Pedestrian B Vehicular B

∆τ = 310ns 3700ns 2000ns
1.2 Tc 14 Tc 4.8 Ts

88

Le récepteur Rake

89

La gestion des appels

Cours 3G
M. Moussaoui
ENSA, Tanger

90

La Mise sous tension

Dés sa mise sous tension, le mobile effectue un certain nombre
d’opérations destinées à sélectionner un réseau et une cellule
d’accueil
Ces opérations sont regroupées en trois processus dans le mobile:
La sélection de PLMN (Public Land Mobile Network)
La sélection de cellule
L’inscription au réseau

91

La notion de PLMN

PLMN: un réseau de télécommunication constitué d’un réseau cœur et d’un réseau
d’accès, installé et géré par un opérateur

Chaque PLMN dispose d’une identité, composée de deux champs:
MCC (Mobile Country code) est le code du pays du PLMN
MNC (Mobile Network Code) permet de différencier les PLMN d’un même pays

Ces deux champs font partie intégrante de l’IMSI

MCC MNC
De 0 à 999 De 0 à 99

L’identité du PLMN

92

La notion de PLMN équivalents
L’évolution du rôle de l’opérateur

Dans les réseaux GSM, le fournisseur de services est également possesseur
et opérateur de l’infrastructure du réseau
Opérateur 1 Opérateur 2

Infrastructure A Infrastructure B

Difficile l’existence de tout autre modèle économique
Les prix extrêmement élevés atteints par certaines licences de réseau de 3eme
ont contribué à créer des rapprochements entre opérateurs.
L’émergence d’un nouveau type d’opérateurs: les MVNO
93

L’évolution du rôle de l’opérateur

Un peu de vocabulaire
Les MVNO (Mobile Virtual Network Operators), ou opérateurs mobiles virtuels

Les MVNO proposent une offre de service en association avec un opérateur de réseau
qui possède la licence d’exploitation du spectre radio

Un MVNO peut posséder un partie plus ou moins étendue de l’infrastructure
Par exemple le réseau cœur, une partie du réseau d’accès ou uniquement le HLR
Au minimum, un MVNO doit détenir la carte SIM/USIM de se abonnés

94

Une infrastructure partagée entre plusieurs
fournisseurs de services

Il existe au moins 3 cas de figure dans lesquels des fournisseurs de services peuvent
être amenés à partager l’utilisation d’une infrastructure de réseau

1- deux opérateurs UMTS disposent chacun d’une licence UMTS décident de partager
l’infrastructure du réseau d’accès
2- deux opérateurs GSM décident d’exploiter conjointement une licence UMTS
3- deux MVNO proposent des services concurrents, basés sur une infrastructure gérée
par un troisième acteur
Opérateur 1 Opérateur 2

Infrastructure
A

95

Deux réseaux distincts gérés par unique
opérateur
Il peut arriver qu’un opérateur GSM ayant acquis une licence UMTS, soit obligé d’utiliser
des identités de PLMN différents

Les deux réseaux d’accès de l’opérateur sont considérés comme deux réseaux distincts
par les mobiles en mode veille
Opérateur 1

Infrastructure Infrastructure
A A

96

Umts

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (20)

Semelhante a Umts

Semelhante a Umts (20)

Umts