Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’ypréparer

Philippe Picard12 octobre 2001

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes

� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)

�Le business�Marché et usages�Economie

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

2G 2.5 G 3G

GSMSMS

WAP

GPRSEDGE

UMTS

Licence+

RéseauxTerminauxServices

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Références� Sites utiles

� www.tmforum.org� www.art-telecom.fr� www.idate.fr� www.etsi.org� www.durlacher.com� www.nokia.com

Schémas et informations empruntés à:� Actes 3GM, Cannes, Fevrier 2001 [1]� TMF Forum et OVUM [2]� Publications ART [3]� UIT (ITU): site IMT2000 [4]� CDMA Development Group [5]� UMTS Report, Durlacher [6]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

La mobilité globale

Ci après on ne traitera pas des 2 extrêmes, satellite et RLE radio (hyperlan ou 802.11)

[4]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Télécom: Quelques Notions Utiles�Numérisation, échantillonnage�Bauds, bits/s�Réseaux Intelligents (IN)�Multiplexage (Fréquences, Temporel) et

accès multiple�Modèles de trafic et Erlang�Cellulaire, plan de fréquences

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

”The telephone would be used only to inform people ofarrival of telegrams.”

Graham Bell , 1876

"I think there is a world market for may be fivecomputers."

Thomas Watson, chairman of IBM, 1943

"640K ought to be enough for anybody."Bill Gates, 1981

“32 bits should be enough address space for Internet”Vint Cerf, 1977

Soyons indulgents !

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

" Qui a besoin de multimedia mobile ? "X, 2001

" 56 kb/s sont largement suffisants pourl’internet mobile ”

Y, 2001

Soyons indulgents !

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes

� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)

�Le business�Marché et usages�Economie

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Le GSM: Le Vrai Départ De La Mobilité� Avant le GSM, en Europe:

� Des services élitistes +/- associés au téléphone devoiture (coût, poids)

� Technologies analogiques nationales et mal normalisées,donc de petite série et chères

� Etc…� Le GSM: une conception très visionnaire. Il a fallu

tout inventer et tout construire� Une réponse aux demandes latentes et solvables (et

imprévues) du marché professionnel et privé de lamobilité

� Partant d’un parc très limité, il n’y a pas eu deproblème de migration (contrairement aux USA avecl’AMPS)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Le GSM: Une Réussite Européenne (1)� Une initiative essentiellement européenne (CEPT,

ETSI), même si exploitant au mieux les technologiesinternationales du moment;

� Norme adoptée en Europe, Asie (sauf Japon),Afrique, partiellement aux US et Amérique Latine

� Une vraie normalisation (européenne étendue) quispécifie et/ou impacte:

� Fréquences (2 versions: 800 Mhz et 1800 Mhz)� Architecture et protocoles (fixe et radio)� Services génériques� Équipements terminaux

� Norme « just in time » en fonction du meilleur de latechnologie prévisible

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Le GSM: Une Réussite Européenne (2)� Les domaines de réussite:

� Usages� Un vrai marché de service européen unifié� Démocratisation

� individus (taux de pénétration)� Pays (le GSM existe partout)

� Économie� les opérateurs de GSM atteignent au moins

le « petit équilibre »� Retombées industrielles (Nokia, Ericsson,

LHS,…)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Innovations du GSM (très audacieuses dans les 80 ’):

� Cellulaire et numérique� Exploitation systématique des technologies de

Réseau Intelligent du fixe et du RNIS permettant:� Saut de cellule dynamique (Hand-Over)� Itinérance internationale entre réseaux (Roaming)� Personnalisation du service

� Sécurité� Identifiant d’abonné par carte SIM� Cryptage en ligne

� Services nouveaux prévus dès l’origine (SMS, VoiceMail, Data Circuit 9600 b/s)

� Une facturation souple et performante (pré-payé,post-payé, informations instantanées)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Composants du GSM

SIM

ME

BTS

BTS

BSC

BSCMSC

HLRAuCVLR

PSTNISDNetc.

Mobiles Base Station NetworkStations Subsystem Subsystem

x10^6-7 x10^3 x10^3 / 3

MSC

MSC

BTS Base Transceiver Station VLR Visitors Location RegisterBSC Base Station Controller AuC Authentification CenterMSC Mobile Service Switching Center HLR Home Location Register

x10^2

Cellules

BTSBTS

BTS

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Capacité des cellules

8 IT par trametemporelle

fréquences= < 124 canaux

full duplex

1

122

123124

1 2 8577µs

4,615ms (c.a.d. 216 trames/s)

1 trame GSM

1voie de téléphone est portée par un débit de 13,8 kb/s

Jusqu’à 8 x 124 = 992 canaux logiques. 3 à 4 fois moins dans la réalité (gestion du plan de fréquences)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes

� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)

�Le business�Marché et usages�Economie

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

WAP HSCSD GPRS EDGENiveau fonctionnel Application Liaison Réseau RadioTerminaux impactés Oui Oui Oui OuiModification Systeme Radio (BTS) Non Oui, SW Oui, SW Oui, HWModification Back-Bone Non Oui, SW Oui Oui = GPRSDébit max instantané théorique ns 115 kb/s 115 kb/s 384 kb/sDébit réaliste ns 14.4 kb/s 25 kb/s 50kb/s

Bouygues 3T01 2002 2002 ?Orange 2T00 4T01SFR 2T00 4T01

Plans en France: date officielle d'ouverture

Les étapes d’extensions du GSM

*

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Composants du GPRS

SIM

ME

MSC

HLRAuCVLR

PSTNISDNetc

Mobiles Base Station NetworkStations Subsystem Subsystem

MSC

MSCBTS

BTS

BSC

BSCBTS

BTS

BTS

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Composants du GPRS

SIM

ME

MSC

HLRAuCVLR

PSTNISDNetc.

MSC

MSC

HLRAuCVLR

SGSN

SGSNSGSN

GGSN

IP

Internet

BTS

BTS

BSC

BSCBTS

BTS

BTSPCU

PCU

PCU : contrôleur da paquets associé à chaque BTSSGSN : gère les services dans le centre de commutation (MSC)GGSN : passerelle avec les réseaux IP externes

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Le WAP phase 1 : un peu Bâclé.

IntranetGSM

WAPHTTP

NAS

Circuit 9600 b/sIP

• Des Chaînes de Liaison complexes (similaire à l’accès àInternet via RCTP) + conversion WAP / HTTP

• Des performances médiocres (temps de connexion + débit)

Réseau GSM

InternetWAP

•

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Le WAP + GPRS: un net progrès!

Intranet GPRS

WAPHTTP

Débit ~25 kb/s IP

• Des Chaînes de Liaison plus simples• Des performances améliorées (temps de connexion + débit)

Réseau GSM/GPRS

InternetWAP

GGSN

• •

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes

� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)

�Le business�Marché et usages�Economie

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Pourquoi l’UMTS (1)� On n’arrête pas le progrès:

� Besoin de large bande en data (de N x 10 kb/s àN x 100 kb/s)

� Convergence Internet - Mobiles� Le multimédias numérique mobile

� Un besoin d’étendre le plan de fréquencespour face à la saturation des zones densesdu GSM

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Pourquoi l’UMTS (2)� Des « bonnes fées » pas toujours bien

claires:� Les exclus de la norme GSM qui voulaient une

revanche (USA et surtout Japon)� Des industriels paniqués par l’après « GSM

boom » (Nokia, Ericsson, etc..)� L’UEC à la recherche d’un coup d’éclat: refaire

le coup du GSM en mieux dans un domaine (lesNTIC) où l’Europe est outrageusement dominée

� Des « grands argentiers » nationaux à l’affûtd’une bonne aubaine en « surfant sur la bulleInternet »

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

IMT 2000: très complexe « machin »

Global Collaboration

3GPPGSMMAP

ANSI-41

3GPP2

OHG

(ITU Recommendations))

ITU Membership

3GPartnership

Projects

OperatorsHarmonization

Group

Industry Fora:Networks:

UWCC

WP-CDMA

cdma2000

DECT

EP

DECT

TD-SCDMA

3G.IPIP

UWC-136TCP/IP

Satellites IMT-2000

NormalisationDe l’UMTS:C’est le 3GPPQui aCanalisé lesTravaux

[4]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Terminologies des Normes 3G� La richesse de la terminologie traduit la

compétition entre les « bonnes fées »et l’IMT-2000 est un sur-ensemble deversions incompatibles de normespour les mobiles 3G à base de CDMA� W-CDMA (Wideband CDMA). 2 versions:

� UMTS (ETSI/UEC: Universal Mobile TelephonySystem)

� FOMA (Japon: Freedom of Mobile MultimediasAccess)

� Cdma2000 : version US, évolution naturellede CdmaOne (fréquences non UIT)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Réseau d’accès UMTS : principes de l’UTRAN

� Deux modes principaux:� FDD (Frequency Division Duplex, ou « full duplex »): pour

Macro et Micro cellules. Version déployée en phase 1.� TDD (Time Division Duplex, ou « half duplex »): pour

Micro et Pico cellules� Une gestion unifiée de l’accès radio, l’UTRAN par

CDMA: tous les canaux utilisent le même spectre etles trames sont codées/décodées par mécanisme deconvolution (ou auto corrélation)

� Débit trame ou « Chip Rate » de 3,84 Mcps (~3,84 MBauds)

� Trames de durée de 10 ms (soit 38400 bits par trame) etdivisée en 15 slots (soit 2560 bits par slot)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Le CDMA : Les Avantages� Efficacité spectrale

(bits/Hz ou Erlangpar km²)

� Gestion du saut decellule (hand over)

� Gestion du plan defréquences

� Efficacité de laconcentration detrafic

[5]

FDMA

CDMA

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

UMTS: une norme évolutive� Release 99 (en cours d’implémentation)

� W-CDMA (version UMTS du CDMA)� Réseau fixe dual (IP- GPRS + circuits en téléphonie)

-------------------------------------------------------------------------------� Release 4 (un « clean » de la version 99)

� SyncML (protocole de synchronisation)� RTP pour le streaming MPEG-4� Précisions (géolocalisation, QoS, messagerie

multimédias)-------------------------------------------------------------------------------� Release 5

� Réseau tout IP (en collaboration avec IETF):généralisation d’IP V6 et/ou SIP (Session Initiation:protocole pour le streaming sur IP)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

GSM (2G/2.5 G) �UMTS 3G : ce qui change

R99/V4 V5Taille 0,2 à 30 kmFréquences (Mhz) 900/1800Multiplexage FDMA & TDMADonnées IP EncapsuléTéléphone Circuits RNISData IP Intranet IP

Syst d'Information BillingZones ruralesVillesZones denses, mobilité faible

Evolution permanente (IP, kiosque, etc..)

Cellules Radio

N x (10 x m) à N x km

CDMA (modes FDD & TDD)

Débit Données maxi théoriques 115 kb/s

144 kb/s384 kb/s

2 Mb/s

Natif

IP V6 unifiéCœur de Réseau IDEM 2.5 + ATM

1920 - 1980 et 2110 - 2170

Domaine GSM + GPRS (2.5 G)

UMTS (3G)

Pour chaque migration, les terminaux sont concernés. Il faudra desterminaux multimodes GSM 900/1800 + WAP + GPRS + UMTS FDD ..

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Les « goodies » de l’UMTS (cœur de réseau)

� Sécurité� Authentification� Intégrité et chiffrement

� Facturation:� Mesure équitable du trafic IP� Facture du contenu par l’opérateur (type

kiosque)� Messagerie Multimode

� Voix� SMS� Documents

� Localisation

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Les terminaux: une évolution multiple

Téléphone+

SMS

Téléphone + SMS+

Fonctions basiquesPDA

+Modem data + WAP

Téléphone+

SMS + WAP+

Modem Data +Blue Tooth

Carte PCMCIA+

Modem DATA

PDAAvec OScomplet

PCPortable

+

+Stations Spécialisées

Téléphone+

FonctionsPDA

+WAP

+Jeux + MP3

Idem+

MPEG 4

GSM

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes

� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)

�Le business�Marché et usages�Economie

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

L ’UMTS et les autres services de Transport

SERVICE

RNIS

x DSL

WLL (boucle locale radio)

CATV

GSM GSM + GPRS + EDGEUMTS <2005

Coût dvtMobilitéDébit Instantané Débit Moyen Trafic Ouvert Couverture

L ’UMTS n ’est pas le seul service large bande en cours dedéploiement ou prévu chez les Opérateurs Généralistes ouSpécialisés: son avantage distinctif reste la mobilité

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Marché : Acteurs et SegmentsAvec les sigles du e-business, ondistinguera:� B2E: Business to

Employees� B2B: Business to

Business� B2C: Business to

Consumers� C2C: Consumers to

Consumers� B’2C:Business to

Consumers dans ledomaine’’infotainment ’’

E B C

B Intranet, appli-cations

Applications sectorielles, "EDI"

Portail B2C(transaction, CRM)

B'Infos, Jeux, musique, images

C Mails, chats, visiophone

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Marché: les usagesRéseau Data étenduIntranet Mobile (duplication serveurs: mail, annuaire, agenda, infos, etc.)Applications spécifiques (transporteurs, maintenance,

CRM mobile (portails commerciaux)

Transactions (réservations / achats / paiements / etc…)

Mails enrichis, Chat, Forum, Jeux

Visiophone ????

Infos à la « Internet » (News, Bourse, Maps, Trafic, etc…)Jeux (individuels et collectifs)Médias (Clips MP3 et MPEG)

Le rêve de la 3G (voir DOCOMO). Forte dépendance vis à vis des terminaux et des performances du réseau

B2B et B2E

B2C

C2C

B'2C

Les premiers services vont se développer dans les 3 ans qui viennent (WAP + GPRS): fortement dépendants des terminaux, y compris la localisation

Devient mature avec le GPRS. Les offres se développent avec terminaux WAP ou PC light : portail d'entreprise, Applications sectorielles, dont celles liées à la localisation

Les MNO’s offriront eux-même ces services génériques

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Marché Internet Mobile : quel calendrier ?

1995 2000 2005 2010

3 G

2.5 G

2 G

C2C

SMS

FORUMSCHAT

MESSAGERIEMULTIMODE

B2E, B2B VISIOPHONEB2C

CRM

TRANSACTIONS

B’2C

JeuxMP3

MPEG

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Marché: la vision US

[5]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

i-mode: "Un Biz-Model" Transposable ?� Une recette " à la Minitel "

� Un développement à l’abri d’unmonopole de fait (ou du moins positiondominante)

� une facturation adaptée de typekiosque (volume/contenu)

� Des spécifications locales et ferméesanticipant sur les normesinternationales

� Une politique ouverte vis à vis desfournisseurs de services

� Une exploitation du domaine d’excellence del’industrie japonaise (les terminauxmultimédias)

� Un tremplin pour l’assaut du monde avec la3G en cours de lancement (FOMA)

� Une réelle avance sur les nouveaux servicesgrand public multimédias et les jeux [1]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Comprendre l’UMTS pour s’y préparer� Introduction�Les principes

� Le GSM (2 G)� Les extensions du GSM (2.5 G)� L’UMTS (3 G)

�Le business�Marché et usages�Economie

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

[4]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Calendrier officiel UMTS (ART 01-147 du 30/5/01)

� Ouverture commerciale officielleSFR: mars 2002Orange: juin 2002

� Plans de déploiement (en % de la population)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

2004 2007 2010

FTM 144 kb/sFTM 384 kb/sSFR 144 / 32SFR 384 / 144

[3]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

� Coûts du réseau de base (hors licence):� Taille des cellules f (topographie, trafic,… )� Stratégie de développement et de migration ou

de coexistence 2G / 3G� Coûts des Terminaux (et politique de

préfinancement)� Chiffre d ’Affaires 3G =

ROI 3G: Nombreux Facteurs d’ Incertitudes

N x ARPU

Nombre d’abonnés 3G

AverageRevenue

PerUser

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

N

Total Mobiles Net

050

100150200250300350400

1995

1997

1999

2001

2003

2005

0%10%20%30%40%50%60%70%80%

V%

Connection(in million)V%

L’UMTS Doit Faire Face à Un Marché Mature

[6]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

ARPUARPU in Europe

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

€ pe

r mon

th

INDIRECTCONTENTDATAVOICESUBSCRIPTION

[6]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Mobile Service Revenue

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

€bn

CONTENT (INDIRECT)CONTENT (DIRECT)DATAVOICESUBSCRIPTION

N x ARPU

[6]

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Des Nouveaux Modèles Économiques ?Il faudra certainement innover:

� Partage d ’infrastructure (et de licence)entre Opérateurs ?

� MVNO ’s� « Inter médiateurs » Spécialisés:

� Services de Localisation� e-paiement mobile� Diffuseurs Médias (musique, films)� Éditeurs Spécialisés (jeux, news, etc.…)� etc., etc., etc.,

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

R.O.I.de l ’UMTS: quand ?Cash Flow Cumulé

(5 Md €)

(10 Md €)

?5, 7, 9 ans ?

Licence + Réseau

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

R.O.I.de l ’UMTS: quand ?Cash Flow Cumulé

(7.5 Md €)

?5, 7, 9 ans ?

Réseau (2.5 Md €)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

A suivre…..� Tous ces nouveaux systèmes et services

sont très complexes (l’épaisseur desspécifications est une bonne mesure decette complexité!) et il faut du temps autemps pour passer les étapes (αααα, ββββ, diffusioncontrôlée, diffusion générale).

� Sans attendre l’UMTS:� Le GPRS/GSM va permettre aux applications

Internet mobile B2E de décoller (2002)� Les Opérateurs développent des applications

communicantes enrichies (mail multimodes,localisation)

� Les premiers portails B2C vont se pouvoir sedévelopper et être expérimentés (2002/2003)

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

A suivre…..� l’UMTS accélérera le développement des

applications précédentes en continuité;� La discontinuité vient d’ailleurs:

� Technologie (CDMA, terminaux)� Économie (licences, déploiement d’une

nouvelle infrastructure)� Usages (applications multimédias, etc…)

� La viabilité économique du système reste àêtre trouvée

� Il faut cependant se souvenir que le GSM nes’est pas développé là où on l’attendait! il yaura aussi d’heureuses surprises en 3G!

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Merci pourvotreAttention

PhilPic Conseilphilpic@club-internet.fr

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Les Trames GSM TDMA

*

Philippe Picard, le 12 octobre 2001

Timeslots1 2 3 4 5 6 7 8

MCS-1 8,4 8,4 16,8 25,2 33,6 42 50,4 58,8 67,2MCS-2 11,2 11,2 22,4 33,6 44,8 56 67,2 78,4 89,6MCS-3 14,8 14,8 29,6 44,4 59,2 74 88,8 103,6 118,4MCS-4 16,8 16,8 33,6 50,4 67,2 84 100,8 117,6 134,4MCS-5 22,4 22,4 44,8 67,2 89,6 112 134,4 156,8 179,2MCS-6 29,6 29,6 59,2 88,8 118,4 148 177,6 207,2 236,8MCS-7 44,8 44,8 89,6 134,4 179,2 224 268,8 313,6 358,4MCS-8 54,4 54,4 108,8 163,2 217,6 272 326,4 380,8 435,2MCS-9 59,2 59,2 118,4 177,6 236,8 296 355,2 414,4 473,6

Higher load -> more fragmentationPoorer terminal timeslot capability

Hig

her l o

ad ->

hig

her in

t er f er ence

Poorer C

overag

e

Low probabilityHigh probability Zero probability

GPRS: 115 kb/s EDGE: 384 kb/sKilling the data rate darlings...

GPRS et EDGE: une capacité statistique

*