U M T S

Frdric DHont

S O M M A I R E

Prsentation du Contexte Linterface RadioMthodes daccsCDMALes canaux / Notions de QOS / La couche physiqueProcdures de gestion de ressources radioArchitecture en couches Larchitecture UMTS Conclusion

PRESENTATION DU CONTEXTE

U M T SLes Diffrentes gnrations en Europe

1 G : FDMA2 G : TDMAEVOLUTION

Commutation de circuit : GSM (9.6 Kbits/s) HSCSD (57.6 kbits/s)

Commutation de paquet : GPRS (160 kbits/s)

Commutation de circuit + paquet : EDGE (384 kbits/s) UMTS (2Mbits/s)

H S C S D HIGH SPEED CIRCUIT SWITCHED DATA

PRINCIPE : MOINS DE PROTECTION CONTRE LES ERREURS

AVANTAGE :

UTILISATION DE LINFRASTRUCTURE GSM EXISTANTE

INCONVENIENT :

COMMUTATION DE CIRCUIT UTILISE POUR LA TRANSMISSION DE DONNEES

GACHIS DE RESSOURCE

E D G E ENHANCED DATA RATE FOR GSM EVOLUTION

PRINCIPE : MODULATION DIFFERENTE DU GSM / GPRS (8 psk) 3 Bits TRANSMIS A CHAQUE MOUVEMENT DHORLOGE

MULTIPLICATION PAR 3 DU DEBIT

AVANTAGE :

MODE CIRCUIT + PAQUET UTILISE

INCONVENIENT :

NECESSITE UN CHANGEMENT DEQUIPEMENT

SITUATION DES RADIO MOBILES AU NIVEAU MONDIALChiffres 2001:

GSM 564 Millions de clients

CDMA 100 Millions de clients IS - 95 (continent amricain et Asie)

TDMA IS - 136 (Digital-AMPS) 81 millions de clients(Etats-Unis)

TDMA PDC (Personal Digital Cellular) /PHS (Personal Handyphone System)55 millions de clients , Japon

ETAT DES LIEUX MONDIAL

En 2001 : 600 millions de clients technologies sans fil 2 G (30 millions en France)

Acclration de la croissance de la radio tlphonie

2005 : 1 milliard de clients

March en dveloppement : Asie

Ralentissement de la croissance en Europe et Amrique du Nord

Modulations diffrentes

Mthodes daccs diffrentes

Bandes de frquence diffrentesGSM900/1800 (MHz)IS 95 800/1900IS 136800/1900PDC800/1400

Gestion du client diffrentCarte SIM (GSM)Infos clients dans le mobile (Amrique du Nord)INCOMPATIBILITE DES SYSTEMES EXISTANTS

QUEST CE QUE LU M T SUniversal Mobile Tlcommunication System

Systme de 3me gnration

Couverture globaleRoaming globalDbits importantsSupport dapplication multimdiaTerrestre / Satellite (Mss) : Mobile Satellite Service

LES PRINCIPES DE LUMTS Normalisation internationale Diffrents standards prvus dans lUMTS (compromis)

Bandes de frquences communes

Support pour donnes haut dbit 2 Mbit/s en environnement fixe 384 kbit/s (mobilit rduite) 144 kbit/s (mobilit forte)

Hritage du GSM (principe du rseau existant)

Un systme construit par les constructeurs (# GSM)

Compatibilit avec systmes de deuxime gnration

UNE NORMALISATION INTERNATIONALE Concept dIMT 2000

Objectif : Fdrer les propositions des diffrents organismes de normalisation

Principaux organismes :

Un organisme fdrateur : ITU (International Tlcommunication Union)

Europe : ETSI (European Telecommunication Standard Institute)

Japon : ARIB (Association of Radio Industries and Businesses

Etats Unis : T1 /TIA

Core : TTA (Telecommunication Technology Association)

LES DATES CLE

Rservation par lITU lIMT 2000 de 2 (+ 2 MSS) bandes de frquences (230 MHz + 150 MHz MSS)

1998 16 propositions reues pour linterface airTechnologie CDMA majoritaire

1999 2 familles de technologie retenues en CDMA Cration de 2 regroupements de constructeurs et oprateurs

LES DATES CLE

3 GPP (3d Generation Partnership Project) Hritage dun certain nombre de concept du GSM UMTS Rapprochement ETSI/ARIB/T1

3 GPP2 Cr afin de garantir une prennit des systmes IS 95 CDMA 2000 Etats Unis/Core/Japon/Chine

LES DATES CLE

1999Premires spcifications techniques

2000Dbut des attributions des licences UMTS en Europe (Espagne)

Recommandations UMTS release 99 publies (UMTS phase 1)

Rservation de 3 bandes de frquences complmentaires (160 MHz) - (900, 1800, 2600 MHz)

2001UMTS release 4

2002UMTS Release 5

2004Ouverture commerciale 1er rseau UMTS en France

BANDES DE FREQUENCEBandes prvues par lITU1885 - 2025 MHz2110-2200 MHz

Quelles sont les bandes disponibles ?

Europe 1900 - 2025 MHz (coupl au DECT partie basse 1880-1900)2110 - 2200 MHzJapon1920 - 2025 MHz (coupl au PHS partie basse 1893-1919)2110 - 2200 MHzEtats Unis ?????

En Europe hors satellite : bande [ 1900, 1980] U [2010,2025] U [2110, 2170] MHzLargeur de porteuse de 5 MHz

UN SYSTEME ETABLI PAR DES CONSTRUCTEURSDiffrent du GSM

Principaux acteurs :

Constructeurs :ERICSSONNOKIANORTEL SIEMENS sur TDD

Oprateurs :VODAFONENTT Do Co Mo

QUELS SERVICES ? Tlphonie

Services dinformation

Accs intra/extranet mobile

Messagerie multimdia

Services de localisation

Accs internet mobile

Services Point pointSymtriques :TlphonieConfrence tlphoniqueVido confrenceAsymtriques : EmailTlcopieAccs donnes (journal, vido, shopping,)Service mdical distance (imagerie)Accs internet

Services Multipoint Radio mobileTV mobileServices de distribution dinformation (mtro, trafic, sport,.) ou de musiques

Paging

SEPARATION RESEAU DACCES ET RESEAU COEUR Flexibilit du rseau accs (# GSM)

Dcoupage en 2 strates

OBJECTIF

Sparation de niveaux de services indpendants

Modlisation en strates AS (Access Stratum) et NAS (Non Access Stratum)

ACCESS STRATUM

Fonctions lies au rseau daccs (UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network)Gestion des ressources radio HandoverChiffrementCompression

NON ACCESS STRATUM

Autres fonctions indpendantes du rseau daccsEtablissement dappelSignalisation dappelAuthentificationGestion des services supplmentairesFacturation

Interface gnrique et normaliseInterface IUObjectif : Etre capable de connecter des rseaux daccs de technologies diffrentes :UTRAN (UMTS)BRAN Broadband Radio Access Network(WLAN - Wireless Local Area)SRAN - Satellite

Gestion de qualit de service au niveau IUSEPARATION RESEAU ACCES ET RESEAU COEURRESEAU COEURUTRANSRANBRANIUIUIURseaux daccs

LINTERFACE RADIO

LINTERFACE RADIO Les mthodes daccs

2 techniques proposes :

TDD (Time Division Duplex)FDD (Frequency Division Duplex)

TDD : Une seule et unique frquence utilise alternativement par les deux voies de communicationFDD : Une frquence utilise pour chaque sens de communication (comme en Gsm)

DIFFERENCES FDD/TDD

FDD : Adapt aux applications dbit symtrique (mme largeur de bande pour UL et DL)Technique non optimale pour dbit asymtriqueTechnique plus mature

TDD : Technique plus flexible quand spectre limitGestion des interfrences plus complexe

Bandes de frquence alloues :TDD [1900-1920] U [2010, 2025]7 canauxFDD UL [1920, 1980]2 x 60 MHz (2 x 12 canaux)FDD DL [2110, 2170]

LA TECHNOLOGIE CDMA Historique Fin annes 50 : Dbut utilisation de cette technique par les militaires Rsistance aux brouillages ConfidentialitDbut annes 90 Propose pour rseaux cellulairesAvantages viss : Augmentation de lefficacit spectrale Technique plus adapte aux dbits variablesPremier rseau : IS-95 (USA, CDMA ONE)

Principe Les usagers utilisent tous la mme bande de frquence et sont diffrencis par leur code respectif

PRINCIPE DE LETALEMENT DE SPECTRE Etalement de la puissance du signal dinformation sur une bande de frquence plus large

XXSignal usager(Transmission)Filtre/rcepteurSquence dtalementSquence dtalementSquence rcupre

SPREADING FACTOR (gain de traitement ou gain dtalement) SF : B talement / B information

oB talement : Bande du signal rsultant du processus dtalementB information : Bande occupe par le signal dinformation

Indicateur direct de qualit = BER = SF x SIR (Signal to Interference Ratio)

CHIP RATE Chip = Elment de codeChip rate = dbit de la squence de code utilise

En IS 95 Chip rate = 1,2288 Mcps

En UMTS Chip rate fixe : 3,84 Mcps (talement plus important)Notion de Wideband CDMA (WCDMA)

Pour CDMA 2000 Plusieurs chip rates utilisables (multiples du chip rate IS 95 : N x 1,2288 Mcps N = {1 ; 3 ; 6 ; 9; 12})

LES CODES UTILISES 2 types de codes utiliss :

Codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) (Channelization codes ou codes de canal)Diffrents gains de traitement possibles en fonction du dbit usager

Codes de brouillage (squences pseudo alatoires) (Scrambling code)Ralisation de ltalement proprement dit

LES CHANNELIZATION CODES

Codes orthogonaux

Codes utiliss pour le systme IS-95 (CDMA One)

Codes propres chaque canal physique

Codes de longueur diffrente (diffrents gains de traitement)

LES CHANNELIZATION CODES Codes OVSF utiliss bass sur codes de Walsh Hadamard (longueur 256)

Note : Codes de longueur 64 utiliss sur IS 95

Reprsentation des codes OVSF sous forme darbresC4,2 = (1,1,-1,-1)C4,4 = (1,-1, -1, 1)C 1,1 = (1)C 2,1 = (1,1)C4,3 = (1,-1,1,-1)C2,2 = (1,-1)C4,1 = (1,1,1,1)SF = 1SF = 2SF = 4.

LES CHANNELIZATION CODES 2 squences situes au mme niveau hirarchique de larbre sont orthogonales.

Plus SF est lev, plus la capacit est importante

Orthogonalit non garantie si dcalage dans le temps dun code (mauvaise proprit dintercorrlation => Scrambling code)

LES SCRAMBLING CODES Codes pseudo alatoires (PN Pseudo Noise)Deuxime niveau de codage pour palier aux mauvaises proprits de corrlation des codes OVSF Squences de Squence tale donnes

Gnrateur de registres dcalage (25) 38400 codes retenus en UL (taille quivalente la trame radio de 10 ms) Codes identifiant la station de base (DL) ou le mobile (UL)

XXOVSFCodes de brouillage

AFFECTATION DE CODES Voie descendante (synchronisation) Utilisation de la totalit de larbre OVSF dans chaque cellule (codes orthogonaux entre eux) Utilisation dun code de brouillage propre chaque cellule (distinction des cellules)

Voie montante (pas de synchronisation) Allocation chaque mobile dun code de brouillage et de la totalit de larbre OVSF

OPTIMISATION DE LUTILISATION DES CODES Codes OVSF2 codes OVSF situs sur une mme branche ne sont pas forcment orthogonaux

Risque de pnurie de codes OVSF (512 max) sens DLOptimisation / Achat de codesUtilisation possible dun deuxime code de brouillage dans une cellule Codes de brouillageEn DL, synchronisation vhicule par 64 codes de brouillage (codes de synchro secondaire)Rutilisation des codes

PLANIFICATION CODES CDMA Planification plus simple en CDMA (bande de 5 MHz quasi unique)

Planification de codes de brouillage (afin dviter des interfrences inter cellulaires)

En UMTS, une station de base est reconnue par son code de brouillage

LIMITE DE CAPACITE EN CDMA Utilisation de la mme bande de frquence par tous les usagers (codes diffrents) En pratique, orthogonalit non respecteInterfrences UL

Plus le trafic augmente, plus le niveau de signal augmente, plus le bruit ambiant augmente

Le respect dun niveau de signal bruit Cible passe un contrle de puissance prcis et rapide Un contrle de puissance dfectueux va dgrader la capacit du rseau

LES CANAUX 3 types de canaux : logiques (informations transmettre), transport (canaux logiques mis en forme), physiques (canaux rellement transmis sur linterface radio)

Cur de RseauStation de BaseMobileCanaux logiqueCanaux de transportCanaux physiques

LES CANAUX LOGIQUES Lis lutilisation faite et non au canal de transmission Canaux de contrle BCCH (diffusion informations de contrle) PCCH (envoi de paging) CCCH (signalisation pour mobiles non connects au rseau) DCCH (signalisation pour mobiles connects au rseau)

Canaux de trafic DTCH (change de donnes usager avec un mobile connect au rseau) CTCH (envoi de donnes usager rseau vers groupes de mobiles)

LES CANAUX DE TRANSPORT

Mcanismes destins fiabiliser les changes de donnes sur linterface radio

Gestion de la qualit de service Canaux ddis et communs

NOTION DE QOSRAB (Radio Access Bearer)

TFS (Transport Format Set)

Le Non Access Stratum charge lAccess Stratum dtablir le chemin de communication dans le rseau daccs

NOTION DE QOSDfinition du RAB:

Dfinition dattributs de qualit de service ngocis entre usager et rseau cur sur linterface radio et Iu

Notions importantes:

Dlai de transfert de linfoVariation du dlai de transfertTolrance aux erreurs de transmission

NOTION DE QOS Classes de service:Conversationnel (phonie, visiophonie, jeux)Streaming (coute de pgmes audio/vido, transfert FTP)Interactif (messagerie vocale, navigation WEB, e-commerce)Background (fax, email)

Dbit max / dbit garanti Taille des informations Taux derreur Dlai de transfert Priorit

NOTION DE QOSACTIONS DE LUTRANChoix du codage canal

Dimensionnement des ressources radio et configuration des protocoles radio (laiss libre au constructeur)

NOTION DE QOSINTERFACE RADIO ET TFS

A chaque canal de transport, lUTRAN associe une liste dattributs (TFS) destine reprsenter la manire dont les donnes sont transmises sur linterface radio

Dfinition notamment de :

Transport Block Size (taille des donnes transmises sur linterface radio)TTI (entrelacement)Type de codage canal (sans, code convolutif ou turbocode)Taille du CRCRendement du codage canal (1/3, 1/2)

LES CANAUX PHYSIQUES Canaux entre mobile et station de base (# transport ou logiques)

Canal dfini par : La frquence porteuse Les codes de brouillage Les codes de canalisation

Dure dune trame=10 ms=15 TS

LA COUCHE PHYSIQUE UMTS Les principales tapes :

Codage source (transcodage)

Le contrle derreurs (ajout du CRC) Choix du codage canal en fonction des attributs de qualit de service requis CRC (5 niveaux) Turbocodes (codes convolutifs en parallle) Le codeur de parole AMR (Adaptative Multi Rate) dfinit le meilleur couple codage canal/source 8 modes sont possibles avec trois classes dimportance

Adaptation de dbit

Adaptation de la taille des blocs au dimensionnement des canaux physiques de linterface radio

Rle du SF (code le plus proche du dbit demand) Poinonnage (taille blocs codage > taille bloc physique) ou rptition de bits (taille blocs codage < taille bloc physique)

Entrelacement

Objectif : Palier aux erreurs de transmission radio Fonction de la qualit de service requise Par bloc : 2 niveaux : bloc de transport (TTI) + trame radio (ordre de 30) Notion de TTI (Transmission Time Interval) TTI faible (10-20 ms) : Transport bloc rparti sur 1 2 trames radio TTI levs (> 80 ms) : Transport bloc rparti sur un nombre important de tramesRetard de transmission (pas de contrainte temps rel)

Etalement et modulation

Utilisation des codes

Modulation QPSK (modulation de phase)

RECHERCHE DE CELLULE INITIALEIMSI Attach

2 canaux physiques utiliss:

SCH (Synchronisation Channel)

CPICH ( Common Pilot Channel)

Suite de symboles connus du rseau et du mobile

Recherche du code par le mobile

RECHERCHE DE CELLULE INITIALE Diffusion des informations systmes:

Canal P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel)

Diffusion des informations sur la configuration du rseau

Analogie avec le canal balise BCCH GSM

Dbit = 13.5 kbit/s (BCCH GSM 780 bit/s)

PROCEDURE DE GESTION DES RESSOURCES RADIO Boite outil permettant de grer les ressources radio (RRC Radio Ressource Control) non normalise

Principe du Cell Breathing - Limitation UL Contrle de puissance (Soft) Handover Laccs La gestion de la mobilit Les mesures radio

RADIO RESSOURCE MANAGEMENT

Nouveau RABRAB acceptRAB rejetRAB rejetRAB acceptContrle dadmissionAllocation de codes, de puissance et de la station de baseContrle de congestion:HOPuissancePremptionNOK

PRINCIPE DU CELL BREATHING - LIMITATION UL Limitation de capacit CDMAPlus le trafic augmente, Plus le bruit augmente

Si Eb/No ncessaire important (> 6 dB) diminution trafic

=> Augmentation du trafic Eb/No cible entrane une perte de couverture

=> Dimensionnement des cellules fonction du trafic (CELL BREATHING)

Solutions:- Diminution du No => Contrle de puissance- Augmentation du Eb => Soft HO

CONTRLE DE PUISSANCE

Principalement sens UL :

Rception par la station de base de signaux au mme niveau (effet proche - lointain compenser)

Sens DL : diminuer les interfrences sur cellules voisines

CONTRLE DE PUISSANCE

Trs ractif

A plusieurs niveaux (rseau, station de base, mobile)

Garantit le RAB

CONTRLE DE PUISSANCEPremier type :Open Loop Power Control

Accs dun mobile non connect

Puissance mission initiale calcule daprs une estimation du Pathloss

Augmentation progressive

Entits impactes: mobile / station de base

CONTRLE DE PUISSANCESecond type:Inner Loop Power Control

Mobile en cours de communication

Gre la qualit de la transmission radio

Tous les TS (soit 666.7 microsec)

Entits impactes: mobile / station de base

CONTRLE DE PUISSANCE Troisime type:

Outer Loop Power Control

Gre la qualit globale de la communication

Effectu par le rseau

Plus lent que Inner Lopp (2e niveau)

SOFT HANDOVERPrincipe : Mobile li plusieurs stations de base - Transmission non interrompue lors dun changement de cellule

-> Diversit (amlioration des performances)

Objectif: Permettre davoir un Eb plus fort

Cest le rseau qui dcide

Inconvnient : En DL, allocation dun code OVSF pour chaque lien=> Diminution du nombre de code disponible=> Signalisation plus importante (paramtrage affiner)

SOFT HANDOVERAutres notions relatives au handover :

Softer HO Soft HO o cellules appartiennent une mme station de base

Active Set Ensemble des liens radio utiliss simultanment entre le rseau et le mobile (6 maximum)

Hard HO Changement de canal ou changement de mode FDD/TDD

Handover inter-technologies UTRAN/FDD et GSM Double chane de rception par le mobile Trous dans la Transmission de donnes (Compress Mode): Format spcifique, Poinonnage, rduction du SF

LACCESCellules candidates: Critre S (Suitable)

Squal (qualit) > 0 et SrxLev (champ) > 0

Squal = Qqualmeas - Qqualmin Qqualmeas mesure du rapport S/B du canal CPICH de la cellule Qqualmin niveau min de qualit requis dans la cellule

SrxLev = QrxLevmeas - QrxLevmin - Pcompensation QrxLevmeas mesure du niveau du signal reu par le mobile sur le canal CPICH QrxLevmin niveau min de signal requis dans la cellule Pcompensation rserve de puissance du mobile sur la voie montante (pnalit si Pmax mobile < niveau permis dans cellule)

LACCES

Choix de la cellule

Classement suivant un critre radio :

-> S/B canal CPICH

-> Niveau reu sur canal CPICH

LA GESTION DE LA MOBILITE

MODE VEILLE

MODE CONNECTE

LA GESTION DE LA MOBILITEGestion mobilit en mode veille

Zones de localisation Gestion spare possible entre circuit et paquet (LA/RA) Paging Paramtrable par loprateur Mise jour de localisation

Reslection de celluleCellules voisinesCritre S : cellules candidatesCritre R (Ranking): classement des cellules candidatesCritre de mesure : limiter le temps pendant lequel le mobile effectue des mesures sur les cellules voisines. Si Squal (qualit cell courante) > Ssearch: pas besoin de mesurer les cellules voisines (mobile proche de la cellule)

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE VEILLECritre R :

Critre bas sur une dure minimale (T reselection) Slection du R le plus lev Cellule courante A:R(A) = Qmeas(A) + Qhyst(A) Cellules voisine satisfaisant critre S (B):R(B) = Qmeas(B) - Qoffset(B) - TO(B)

Qmeas mesure qualit (soit Eb/No CPICH, soit S CPICH)Qhyst viter de trop nombreuses reslectionsQoffset permet de favoriser ou dfavoriser les cellules voisines les unes par rapport aux autres (limite de LA)TO composante temporelle qui sert pnaliser la cellule voisine pendant une dure dtermine

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE Diffrents niveaux dtat connect :

4 niveaux diffrents dfinis pour sadapter au mieux aux diffrents services

CELL_DCH :

Canaux de transport ddis allous dans les 2 sens de communication (analogue ltat connect GSM)

-> Contrainte de temps rel (tlphonie, diffusion vido)

-> Contrainte de mobilit par le rseau

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE Diffrents niveaux dtat connect :

CELL_PCH / URA_PCH : Aucune ressource ddie alloue au mobile (analogue au mode veille GSM)Seule lecture des mobiles des informations transmises par le rseau sur canaux BCH et PCHContrle de mobilit effectu par le mobile

- CELL_PCH : position du mobile connue par le rseau

- URA_PCH : le rseau ne connat pas la cellule courante du mobile mais seulement son URA (UTRAN Registration Area)

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE Diffrents niveaux dtat connect:

CELL_FACH :

Aucun canal physique ddi allou mais possibilit de transmission de donnes (mobile ou rseau)

Position du mobile (cellule courante) connue

Etat hybride CELL_DCH / CELL_PCH

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE Diffrents niveaux dtat connect:

Tri par niveau dactivit dcroissant:CELL_DCHCELL_FACHCELL_PCHURA_PCH

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE

Contrle de mobilit effectu par le mobile

Etats CELL_FACH, CELL_PCH, URA_PCH

Mise jour de LA, RA ou URA

Critre de reslection: critres S et R du mode veille (paramtres diffrents)

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE

Contrle de mobilit effectu par le rseau

Etats CELL_DCH et CELL_FACH

Handover (Soft voire Hard)

Algorithme constructeur

Exemple : Mesure du rapport S/B du canal CPICH > seuil S1 pendant une dure dau moins Tadd secondes => Ajout dans lactive set

LES MESURES RADIO Mcanique beaucoup plus riche et flexible quen GSM

Rien nest impos par la norme (diffrent du GSM)

Exemples de grandeurs physiques mesurables par le mobile: Puissance reue dun canal CPICH Eb/No du canal CPICH (par chip)

Prtraitement des mesures par le mobile :Objectif: diminuer le temps de calcul

Notion de filtrage (conserver les principales tendances et gommer les cas particuliers)

LES MESURES RADIO Transmission des mesures vers le rseau:

2 modes proposs par la norme :

- Priodique (entre 250 ms et 64 s)

- Sur vnement (si certaines conditions de mesures sont remplies => rduire les changes de signalisation)

Mesures effectues par la station de base:Exemple: mesure du BER (Bit Error Rate)Gestion similaire celle du mobile

INTERFACE RADIO - Architecture en couches- Comme en GSM: Architecture en couches

- Similarit avec couches OSI sur les couches 1 3 (bas niveau)

Niveau 1: Couche Physique

Niveau 2: Couche LiaisonNiveau 3: Couche Routage

INTERFACE RADIO - Architecture en couchesGSMGPRS UMTSCouche 1GMSKGMSK QPSKCouche 2LAPDm+ complexe- Fiabilisation que LAPDmdu transport RLC 3 sous-couches - Multiplexage Scurit transport- Indpendance Segmentationinterface radio Multiplexagepar rapport au rseau - Compression en-tte IP PDCP

Couche 3 RR (mobilit SNDCP RRC (RR GSM) + tabl. appels) (encapsulation + compression en-tte IP)

LARCHITECTUREDE LUMTS

Larchitecture de lUMTSUEUTRANRESEAU COEURUser EquipmentUuIu

Larchitecture de lUMTS

- Rseau cur GSM / UMTS trs similaires - Rseau dAccs:

RNC (Radio Network Controller) Equivalent BSC

Node B Equivalent BTS

Larchitecture de lUMTS

RNCPSTNRseau de donnes de paquet (INTERNET)SGSNGGSNGMSCMSC3GNode BRNS :Radio Network SubsystemRNC :Radio Network ControllerUTRAN :Universal Terrestrial Radio Acces NetworkIub

Larchitecture de lUMTS

UENode BNode BNode BRNCRNCIurVLRMSCSGSNGGSNGMSCHLREIRAuCIuIuGnDCGdFGsHGfUuRESEAU DACCESRESEAU COEURIub

Rseau dAccs et rseau coeurRseau daccs:

Achemine linformation depuis le terminal mobile jusquau rseau cur et vice versa

Rseau cur:

Assure la gestion du service offert et lacheminement des communications vers les rseaux fixes

Equipement Usager (UE)- UICC (Universal Integrated Circuit Card): carte puce

- USIM (Universal Subscriber Identity Module):Application contenue dans lUICC permettant laccs aux services

Contient:IMSIMSISDNIdentits temporaires de lusager (TMSI / PTMSI)Identits des zones de localisation courantes de lUECls de chiffrement et dintgritListe des rseaux interdits

Le rseau cur de lUMTSEn GSM: rseau cur spar en 2 suivant commutation de circuit ou de paquet (GPRS)

-> Gestion spare de ltablissement dappel et de la mobilit (MSC/VLR et SGSN)

En UMTS: cette distinction subsiste (R99) avec 2 domaines:- CS (Circuit Switched)- PS (Packet Switched)

Elments du cur de rseau- Domaine CS:MSC (commutateur de donnes et de signalisation)GMSC (commutateur passerelle vers rseaux extrieurs)- Domaine PS:SGSN (rle du VLR avec les RA)GGSN (rle du GMSC pour le GPRS)

- Elements communs:HLR (base de donnes contenant les infos relatives aux clients)AuC (lment de gestion des fonctions de scurit: authentification/ chiffrement)EIR (base de donnes contenant la liste des mobiles interdits Black List quipement optionnel)

Rseau cur intgr- Notion prvue en UMTS pour intgrer les domaines CS et PS

- Excution de procdures combines de mise jour de LA et RA

- Gains:temps de traitementcots de maintenance

- Entit UMSC (UMTS MSC) qui regroupe MSC et SGSN

- Prvu dans la Release 4 (rseau tout IP en release 5)

RESEAU DACCES - LUTRANNouveauts:

- 2 nouvelles interfaces ouvertes:Iub (Node B -RNC)Iur (RNC - RNC)

- Utilisation du CDMA Large Bande

- Introduction de lATM dans les interfaces:Iu (RNC - MSC), Iub (Node B - RNC) et Iur (RNC - RNC)

- Notion de point dancrage sur du trafic Data

RESEAU DACCES - Les constituantsRNC:Contrleur des stations de base (Equivalent BSC)Contrle lutilisation et lintgrit des ressources radio

-> Gestion de ladmission, charge, congestion

-> Gestion de la mobilit (soft handover - procdures de macrodiversit)

-> Allocation de codes

-> Gestion du contrle de puissance outer loop

RESEAU DACCES - Les constituants

Notions diffrentes de RNC:

- CRNC (RNC de contrle): contrle les ressources radio sur les nodes B en charge

- SRNC (RNC serveur): contrle la connexion dun UE en particulier (RNC ltablissement de connexion) ainsi que les procdures associes (HO, allocation/rsiliation des RAB, contrle de puissance)

Le SRNC joue le rle dun point dancrage pour diminuer la charge de signalisation dans le rseau cur.Le CRNC joue alors le rle dun simple routeur entre le mobile et le SRNC (notion de Drift RNC DRNC).Attention toutefois la charge de signalisation sur lIur !

RESEAU DACCES - Les constituants Notions diffrentes de RNC

RNC1RNC2IurNode B1Node B2DEPLACEMENTSRNCCRNC (Node B2)

RESEAU DACCES - Les constituants

NODE B

Rle principal: Assurer les fonctions de rception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules

Equivalent de la BTS en GSM/ Nom donn une station de base

Effectue les procdures de la couche physique:ModulationEtalement de spectreContrle de puissanceAdaptation de dbitPrincipe de RAKESupporte les modes FDD et TDD

RESEAU DACCES - Les constituants

LES INTERFACES

Iu (RNC - MSC/SGSN):- Gestion des RAB (allocation, libration et modification)- Relocalisation du SRNC- Fonctions de scurit- Paging- Rinitialisation du RNC ou du MSC- Transfert de signalisation

Equivalent aux interfaces A et Gb GSM

RESEAU DACCES - Les constituants LES INTERFACES

Iub (RNC - Node B):- Gestion des liens radio- Gestion des mesures radio- Contrle de puissance

Equivalent linterface Abis GSM

RESEAU DACCES - Les constituants

LES INTERFACES

Iur (RNC - RNC):- Echange de signalisation- Gestion des liens radio (notamment procdure de macrodiversit)- Gestion des mesures radio- Contrle de puissance

Pas dquivalent en GSM

LE ROLE DE LATM

ATM: Asynchronous Transfert Mode

Technique de transmission combinant les avantages:

du mode circuit (dbit et dlai de transmission garantis)

du mode paquet (possibilit de gains statistiques lis au multiplexage de diffrents usagers profil de trafic diffrent)

LE ROLE DE LATMMode de transfert dans les rseaux RNIS Large Bande

Possibilit de support de trafic avec des dbits variables

Possibilit de prserver la qualit de service des mdias vhiculs

En UMTS: transport des interfaces Iu, Iub et Iur

Sappuie sur des standards des couches physiques dj dfinis: FO, SDH

PRINCIPES DE LATM GSM : Mode de transfert synchrone tram

ATM : Support de transmission galement tram mais intervalles de temps utilisables par nimporte quel usager

Cellule de taille fixe (53 octets) et marquage des informations transmises (en-tte de cellule 5 octets)

Mode connect avec soit :

Echange de signalisation (circuit virtuel/ commut) Conduit virtuel

Connexions permanentes (circuit virtuel permanent) Circuit virtuel

Mcanisme dadressage VPI/VCI

PRINCIPES DE LATM Gestion de la qualit de service (couche AAL ATM Adaptation Layer)

5 types dAAL proposes par lATM en fonction de la QOS requise par lusager

En UMTS, 2 couches dAAL utilises : AAL 2 / AAL 5

AAL2 : Applications sensibles au dlai de transmission Transport de paquets de petite taille Donnes usager des interfaces Iub, Iur et Iu (cs) transportes

AAL5 : Applications peu sensibles au dlai de transmission Transport de paquets de taille variable Signalisations des interfaces Iu, Iub et Iur et donnes Iu (PS) transportes

PROCEDURES DE SECURITE3 procdures proposes en UMTS :

AuthentificationVrifier lidentit du clientAuthentification du rseau par le mobileGnration des cls de chiffrement et dintgritGr par MSC/VLR (CS) et le SGSN (PS)

ChiffrementAssurer la confidentialit des donnes transfres sur le canal radioGr par RNC

PROCEDURES DE SECURITEIntgrit

Nouveau mcanisme par rapport au GSMApplique la signalisation change entre mobile et rseau (CS et PS)Permet lentit rceptrice dauthentifier lmetteur et dassurer que le message reu na pas t altr ou falsifi au cours de la transmission Gr par RNC

UMTS HSDPA

Le HSDPA : High Speed Downlink Packet Access

Fonctionnalit issue de la release 5 : qui permet une volution du WCDMA existant qui propose un dbit maximal descendant de 10 Mbit/s (plus grande flexibilit dans lallocation des ressources), 3,6 Mbit/s en pratique.

UMTS HSDPA

Hybrid ARQ (Automatic Repeat reQuest)

Permet damliorer les transmissions en mode paquet, par lmission la demande du rcepteur de redondance incrmentale (ce principe avait t introduit par lEDGE).

UMTS HSDPAAlternatif Trs Haut Dbits = TDD

- Rayon de couverture du TDD fortement rduit. Analogie couche microcellulaire en GSM- Peu soutenu par les constructeurs dinfrastructure UMTS. Seul Siemens est moteur. - Brouillages possibles entre les bandes TDD et FDD - Aucune visibilit sur des terminaux TDD.

Probabilit incertaine dun essor du TDD en Europe

UMTS HSDPA

Fonctionnalit HSPDA:

pousse par les oprateurs(notamment Vodafone)

- motive par la concurrence technologique des marchs amricains et asiatiques: Concurrence au Japon : Foma (W-CDMA), J-Phone/Vodafone (W-CDMA) et KDDI (CDMA) Concurrence aux Etats-Unis : Verizon/Vodafone (CDMA), Cingular (EDGE/W-CDMA), AT&T (EDGE/W-CDMA) et Nextel (CDMA et iDEN)Pour lEurope, il ny a pas concurrence sur les technologies, du moins pas entre CDMA et W-CDMA.

UMTS HSDPA

Reprise des volutions de lEdgeA. Introduction dune nouvelle modulation 16 QAM, en complment de la modulation downlink actuelle, QPSK (pas fait au dbut ?)B. Modulation adaptative cest dire que le rseau contrle en permanence le lien avec le mobile et adapte la modulation (16 QAM ou QPSK) la qualit de ce lien.C. Introduction de nouveaux codages en fonction des conditions radio.D. Hybrid ARQ qui permet damliorer la transmission en incrmentant la redondance des informations.E. Intelligence du Rseau dcentralise dans le Node B ce qui amliore fortement la ractivit.

UMTS HSDPA

5 fois plus de dbit descendant (1 Mbit/s en nominal x3). Dbit montant inchang (110 Kbit/s)

Ractivit (latence) infrieure 100 ms (< 300 ms FDD)

Disponibilit 2007

UMTS HSUPA

- High-Speed Uplink Packet Access - Porte le dbit montant (Uplink) 5,8 Mbit/s thorique (1,4 3,6 Mbit/s en pratique)Premire communication HSUPA en France en Septembre 2007 sur le rseau SFR avec le concours de l'quipementier Alcatel-Lucent. - Dploiement de cette technologie au premier semestre 2008.- Le futur de HSUPA sera le HSOPA (High Speed OFDM Packet Access) sur lequel le 3GPP travaille actuellement.

CONCLUSIONGSMF/TDMAInterface radio en couches (+ ou - complexe)

Distinction quipement circuit / paquetHandoverCompromis marginal trafic - couverture (coupleur) DLContrle de puissance marginalMesures radio normalises UMTSCDMAInterface radio en couches (inspiration GPRS niveau 2 + GSM niveau 3Distinction quipement circuit paquet (Tout IP => release 4/5)Soft handover + interface IURCompromis trafic- couverture (cell Breathing) ULContrle de puissance prpondrantMesures radio ouvertes (gestion mobilit)COMPARATIF GSM / UMTS

CONCLUSION

GSMInterface Abis propritaireBTSBSCMode de transfert synchroneDbit 160 kbit/sLocalis

UMTSInterface Iub ouverteNode BRNCMode de transfert asynchroneDbit 2 Mbit/s ???Universel ?COMPARATIF GSM / UMTS

CONCLUSIONPERSPECTIVES Refus de lARCEP en octobre de lattribution de la 4e licence (FREE MOBILE / ILIAD) => Gouvernement ?

3G dans les DOM : procdure en cours

3G dans tout le territoire : demande dattribution de frquences dans la bande des 800 MHz

En zone hyper urbaine : complment avec technologie WI MAX en bande 2,6 GHz ?

CONCLUSIONPERSPECTIVESTechnologie mobile dite de quatrime gnration, (4G):

Ultra Mobile Broadband (UMB): Qualcomm / LG / Lucent: bas sur CDMA

Long Term Evolution (LTE) : volution long terme, caractristiques similaires celles de l'UMB de Qualcomm, compatible avec les rseaux de type GSM.

CONCLUSIONPERSPECTIVES

Comptition entre LTE et WiMAX

Nextel, troisime oprateur de tlphonie mobile des Etats-Unis : 5 milliards de dollars un rseau WiMAX (BusinessWeek.com, 03/09/07), cible 100 millions d'Amricains auront accs d'ici la fin de l'anne 2008. Verizon Wireless, le numro deux des oprateurs mobiles amricains, envisage de choisir le LTE, qui a le soutien d'Ericsson et de Nokia. AT&T / T-Mobile.

CONCLUSIONPERSPECTIVESWiMAX mobile : Samsung en Core, affirme que cette technologie est si performante qu'il n'y aura pas besoin de LTE. Vitesse moyenne se rapproche plus de 30 mgabits. Moins coteux mettre en service que la technologie mobile 3G

Cisco, a scell son entre dans le cercle du WiMAX rcemment en annonant son intention d'acheter, pour la somme de 330 millions de dollars (228 millions d'euros), Navini Networks, un quipementier WiMAX dtenteur de brevets cruciaux.

CONCLUSIONPERSPECTIVESNovembre 2007 : le WiMAX a remport une victoire significative quand l'Assemble des radiocommunications de l'Union internationale des tlcommunications (UIT), une branche de l'Onu, a accept de l'intgrer dans ce qu'on appelle la famille de la troisime gnration des standards de tlphonie portable (3G). Cet aval permettra de nombreux pays membres de l'UIT de consacrer une partie des ondes de la radio publique au WiMAX.

Intel, le plus grand fabricant au monde de puces, prvoit d'intgrer cette technologie aux ordinateurs portables en 2008. Samsung a dj dvoil plusieurs appareils WiMAX ; Nokia et Motorola ont annonc qu'ils comptaient aussi commencer vendre des appareils mobiles utilisant cette technologie en 2008.

CONCLUSIONPERSPECTIVESLe WiMAX s'implante galement dans les pays en voie de dveloppement. La technologie est adopte rapidement par les oprateurs dans des marchs qui connaissent une croissance rapide, comme le Brsil, la Chine, l'Inde et la Russie.

Clearwire, une entreprise trs en vue, fonde en 2003 par Craig McCaw, pionnier du sans-fil, a rejoint Sprint pour partager le risque encouru en fournissant le WiMAX aux Etats-Unis. Il a galement lanc des services en Europe et suggr qu'il comptait s'implanter en Asie et en Amrique du Sud.

"Au moment o le WiMAX est une ralit commerciale, le LTE en est toujours au stade du standard."

CONCLUSIONPERSPECTIVESBmol:

Le Sudois Ericsson, numro 1 des quipementiers tlcoms, a dclar que contrairement ses collgues, il ne fabriquerait pas de matriel WiMAX ; selon lui, celui-ci n'est pas optimis pour des appels vocaux mobiles.

A suivre ???

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