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Les Aspects Radio Dans
Les Réseaux Cellulaires
INDP3
Année universitaire 2010/2011
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Les techniques d’accès dans les
réseaux Mobiles Acc s multiple r partition dans les
fréquences AMRF ou FDMA Accès multiple à répartition dans les
temps AMRT ou TDMA Accès multiple à répartition dans les codes
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Canaux physiques
T
P
P
CDMA
FDMA
T
F
FT
FTDMA
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FDMA ec er a c aque ommun ca on un e
fréquence. van age:
Transmission continu
mp c Inconvenients:
a e z Complexité du Handover
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DMA ne por euse es par ag e en n erva e e
temps (IT ou Slot)
Débit plus important que TDMA Augmenter la capacité
Gestion plus facile du Handover Inconvénient:
bande plus large que FDMA
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CDMA ec er un co e a c aque commun ca on
Avantage: Grande capacité Grand débit
Inconv nients Complexe co teuse
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Répartition des bandes de
fréquences Numéro Nom de la bande Symbole Fréquence
-
11 EHF 30Ghz-300Ghz
K abnd 18Ghz-27Ghz
-
X band 8Ghz-12Ghz
C band 4Ghz-8Ghz
10 SHF 3Ghz-30Ghz
S band 2Ghz-4Ghz
L band 1Ghz-2Ghz
9 UHF 300Mhz-3Ghz
8 VHF 30Mhz-300Mhz
7 HF 3Mhz-30Mhz
6 MF 300Khz-3Mhz
5 LF 30Khz-300Khz
4 VLF 3Khz-30Khz
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Concept cellulaire Ressources en fr quences sont limit es
Les premiers réseaux mobiles se composent deque ques me eurs qu couvren es zonesimportantes et non interconnectées
Communication interrompues
Con cept ce l lu la i r e
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Concept cellulaire ne on e ec romagn que une r quence
s’atténue après une distance d
suffisamment éloignée pour éviter lesinterférence
Une cellule: zone géographique desservie par unefréquence-
cellules
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Intér t du concept cellulaire
N=7 nombre decommunicationsdans la zone A R R
En répartissant lesfréquences sur lescellules, ce
nombre devient:π π r = r
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Notion de Cluster Un groupe de cellule utilisant l'ensemble
de la bande de fréquence du système estappel motif ou cluster
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Distance de réutilisation
D D
R R
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Distance de réutilisation G om trie hexagonale
D=i2+ij+j2 (i et j sont des entier naturels) Soient deux cellules de coordonnées (x1,Y1) et
(x2,y2)dans le repère oxy hexagonal
(x’1,y’1) et (x’2,y’2) dans le repère ox’y
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y
x
Y’1
x 2
x 1y1
y’2U
x ’1 x ’2
x ’
y2
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Distance de réutilisation D =(x 2-x 1) +(y 2-y 1)
x’ 2=x2cos(α)=x2.
x’ 1=x1.
y’ 2=y2+x2sin(α)=y2+x2 /2
2 / 3
y’ 1=y1+x1sin(α)=y1+x1 /2
D2= (x2-x1)2+(y2-y1)2+(x2-x1).(y2-y1) i= x2-x1; j= y2-y1
D2
=i2
+j2
+i.j
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Nombre de cellule par Cluster
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Nombre de cellule par cluster a: surface de la cellule
A: surface du cluster
.=
RU .3=
2 / 3=aij ji D
a N ++=== 222
23
21.
)30(233
2
2
D
Cos
D
A =⎟⎟ ⎞
⎜⎜⎛
°=
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Nombre de cellules par Cluster =
1 2 3 4
1 3 7 13 21
3 13 19 27 37
4 21 28 37 48
Les clusters peuvent être constitués de 1,3,4,9,12,13,16,19,21…cellules
incluant 3 cellules par site
Pour le cas des réseaux numérique tel que le GSM le motif .
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Sectorisation des cellules Entretien des BTS : co t lev
Réduction du nombre de site antenne directrice couvrant une cellule
hexagonale depuis l’un des coins
En un coin, 3 BTS couvrant 3 cellules Sectorisation 120° ou 60°
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Sectorisation des cellules
- -
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Schéma de sectorisation
Exemple de motif de cellule tri-sectorielle
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Combinaisons motifs/secteurs
1 4 1 43
76
103
76
10
12 91 4
12 91 4
3
7
6
10
3
7
6
10
Motif 4/12
12 9 12 9 Secteur i
Canal i 12i et 24i
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Motif de Stockholm2
31
4
515
6
62
2
3
4
461
5
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Motif de Stockholm Motif irr gulier
Réalisé à l’aide des antennes directives Couverture progressive des zone de
couverture s’étend progressivement en
du site initial
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(reuse partitioning)
2 67
A B C A
6 7 3 4
C A B C
3 4 5 1
A B C A
1 2 6 7
A B CC
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Motifs combinés Combinaison de deux motifs
’ bâtiments, et les autres pour l’extérieur (utilisé enenvironnement urbain dense)
Soit n1: nbre de canaux pour les cellules de grande taille. Soit n2: nbre de canaux pour les cellules de petite taille n1 n2=n On pose n’ 1=n1 /N1 nbre de canaux par cellule dans le cluster(1)
On pose n’ 2=n2 /N2 nbre de canaux par cellule dans le cluster(2) C’= (n’ 1+n’ 2) /S capacit du r seau combinant les deux C= (n’ 1)/SN1 capacité du réseau classique
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Exemple du motif combiné n=70, N1=7, N2=4
n1 35 20 50
n2 35 50 20
C.S 10 10 10
C’.S 13,75 15,36 12,14
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Capacité intrinsèque d’un système
cellulaire K=n/N.B
Avec: N: taille du motif B: bande passante
.
Exemple: cas du GSM N=9 n=8 B=200 khz K=2,2canaux/ cellule/Mhz
Exemple 2: Radiocom 2000 B=12,5Khz, n=1,N=21 K=1,9 canaux/cellule/Mhz
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Interface Radio GSM
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Notion de canaux, Bursts et rames ec n que acc s mu p e:
1 porteuse (bande de fréquence),
ou Times Slot ou simplement Slot)
Fenêtre temporelle / fréquentielle Utilisée our transmettre des informations
usager ou système) Fréquences centrales des slots : positionnées à
rv z Durée: 0,577ms
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Technique d’accès pour le réseau GSM:
Modulation : 271 kbit/s
Multipléxage Fréquence & Temps
890-915 MHz
1710-1785 MHz
-
45 MHz
- z
95 MHz 0,3 à 30 km 2 à 8 W
0,1 à 4 km
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Numérotation des canaux
900 d
= + , .n u=d- ≤n ≤
1800d= , +
0,2.(n-512)u= d- ≤n ≤
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canaux, Bursts et rames Structure des slots d termin e par
certaines contraintes Délai: durée inférieure à 5ms Longueur du préambule doit permettre une
égalisation sur 16 à 20 ms Temps de garde nécessaire pour garantir unonc onnemen sur es ce u es e m erayon
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Canaux, Bursts et rames Multitrame:
26 trames TDMA (120 ms),
Supertrame:,
Hypertrame: 2048×26×8×51 slot soit 12533 760 secondes ou 3
heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 millisecondes Multiple des cycles précédents D termine tous les cycles de transmission sur le canal
radio
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Canaux logiques GSM
parole (speech): TCH/FS (Trafic channel Full Rate for speech) TCH/HS
Données TCH/FR (Trafic channel Full Rate for Data) TCH HR
CCH: Control Channel Point to oint:
SDCCH, FACCH, SACCH Point Multipoint:
FCCH SCH BCCH CCCH: Common Control Channel
PCH RACH AGCH
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Débit des canaux : s
TCH/HS: 5,6 Kb/s TCH/FR: 9,6 Kb/s TCH/HR: 4,8 Kb/s
SDCCH: 800b/s (TCH de taille réduitedédié à la signalisation) SDCCH= TCH/8
n n l h i n nir i T Havec son SACCH soit 8 SDCCH avec leursSACCH
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Entrelacement de la parole Bloc de 456 bits
Chaque demi bloc b0 b1 … … … … … b7Écritureem urs esassocié avec un b8 … … b1
5
trame suivante Ensuite à l’intérieur
…
…
d’un burst, les deux
sous bloc sont
b4
48
… … … … b4
55
m lang s A0 A1 … … … … … A7em
Blocs
E l d D é d l
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Entrelacement des Données et de la
signalisation e man re s m a re ce e e a paro e ma s un
peu plus complexe
(données)
SDU est fractionné en 19 parties de 24 bits,
chaque partie comprend six mots de 4 bits,chaque partie est transmise sur un burst’
restreint sur 8 à 25 bits code sur 36 et 78 bits)la
transmission concerne un seul burst Dans les autres cas: entrelacement des 8 demiblocs sur 4 bursts
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Format d’un burst
Trame TDMA…………………….
8,25 bits (30,46μs)
Bits de données chiffrés etencodés
Séquenced’apprentissage
Bits de données chiffrés etencodés
s s s s
Slot 156,25 bit 577µs
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Format du Burst La norme sp cifie un gabarit respecter
concernant le temps de montée et de baisse de la’ ,
chevauchent pas dans leurs parties utiles
La norme prévoit d’autres formes pour lesfonction articulières tel ue cala e sur lafréquence, synchronisation accès correspondantaux canaux FCCH, SCH, et RACH
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Multiplexage CH-SACCH TCH/F allou avec SACCH
Utilisent le même Time Slot Un slot attribué/direction/trame
(0≤k≤7), N: numéro du canal
24 slots/cycle pour le TCH et un slot pourle SACCH. Le dernier est libre
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Multiplexage CH-SACCH Co ec e paro e ivre 260 its co sur 8 emi urst 4
bursts) toutes les 20ms
Transmettre 1 burst cha ue 5ms Trame TDMA plus courte 4,6153ms Pendant 120ms 6 bloc de parole (chaque bloc est code sur
urs s onc urs s Le mobile dispose 26 bursts, donc deux slots sont libres
1 idle (repos) le mobile scrute les voies balises des cellules
voisines
T T T … … … A T T … … … …. i
0 1 2 12 13 24 25
T: TCH A: SACCH i:Idle
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Multiplexage TCH-SACCH (demi débit) Les slots pair allou un mobile
Les slots impair alloué à un autre mobile Les slots 12 et 25 sont alloués au SACCH
T t T … … t A T t … … … t a
0 1 2 12 13 24 25
e : e a:
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Implantation des canaux FACCH Obtenu par vole de trame TCH
Structure d’entrelacement la même que TCH Pour indiquer le vol de TCH on utilise les deux bitsprésent sur chaque burst de part et d’autre de la
’
préemption (stealing bits)
Bit =0=>bit de données pairs TCH Bit =0=>bit de données pairs FACCH
Bits de données TCH ouFACCH
Séquenced’apprentissage
Bits de données TCH ou FACCH
s s s s
Bit =0=>bit de données impairs FACCH
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Multiplexage SDCH-SACCH Un SDCCH et son SACCH associ s sont
multiplexés sur un même canal physique duplex’ -
Périodicité deux multi-trames à 51 trames
traficD0
0 1 2 3
D1 D2D3 D4 A0 /A4
D7D6D5 A1 /A5 A2 /A6 A3 /A7
Ai=SACCH associé au SDCCH i i
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Canal FCCH urs par cu er compos e s
S’il est émis sur une fréquence f 0 il donneun s gna s nuso a e r quencef 0+1625/24Khz
se rouve sur e s o e a vo ebalise
m s ans es rames , , , ed’une multitrame à 51 trames
o s c aque , µs o env ronfois/s
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Canal SCH Fournie tous les éléments nécessaires
pour la synchronisation: Synchronisation fine: détermination du TA Synchronisation logique: détermination du FN
Trame TDMA8,25 bits (30,46μs)
Bits de Séquence d’apprentissage Bits de donnéesdonnéesencodés
encodés
3 bits 64 bits 39 bits 3 bits
Slot 156,25 bit 577µs
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Canal SCH e urs se rouve ans e s o
d’une trame TDMA ou ours s u une rame apr s e
Le premier burst que le mobile tente à deco er apr s e
Le détection permet au mobile d’être surque a r quence qu cou e es a vo ebalise
e urs se rouve ans es s o s1,11,21,31 et 41 d’une multitrame à 51
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Canal BCCH us on e onn es carac r s ques e a ce u e
Chaque information est incluse dans un mot de 23 octets
répartis sur 4 burst normaux après codage etentre acement 184 bits sont codés sur 456 bits Diffuse des informations relatives au rè les d’accès à la
cellule Paramètres de sélection de cellule (puissance autorisée,
hystérésis, niveau minimal de signal exigé (2 diffusions/s) Numéro de LAI (2/s) Paramètres RACH (4/s)
Or anisation des canaux 1 s Fréquences balises des cellules voisines (1/s)
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Canal RACH urs par cu er acc s a a o re e ype
S-ALOHA us cour que e urs norma car e
mobile ne connais pas son endroit par
Le burst doit s’insérer dans complètement
chevaucher avec le slots voisins
une distance maximale de 37,8Km
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Canal RACH rame
Séquence desynchronisation
Bits de données encodés68,25bits (252µs)
8 bits41 bits 36bits
Slot 156,25 bit 577µs
3 bits
s u es 6 bit CRC 4 bit de traînée Codée (codage convolutionel)=>36 bits
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Canal AGCH’
mobile, il faut allouer un canal de signalisation
dédié au mobile L’allocation se fait sur des slots définis quiforment AGCH
signalisation: Numéro porteuse et du slot
TA Le message d’allocation est inclus dans un mot
e oc e s co s sur ocs e s qu sonentrelacés sur 4 burst normaux
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Canal PCH Lorsque le r seau d sire appeler un mobile Diffuse son identité sur un ensemble de cellules
v a e cana Un ou plusieurs messages sont inclus dans un
,
sous blocs de 57 bits qui seront entrelacés sur 4burst normaux On peut appeler jusqu’à 4 mobile sur le même
message en utilisant le TMSI qui est plus courtque l’IMSI
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Scrutation des trames0 0 0 I 0
Voie descendante
0 I 00 0
Voie montante
BTS courante
00 0Voie descendante
BTS voisine
Activité duréception émis
réception émissionMesure et décodage réception émission
mobile sion
mesures
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Scrutation des trames Lorsque le mobile est en communication il reçoit
sur un slot particulier de la trame
e s o es e e a mu rame , emobile s’abstient d’émettre et recevoir
une fréquence supportant une voie balise.
fréquence
niveau siffusant
Structure de multiplexage possible sur
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p g p
un Time Slot s ruc ure anaux e
contrôlediffusés
anaux econtrôlepartagés
anaux s anauxassociés
SCHBCCH
AGCHRACH
SCH
BCCH
AGCH
RACH
51 BCCH PCHAGCHRACH
51 8 SDCCH 8 SACCH
26 1TCH+1FACCH
1 SACCH
26 2TCH+2FACCH
2SACCH
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ormu e u−
pd t α
d2
p2
∑ +−
0 N d p ii
α
dt d1
d3 p1
d4
p3
p4
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Interface Radio GSM
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Notion de canaux, Bursts et rames ec n que acc s mu p e:
1 porteuse (bande de fréquence)
,ou Times Slot ou simplement Slot)
Fenêtre temporelle / fréquentielle Utilisée our transmettre des informations
usager ou système) Fréquences centrales des slots : positionnées à
rv z Durée: 0,577ms
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Technique d’accès pour le réseau GSM:
Modulation : 271 kbit/s
Multipléxage Fréquence & Temps
890-915 MHz
1710-1785 MHz - 45 MHz
- z
95 MHz
0,3 à 30 km 2 à 8 W
0,1 à 4 km
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Numérotation des canaux
900d= + , .n u= d- ≤n ≤
1800d= , +
0,2.(n-512)u= d- ≤n ≤
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canaux, Bursts et rames Structure des slots d termin e par
certaines contraintes Délai: durée inférieure à 5ms Longueur du préambule doit permettre une
égalisation sur 16 à 20 ms Temps de garde nécessaire pour garantir un
onc onnemen sur es ce u es e m erayon
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Canaux, Bursts et rames Multitrame:
26 trames TDMA (120 ms)
, Supertrame:
,
Hypertrame: 2048×26×8×51 slot soit 12533 760 secondes ou 3
heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 millisecondes Multiple des cycles précédents D termine tous les cycles de transmission sur le canal
radio
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Canaux logiques GSM
parole (speech):
TCH/FS (Trafic channel Full Rate for speech) TCH/HS Données
TCH/FR (Trafic channel Full Rate for Data) TCH HR
CCH: Control Channel Point to oint:
SDCCH, FACCH, SACCH Point Multipoint:
FCCH SCH BCCH CCCH: Common Control Channel
PCH RACH AGCH
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Débit des canaux : s
TCH/HS: 5,6 Kb/s TCH/FR: 9,6 Kb/s TCH/HR: 4,8 Kb/s
SDCCH: 800b/s (TCH de taille réduitedédié à la signalisation) SDCCH= TCH/8
n n l h i n nir i T Havec son SACCH soit 8 SDCCH avec leursSACCH
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Entrelacement de la parole Bloc de 456 bits Chaque demi bloc
b0 b1 … … … … … b7
Écriture
em urs esassocié avec un b8 … … b1
5
trame suivante Ensuite à l’intérieur
…
…
d’un burst, les deuxsous bloc sont
b4
48
… … … … b4
55
m lang s A0 A1 … … … … … A7emBlocs
Entrelacement des Données et de la
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signalisation e man re s m a re ce e e a paro e ma s un
peu plus complexe
(données) SDU est fractionné en 19 parties de 24 bits,
chaque partie comprend six mots de 4 bits,chaque partie est transmise sur un burst
’ restreint sur 8 à 25 bits code sur 36 et 78 bits)latransmission concerne un seul burst
Dans les autres cas: entrelacement des 8 demiblocs sur 4 bursts
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Format d’un burst Trame TDMA
…………………….
8,25 bits (30,46μs)
Bits de données chiffrés etencodés Séquenced’apprentissage Bits de données chiffrés etencodés
s s s s
Slot 156,25 bit 577µs
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Format du Burst La norme sp cifie un gabarit respecter
concernant le temps de montée et de baisse de la
’ ,chevauchent pas dans leurs parties utiles
La norme prévoit d’autres formes pour lesfonction articulières tel ue cala e sur lafréquence, synchronisation accès correspondantaux canaux FCCH, SCH, et RACH
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Multiplexage CH-SACCH TCH/F allou avec SACCH
Utilisent le même Time Slot Un slot attribué/direction/trame
(0≤k≤7), N: numéro du canal
24 slots/cycle pour le TCH et un slot pour
le SACCH. Le dernier est libre
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Multiplexage CH-SACCH Co ec e paro e ivre 260 its co sur 8 emi urst 4
bursts) toutes les 20ms
Transmettre 1 burst cha ue 5ms Trame TDMA plus courte 4,6153ms Pendant 120ms 6 bloc de parole (chaque bloc est code sur
urs s onc urs s
Le mobile dispose 26 bursts, donc deux slots sont libres 1 idle (repos) le mobile scrute les voies balises des cellules
voisines
T T T … … … A T T … … … …. i
0 1 2 12 13 24 25
T: TCH A: SACCH i:Idle
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Multiplexage TCH-SACCH (demi débit) Les slots pair allou un mobile
Les slots impair alloué à un autre mobile Les slots 12 et 25 sont alloués au SACCH
T t T … … t A T t … … … t a
0 1 2 12 13 24 25
e : e a:
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Implantation des canaux FACCH Obtenu par vole de trame TCH Structure d’entrelacement la même que TCH Pour indiquer le vol de TCH on utilise les deux bits
présent sur chaque burst de part et d’autre de la’
préemption (stealing bits)
Bit =0=>bit de données pairs TCH Bit =0=>bit de données pairs FACCH
Bits de données TCH ouFACCH
Séquenced’apprentissage
Bits de données TCH ou FACCH
s s s s
Bit =0=>bit de données impairs FACCH
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Multiplexage SDCH-SACCH Un SDCCH et son SACCH associ s sont
multiplexés sur un même canal physique duplex
’ - Périodicité deux multi-trames à 51 trames
traficD0
0 1 2 3
D1 D2D3 D4 A0 /A4
D7D6D5 A1 /A5 A2 /A6 A3 /A7
Ai=SACCH associé au SDCCH i i
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Canal FCCH urs par cu er compos e s
S’il est émis sur une fréquence f 0
il donneun s gna s nuso a e r quencef 0+1625/24Khz
se rouve sur e s o e a vo e
balise m s ans es rames , , , e
d’une multitrame à 51 trames o s c aque , µs o env ronfois/s
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Canal SCH Fournie tous les éléments nécessaires
pour la synchronisation: Synchronisation fine: détermination du TA Synchronisation logique: détermination du FN
Trame TDMA8,25 bits (30,46μs)
Bits de Séquence d’apprentissage Bits de données
donnéesencodés
encodés
3 bits 64 bits 39 bits 3 bits
Slot 156,25 bit 577µs
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Canal SCH e urs se rouve ans e s o
d’une trame TDMA
ou ours s u une rame apr s e Le premier burst que le mobile tente à de
co er apr s e Le détection permet au mobile d’être sur
que a r quence qu cou e es a vo ebalise
e urs se rouve ans es s o s1,11,21,31 et 41 d’une multitrame à 51
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Canal BCCH us on e onn es carac r s ques e a ce u e
Chaque information est incluse dans un mot de 23 octetsrépartis sur 4 burst normaux après codage etentre acement
184 bits sont codés sur 456 bits Diffuse des informations relatives au rè les d’accès à la
cellule Paramètres de sélection de cellule (puissance autorisée,hystérésis, niveau minimal de signal exigé (2 diffusions/s) Numéro de LAI (2/s) Paramètres RACH (4/s) Or anisation des canaux 1 s Fréquences balises des cellules voisines (1/s)
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Canal RACH urs par cu er acc s a a o re e ype
S-ALOHA
us cour que e urs norma car emobile ne connais pas son endroit par
Le burst doit s’insérer dans complètement
chevaucher avec le slots voisins
une distance maximale de 37,8Km
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Canal RACH rame
Séquence desynchronisation
Bits de données encodés68,25bits (252µs)
8 bits41 bits 36bits
Slot 156,25 bit 577µs
3 bits
s u es 6 bit CRC 4 bit de traînée Codée (codage convolutionel)=>36 bits
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Canal AGCH ’ mobile, il faut allouer un canal de signalisationdédié au mobile
L’allocation se fait sur des slots définis quiforment AGCH
signalisation: Numéro porteuse et du slot
TA
Le message d’allocation est inclus dans un mot
e oc e s co s sur ocs e s qu sonentrelacés sur 4 burst normaux
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Canal PCH Lorsque le r seau d sire appeler un mobile Diffuse son identité sur un ensemble de cellules
v a e cana Un ou plusieurs messages sont inclus dans un
,
sous blocs de 57 bits qui seront entrelacés sur 4burst normaux On peut appeler jusqu’à 4 mobile sur le même
message en utilisant le TMSI qui est plus courtque l’IMSI
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Scrutation des trames0 0 0 I 0
Voie descendante
0 I 00 0
Voie montante
BTS courante
00 0Voie descendante
BTS voisine
Activité duréception émis
réception émissionMesure et décodage réception émission
mobile sion
mesures
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Scrutation des trames Lorsque le mobile est en communication il reçoit
sur un slot particulier de la trame
e s o es e e a mu rame , emobile s’abstient d’émettre et recevoir
une fréquence supportant une voie balise. fréquence
niveau siffusant
Structure de multiplexage possible sur
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un Time Slot s ruc ure anaux e
contrôlediffusés
anaux econtrôlepartagés
anaux s anauxassociés
SCHBCCH
AGCHRACH
SCH
BCCH
AGCH
RACH
51 BCCH PCHAGCHRACH
51 8 SDCCH 8 SACCH
26 1TCH+1FACCH
1 SACCH
26 2TCH+
2FACCH
2SACCH
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Procédures GPRS
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Architecture du réseau GPRS
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Mise a jour GPRS Mis jour BSS:
Intégrer la fonction CCU (Channel Coding Unit)au niveau des BTS. Cette fonction applique 4types de codage canal (CS1, CS2, CS3 et
.
par le PCU selon la qualité du canal partie du BSS. Physiquement peut être intégréau BSC, installé a coté du BSC ou bien a coté
du TRC (la norme prévoit la possibilitéd’installer le PCU même au niveau des BTS)
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Mise à jour GPRS ar e :
Des éventuelles mis a jour au niveau des
(VLR, HLR) Parallèlement au sous réseau NSS du GSM un
nouveau réseau fédérateur GPRS doit avoir
lieu: : erv ce uppor o e: c es qu va en
du commutateur du circuit MSC. Ce nœud s’occupede la gestion des connexions et de la mobilité.
: a eway uppor o e: qu va en uGMSC(en mode circuit). C’est une passerelle assurantla liaison avec le réseau IP et le réseau X25 externes
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Interface radio et canaux logiques Frequency Correction Channel (le même du GSM)
SCH (GSM)DL
PBCCH : DL
Packet Broad-Cast Control Channel
Packet Random Access Channel
PPCH: DL Packet Pa in Channel
PAGCH: DL Packet Access Grant Channel
PDTCH UL ou DL Packet Data Traffic Channel
PACCH (DL or UL) Pachet Associated Control Channel
PTCCH (UL and DL) Pachet Timing Advance Control CHannel
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Canaux logiquesGroup Channel Function Direction
ac et ataTraffic channel
PDTCH Data Traffic MS BSS
Packet broadcastPBCCH Broadcast Control MS BSS
con ro c anne
Packet commonPRACH Random Access MS BSS
ontro anne(PCCCH) PPCH
PNCH
Paging
Notification
MS BSS
MS BSS
Packet DedicatedControl Channels
PACCH Associated Control MS BSS
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InternetInternet
Adressage sur Internet Adressage sur Internet
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Internet sont accessibles par leur
. . . . Problème : Les adresses IP sont
façon statique dans les grands réseaux. Solution : Allocation automatiqued’adresses IP et adressages de sites
par des chaînes de caractères.
Solutions d’adressageSolutions d’adressage
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Deux protocoles utilisés :
- y urProtocol) : configuration automatiquedu réseau (avec adresse IP),- les noms (chaînes de caractères) en
.
DHCPDHCP
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recevoir une adresse IP, les
in ormations DNS, etc.automati uement,
Un client demande l’affectation d’unedurée déterminée (30 secondes, 24
eures, … . A la fin de la ériode le client doitdemander une nouvelle adresse.
DNS (1)DNS (1)
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Serveurs traduisant les adresses IP en nomsde domaines et vice versa. Système distribué (très peu de serveurs).
.
Stocke d’autres informations que la simple. Protocole de gestion de questions/réponses.
DNS (2)DNS (2)
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- TLDs (Top Level Domains) : .com,
.org, .net, .gov, .edu, .us, .tn etc.-
« standards » tels que : yahoo.com,. , …- Peut inclure des sous-domaines tels
que mail.yahoo.com
DNS (3)DNS (3)
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d’un ou plusieurs domaines (de toutniveau).
Les serveurs racine (Root servers)
responsables de tous les TLD. A chaque
création de domaine, une entrée pour
racine associé.
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est on e aest on e a
mobilitémobilité
G ti d l bilité GPRS
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Gestion de la mobilité GPRSNouvelle entité: Routing Area
La taille de RA dépend: Vitesse moyenne des mobiles Profil de trafic des abonné
R ti A Id tit RAI
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Routing Area Identity RAIMCC F MNC LAC RAC
3 1 242
LAI
RAI
Mobilité GPRS
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Mobilité GPRS es on es a onn s: Données d’abonnement stocké dans le HLR
ors un ac u mo e esinformations sont dupliquées dans le SGSN,
information dupliqué dans le nouveau SGSN Quand le mobile active son contexte PDP la
partie concerné des abonnés est dupliquéedans le GGSN
concerné par le contexte PDP est informé
Numérotation liée à la Mobilité GPRS(1)
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Numérotation liée à la Mobilité GPRS(1) P-TMSI: Packet TMSI( identique au TMSI),
identificateur temporaire du mobile dans
le SGSN associ une signature dechiffrement:
SGSN=> P-TMSI
1 1 P-TMSI
0 1 TMSI
32 bits
0 0 TMSIVLR=> IMSI
1 0 TMSI
Numérotation liée à la Mobilité GPRS(2)
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Numérotation liée à la Mobilité GPRS(2) LLC), identfie la connexion logique entre la MS etle SGSN. Existe sous 4 types: Local TLLI: c’est le m me P-TMSI: permet dedifférencier deux mobiles dans le même SGSN Foreign TLLI: utilisé par la station mobile lors de la mise
a our e a zone e rou age u s pour m m ser aprobabilité d’avoir plusieurs TLLI identiques
Random TLLI: utilisé lorsqu’il n’y a pas de P-TMSIer . Auxiliary TLLI: défini dans GPRS release 97 utilisé
lorsque le mobile ne s’identifie pas au réseau, le mobiledonc utilise un random TLLI ensuite le SGSN lui alloue
auxiliary TLLI, il est utilisé pour réduire la probabilité deTLLI dupliqués
Numérotation liée à la Mobilité GPRS(3)
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Numérotation liée à la Mobilité GPRS(3)TLLI= P-TMSI 1 1 bits 0 à 29 P-TMSI
32 bits
Forei n TLLI -
Ran om TLLI
Auxilary TLLI 011 10 Random bits
Notion de APNNotion de APN
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APN : Réalise deux fonctions :
- Utilisé par le SGSN pour sélectionner un GGSNafin d’accéder au réseau extérieur,
- Utilisé our indi uer un service fournit ar unréseau extérieur.
• ’
APN Network Identification : défini un ISP
(obligatoire),
GPRS où le GGSN est localisé (optionnel).
Flux de données (1)Flux de données (1) F ux e onn es :
- TBF (Temporary Block Flow) : connexion physique
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( ) p y q,plusieurs PDCH,
- Existe tant ue l’émetteur a des données àtransmettre en mémoire,
- Identification par un TFI (Temporary Flowr ur ,
- Deux TBF se partageant la même ressource ont,- Deux TBF émis sur des canaux disjoints peuvent
avoir le même TFI,
- Succession de plusieurs PDUs LLC (trames) et doncde blocs (PDUs RLC).
Flux de données (2)Flux de données (2)
- Pendant le flux, le mobile est sur un PDCH
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Pendant le flux, le mobile est sur un PDCH- Quand le flux s’arrête, le TBF est terminé et
l TFI li r - Un TBF correspond à un flux de données
r i n li i n - Pendant un flux actif, échange périodique
de données our a uster le TA : mobiledans l’état Ready,
- TFI : ermet de érer l’allocation des blocsradio aux usagers.
Flux de données (3)Flux de données (3)
- Possibilité d’existence simultanée de deux
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o b d u a d d uflux et ouverture d’un flux pendant l’activitéd’un flux dans le sens opposé. Chaque flux
est identifié par un TFI,- Allocation d’un flux : réalisé en adressant le
mobile à l’aide du TLLI,- - ,- Vu du SGSN, les flux sont identifiés par le
.
Relation entre couchesRelation entre couches
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TBF
MAC
PDCH PDCH PDCH
Physique
Flux de données
Service Access Point
Mise à jour de RA sans LUMise à jour de RA sans LUOld SGSN New SGSN GGSNMS
Routeing Area Update Request
SGSN C R
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Security Functions
SGSN Context Request
SGSN Context Response
SGSN Context Acknowledge
Forward Packets
Update PDP Context Response
Cancel Location
Insert Subs. Data Invoke
Insert Subs. Data Result
Update GPRS Location Result
LU Request
RA Update Accept
RA Update Complete
MiseMise--àà--jour de localisation/zone de routagejour de localisation/zone de routage
RA Update Request
SGSN Context Request
SGSN Context Response S i F i
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Security Functions SGSN Context Acknowledge
Forward Packets
Update PDP Context Request
Update PDP Context Response
Update Location
Cancel Location
Cancel Location ACK
Insert Subscriber Data
Insert Subscriber Data ACK Update Location ACK
Location Up dating Request Update Location Cancel Location Cancel Location ACK Insert Subs. Data
.
Update Location ACK Location Updating Accept RA Update Accept
RA Update Complete TMSI Reallocation Complete
tat d’un mobile
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tat d un mobileRead
StandbyIDLE
En état ready, le mobile reste synchronisé sur le
r seau (son timing-advance est ajust enpermanence)
tat Idle e mo e es non a ac u po n e vue
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tat Idle e mo e es non a ac u po n e vuegestion de mobilité GPRS
localisation ni adressage de routage desinformations
Procéssus activé: sélection du réseau et sélection
et resélection de cellule GSM par le mobile provenance du mobile est impossible
’
par la MS lors d’un GPRS attach Le mobile n’est pas joignable dans ce cas.
tat Standby
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tat Standby GPRS
Les informations de Paging et de signalisation sont reçus,
Réception et transmission de données impossible Processus activé:<mise a jour de RA et
Le mobile peut active le contexte PDP Le mobile et le réseau peuvent activer une procédure GPRS Le passage du mode stand byau mode ready est déclenché
quand le MS envoie un PDU au SGSN (réponse à un msga in
Le passage de Standby au mode Idle: réalisé par le SGSNquand le suivi de la MS est interrompu
Etat ready o e a ac u po n e vue ges on e mo
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Etat eady o e a ac u po n e vue ges on e mo .Information de localisation précise au niveau cellule fourniepar le mobile au réseau
ent t e a ce u e: ce g o a ent ty + Réception et transmission PDP Pas de a in GPRS dans cet état. Le paging d’autres services peut être réalisé à travers GPRS
Le mobile peut désactiver les contextes PDP e passage e a rea y a e c enc par e
ou SGSN quand la MS est détaché du réseau. Le passage de l’état ready à l’état standby est déclenché
par a ou exp ra on u comp eur rea y mer.
l i n ll ll i n ll l
.
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Changement de cellules par sélection/
. Dégradation du lien + détection d’une
TBF interrompu, mobile entre en mode,Sélectionne une nouvelle cellule
Packet Transfer Mode et établi unnouveau TBF.
Attachement à la mise sous Attachement à la mise sous
SCP1
tension du mobiletension du mobile
GMSC
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BTS BSC with PCU
PSTN
ISDN
GMSC
43
1. MS envoie une demande au SGSN
2
3
u c
Corporatepour l’attachement au réseau.
Indication de la capacité du
terminal : multislot, algorithmes deRADIUS
chiffrement, CS et/ou PS demandés
2. Authentification entre terminal et HLR
4. SGSN indique au terminal son attachement, et entrée en état READY
3. Données usager envoyées au MSC/VLR et SGSN
Attachement GPRS Attachement GPRS
HLRPCUSNSGSN
MS
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IMSI or ( P_TMSI + old RAI )
Attach type
MultiSlot capability
requested READY timer value
GPRS Attach Request
Update Location
Insert Sub Data
Insert Sub data Ack
Security Functions
Update Location Ack
GPRS Attach Accept
119MS = READY
_
Negotiated ready timer value
Periodic RA timer
GPRS : notion de contexte PDPGPRS : notion de contexte PDP
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d’informations dans MS, SGSN et GGSN permettantl’échange de données avec un réseau PDP (réseau de
onn es Un contexte PDP contient :
, …→ @ PDP du terminal (X121, @IP)
→ @IP du SGSN courant où se trouve l ’abonné→ point d ’accès au service réseau utilisé NSAPI (NetworkService Access Point Identifier) : c’est un index
,
localement pour un mobile→ QoS négociée
Activation du contexte PDP Activation du contexte PDP
MTBTS BSC with PCU
SCPGMSC
1
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BSSISDN
www.google.com
HLR AUC
1. Demande d’activation de contexte PDP :
type d’activation, APN, QoS
2
. va e a eman e en onc on e
l’abonnement (chargé du HLR pendant
l’attachement GPRS) Google net
www.google.com
RADIUS
3
3. APN envoie au DNS, l’adresse IP des GGSNs4
4. Connexion logique GTP entre SGSN et GGSN.
5
Public ISPDNS5. Adresse IP allouée au Mobile via des listes locales,RADIUS or DHCP
- par l’opérateur dans son adressage,
-
- Proxy au serveur RADIUS chez un ISP our dans un
intranet
DNS Domaine Name S stemDNS Domaine Name S stem
b t
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a.b.x.y etc.
’ GGSN pour l’accès au réseau de données
Au début d’une session GPRS, la requête’ APN (Access Point Name) qui sera traduite
Plusieurs APN peuvent référencer un mêmeN
Contexte PDP Anonyme/NonContexte PDP Anonyme/Non--Anonyme Anonyme
-
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- Le mobile doit avoir un abonnement,
’ -contexte PDP est réalisée,- ’ ,- Aucune limitation de la mobilité.
- Aucun abonnement n’est requis, pas’ ,
- Le réseau ne connaît pas l’utilisateur,- .
Routage et transfert de paquetsRoutage et transfert de paquets
Packet Data Protocol
Fonctions PDP context :
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Fonctions PDP context :
• activation,
• deactivation,• modification.
c va ePDP Context
or
MM state change to IDLE Une MS en état STANDBY ou
EADY
ACTIVEpeut initier l’activation/désactivation
n’importe quand
Functional PDP State Modelpour act ver ou sact ver uncontexte PDP dans la MS, le SGSN
.
Activation de contexte PDP Activation de contexte PDPMS Initiated
SGSNMS
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BSS
SGSN
GGSN
(NSAPI, PDP type, PDP address, QoS Requested,APN)
Security Functions
Create PDP Context Request
(NSAPI, PDPtype, PDP@, QoS, APN)
Create PDP Context Response
Activate PDP Context Accept(PDP address, QoS negociated)
125
(PDP type, PDP address, QoS Negotiated)
Activation de contexte PDP Activation de contexte PDPNetwork requested
MS SGSN GGSNHLR
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PDP PDU
Send Routeing Info for GPRS
Send Routeing Info for GPRS Ack
PDU Notification Request
Request PDP Context Activation
o ca on esponse
PDP Context Activation procedure
126
Désactivation de contexte PDPDésactivation de contexte PDP
MS Initiated
SGSN MS
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Tunnel BSS
GGSN
Deactivate PDP Context Request
(NSAPI)
Security Functions
Delete PDP Context Request (TID)
e e e on ex esponse
Deactivate PDP Context Accept
(NSAPI)
127
Désactivation de PDP ContextDésactivation de PDP Context
Network
InitiatedSGSN MS
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BSS GGSN
Deactivate PDP Context Request
(NSAPI)
De ete PDP Context Request (TID)
Deactivate PDP Context Accept
(NSAPI)
Delete PDP Context Response (TID)
128
Activation de contexte PDP anonyme Activation de contexte PDP anonyme
MS SGSN GGSN
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MS SGSN GGSN
Activate PDP Context Request
Create AA PDP Context Request
Create AA PDP Context Response
Activate AA PDP Context Accept
AA : Anonymous Access
Désactivation de contexte PDPDésactivation de contexte PDP
GGSNSGSNMS
e ete ontext equest
Identity Request
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Identity Response
Identity Request
Deactivate AA PDP Context Accept
Deactivate AA PDP Context Request
Anonymous Access PDP Context Deactivation Initiated by GGSN Procedure
MS SGSN GGSN
Delete AA PDP Context Request
t mer exp ry Delete AA PDP Context Request
Anonymous Access PDP Context Deactivation Initiated by MS Procedure
Liste locale dans le serveur RADIUS
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Liste locale dans le serveur RADIUS Adresse fournie par RADIUS (statique ou à partir d’une
liste RADIUS) Serveur DHCP
De la part de l’opérateur mobile ou dans la liste des
adresses de l’ISP : Hosted model RADIUS proxy model
’
push (joe@cellco.com)
Procédure de création de contexte PDPProcédure de création de contexte PDP
GGSNSGSNMS RADIUS DHCPDNS NAS
1. Activate PDP Context Request
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2. Security Functions
3a. DNS Request
4. Create PDP Context Request
3b. DNS Response
5a.Radius Authenticate Request
5b.Radius Authenticate Response
6a.DHCP Address Request
6b.DHCP Address Assignment
9. Activate PDP Context Accept
8. Create PDP Context Response
.
Détachement GPRSDétachement GPRSMS Initiated
SGSN
GGSN
MS
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BSS GGSN
GPRS Detach Request
(Detach type, Switch Off)
Delete PDP Context Request
Delete PDP Context Response
PDP Context
Deactivation
GPRS Detach Accept
133
Détachement GPRSDétachement GPRSHLR Initiated
SGSNMS
HLR VLR
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BSS GGSN HLR VLR
GPRS Detach Request
(Detach type, Switch Off)
Delete PDP Context Request
Delete PDP Context Response
GPRS Detach Indication
GPRS Detach Accept
Cancel Location Ack
134
ConnexionConnexion
L’usager sélectionne le réseau externe auquel se
Ou, être choisi automatiquement par
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Ou, être choisi automatiquement parl’a lication
APN = Access Poin t Nam e = identifie le réseauexterne
Internet provider A
blackberr .net Résolution vers une adresse GGSN IP par le DNS
au SGSN
Etablissement d’une session data : contexte PDP.
Adresses PDP Adresses PDP
Accès aux services GPRS Abonnement àdes services paquets auprès d’unf i d i d’ é
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fournisseur de services ou d’un opérateur.
Abonnement relatif à une ou plusieurs.
Exemple :- Passerelle entre r seau GPRS etInternet,
- Serveur WAP, - .
Allocation d’adresses PDP Allocation d’adresses PDP
- L’opérateur HPLMN alloue une adresse
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permanente au mobile static PDP address
- L’opérateur HPLMN alloue une adresse aumobile lors de l’activation d’un contexte PDP(dynamic HPLMN PDP address),
- L’opérateur VPLMN alloue une adresse PDP aumo e ors e act vat on un contexte(dynamic VPLMN PDP address),
’ - permanente ou dynamique au mobile (external
Etablissement de session (1)Etablissement de session (1)
Deux o érations sont nécessaires :- Etablissement d’une session (SM, SessionM t) l bil i f l SGSM ( i
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Management) : le mobile informe le SGSM (qui
v rifie les droits de l’usager et lui alloue uneidentité P-TMSI). HLR et VLR suivent le mobile.
GPRS Attach (GMM, GPRS Mobility
Mana ement . Le mobile asse de IDLE àREADY.- Activation d’un contexte PDP (SM) : le
mobile peut demander un ou plusieurs contextePDP (chacune comprend : type PDP, adresse, , .
Etablissement de session (2)Etablissement de session (2)
A l’état READY (GMM) et aprèsactivation d’un contexte PDP (SM)
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extérieur (PDN) et peut envoyer et
.
Le mobile peut ouvrir plusieurscontextes PDP en para e exemp e :connection à Internet et à un réseau
public à commutation de paquets).
Architecture réseau GPRSArchitecture réseau GPRS
Um Gb Gu Gi
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Application
SNDCP GTPSNDCP GTP
IP, X25
,
Relais de trame
MAC
RLC
MAC
RLC
Frame Relay
BSSGP
Frame Relay
BSSGP
L2
UDP, TCP
IP
L2
UDP, TCP
IPRelais de trame
Physique Physique
MS
L1 bis
BSS
L1 bis L1 L1
SGSN GGSN
Architecture réseau GPRSArchitecture réseau GPRS
Couche physique: PLL :Physical link layer
Application
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PLL :Physical link layer IP, X25
MAC:Medium access control UDP :user datagram protocol IP :Internet Protocol
LLC
SNDCP
SNDCP :Subnetwork dependent convergence protocol LLC :Logical link control RLC :Radio link control Physique
MAC
MS
Architecture réseau GPRSArchitecture réseau GPRS
Couche physique: Sous couche RF: gère les fonction radio du
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Sous couche RF: gère les fonction radio du
terminal, elle met les info reçus de couchephysique. ouc e p ys que: pro u es rames qu
seront émises par la couche radio. Elle détecte
Architecture réseau GPRSArchitecture réseau GPRS
Couche Mac ou RLC: pilote la liaison radio entreterminal et BTS, c‘est à dire les mécanismes de
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,’
contrôle d’accès aux ressources radio quandlusieurs terminaux sont en concurrence.
Couche SNDC: SubNetwork Dependant
Convergence: gère la mobilité, le cryptage et lacompression de données.
PH Données utilisateur au plus 2 Koctets
ac e
PH: Packet HeaderSegment Segment
Trame RLC
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FH segment FCS
Segment Segment
: rame ea er
FCS: Fame Check Sequence
BH segment BCS
Bloc RLC
BH: Block Header
BLOC ENCODE PAR CODAGE CONVOLUTIONEL (456bits)
’ 1 block radio= 4 bursts successives
Procédure
à la couche SNDCP via l’interface NSAPI qui comprime le paquet. La couche SNDCP segmente le paquet et ajoute un entête à
h t
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chaque segment
Les segments obtenus ne doivent pas dépasser 1200 octets sontfournis à la couche LLC La couche LLc ajoute entête FH et un contrôle d’erreur FCS à
RLC/MAC RLC/MAC découpe chaque trame reçue en bloc après avoir ajouté
entête BH et un contrôle BCS +tail (bit de traînée) puis transmetes ocs a couc e p ys que. La couche physique réalise pour chaque bloc un codage de canal
de CS1à CS4 pour avoir 4 burst de 114 bits qui doivent être placé
Structure des messages LLC/MACStructure des messages LLC/MAC
Les trames LLC (1600 octets maxi.) sont segmentées par la
couche MAC en blocs de 4 bursts.
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Optional header/DataCompression/DecompressionSegmentation assembly
SNDCP Layer
ncrypt on ecrypt on
FH Information Field FCS LCC FrameLLC Layer
RLC Blocks BH Info. Field BCS BH Info. Field BCS BH Info. Field . . .
RLC/MAC Layer
Following block
Normalburst
Normalburst
Normalburst
Normalburst Physical Layer
Payload
USF T PC RLC Header RLC Data BCSUser Data
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RLC data block MAC header Block Check Sequence
RLC/MAC Control Block MAC header Block Check Sequence
USF : Uplink State Flag (3 bits) permet de multiplexer jusqu'à 8 MS sur le même slot
PC : Power Control - T : Indicateur de type
Chaque bloc RLC/MAC comprend le TFI (Temporary Flow
’
( Block Sequence Number ) pour la gestion des acquittements.
5. Gestion de la5. Gestion de la
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5. Gestion de la5. Gestion de la
a ressa ea ressa e
FonctionsFonctions• Sécurité
Données utilisateur cryptées entre MS et SGSN. Nouvelalgorithme A5 qui chiffre des blocs LLC de taille variable (jusqu’à
1523 octets). Firewalls intégrés au réseau.
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Pour chiffrement/déchiffrement, il faut :- la clé Kc (64 bits)
-
- Les données inputs (par bloc de 32 bits).
• ’
– Même procédure que celle du GSM phase 2 :
- Le HLR énère des tri lets
- Le SGSN conduit la procédure d’authentification– Algo. A3 pour le calcul de SRES à partir de RAND
– Algo. A8 pour le calcul de Kc à partir de RAND
AuthentificationAuthentification
HLRMS
AuC
BSS GGSN
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Send Authentication Info
Key Info Request
Key Info Provision
Authentication Request
Authentication Response
Gestion des AbonnésGestion des Abonnés
Données concernant l’abonnement : HLR en permanence. Lors d’un « GPRS Attach », l’information est
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,
dupliquée dans le SGSN. Lors d’un changement de SGSN, l’information est
up qu e ans e nouveau . Lors de l’activation d’un contexte PDP, la partie
GGSN. ,
par le contexte PDP est informé.
Adressage Statique ou Dynamique Adressage Statique ou Dynamique
Problématique identique à celle de la gestion des
adresses IP dans un intranet. Adr essage dy n am iqu e :- Adresse provisoire, interne au réseau, donnée à
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c aque a onn e renouve e c aque ,- En cas de navigation sur Internet, le GGSN alloue,
- Permet de limiter le nombre d’adresses IP dédiées
aux abonnés GPRS. Adr essage st a t iqu e : Adresse GPRS = Adresse du
réseau Internet Inconv nient : si e mo i e ne sur e pas sur
Internet, gaspillage des ressources.
Echange pour l’activation de contexte PDPEchange pour l’activation de contexte PDP
MS UTRAN DNSSGSN GGSN
Radio access bearer assignment procedure
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APN query and response
Create PDP context response
rea e con ex reques
Activate PDP context accept
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6. Traitement des6. Traitement des
Partage statique de la voie montante (1)Partage statique de la voie montante (1)
Dans le message PACKET UPLINK
ASSIGNEMENT, à l’établissement d’un TBFmontant, le r seau indique un canal PDCH et lesblocs alloués au mobile.’
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bitmap chaque bloc alloué parmi les n blocssuivants : numéro de bloc et numéro de slot(pour une allocation multislot).
Valeur de n indiquée dans le message’ .
Au bout des n blocs, le réseau indique ànouveau l’allocation ar exem le dans un
champ du message PACKET UPLINKACK/NACK).
Partage statique de la voie montante (2)Partage statique de la voie montante (2)
Allocation pouvant être périodique, essage :indique périodicité et blocs de la période,’ ’ ’
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même numéro de bloc en cas de transmission
,granularité de l’allocation est de s blocs),
Allocation valable tant u’elle n’est as modifiéepar le réseau.
Partage statique de la voie montante (3)Partage statique de la voie montante (3)
D x TBF : - TBF fermés (close-ended TBF) : taille (en
in i r l m il l r
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doit allouer suffisamment de blocs pour letransfert du TBF,- TBF ouverts (open-ended TBF) : taille
non indiquée par le mobile et non connuea priori, le mobile doit demander laressource par un message PACKET
c aque nouve eallocation.
Partage dynamique de la voie montante (1)Partage dynamique de la voie montante (1)
Permet d’éviter toute périodicité dans l’allocation
de ressources, Le réseau indique à quel mobile est alloué
chaque bloc radio, bloc après bloc,
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Utilisation de l’USF (Uplink State Flag) codé sur3 bits, définition local à un canal physique,nc us ans c aque en e ,
Un ou plusieurs USF sont affectés au mobile en,
Seul le mobile auquel le réseau a alloué cette’
montant suivant.
Partage dynamique de la voie montante (2)Partage dynamique de la voie montante (2)
Valeur de l’USF lue par tous les mobiles
ayant un flux actif sur le canal Pdchmontant,⇒ Pas de chiffrement au niveau physique et
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protection de l’USF pour tous les schémasde codage.- Accès aléatoire :
Géré par l’entité MAC.Accès sur RACH ou sur PRACH,F = 7 : in i l 4 l l
montant suivant peuvent être utiliséspour l’accès aléatoire.
Fin d’un flux montantFin d’un flux montant
MS BTS…Data block (TFI, BSN = 101, reste 3 blocs)
PDTCHData block (TFI, BSN = 102, reste 2 blocs)
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Data block (TFI, BSN = 103, reste 1 blocs)PDTCHData block (TFI, BSN = 104, reste 0 blocs)
Data block (TFI, BSN = 102, reste 0 blocs)
PACKET UPLINK Ack/Nack (S/P=Polling, NACK : 102) (TFI)
PACCH
PDTCHPACKET UPLINK Ack/Nack (S/P=Polling, Ack final = OK) (TFI)
PACCH Libération TFI
PACCH
Retour canal PBCCH
Réallocation du TFI
Etablissement d’un flux de données montantEtablissement d’un flux de données montant
Le mobile doit disposer d’un TFI, Proc ure acc s :- Accès en 1 phase : accès plus rapide
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avec risque de collision pendant ledébut du transfert de données,- Accès en 2 phases : accès plus
lon ue évite toute collision.
Accès en 1 phase Accès en 1 phase
Le mobile envoie une demande
indiquant le type de demande (accèsen 1 hase si nalisation … et la
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classe multislot, Demande envo ée sur le PRACH Affectation par le réseau d’un canal
Pdch un TFI et un USF dans PACKETUPLINK ASSIGNEMENT, Le mobile se ositionne sur le canal et
attend les autorisations (par USF).
Accès en 1 phaseAccès en 1 phase
MS BTSPACKET CHANNEL REQUEST (rand)
PRACH Allocation du TFI
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PACKET UPLINK ASSIGNEMENT (rand, FN, TFI, TA, n° Pdch, n° USF)PAGCHStockage TFI,
Commutation
Data block (TFI, BSN = 0, TLLI)
PDTCHPACKET UPLINK Ack/Nack TFI TLLI Ack de 0
sur canal PDCH
Data block (TFI, BSN=1, TLLI)
PACCH
Mêmes TFI-TLLI
Pas de collision
Data block (TFI, BSN=2, TLLI)
PDTCHData block (TFI, BSN=3, TLLI)
PDTCH
…
Accès en 2 phases Accès en 2 phases
- phase initiale : accès aléatoire,
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- p ase su s quen e : e mo e n quele type de flux à transmettre (débiteman , nom re oc e s, pr or ,
mode acquitté ou non). Décidé par le mobile.
Accès en 2 phasesAccès en 2 phases
MS BTSPACKET CHANNEL REQUEST (rand)
PRACH Allocation du TFI
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PACKET UPLINK ASSIGNEMENT (rand, FN, TFI, TA, n° Pdch, n° USF)PAGCHStockage TFI,
Commutation
PACKET RESOURCE REQUEST –TFI, TLLI, mesures radio)
PAGCHPACKET UPLINK ASSIGNEMENT TFI TLLI TA n° Pdch n° USF
sur canal PDCH
Data block (TFI, BSN=0, TLLI)
PACCH
Mêmes TFI-TLLI
Pas de collision
Data block (TFI, BSN=1, TLLI)
PDTCHData block (TFI, BSN=2, TLLI)
PDTCH
…
Accès avec mise en attente Accès avec mise en attente
’ en attente des demandes,
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NOTIFICATION pour allouer le TQI (Temporaryueuin Identit
Le terminal reste sur le canal d’accès commun,
Pendant l’attente le réseau contrôle la résencedu mobile par un bloc PACKET POLLINGREQUEST.
Accès avec mise en attenteAccès avec mise en attente
MS BTSPACKET CHANNEL REQUEST (rand)
PRACH Allocation TQI
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PACKET QUEUING NOTIFICATION (TQI, rand, FN)PAGCH…
PACKET CONTROL ACKNOWLEDGEMENT
PACKET POLLING REQUEST (TQI)
PACCH
PACCH (4 bursts d’accès ou 1 bloc normal) Allocation TFI
PACKET UPLINK ASSIGNMENT (TQI, TFI, TA, n° Pdch, n° USF)
PAGCHCommutation
sur canal Pdch…
Etablissement d’un flux de données descendantEtablissement d’un flux de données descendant
- automate MM dans l’état READY et le
,
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- automate dans l’état STANDBY et ler seau ne conna que a zone eroutage : phase d’appel (paging)pr a a e.
Etablissement d’un flux descendantEtablissement d’un flux descendant
MS BTS
PACKET DOWNLINK ASSIGNMENT (TLLI, TFI, TA, n° Pdch)
Allocation TFI
+ choix PDCH
Stockage TFI, commutation
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Data block (TFI, BSN=0)
PDTCH
sur canal PDCH
Data block (TFI, BSN=1)
PDTCH
Data block (TFI, BSN=2)PDTCH
Data block (TFI, BSN=3, S/P=Polling)
PDTCH
PACKET DOWNLINK Ack/Nack (TFI,mesures)
PACCH
…
Etablissement d’un flux descendantEtablissement d’un flux descendant
MS BTS
PACKET PAGING REQUEST (TLLI)
PPCH
PACKET CHANNEL REQUEST (rand)
PRACH
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Allocation TFI + choix PDCH
PACKET DOWNLINK ASSIGNMENT (TLLI, TFI, TA, n° Pdch)
Data block (TFI, BSN=0)
PDTCH
Attente d’1 bloc
ommutat on
sur canal PDCH
Data block (TFI, BSN=1)
PDTCH
Data block (TFI, BSN=2)
PDTCH
Data block (TFI, BSN=3, S/P=Polling)PDTCH
c ac ,mesures
PACCH…
h nn l ll i n rh nn l ll i n r
MS Network
Packet Channel Request
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PRACH or RACH
Packet Immediate AssignmentPAGCH or AGCH
Packet Resource Request
PACCH
Packet Resource Assignment
PACCH
link r n f rlink r n f r MS Network
Data Block
PDTCHData Block
D t Bl k PDTCH
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Data Block PDTCHData Block (last in send window)
PDTCHemporary ac et c ac
PACCHData Block
PDTCH
Data Block
Packet Ressource ReassignmentPACCH
Data Block PDTCH
Packet Ressource Reassi nment Ack
Data Block (last)PDTCH
PACCH
Data Block PDTCH
final Packet Uplink Ack/Nack PACCH
Downlink data transferDownlink data transfer
Access and Assignment
MS Network
PDTCH
Data Block PDTCH
Data Block
D t Bl k ( lli ) PDTCH
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Temporary Packet Ack/Nack PACCH
Data Block (polling) PDTCH
Data Block PDTCH
Data Block PDTCH
Data Block
Packet Resource Assignment
Packet Resource Reassignment Ack
PACCH
PACCH
PDTCH
Data Block PDTCH
Data Block PDTCH
PACCHPacket Downlink Ack/Nack (final)
,PACCH
USF = Uplink State FlagUSF = Uplink State Flag
• Objectif : multiplexage de blocs radio deplusieurs mobiles (8 maximum) sur une même
ressource.
Utili é DL i t
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• Utilisé en DL uniquement.
• Nombre de codes USF utilisés (3 bits) :
- Si multitrame 52 avec PCCCH, 1 codeUSF est réservé pour le PRACH
- ,
codes sont utilisés pour réserver et indiquer les
Temporary Block Flow (TBF) Temporary Block Flow (TBF)
- onnex on p ys que u s e par es eux en s
pour le transfert de PDU LLC.
TBF Fl d d é E i t t t l’é tt d
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- TBF : Flux de données. Existe tant que l’émetteur a desdonnées à transmettre (même s’il n’y a pas de
transmission en cours par manque de ressources).
- Peut avoir des ressources radio sur un ou plusieursPDCH
- Tem oraire et maintenu uni uement endant la durée
de transfert.
Temporary Flow Identifier (TFI) Temporary Flow Identifier (TFI)
- Chaque TBF est associé à un TFI.
- eux ux se par agen a m me ressource, s o ven
avoir un TFI propre pour les différentier.
Si deux flux sont sur des canaux disjoints ils peuvent
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- Si deux flux sont sur des canaux disjoints, ils peuventavoir le même TFI.
- Remplace l’identité de l’abonné dans les couches
RLC/MAC.- Figure dans toutes les entêtes RLC d’un TBF.
- ’
sens de transmission.’- re a oca on ynam que es ocs ra o aux s.
Transmission des blocs (1)Transmission des blocs (1)
Ordonnancement des blocs réalisé par le réseau : transmet
’selon un ordre dépendant de la politique de gestion de laQoS.
Paging PACH (Ack/NAck)Canal Descendant
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usf3 usf3 usf3 usf3
TBF
Canal Montant
TFI=38,BSN=15 TFI=38,BSN=16 TFI=38,BSN=17 TFI=38,BSN=18
usf: Uplink Status Flag (autorisation d'émettre). 8 valeurs (0 à 7), 0 = 4 bursts.
MS avec un TFI = 38 (alloué temporairement) et un USF = 3
Paging
TBFTFI=38,BSN=25 TFI=38,BSN=26
TFI=38,BSN=27
TFI=38,BSN=28 TFI=38,BSN=29
PACH (Ack/NAck)
Canal Montant
TBF montant
Transmission des blocs (2)Transmission des blocs (2) La couche RLC crée un TBF (flux de blocs temporaire) à chaque
transmission de données.
- ,
- Pour éviter les collisions : identification des usagers par TFI etTLLI,
- Nombre de retransmissions lié au rapport C/I,
L t i i éd i t l débit til
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- Les retransmissions réduisent le débit utile.
TFI=14
BSN=24
TFI=14
BSN=25
TFI=14
BSN=26
TFI=14
BSN=27
TFI=14
BSN=28
TFI=14
BSN=24
TFI=14
BSN=26
Lien DL
Entête
Block 6 Block 7 Block 8 Block 9i Block 10Block 11 iBlock 0 Block 1 Block 2 Block 3T Block 4 Block 5 i
RLC
26 30 34 39 470 4 8 13 2117 43
TFI=14
Ack :
TFI=14
Ack :
Lien UL :
25,27,28
Nack :
24,26
24,26
TFI = 14
Exemple de partage de TBF montants par USFExemple de partage de TBF montants par USF
4 4 4 2 2 0 4 1 1USF =
. . .
B8 B9
USF 1
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B5B4
USF = 1
B7B3B2B1
USF = 2
=
USF = 0 non alloué
F tran mi dan ’ nt t A D c d ar t u
mobiles.
Exemple de transmission avec plusieurs TBFExemple de transmission avec plusieurs TBF
4 TBF : 3 TBFs (MS1, MS2 et MS3) et 1 TBF (MS4).
PDCH1
Canal Montant
AG(1) AG(2) AG(3) AG(4) NA(1) NA(3) PA(3) Ak(3)PA(3) Ak(3)
RA(1) RA(2) RA(3)RA(4)
PA(2) PA(3) PA(3)PA(1) PA(2) PA(3) PA(1)
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Canal DescendantPDCH2
( )
Canal Montant
PA(4) Ak(2) PA(4)
PA(1) PA(2) PA(1)PA(1) PA(3)
PA(4)
PA(1) PA(2) PA(3)
Canal DescendantPDCH3
Canal Montant
PA(4) PA(4) PA(4) PA(4)
PA(1) PA(2) PA(3) PA(3) PA(3) PA(3) Ak(4)
RA(i) : Demande de ressource pour le mobile i - AG(i) : Allocation de ressource pour le mobile i
PA(i) : Envoi d'un bloc vers/du mobile i - Ak/NA(i) : Acquittement positif/négatif pour le bloc du mobile i
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..
SMS et GPRS 1SMS et GPRS 1
L M v n r nv vi Mvia GPRS.Im :
Nouvelles interfaces de signalisation
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Nouvelles interfaces de signalisation,
stocker et à diffuser,
- -contrôler 1 ou 2 numéros SS7 et 2 cheminsour acheminer un SMS
SMS-SC (Service Center) : pas demodification.
SMS et GPRS 2SMS et GPRS 2 Procédures d’envoi de SMS par le SGSN ou par le
- Quand le SMS-GMSC demande l’information de’ ,
VMSC (si mobile joignable à travers VMSC) et s’il
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VMSC (si mobile joignable à travers VMSC) et s iloffre les SMS-MT ar GPRS il envoie é alementl’adresse SS7 du SGSN (si mobile joignable àtravers le SGSN).
- Dans le SMS-GMSC, l’opérateur choisit le trajetVMSC ou SGSN pour l’envoi des SMS. Si l’envoi par
’ , .
Mobile Terminated SMSMobile Terminated SMS
MS SGSN
Connection Request
GGSN HLR SMS-GMSC SMS-C
Send Routing Info.
for SM
Connection Confirm
Data Form
Send Routing
Info for SM Result
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(SGSN n°, MSC n°)
Forward Short Message (SM)
Info. Service Center
Forward Short Message Result
Report SM Delivery Status
Delivery Report
Released
Released Confirm
MS SGSN SMS-G SMS-C
essage rans er
Forward Short Message (SM)
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Message Transfer (SM)
Forward Short Message Result
Delivery Report
Delivery Report
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..
serv ceserv ce
Qualité de serviceQualité de servicechaque utilisateur ou négociées au début de chaque appel.
aram res c :
- Precedence class : Priorité à maintenir le service dans des
conditions difficiles,
R li bilit : Probabilité de perte de SDU entre 10-2 et 10-9
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- Reliability : Probabilité de perte de SDU entre 10-2 et 10-9.
- Delay : Délai de transit entre 0,5 sec. et 75 sec.
- ean roug pu : moyen mesur aux po n s e r renceet Gi (entre Best Effort et 171 kb/s).
- ea roug put : t max mum e trans ert e onn es
travers le réseau pour un contexte PDP (entre 8 et 2048 kb/s).
Plus de 50 possibilités différentes : l’opérateur doit en sélectionner
quelques unes.
Négociation de QoSNégociation de QoS
MS : Vérifie que le mobile n’utilise pas plus de
.
SGSN :
- Distribue les ressources entre les mobiles,
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,
- Contrôle de flux (couche LLC),
-trafic.
GGSN : Peut limiter le débit en fonction de la QoS.
maximum.
Exemple de QoS : Delay
Taille de paquet
Classe de
1 2 8 oct et s 1 0 2 4 oct et s
Tem s Tem s Tem s Tem sd lai
moyende moyen à95% moyende moyen à95%
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moyende moyen à95% moyende moyen à95%trans ert(sec.)
sec. trans ert(sec.)
sec.
. r c , ,2. Prédictif 5 25 15 75
3. Prédictif
50 250 75 375 .
Effort
Exemple de QoS : Reliability Class Fiabi-lité
ModeGTP
Modetrame LLC
Protectiondonnées
Modebloc RLC
Type de trafic
1 Acquitté
Acquitté Protégé Acquitté Trafic non temps réel,sensible aux erreurs,sans ertes de a uets.
2 Nonacquitt Acquitté Protégé Acquitté Trafic non temps réel,sensible aux erreurs,
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acquitt rares pertes de paquetset déséquencementacceptés.
3Non Non Protégé Acquitté Trafic non temps réel,
acqué
acqu ,pertes de paquetsacceptées, gestion demobilité, SMS.
4 Non
acquitté
Non
acquitté
Protégé Non
acquitté
Tra ic temps r e ,sensible aux erreurs,
pertes de paquets etdéséquencementaccept s.
5 Nonacquitt
Nonacquitté
Nonprotégé
Nonacquitté
Trafic temps réel, nonsensible aux erreurs,ertes de données
Exemple de QoS : Débit crête
1 8
3 32
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5 128
7 5128 1024
9 2048
Exemple de QoS : BER résiduel
’ 1 5*10-2
* -2
3 5*10-3
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-
5 1*10-3
-
7 1*10-5
8 1*10-6
9 1*10-8
Le S stème UMTS
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Problématique
Nombre d’abonn s mobile d passe lenombre d’abonnés fixe en 2004
Plus de 2500 Millions d’abonnés en 2015
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systèmes existants
Incompatibilité des systèmes
Syst mes existants: PDC (Personal Digital Cellular) et PHS
(Personal Handyphone System) au japan AMPS (Advanced Mobile Phone service) ou D-
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, c ma ne e u s enAmérique et en Asie
plus part des pays, souvent en concurrenceavec d’autres s stèmes
Systèmes existants GSM IS95 IS 136 PDC
K
Méthode TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMA
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Méthode TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMAd’acces
Band e de 900/1800/1 800/1900 800/1900 800/1400r q u e n c e
Esp acem en
200Khz 1250Khz 30 Khz 25Khz
u t i l i sa t i on Mondiale Continentaméricain et Amériquedu nord japan
asie
rences mpor an es sur e segmenradio o u a on Bande de fréquences
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… Solution: terminal multi modes
nconv n en : encom remen e cosupplémentaire
r
pour tout les systèmes
normalisation
Les syst mes de 2i me G sont suivis pardes organismes indépendants
Systèmes de 3ième
G suivi par l’UIT-
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Support d’application MultimédiasSupport de débit plus élevé (2Mbits/s)
Itinérance étendu permettant de bénéficier d’unecouverture de service supérieure à celle qui est
PropositionsDescr ip t ion Ty p e Or ig in
e UWC-136 Universal Wireless Communication terrestre TIA
WIMS Wireless Multimédia and messaging service Terrestre TIA
CDMA200 CDMA large bande (IS95) Terrestre TIA
SAT CDMA Satellite TIA
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TD-SCDMA Time Division Synchronious CDMA Terrestre CATT
SW-CDMA Satellite Wideband CDMA Satellite ESA
SW-CTDMA Satellite Wideband Hybrid CDMA Satellite ESA
ICORTT Réseau de satellite en orbite moyenne Satellite ICO
WCDMA CDMA large bande Terrestre ARIB
CDMAII Asynchronious DS-CDMA Terrestre TTA
CDMAI Multiband Synchronious DS-CDMA Terrestre TTAUTRA Universal terrestrial Radio Access Terrestre ETSI
HORIZON Horizon Satellite Satellite inmarsat
Contexte de normalisation
La majorit des propositions sont: CDMA En mode TDD ou FDD
2 re rou ements:
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3GPP:3rd G partnerShip Prject qui est àl’origine de l’UMTS dont la définition a héritédes concepts de norme GSM
3GPP2: crée à la forte inclinaison au GSM du3GPP
Structure du 3GPP
ec n ca sp c ca on roup SA: Service and System Aspect (service
, , , CT (Core network and Terminals) définition desinterface avec le terminal
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RAN (Radio Access Network) définition del’architecture du réseau d’access et despro oco es
GERAN (GSM EDGE Radio Access Network)’
d’acces de la norme GSM
Objectif de l’UM S
Compatibilité avec les services offerts Services support Téléservices Services supplémentaires
Transparence du réseau vis-à-vis de l’usager Support du multimédia
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144 kb/s en rural extérieur 384kb/s en urbain extérieur 2 Mb/s en indoor (faible mobilité)
Classes de services Délai de transfert de l’information Variation de délai
Classe de services
asse : conversa onne Temps de transfert: 100 à 200ms
aux erreur: o rance e a percep on
humaine, .
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, . Classe B: streaming
Délai de transfert peut être long
Exemple: VOD, diffusion radiophonique,application de transfert des images
Classes de services UM S
asse : n erac ve Dialogue interactif avec un serveur
’
Pas de performance temps réel particulière’
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Exemple: navigation Internet, FTP, e-commerce, etc…
Classe D: Background Très roche de la classe C Priorité des information inférieure à la classe C
Système de 3 me Génération
100.0
R é s
Réseauxlocaux radio
D
é b i t
10.0
e t
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e a uf i l a
i r
UMTSil e ( en
1.0
Réseaux sans fil e s
Réseaux cellulaires
b / s )
0.1 (DECT)
Vitesse
Office Bâtiment Immobile Marche Véhicule
0.01
Intérieur Extérieur
if r i r l’ MT
Intérieurmobilité réduite
Extérieur urbainmobilité réduite
Extérieur ruralgrande mobilité
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2 Mbit/s 384 kbit/s 144 kbit/s
Services temps réel/circuit et non temps réel/paquet Différentes qualités de service (BER de 10-3 à 10-6, délai de
30 à 300 ms Services asymétriques et à débit variable Services multiples par utilisateur
Allocation de spectre pour l’UMTS
1 8 8 0 M H z
1 8 8 5
1 9 0 0
1 9 2 0
1 9 8 0
2 0 1 0
2 0 2 5
2 1 1 0
2 1 7 0
2 2 0 0
Spectre CEPT
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Bandes appairées et non appairée terrestres
Bande appairéeBande non
appairée Bande non appairée
Légende: Applications terrestres Applications satellites
Conce t UTRA de l’ETSI
1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200FDD DLFDD ULTDD
UL/DL
TDDUL/DL
MSSUL
MSSDL
FULFUL/DL
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FDL
Mode FDD
Mode FDD en W-CDMA pour les bandes appairées (2 x
60 MHz) -appairées (35 MHz)
Domaines d’a lications des 2modes UTRA
Satellite
Zone suburbaine
Global
et rurale
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Intérieurdesbatiments
MacroMacro--CellCell MicroMicro--CellCellPicoPico--CellCell
GSM UTRA/FDD UTRA/TDDMSS
’
Mode FDD TDD
- -
Débit chip 3.84 Mchip/s 3.84 ou 1.28 Mchip/sEspacement entre porteuses 4.4 à 5 MHz avec un pas de 200 kHz
Durée d ’une trame radio 10 ms
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Durée d une trame radio 10 ms
Structure d ’une trame 15 time slots par trame radio
Facteurs d ’étalement 4 à 512 1 à 16
Coda e canalPas de codage, codes convolutifs (1/2 ou 1/3),
ou ur o-co es
Architecture générale de réseau 3G
Core Network
Réseau d’acces
BRAN SRAN UTRAN
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BRAN SRAN UTRAN
Utilisateurs Mobiles
BRAN: Broaband Radio Access Network: utilisent la technologied’acces de type WLAN (hyperlan2 ou IEEE 802.11 SRAN: Satellite RAN UTRAN: UMTS Terrestrial RAN
Architecture générale de l’UM S
UE UTRAN CN
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UTRAN: UMTS Terrestrial RAN CN: Core Network UE: User Équipement
Découpage en strates
Non Access Startum
roto Proto Proto Proto
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colesradio
colesradio
colesIu
colesIu
Mobile UTRAN CN
Acces stratum
Interface Iu
Découpage en strates
Sp cifi par le 3GPP: AS: access stratum
Fonction de gestion de ressources radio Handover
: on access s ra um
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Fonction du réseau indépendantes du réseau d’access
’ ’ control pour le mode CS) et SM (session Managementen mode paquets)
Fonction de mobilit en mode de veille (MM et GMM)
Lien entre AS et NAS
ag comme un ourn sseur e serv ce v s- -vis de NAS
Point) ont été définis: SAP GC (général control): regroupe tous les services liésa us on e n orma on roa cas ex: ra cti été bli ité
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routier, météo, publicité SAP Nt (Notification): diffusion de l’information vers un
ou p usieurs uti isateurs. Ex: paging, ta issementd’appel de groupe SAP DC (dédicated control): service destiné à un mobile
particulier telle que échange d’information,
établissement et libération de connexions designalisation
Notions de RAB
Le type de service et les caract ristiquesdes ressources sont négociés au niveau deNAS
Le NAS charge le AS d’établir le chemin decommunication dans le réseau d’accès
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communication dans le réseau d accès
Radio Bearer (Mobile-UTRAN) Iu Bearer (UTRAN-CN)
Les attributs du RAB en UM S
Classe de service (A,B,C,D) Débit maximal
Débit garanti é
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Taux des SDU erronés D lai de transfert Priorité …..
Les attributs du RAB
En fonction des attributs du RAB le r seaudoit effectuer: Le choix du codage canal Dimensionnement des ressources radio Allocation des radio Bearer
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Configuration des protocole radio
Architecture matérielle du réseau UMTSPDN
SGSNIub Gi
Node B
RNC
SGSN GGSN
Iu
Gn
Gn
CGfGrGs
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CuIur EIRHLRAuC
MSC/VLR GMSCIub Iu
Node B
RNC MSC/VLR
RTCP
Node B
Appel aussi station de base Rôle:
Gestion de la couche physique Coda e canal Entrelacement
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Entrelacement Ada tation du débit Étalement Contrôle de uissance en boucle fermée
RNC: Radio Network Controller
e: con ro es ressources ra o u ,gère le protocole RRC qui définit les messages etles rocédures entre le mobile et l’UTRAN
2 types de RNC pour le mobile SRNC: Serving RNC:
Gère l’interface Iu avec le réseau Cœur et la signalisationassocié
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associé Gestion des ressources radio Décision de Handover Control de puissance
DRNC: Drift RNC: n’im orte uel RNC à l’exce tion duSRNC, qui contrôle certaine cellules utilisées par le
mobile
ypes de canaux U RAN
anaux og ques
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Canaux physique: représente l’existence physique de l’interface Uu entrele domaine UE et le domaine d’accès
anaux p ys que
Canaux logiques: différentes taches du réseau et du terminal sontréalisées à des instant différents. Les canaux logiques matérialisent la
correspondance entre ces taches et les canaux de transport Le RNC ère les canaux de trans ort ui trans ortent le flux
d’informations sur l’interface Uu
Canaux de l’U RAN
Canaux logiques: services offerts auxcouches supérieures (NAS)
Canaux de transport: indiquent commentl’information est transportée
Canaux physiques
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Ca au p ys ques
Canaux de transport et canaux physiques
es n orma ons g n r es par es couc es au es sontransmises sur l’interface air par des canaux de transport(Transport Channel) qui s’appuient sur différents canaux
Canaux de transport: services de la couche physique aucouches sup. définissent la façon dont les données sonranspor es n erva es, nom re e a e es ocs,…
Chaque canal de transport comporte un indicateur TFI(
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Chaque canal de transport comporte un indicateur TFI(transport Format Indicator)
La couche physique combine les information des indicateursTFI en un TFCI (Transport Format Combination Indicator)qui est transporté sur le canal physique de contrôle
Canaux de transport et canaux physique
oc ranspor
Bloc transportTFI
oc ranspor
Bloc transportTFI
Couches hautes
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Codage & MuxTFCI ouc e p ys que
Canal Physique deCanal physique decon r e
Canaux de transport et canaux physique
Un canal physique de contr le avec un ouplusieurs canaux physique de donnéespeuvent tre cod e et multiplex s par la
même entité de traitement pour donnerun canal de transport CCTrCh (codedCompo ite T n po t Ch nnel)
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Composite Transport Channel)
Cx transport
CCTrCh Cx logiques
Cx physiques
Canaux de transport
2 types: Canaux Commun: (Commun Channel):
ressource partagée par différentsutilisateurs d’une même cellule
Canaux dédiés (dedicated Channel):
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ou/et fréquence réservée à un seulili r
Canaux de transport RACH: Random Access Channel: canal commun
en UL, il transporte de petits paquets (acces, ,
non temps réel) UL il transporte quelques paquets sporadique
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FACH: Forward Access Channel: canal communen DL pour le transport d’information de contrôle(ex: réponse à un RACH) ou de données
Canaux de transport
: own n are anne :transport de signalisation ou d’information
.
BCH: Broadcast Channel: canal de’ PCH: utilisé pour le paging
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PCH: utilisé pour le paging
: e ca e anne : canabidirectionnel, dédiés à chaque utilisateur
signalisation de couches hautes.
Canaux physiques UL D di s:
DPDCH (Dedicated Physical Data Channe) pour les infos
DPCCH (dedicated physical Control Channel) pour lesinfos de contrôle générées par la couche physqiue
Commun: PRACH: Physical Randon Acces Channel pour le
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PRACH: Physical Randon Acces Channel pour le
PCPCH: Physical Common Packet Channel pour letransport du CPCH
Canaux physiques en DL D di s:
DPCH (Downlink Dedicated Physical Channel): pour les.
Communs: CPICH: Common Pilot Channel our l’identification ducode d’embrouillage de la station de base
P-CCPCH: (primary Common Control physical Channel)
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P-CCPCH: (primary Common Control physical Channel)
,sans contrôle de puissance et avec un débit fixe.
suite S-CCPCH: (Secondary Common Control physical
Channel)pour le transport du FACH et PCH : ync ron sa on anne : compos u
PSCH( Primary Synchronisation Channel) pour la
(secondary Synchronisation Channel) pour las nch onisation de la t ame d mobile
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synchronisation de la trame du mobile PICH: (Paging indicator Channel) pour lr
transport des paging. Toujours associé à un S-CCPCH transportant un canal PCH
Correspondance canaux physiques etcanaux logiques
Canaux
de transport
Canaux
de transport
Canaux
physiques
Canaux
physiques
CPICH
SCH DCH
DPCCH
DPDCH
BCH P-CCPCH DSCH PDSCH
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-
FACH PICH AP-AICH
RACH PRACH
AICH
CD/CA-ICH
CSICH
Couche Ph si ue del’interface Radio
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La technique CDMA
Contrairement au FDMA et TDMA laséparation des utilisateurs se fait parcodes
La corrélation entre les code doit trèsfaible voir nulle pour pouvoir faire laséparation etre les usagers
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séparation etre les usagers
Fonction de corrélation Soit S=(S0,S1,……,SN) et T=(T0,T1,………,TN)L’inter corrélation entre les deux séquence de
ongueur es onn e par:
RS,T=ΣN-1
(-1)Si+T
i+j
doivent vérifier:
L f ti d’ t él ti t i l i 0 t
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La fonction d’auto corrélation est maximale our i=0 etfaible ou négative pour i différent de 0
L’inter corrélation entre codes et faible ou négative
talement de spectre DSSS: Direct s quence spread spectrm Chaque bit de période Tb du signal utile est
coup en ps e p r o e c pour re a
L’étalement se fait par un séquence PN (pseudo-
Le débit de Chip en UTRAN est 3,84 Mchip/s
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sur l’interface radio sont étalés de la même
SF: spreading factor, ou facteur d’étalement:T T
Propriétés du canal radio
Réflexions multiples sur les
l’onde radio
MC2D Plusieurs tra ets entre
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Plusieurs tra ets entre
l’émetteur et le récepteur
Techniques utilisées pour palier audégradation du canal radio mobile
sa on e a ec n que e vers : Diversité en fréquences
vers en emps
Diversité de polarisation Diversité spatiale
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niveau du récepteur’
MCR « Maximum Ratio Combining »
Principe du MCR
Sur chaque branche on obtient dessymbole portant des informations dephase et d’amplitude.
Estimation de la réponse impulsionnelle ducanal par l’estimateur du canal
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signaux
Récepteur en r teau (Rake reciever)
k ième Mobile
Démodulateur
......
k ième antenne
de réception
trajet #0
Sorties
souples
Démodulateur
trajet #1 (Maximum-
Ratio
Combining)
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g)
Démodulateur
trajet #( L-1)
......
Profil
d ’intensitémultitrajet
Récepteur 0τ 1τ 1 Lτ −
Codes utilisés en U RAN
Deux types de codes: Les codes de canalisation: sont des codes
orthogonaux facteur d’ talement variable, ils
sont déduit à partir de l’arbre OVSF. Ils
signaux émis sur la même fréquence-
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- noise. Utilisé puisque les codes de canalisationne permettent pas une orthogonalité parfaite
Les codes de canalisation
G n r s partir de l’arbre OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)
...+1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1
Absence de code d’embrouillage
...
...+1, +1
+1, +1, +1, +1
+1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, -1
F E = 4
FE = 8 ...
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F E = 4
...1
+1, +1, -1, -1
FE = 2
...+1, -1
FE : Facteur d ’étalementStation de base #i
Les codes de canalisationgarantissent l’orthogonalité àl ’intérieur de chaque cellule
Arbre OVSF
Non utilisable en UL pour s parer lesusagers. Utilisé uniquement pour séparerles flux d’un meme mobile (transmission
multicodes) En DL, les codes sont utilisés pour la
séparation des flux du node vers l’useger
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p g
Codes de brouillage
es co es ne peuven pas reutilisés tel qu’il sont car ne permettent pas
Utilisation des codes de brouillage séquences PN caractérisées par une propriété
’
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Utilisé en UL pour séparer les flux des
différents mobiles. Séquence de 38400 chipg n r s partir de 24 registre d calage
Codes de brouillage en DL
es co es s paren e s gnaux es no es .séquences de 38400 chips d’une séquenceénérée à artir de 18 re istres à décala e
Planification des codes en DL semblable à laplanification FDMA/TDMA
Les codes organisés en 512 groupes de codesprimaire, chaque code primaire comporte 15
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Pour économiser l’énergie des mobiles les codesprimaires sont organisés en 64 groupes de 8codes primaire chacun
Les codes de brouillage en DL
D D D D D D D D D D D D D D D D D D
07 6 41517
Voie I
D D D D D D D D D D D D D D D D D D
L’ensemble des codes d’embrouillage est subdivisé en 512 sous-
0568910111213141517 7 Voie Q
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ensem es con enan c acun un co e em rou age pr ma re e15 codes d’embrouillage secondaires Chaque cellule ne peut utiliser que les 16 codes d’embrouillage (1
’ -ensembles
A chaque code d’embrouillage (primaire ou secondaire) sont’ d’embrouillage alternatif droit (pour les trames compresséséventuellement
Codes de brouillage en DL
Code d’embrouillage 2
Station de base #2Code d’embrouillage 1
Station de base #1
Code d’embrouillage 3
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Station de base #3
Les codes d’embrouillage garantissentl’ « orthogonalité » entre les différentes cellules
a emen sur e en escen an
Code de
canalisation
1er utilisateur
Séquence d ’embrouillageDonnées
1er utilisateur
... ...
l o t e s
T P C
F C I
(Station de Base)
... ...
P i
Antenne
’
Code de
canalisation
...
Kième utilisateur
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Kième utilisateurDonnées
Kième utilisateur ... ...
Emetteur P i l o t e s
T P C
T F C I
s a emen sur e en escen an e u r
a t e u r
ième
Séquence d’embrouillage
(station de base)
D é c o d a g e
d o n n é e s
k i è m e u t i l i s a
t
D é c o d a g e
c o n t r ô l e
k i è m e u t i l i s
k ième antenne
de réception
o e cana sat on
k ième utilisateur
......
Détection
Sorties
souples
données+
contrôle
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Estimationk ième canal
Symboles
Réce teur
pilotes
k ième utilisateur
Démodulateur
Orthogonalité sur le lien montant
L’orthogonalité sur la lien montant est assurée par des
codes d’embrouillage différents :
Chaque mobile possède un code de brouillage.
canalisation de l’arbre OVSF.
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’ Codes d’embrouillage longs pour garantir la meilleure
ort ogona it .
Codes d’embrouillage courts pour permettre une détectionconjointe de tous les mobiles de la cellule.
1er code canalisation Emetteur
Données k ième
utilisateur
k ième utilisateur
k ième séquence
d’embrouillage
k ième antenne
d’émission
......
Contrôle k ième
Pilotes TP
C
TFC
I
FB
I
ut sateur
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2ième code canalisation
k ième utilisateur k ième......
mo e
Décisions données k ième utilisateur
Antenne
s quence em rou age
1er code canalisationième
Décisions contrôle
k ième utilisateur
de réceptionTPCTFCI FBI... ...
Démodulation séparée
Sorties souples
...
onn es+
contrôle
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2ème code canalisation
k ième utilisateur
... ... Estimation
k ième canal
Réce teur
... Symboles pilote k ième utilisateur
Démodulateur
Contr le de puissance
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o age es canaux e transport en
CRC
Concaténation/Segmentation de TrBlocs
Codage de canal ...
transport blocks
1er entrelacement
Egalisation de trame radio
Adaptation de débit
Segmentation de trame radio
M l i l d T CH d Q S diffé
CCT Ch
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Multiplexage de TrCHs de QoS différentes
Segmentation canal physique
CCTrCh
2ème entrelacement
Traitement au niveau canalh si ue
o age es canaux e transport en
CRC
transport blocksConcaténation/Segmentation de TrBlocs
Codage de canal
1
ère
Insertion de bits d’indication de DTX
Adaptation de débit
Segmentation de trame radio
CCT Chu p exage e r s e o ren es
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CCTrCh
Se mentation de canal h si ue
2ième Insertion de bits d’indication de DTX
2ième entrelacement Traitement au niveau canalh si ue
Répartition de canal physique
Contr le d’erreur
Une vari t de m thode de contr le d’erreur, lasélection est effectuée par l’UTRAN en tenant
Deux techniques: niveau RLC, à la réception d’une trame erronée lerécepteur soit rejette la trame ou demande sa
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FEC ( Forward Error Correction): appelé codage canal,elle produit des bits supplémentaires utilisé au niveau durécepteur pour corriger les erreur de transmission
Détection par CRC
Pour chaque bloc de donn es un nombre de bitégal à la taille du CRC est ajouté n n veaux e ec on son n s, e
choix dépend de la QoS demandée par le RABPolynome Taille du CRC
Gcrc24(D)=D24+D23+D6+D5+D+1 24
16 16 12 5
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Gcrc16(D)=D16+D12+D5+1 16Gcrc24(D)=D12+D11+D3+D2+D+1 12
Gcrc24(D)=D8+D7+D4+D3+D+1 8
0
Codage des canaux de transport
BCH
1/2PCH Codes convolutifs
RACH
Codes convolutifs 1/3 ou 1/2
, , , -
Absence de codage
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Absence de codage
Codes convolutifs à 256 états
= ,1ère
sortie
Entrée
2ième
sortie
ère
R = 1/3,
sortie
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DEntrée D D D D D D D
sortie
3ième
sortie
urbo-code PCCC à 8 états1ère sortie
D D DEntrée
me sor e
Entrelaceurinterne duturbo-code
D D D
3ème sortie
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Terminaison
Fonction de transfert G( D) = [1, (1 + D + D3
) / (1 + D2
+ D3
)]
u re s uturbo-codeur
Performances : BER 1,E-01
Recommended Turbo Code Frame=3072 bits
1,E-02 e
Recommended Turbo Code Frame=2048 bitsRecommended Turbo Code Frame=1024 bits
Recommended Turbo Code Frame=512 bits
Convolutional g1(D)=561 g2(D)=753
1,E-03
E r r
o r R a
1,E-04 B i t
1 E 05
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1,E-05
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
Ebi/No (dB)
Comparaison du BER des turbo-codes et des codes convolutifs
de taux de coda e 1/2 sur un canal aussien
Performances : BLER (ou FER)1,E+00
t e, -
e E
r r o r R
1,E-02 F r a Recommended Turbo Code Frame=3072 bits
Recommended Turbo Code Frame=512 bits
Conv. 1 D = 561 2 D = 753 Frame= 3072 bit s.
Conv. g1(D)=561 g2(D)=753, Frame= 512 bits
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1,E-03
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8
Ebi/No (dB)
Comparaison du FER des turbo-codes et des codes convolutifs
de taux de coda e 1/2 sur un canal aussien
Concaténation-segmentation destransport bloc
Le but de cette op ration est de pr parer lesdonnées pour la phase de codage canal orsque p us eurs ranspor oc s un m me
canal de transport sont à émettre sur un même,
sont concaténés en bloc unique fourni ensuite enentrée à la fonction codage canal
pour limiter cette fonction ce bloc est segmenté
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pour limiter cette fonction ce bloc est segmentélorsque sa taille dépasse 504 bits pour un codageconvolutif et 5114 pour les turbo codes
Adaptation du débit
Les canaux physiques offrent un nombrede bits fixe par trame qui ne correspondpas forc ment au la taille des paquets.
Le réseau choisi un code dont le SF est leplus proche du débit demandé
’
réalisée au niveau de chaque canal de
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réalisée au niveau de chaque canal der n r i nir m l
qui seront multiplexés sur le CCTrCh
Entrelacement
Entrelacement sur les bits du transportblock après codage canal et avant led coupage en segments
Entrelacement au niveau des tramesavant le découpage en slots
Écriture ligne par ligne
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Écriture ligne par ligne
donné
Lecture colonne ar colonne
talement et modulation
es s son mu p ex s empore emenavec les bits DPCCH
Puis séparer les bits pairs des bits impairs surdeux branches I et Q
Les bits des deux banches sont ensuite codés parle code OVSF, puis avec un code de brouillage
s=
S1 S2 Multiplication des S=S +jS par C =C +jC
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s S1 S2 Multiplication des S=SI+jSQ par Cs=CS1+jCS2
, Application d’une modulation QPSK
Structure des canaux physiques
Un canal physique est d crit au moyensdes fonctions de base mises en œuvredans le mobile et le r seau: Recherche de cellule initiale (CPICH, P-SH, S-SCH) Lecture des informations systèmes (P-
Diff i d d i (S CCPCH)
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Diffusion de message de paging (S-CCPCH) m ss on es appe s ,
Échange de données (DPCH)
Recherche d’une cellule initiale
Canaux intervenants: P-SCH, S-SCH,CPCICH
Slot # 0 Slot # 1 Slot # 14
SCH
2560 Chips (0.667 ms)CPICH
pprimaire p p
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a csi,1SCH
secondairea cs
i,2 a csi,15
256 Chips
Longueur de trame (10 ms)
Structure du SCH Le canal SCH rimaire est constitué d’ un code hiérarchi ue non
modulé de 256 chips identique pour toutes les cellules Le code de synchronisation primaire (PSC) cp est transmis au
d but de chaque time slot Le SCH secondaire est constitué de la transmission répétitive
d ’une séquence de 15 codes modulés de 256 chips chacun es co es e sync ron sa on secon a res son ransm s enparallèle avec les codes de synchronisation primaires
Il y a 64 canaux SCH secondaires indiquant 64 groupes de coded ’embrouilla e différents.
Le code de synchronisation secondaire csi,k
transmis au début dutime slot k = 0, 1, …, 14 correspond au groupe de codes
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y , , , p g pd’embrouillage i = 1, 2, …, 64
ensemble de 16 codes orthogonaux de 256 chips chacun
La séquence du SCH secondaire indique le groupe parmi 64auquel appartient le code d’embrouillage utilisé sur le liendescendant par la station de base
Un groupe de codes d ’embrouillage contient 8 codesd ’embrouillage
Diffusion des information système
Faite par P-CCPCH (Primary CommonControl physical Channel) Diffusion des informations réseau (PLMN,etc…)
Information sur la cellule courante (puissancecanaux communs, etc…) Informations sur les cellules voisines (
requence co es pr ma res e c Information sur la tachnologie voisine ( liste
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requence, co es pr ma res, e c… Information sur la tachnologie voisine ( liste, , …
Canal P-CCPCH-
DonnéesQ-Branchxoff
. ms, ts
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
’
10 ms
slot (S-SCH)
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( ) Débit 18bits par slot soit 13,5 kb/s
Le P-CCPCH est un canal à débit fixe et utilise un facteurd’étalement de 256 et transporte le canal de transport BCH
Le canal de paging
Le canal S-CCPCH (Secondary CommonControl physical Channel) véhicule lescanaux de transport FACH( forward acces
channel) et PCH (paging Channe)I-Branch
Données-Branch
PilotesTFCI
0.667 ms, 5120/SF Bits
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10 ms
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
Le canal S-CCPCH
Contient deux types d’informations: Bits de données ou des messages de
signalisation destin au canal de transport
FACH ou des messages de paging PCH es n orma ons e con r e e a couc ephysique: les bits pilotes et TFCI
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Le canal DPCH
Transport des donn es usagers DPDCH: dedicated physical data channel
, , … Utiliser pour véhiculer les données en provenance des
couches supérieures DPCCH: dedicated physical control channel
Spécifique à la couche physique et non transféré aucouches hautes
Bits pilote TPC: transmit Power control pour le contraole de puissance
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TPC: transmit Power control pour le contraole de puissance
Etc…
Format DPCH descendant
DPDCH DPDCHDPCCH DPCCH
Brancheen phase
onn es Pilotes
0.667 ms, 5120/SF Bits
onn esBranche
en quadrature
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Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
10 ms
Format DPCH montant
DPDCH :Brancheen phase
Données
DPCCH :Branche enquadrature
0.667 ms 2560/SF Bits
TPCFBITFCISymboles pilotes
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Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
10 ms
Gestion de la mobilitéUMTS
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Notion de URA
La gestion de la mobilit n’est plus la charge duréseau Cœur, elle est assuré par le SRNC n s u s es
LAI Location Area Identity
URA: UTRAN Registration Area: ensemble de cellule(zone de localisation) qui n’est pas connue par le réseaucœur
UE ne signale sa position au SRNC qu’après avoir
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g p q p’
Entités
Location Area (Zone de localisation): une ouplusieurs cellules reliées au RNC connectés au.
commutation de circuit. Met en œuvre le CS-
TMSI utilisé à l’intérieur de la LA. Routing Area (Zone de routage: une ou plusieurs
cellules reliés au RNC connectés au même
nœuds. Utilisé pour les services à commutationde paquet. Une RA est un sous ensemble d’une
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p qu u . uvr - u
l’intérieur de RA.
Entités
URA ou UTRAN Registration Area (Zoned’enregistrement UTRAN) s e quan e mo e es en mo e connec au
RRC
URA’
n’appartenant à aucune URA de l’anciennecellule)=>mise a jour de l’URA
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cellule)=>mise a jour de l URA Les URA’s se recouvrent partiellement pour
éviter les problèmes de mise a jour ping pong
MAJ de URA
URA1 URA2 URA3URA4
MS1
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MS2
Correspondance entre équipement etzones
Un MSC/VLR peut avoir une ou plusieurs LA une LA ne peut être distribuée entre plusieurs
Un SGSN peut avoir une ou plusieurs RA. Une RA Le RNC peut avoir une ou plusieurs LA (ou RA)
SGSN
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orrespon ance L , R et UR
MSC/VLR1SGSN2
SGSN1
BSC1/RNC1 BSC2/RNC2 BSC3/RNC3BSC4/RNC4
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URA6 URA7 URA8 URA9 URA10 URA11
RA1 RA2 RA3 RA4 RA5
LA1 LA2 LA3
LA, RA et URA
Localisation des UE dans les nœuds du r seau
GSM GPRS UMTS GPRS UMTS UMTSCellule non non non non oui
RA Non Non Oui oui non
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LA oui oui oui non non non
Les identités de l’UE dans l’U RAN
Entit : RNTI:Radio Network Temporary Identifier
orma s: S-RNTI:serving RNC RNTI: permet d’associer un UE à un
SRNC de fa on uni ue il es alloué ar le SNRC lors del’établissement d’une connexion.
D-RNTI: Drift- RNC RNTI: assigné par un Drift RNC. L’ - - .
C-RNTI: alloué par le CRNC (controlling RNC) U-RNTI: il est uni ue dans l’UTRAN il se com ose de :
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U RNTI: il est uni ue dans l UTRAN il se com ose de : SRNC-id S-RNTI
Etats d’un mobile
Deux modes: Le mode veille: pas de connexion RRC entre
UE et l’UTRAN
Mode connecté: existence de connexion avec. e mo e es su v s en a s: CELL_DCH
_ CELL_PCH URA PCH
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_
Etat CELL_DCH
mobile. Un ou lusieurs canaux de trans ort Les messages d’information systèmes peuvent
être reçues sur le FACH
travers les messages de signalisation EXP: pour des appels en mode paquets, si
c ange e onn es est interrompumomentanément l’UTRAN peut demander à L’UEde passer à l’état CELL PCH ou URA PCH
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p _ _ Après la libération de la connexion l’UE passe
automatiquement en mode veille RRC
Etat CELL_FACH
Aucune ressource radio d di e n’est attribu el’UE et sa mobilité gérée au niveau cellule e son es canaux communs e ranspor ,
FACH et CPCH qui sont utilisé pour les transferts’ ’
Ce mode est utilisé pour le transfert de donnéede etite taille sans contraintes tem s réel ainsi
que la signalisation Le passage à l’état CELL_PCH et URA_PCH se fait
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p gà la suite d’un ordre explicite de l’UTRAN
Etats CELL_PCH et URA_PCH
es a s e repos u pro oco e ouaucune activité dans la voie montante est.
Le passage est indiqué par l’UTRAN si
L’activité principale de l’UE est le
Avant tt reprise d’activité l’UE doit passer’
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_mise a jour de localisation
ransitions entre les différents états
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Etat d’un mobile
PMM Detached
GPRS Detach
GPRS attach reject
RA update reject
PMM ConnectedPMM IDLE
PS signaling
Connection release
PS signalingconnection establish
PMM detached (PS Mobility Management): localisationinconnue. connec e : ce u e ou e connu au e
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connec e : ce u e ou e connu au eSGSN. SRNC contrôle le HO.
PMM idle: RA de l’UE connue au SGSN. Paging UE possible
tat d’un mobile
Un mobile à commutation de circuit (CS) Un mobile à commutation de paquet (PS) Un mobile fonctionnant pour les deux types de
commutations
État en CS: CS Detached: UE non joignable par le réseau
pour le service CS. Pas de mise à jour de.
CS Idle: UE est joignable par paging pour serviceCS. Peut initier des mises à jour de localisation. CS Connecte : UE a une iaison e signa isation
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CS-Connecte : UE a une iaison e signa isationpour les services CS connectés. N’initie pas de
MAJ de localisation
tat d’un mobile
UMTSMM/GMM signaling
MM Detached MM connected
MM/GMM attach
GMMDetacehd
GMMConnected
e
GMM Idle
RAU update rejectLAU attach rejectMM/GMM attach reject
connection estalish
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MM/GMM detach implicite
tat d’un SGSN
UMTSMM/GMM signaling
MM Detached MM connected
MM/GMM attach
GMMDetacehd
GMMConnected
e
GMM Idle
RAU update rejectLAU attach rejectMM/GMM attach reject
connection estalish
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MM/GMM detach implicite
Synthèse état mobilité PS et CS
Mode état détaché Idle connecté
PS State PMM PMM idle PMM
Info / RA Cellule ou
CS State CSdetached
CS idle CSconnected
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Info
location
réseau LA cellule
Mise à jour de localisation
Effectu par MS en tat Idle, quelques soit l’ tatPS e e ec u e par en a e,
quelques soit l’état CS
Resélection d’une cellule, si la nouvelle cellule ne
contient pas le même identifiant URA (une cellule peutappartenir à plusieurs URA. Chaque cellule diffuse unensemble URA. Si numéro stocké dans la mémoire de laMS différent de celui de la cellule alors il va avoir uneMAJ d URA
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MAJ de URA Expiration de la temporisation URA-update timer
MA de RA en mode PMM IdleMS New SGSN Old SGSN GGSN HLR
RAupdate Request SGSN context Request
SGSN context Request
Security Functions
con ex ac now e ge
Update PDP context Request
Update Location
Cancel location
Cancel Location ACK
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Cancel Location ACK
Update Location Ack
RA update accept
RA update complete
MAJ de RA en mode PMM connected
ew
RA update RequestSGSN context Request
SGSN context Request
SGSN context acknowledge
Forward packets
p ate context equest
Update PDP context Response
Update Location
Cancel location
Cancel Location ACK
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Update Location Ack
Insert subsc data ack
RA update accept
RA update complete
Notion de PLMN
Il existe : HPLMN: Home PLMN, l’opérateur est déteneur
de l’USIM
VPLMN: Visited PLMN RPLMN: Registered PLMN, c’est le PLMN surlequel une inscription est réussie. Il peut être
La sélection du PLMN peut être manuelleou au oma que
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ou au o a que
Sélection automatique de PLMN
Les tentatives de s lection sont ex cut dansl’ordre suivant:
Les PLMN de la liste utilisateur si elle existe dans l’ordre
de priorité. Les PLMN de la liste opérateur si elle existe dans l’ordre
de priorité.’
La liste d’autres PLMN pour lesquels la qualité deréception est supérieure à un seuil fixé.
La liste d’autres PLMN ordonnée suivant la qualité de
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La liste d autres PLMN ordonnée suivant la qualité deréception décroissante.
Sélection manuelle d’un PLMN
Le mobile pr sente l’utilisateur lors dela mise sous tension l’ensemble des PLMNsdisponibles
Toute les technologies supportées par lemobiles sont prises en considération’
présenté
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Sécurité dans le réseau UM S
ors e nscr p on aupr s u r seau echaque changement de zone de,
sécurisations de l’accès peuvent être
,l’authenticité et l’intégrité des échanges.
Allocation d’identité temporaire
Activation de chiffrement et de l’intégrité
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Activation de chiffrement et de l’intégrité
authentification
Architecture de la sécurité en UM S
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Allocation de l’identité temporaire
Ne pas transmettre fr quemment l’identitde l’abonné Attribution d’identité temporaires:
TMSI: ar le VLR en mode circuit P-TMSI: par le SGSN en mode paquet
’
procédure d’inscription ou MAJ de
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Identification du mobile
e r seau eman e au mo e e ufournir l’identificateur permanent de’
L’IMSI est demandé quand le réseau’ ’
certaine le mobile à partir d’un
L’IMEI est demandé par le réseau avec la
Version) pour vérifier que le mobile ne
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Version) pour vérifier que le mobile ne
fi ure as dans la liste black
Chiffrement et intégrité des données.
Chiffrement: confidentialit des donn essur l’interface radio. Intégrité: authentification de l’origine de
messages de signalisation Procédure: Security mode control
Algorithmes d’intégrité: UIA
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Processus de chiffrement
app que c acun es ra o earer ra oet de signalisation actifs aram res:
algo F8 e c remen
paramètre COUNT-C incrémenté à chaque
Direction VM ou VD
L’opération inverse est effectué en
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L opération inverse est effectué en
r i n r hiffr r l m
Chiffrement
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Intégrité des données’
signalisation actifs Paramètres utilisés:
Clé d’intégrité IK Paramètre Count-I (couche RRC)
Bit DIRECTION Message lui-même MESSAGE qui contient l’identité du Bearer.
-Code)
En réception il faudra générer le message d’intégrité XMAC-I eX ected MAC-I
Si XMAC-I et MAC-I sont différents on considère que lemessage est altéré et ne sera pas pris en considération
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message est altéré et ne sera pas pris en considération.
Intégrité des données
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Authentification
u en ca on mu ue e Le réseau fournit au mobile lesparam res perme an e ca cu er es c sde chiffrement et d’intégrité.
sa on e a c s oc ans eet l’AuC
e c n es ama s ransm se surl’interface radio
n quemen es param res ynam quessont transmis
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sont transmis.
Déroulement de l’opérationd’authentification
L’AuC g n re un nombre al atroire RAND et unnuméro de séquence SQN
es param res , ,K,AMF(Authentification mangement Field) sont
de l’USIM et l’AuC. L’AMF sert our l’indication des al orithmes our
générer le vecteur d’authentification lorsqueplusieurs algo sont disponibles; la sélection d’unelimite pour la dur es de vie des cl dechiffrement et d’intégrité; etc
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chiffrement et d’intégrité; etc..
Le vecteur d’authentification (au niveauréseau)
||: concaténation
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Génération des vecteursd’authentification
CK cl de chiffrement IK: clé d’integrité AK: anonymity Key: sert pour masquer le num de
séquence pour servir à une authentification
XRES: eXpected RESponse: qui est la réponse
MAC: Message Authentification Code: le code’ mobile
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Le jeton d’authentification (niveaumobile)
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Procédure d’authentification
L’AuC construit le jeton d’authentificationAUTN constitué de 3 champs: SQN, AMFet MAC
Le vecteur d’authentification est laconcaténation des paramètres RAND,XRES, CK, IK et AUTN
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Déroulement de l’opérationd’authentification ur ec on une con on e c enc emen e
l’authentification, le VLR/SGSN demande les paramètresd’authentification à l’AuC qui est la seule à les générer u g n re un ensem e or onn e e vecteurs
d’authentification et l’envoie au VLR et SGSN
Le VLR/SGSN enregistre les vecteurs reçus et ensélectionne un de rang i puis envois les paramètres RANDiet AUTNi du vecteur i au mobile
Les paramètres XRESi , CKi et IKi ne sont pas envoyés aumobile
XRES sera utilisé pour vérifier la validité de la réponse dumobile et CK et IK sont utilisés comme clés
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Déroulement de l’opérationd’authentification ur r cep on e a eman e au en ca on e
USIM génère les paramètres XMACi, RESi CKi etIKi à artir des aramètres RANDi et AUTNi re us
Le mobile compare ensuite les paramètres MACet XMAC pour authentifier le réseau
Dans le cas que tout est correct, le mobile envoisau réseau la réponse à la demande’
Le VLR/SGSN compare le paramètre RES auXRES pour authentifier le mobile, en cas d’égalitéla procédure se termine et les clé CKi et Ikipeuvent être utilisé
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peuvent être utilisé
Procédure d’authentification
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Canaux h si ues
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’
Mode FDD TDD
- -
Débit chip 3.84 Mchip/s 3.84 ou 1.28 Mchip/s
Espacement entre porteuses4.4 à 5 MHz avec un pas de 200 kHzDurée d ’une trame radio 10 ms
Structure d ’une trame 15 time slots par trame radio
Facteurs d ’étalement 4 à 512 1 à 16
Coda e canalPas de codage, codes convolutifs (1/2 ou 1/3),
ou ur o-co es
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Les canaux physiques dédiés de la voiemontante
: e ca e p ys ca a a anne :pour le transport des canaux de transport
DPCCH: Dedicated physical control
de contrôle ou de signalisation générés
TFCI.un seul DPCCH
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Le canal DPCCH n orma on con r e con enue ans es c amps e s
de DPCCH sont: Des bits pilote connu par le récepteur de la BS, ils servent
pour est mer a r ponse mpu s onne e u cana . s sontegalement utilisés pour estimer le SIR pour déterminer lescommandes TPC
TFCI pour déterminer les attributs selon lesquels les bits dedonnées envoyer par le DPDCH ont été traité au niveau descanaux de transport.
Les bits de retours FBI (Feed-back information)
interviennent en cas de macrodiversité TPC Transmit Power Control our demander
l’augmentation et la diminution de la puissance de DPDCH.Il peut avoir 1 ou 2 bits TPC par slot ce qui permet unef é d t ôl d 1500H
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fréquence de contrôle de 1500Hz Codé à l’aide du code C256,0
Structure du DPCCH et DPDCHDPDCH :
Brancheen phase Données
DPCCH :Branche enquadrature
TPCFBITFCISymboles pilotes
0.667 ms, 2560/SF Bits
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
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10 ms
Canal physique dédiés à la voiedescendante
n seu ype appe e ca ephysical Channel) ranspor e a o s e ra c e a
signalisation
peu re cons r comme unmultiplexage temporel de DPCCH et
Seuls les bits FBI n’existent pas es s pa rs son r par s sur a vo e
tandis que les bits impairs sur la voie Q
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Le canal DPCHDPDCH DPDCHDPCCH DPCCH
Brancheen phase
o esBranche
en quadrature
. ms, ts
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
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10 ms
Le canal DPCH
Les diff rents champs sont transmis avecdes niveaux de puissances différentsd termin s par le r seau (PO1,PO2,PO3)
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Différence dans le temps entre canalmontant et descendant
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Le canal PRACH
PRACH: Physical Random Acces Channel Porteur du canal RACH
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Structure du PRACH
Préambule Préambule Préambule Partie messa e
5120 chips
4096 chips 10 ms (une trame radio)
Préambule Préambule Préambule Partie message
La transmission d’un accès aléatoire est
4096 chips 20 ms (deux trames radio)
constitu e d’un ou plusieurs pr ambules de 4096
chips chacun et d ’un message d’une durée de 10
L’émission du RACH est basée sur un accès
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indication d’acquisition rapide
Structure du PRACH 2 35120 chips
10 ms (une trame radio) 10 ms (une trame radio)Accès aléatoire #0
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14d ’accès
Accès aléatoire #2
Accès aléatoire #8
cc s a ato re
La station mobile peut effectuer un accès
d’accès Il a 15 slots d’accès toutes les deux tramesradio successives de 20 ms
Les slots d’accès dis onibles dans cha ue station
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de base sont indiqués par les couches hautes
Structure du PRACH 3 3
Contrôle S mboles ilotes TFCI
0.667 ms, 2560/SF Bits
10 ms
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
tructure e a part e message e acc s a ato re
La partie contrôle est constituée de Npilot = 8 bitspi otes connus et e NTFCI = 2 its TFCI
La valeur du TFCI indique le format de transport
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du message d’accès aléatoire courant
Structure du SCHSlot # 0 Slot # 1 Slot # 14
SCH
2560 Chips (0.667 ms)
p
a cs
i,1
primaire
SCH
secondaire
p
a cs
i,2
p
a cs
i,15
256 Chips
Longueur de trame (10 ms)
Le canal SCH primaire est constitué d’ un codei rarc ique non mo u e 256 c ips i entique
pour toutes les cellules
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e co e e sync ron sa on pr ma re cp estransmis au début de chaque time slot
Structure du SCH 2/2 e secon a re es cons u e a ransm ss on r p ve
d ’une séquence de 15 codes modulés de 256 chips chacun Les codes de synchronisation secondaires (SSC) sont transmis en
parall le avec les codes de synchronisation primaires Il y a 64 canaux SCH secondaires indiquant 64 groupes de code
d ’embrouillage différents. Le code de synchronisation secondaire cs
i,k transmis au début dutime slot k = 0, 1, …, 14 correspond au groupe de codesd’embrouillage i = 1, 2, …, 64
Chaque code de synchronisation secondaire est choisi parmi un
ensemble de 16 codes orthogonaux de 256 chips chacun
auquel appartient le code d’embrouillage utilisé sur le liendescendant par la station de base
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’ d ’embrouillage.
Structure du CPICH
I-BranchSéquence pré-définie de symboles
Q-Branch
0.667 ms, 20 Bits = 10 symboles
10 ms
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
Le CPICH est un canal d bit fixe et
utilise un facteur d’étalement de 256 etv hicule une s quence pr -d finie desymboles
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Structure du P-CCPCH
I-BranchDonnées
Tx
-
0.667 ms, 5120/SF Bits
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
Le P-CCPCH est un canal à débit fixe etutilise un facteur d’étalement de 256 ettransporte le canal de transport BCH
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Structure du S-CCPCH
I-BranchDonnées
-BranchPilotesTFCI
0.667 ms, 5120/SF Bits
10 ms
Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15
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Structure du PICH 1/2 Le PICH transporte les indicateurs de d’appels entrants (Paging
Indicators ou PI)-
transport PCH
Le PICH a un débit fixe et utilise un facteur d’étalement de 256
Parmi les 300 bits contenus dans une trame radio du PICH,seulement 288 bits sont utilisés pour transporter les indicateurs’
N indicateurs d’appel {PI0, …, PIN-1} sont transmis à chaque tramePICH, où N = 18, 36, 72 ou 144
Si un indicateur d’appel vaut ‘ 1 ’ dans une trame radio, toutes lesstations mobiles associées à cet indicateur doivent écouter la
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