umts

Enseignant: AJGOU.R Universit El-oued

Enseignant: ABDESSELAM.S Universit Med khider Biskra. 1

Rseau UMTS

Introduction

Le rseau UMTS vient se combiner aux rseaux dj existants GSM et GPRS apportent des

fonctionnalits respectives de Voix et de Data ; le rseau UMTS apporte ensuite les fonctionnalits

Multimdia.

La mise en place d'un rseau UMTS va permettre un oprateur de complter son offre

existante par l'apport de nouveaux services en mode paquet compltant ainsi les rseaux GSM et

GPRS.

Depuis 1985, lUnion Internationale de Tlcommunications (UIT, ou ITU en anglais)

rflchit un systme de troisime gnration, initialement appel Futur Public Land Mobile

Telephone System FPLMTS.

L'ide fondatrice du systme 3G est d'intgrer tous les rseaux de deuxime gnration du

monde entier en un seul rseau et de lui adjoindre des capacits multimdia (haut dbit pour les

donnes).

En Europe, la standardisation dun systme 3G nomm Universal Mobile

Telecommunication System (UMTS).

En 1998, une coopration, le 3GPP (3rd Generation Partnership Project), est cre entre les

organismes du monde pour travailler une solution unique qui serait propose lUIT.

Le 3GPP regroupe :

le Japon : ARIB (Association of Radio Industries and Business) et TTC

(Telecommunication Technology Committee) ;

lEurope : ETSI (European Telecommunications Standards Institute),

les Etats-Unis : T1P1 ;

la Core : TTA (Telecommunications Technology Association).

La Chine, par lintermdiaire du CWTS (China Wireless Telecommunication Standard

Group) a rejoint le 3GPP depuis Mai 1999.

Le 3GPP est scind en 4 groupes de travail TSG (Technical Specifications Groups) :

TSG Radio Access Network (RAN) : charg de la dfinition de la partie radio (couches 1

3) et des interfaces radios (Iu, Iub et Iur) ;

TSG Core Network (CN) : charg de la mise au point des couches Mobility Management

(MM), Call Control (CC) et Services Management (SM), et de ltude de

linterfonctionnement entre les diffrents rseaux (handover / roaming) ;

TSG Services & System Aspects (S&SA) : charg de la dfinition des services, de

larchitecture, de la scurit, du CODEC et de la gestion du Rseau ;

TSG Terminals : charg de ltablissement des tests et des fonctionnalits sur les terminaux.



1. Infrastructure dun rseau UMTS

1.1. Prsentation de linfrastructure du rseau

Figure 1 : Architecture UMTS

1.2. Les quipements dun rseau

La mise en place du rseau UMTS implique la mise en place de nouveaux lments sur le rseau.

1.2.1. Le Node B

Le Node B est un ensemble de stations de base (BS) et de contrleurs de site qui sont chargs en

outre de grer la macro-diversit (1 mobile plusieurs nodes B). Chaque station de base gre une cellule. Plusieurs cellules peuvent donc dpendre dun mme Node B, mais chaque cellule ne supporte quun seul mode de duplexage : FDD (Frequency Division Duplex) ou TDD (Time Division Duplex).

Les Nodes B grent la couche physique de linterface radio. Le Node B rgit le

codage du canal, lentrelacement, ladaptation du dbit et ltalement.

Les Nodes B communiquent directement avec le mobile sous linterface dnomme Uu.



Figure 2 : Schma synoptique du systme UMTS

1.2.2. Le RNC

Le RNC est un contrleur de Node B et est encore ici lquivalent du BSC dans le rseau

GSM.

Le RNC contrle et gre les ressources radio en utilisant le protocole RRC (Radio Ressource

Control) pour dfinir procdures et communication entre mobiles (par lintermdiaire des Nodes B)

et le rseau.

Le RNC sinterface avec le rseau pour les transmissions en mode paquet et en mode circuit.

Le RNC est directement reli un Node B, il gre alors :

Le contrle de charge et de congestion (saturation) des diffrents Node B ;

Le contrle dadmission et dallocation des codes pour les nouveaux liens radio (entre dun

mobile dans la zone de cellules gres ).

Il existe deux types de RNC :

Le Serving RNC : qui sert de passerelle vers le rseau et gre les connexions radios avec le

mobile et sert de point de rattachement au Core Network via linterface Iu (voir la figure

prcdente). Il contrle et excute le handover.

Le Drift RNC : qui a pour fonction principale le routage des donnes.

Le Drift RNC, sur ordre du Serving RNC, gre les ressources radios des stations de

base qui dpendent de lui.

Il effectue la recombinaison des liens lorsque, du fait de la macro-diversit, plusieurs

liens radios sont tablis avec des stations de base qui lui sont attaches.

Il route les donnes utilisateurs vers le Serving RNC dans le sens montant et vers

ses stations de base dans le sens descendant.



Figure 3 : Serving et Drift RNC

Les principales fonctions de linterface Iur, reliant les deux RNC entre eux, sont lies au soft

handover (figure suivante). LIur permet en effet au Serving RNC de demander au Drift RNC

dajouter ou de supprimer un lien radio, de modifier les caractristiques de celui-ci

Linterface Iub, reliant le RNC au Node B, est comparable linterface Abis en GSM, mais

contrairement au GSM et du fait de la macro-diversit, plusieurs branches Iub de communication

peuvent tre utilises pour un mme terminal, toutes ces branches transportant la mme information

utilisateur.

Linterface Iu relie lUTRAN au Core Network, que ce soit un MSC pour les services

circuits et/ou un SGSN pour les services paquets. Elle est indpendante du mode de duplexage sur

linterface radio (FDD ou TDD) et gre en outre le hard handover (figure ci-dessous).



Figure 4 : hard et soft handover

1.2.3. La carte USIM

La carte USIM assure la scurit du terminal et la confidentialit des communications. Des

algorithmes de cryptages cls publiques sont utiliss. Un certain nombre de possibilits sont

prvues pour les cartes USIM de 3G (cls de cryptage plus longues, protection des donnes

didentit de labonn et de son terminal et autres).

1.2.4. Le mobile

Les technologies de linformatique et des tlcommunications se rapprochent par lintgration

de systme dexploitation et dapplications sur les terminaux UMTS. Les terminaux sadapteront

sur diffrents rseaux et devront tre capables de fonctionner sur quatre environnements :

Dans une zone rurale (pico cellule) ;

Dans un btiment (micro cellule) ;

Dans des espaces urbains (macro cellule) ;



Avec un satellite.

Figure 5 : Les diffrents cellules o peut taravailler un terminal UMTS

Le terminal utilsera ainsi les rseaux GSM/GPRS/UMTS. Pour une couverture nationale en fait

appel aux rseaux de satellite pour une couverture mondiale si ncessaire. Le tarminal sera quip

dun navigateur, qui est une volution du browser WAP.

1.3. Utilisation des architectures rseaux existantes

Le rseau cur de lUMTS sappuie sur les lments de base du rseau GSM et GPRS.

Le rsau cur est en charge de la commutation et du routage des communications (voix et

donnes) vers les rseaux externes. Dans un premier temps le rseau UMTS devrait sappuyer sur le

rseau GPRS.

Le rseau cur se dcompose en deux parties : le domaine circuit dans un premier temps et

le domaine paquet.



Figure 6 : utilisation des deux domaines

1.3.1. Le domaine circuit

Le domaine circuit permettra de grer les services temps rels ddis aux conversations

tlphoniques (vido-tlphonie, jeux vido, streaming, application multimdia). Ces applications

ncessitent un temps de transfert rapide. Lors de lintroduction de lUMTS le dbit du mode

domaine circuit sera de 384 Kbits/s. Linfrastructure sappuiera alors sur les principaux lments du

rseau GSM : MSC/VLR (bases donnes existantes) et le GMSC afin davoir une connexion directe

vers le rseau externe.

N.B :

Streaming : envoi de flux continu dinformations qui seront traites instantanment avec la

possibilit dafficher les donnes avant que lintgralit du fichier ne soit tlcharge, lobjectif

tant de gagner en rapidit.

1.3.2. Le domaine paquet

Le domaine paquet permettra de grer les services non on temps rels. Il sagit

principalement de la navigation sur linternet, et de laccs/utilisation des e-mails. Ces applications

sont moins sensibles au temps de transfert, cest la raison pour laquelle les donnes transiteront en

mode paquet. Le dbit du domaine paquet sera sept fois plus rapide que le mode circuit, environ

2Mbits/s. Linfrastructure sappuiera alors sur les principaux lments du rseau GPRS : SGSN

(bases de donnes existantes en mode paquet GPRS, quivalent des MSC/VLR en GSM) et le

GGSN (quivalent du GMSC en GSM) qui jouera le rle de commutateur vers le rseau internet et

les autres rseaux publics ou privs de transmission de donnes.

2. Lorganisation frquentielle

Les bandes de frquences alloues pour lIMT 2000 (International Mobile

Telecommunications, 2000 : correspond la bande et aussi lanne) sont 1885-2025 MHz et 2110-

2200 MHz.

LUMTS propose la rpartition suivante :

Figure 7 : Utilisation de la bande de frquences pour lUMTS

La division duplex dans les bandes dites appaires, cest dire 260 MHz, est

frquentielle (FDD). Lcart duplex vaut 190 MHz. On utilise dans ces bandes un accs W-CDMA

(Wideband-CDMA).

La division duplex dans les bandes dites non appaires, cest dire 35 MHz et 15 MHz,

est temporelle (TDD). On utilise dans ces bandes un accs TD-CDMA.

Ecart duplex = 190

35MHz 15MHz



Figure 8 : Mode TDD et FDD

Les deux modes daccs doivent tre harmoniss (concorder) pour favoriser la ralisation de

terminaux bi-modes TDD / FDD bas cots.

Figure 9 : Frquence et priode de garde

Dune manire gnrale, le mode FDD est bien adapt tous les types de cellules, y compris

aux grandes cellules, mais nest pas trs souple pour grer des trafics asymtriques. Quant au

mode TDD, il permet dadapter le rapport de transmission montante/descendante en fonction de

lasymtrie du trafic, mais exige une synchronisation des stations de base et nest pas bien adapt

aux grandes cellules cause des temps de garde trop importants.

Les deux bandes restantes sont rserves la composante satellitaire de lUMTS.



3. Organisation temporelle

Lorganisation temporelle de lUMTS est base sur une supertrame de 720 ms, comportant

elle-mme 72 trames de 10 ms. Chaque trame de 10 ms est divise en 15 slots de 667 s.

Figure 10 : Structure de trame de lUMTS

4. Chane de transmission 3G

De faon gnrale, la chane de transmission simplifie comporte quatre parties principales :

1. le bloc 1 : de dcodage et dentrelacement (entrecroisement).

2. le bloc 2 : dtalement de spectre.

3. le bloc 3 : dembrouillage des donnes (scrambling).

4. et le bloc 4 : o se fait la modulation numrique.

Comme illustre sur la figure suivante :

Figure 11 : Chane de transmission

Description de la chane dmission

Codage : Le codage consiste ajouter de la redondance au train binaire mettre. Ceci

permet de le protger contre les erreurs uniformment distribues dans la chaine de



transmission. Suivant la qualit de service offrir (QoS) en termes de taux derreur binaire

(TEB), deux principaux schmas de codage existent :

1. codage convolutif pour un TEB = 103, et pour un TEB = 106.

2. Pour des dbits trs levs (suprieurs 32 kbps), des turbo-codes sont utiliss.

Enfin il peut y avoir des codeurs spcifiques, par exemple pour la voix.

Suivant les contextes dutilisation, deux principales techniques de codage (ou de dcodage plus

exactement) existent :

En transmission de parole en temps rel, on ne peut pas habituellement retransmettre un bloc

de parole numris sur lequel des erreurs ont t dtectes. On utilise alors des procdures de

dcodage avec correction derreurs FEC (Forward Error Correction). Les codes associs cette

technique sont des codes linaires en bloc, cycliques ou convolutifs.

Dans la plupart des rseaux de transmission de donnes o lon dispose dune voie de retour

(liaisons full ou half duplex) les stratgies du type ARQ (Automatic Repeat reQuest) sont utilises :

lorsque lon dtecte une erreur sur un bloc reu, on demande sa retransmission en mettant par

exemple un signal dit "non-accus de rception" sur la voie de retour.

Enfin, des stratgies mixtes FEC/ARQ peuvent tre utilises dans certaines applications de type

"tlcommande".

Ces donnes sont ensuite multiplexes, et envoyes lentrelaceur.

Entrelacement :

Le rle de lentrelaceur est dtaler temporellement les mots dinformations cods afin de les

protger, contre des paquets derreurs ds aux trajets multiples du canal de transmission ou aux

sources de bruit.

Lentrelacement consiste rarranger les symboles informatifs cods de sorte que les symboles

correspondant un mot de code soient spars dune distance suprieure la longueur typique

dun paquet derreurs. Il existe deux types dentrelacement :

1. lentrelacement convolutionnel;

2. lentrelacement par blocs.

Etalement de spectre :

Ltalement de spectre a pour but dlargir la bande passante du signal, tout en conservant la

puissance moyenne, mais en baissant le niveau spectral.

Il existe deux principales techniques dtalement de spectre :

1. ltalement par sauts de frquence (FHSS)

2. ltalement par squence directe (DSSS).

Dans la norme UMTS, en liaison montante, les codes dtalement (Channelization Code),

dits : Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) (dont la construction est reprsente



sur la figure suivante) qui sont en fait des squences de WALSH, sont utiliss pour la

sparation de voies.

Figure 12 : Arbre de construction des codes OVSF

Le brouillage (scrambling) :

Le scrambling, consiste multiplier les donnes en sortie de lentrelaceur par une squence pseudo-

alatoire (PN-Sequence) afin de diffrencier les donnes provenant dautres canaux physiques :

cest la sparation de voie. Ainsi, les donnes ne seront pas perdues aprs multiplexage avec

dautres canaux de transport.

La modulation :

Elle est de type :

QPSK : pour la liaison descendante (DL)

BPSK : pour la liaison montante (UL)

Les protocoles radio

Linterface radio de lUMTS comprend trois couches :

1. la couche L1 (couche physique), qui contient les canaux de transport (TC) diviss en

deux groupes :

1.1. les canaux ddis (DTCH) ;

1.2. les canaux communs (CTCH) ;

2. la couche L2 (couche de liaison de donnes), qui se subdivise en deux sous-

couches :

2.1. Link Access Control (LAC) ;

2.2. Medium Access Control (MAC) ;

3. la couche L3 qui est la couche rseau (RRC : Radio Ressource Control).

Il y a aussi 3 types de canaux :

1. canaux logiques



2. canaux physique

3. canaux de transport.

Figure 13 : Larchitecture en couche des protocoles sur linterface radio

Un dcoupage en vertical permet de distinguer le plan de signalisation qui supporte le transfert des

messages de signalisation entre le mobile et le rseau et le plan usager qui supporte le transfert des

donnes utilisateurs.

5. Les canaux :

Canaux

Logiques

de contrle

de trafic

Transport

transport commun

transport ddi

transport partag

Physique

didi

commun



Figure 14 : les canaux

5.1. Les canaux logiques (de contrle et de trafic) : sont le point daccs aux services de

la couche MAC.

5.1.1. Canaux logiques de contrle : utiliss pour le transfert des informations dans le plan

de signalisation

BCCH Broadcast Control CHannel : - voie balise comme dans tout rseau mobile

- diffusion permanente dinformations systme

PCCH Paging Control CHannel : - envoi des messages de paging aux mobiles

CCCH Common Control CHannel : - envoi ou rception dinformations de contrle des mobiles non encore connects au rseau

DCCH dedicated control channel : - envoi ou rception dinformations de contrle des mobiles connects au rseau - transmission de la quasi totalit de la signalisation (RRC et rseau cur)

5.1.2. Canaux logiques de trafic : utiliss pour le transfert des informations dans le plan

usager

DTCH Dedicated Trafic CHannel : - change de donnes usager avec un mobile connect au rseau

CTCH Common Trafic CHannel : - envoi de donnes usager en mode diffusion (groupe de mobiles)

5.2. Canaux de transport : sont le point daccs aux services de la couche physique

Les canaux de transport se divisent en trois :

5.2.1. Les canaux de transport communs utiliss pour le transfert dinformation dun ou de

plusieurs UE :

- BCH Broadcast CHannel

- PCH Paging CHannel

- RACH Random Access CHannel

- FACH Forward Access CHannel : canal daccs avanc

- DSCH Downlink Shared CHannel : canal descendant partager

5.2.2. Les canaux de transport ddis DCH Dedicated CHannel :

Qui sont des canaux point point ddis un seul UE et qui transportent des donnes de

contrle ou de trafic

- un seul canal de transport ddi



- peut transporter indiffremment des canaux logiques de signalisation (DSCH) ou de trafic

(DTCH)

5.2.3. Les canaux de transport partags utiliss pour le transport des donnes de contrle

ou de trafic uniquement en voie descendante et partags dynamiquement par diffrents

utilisateurs

a) Canaux logiques canaux de transport

b) Canaux de transport canaux physiques

5.3. Les canaux physiques qui sont les ressources utilises sur linterface radio pour la

transmission des informations.

Les canaux ddis existent dans les deux sens de communication : la liaison montante et la

liaison descendante.

5.3.1. Canaux Physiques ddis (DPCH)

Ils servent :

alerter un utilisateur ou le rseau

contrlent linformation entre le rseau et lutilisateur et inversement.

Ils sont diviss en deux sous-groupes mis en parallle :

1. les canaux ddis de donnes (DPDCH) et

2. le canal ddi de contrle (DPCCH), comme illustr sur la figure suivante.

Chaque canal, en mode FDD, se compose de trames de dure 10 ms. Chaque trame est divise en 15

intervalles de temps (slots) de longueur 256 chips chacun.

Figure 15 : Structure de la trame du canal DPCH en liaison montante, UTRA-FDD

Chaque slot possde quatre champs utiliss pour transmettre les bits pilot, lindicateur TFCI

(Transport Format Combination Indicator), les bits TPC (Transmission Power Control) et les bits

FBI (Feedback Information).



Figure 16 : Structure de la trame du canal DPCH en liaison descendante, UTRA-TDD

5.3.2. Canaux Physiques Communs (PCCH)

En liaison montante il ny a quun seul canal PCCH : cest le canal alatoire (Physical

Random Access Channel, PRACH).

En liaison descendante, il existe deux canaux : le canal commun de contrle (Common

Control Physical Channel, CCPCH), le canal de Synchronisation (Synchronization Channel,

SCH). Ce sont en fait des canaux de contrle. Ils servent mettre des informations de contrle de

transmission la station mobile.

Figure 17 : Correspondance entre canaux



6. Les couches

6.1. La couche physique

Figure 18 : la couche physique

6.1.1. Prsentation

La couche physique fournit le service de transfert dinformation la couche MAC au

travers des canaux de transport.

En mission, les donnes fournies par la couche MAC sont passes dans une chane de

codage de canal avant dtre transmises sur le mdium physique.

En rception, les donnes reues sur le canal physique sont passes dans une chane de

dcodage de canal avant dtre remises la couche MAC.

6.1.2. Fonctionnalits

La couche physique effectue :

- Le codage/dcodage canal pour la protection contre les erreurs sur les canaux de

transport

- Le multiplexage de plusieurs canaux de transport en un bloc composite CCTrCH

(Code Composite Transport CHannel) et la rpartition de ce CCTrCH sur un ou

plusieurs canaux physiques ; en rception, le CCTrCH est dmultiplex sur les

canaux de transport

- Ladaptation du dbit qui consiste rajouter ou retirer des bits de protection pour

ajuster la taille des donnes la capacit du canal physique

- La modulation et ltalement de spectre ainsi que leur fonction inverse

- La synchronisation en frquence et en temps

- Le contrle de puissance en boucle ferme

- Lexcution des mesures et lindication des rsultats de mesures aux couches

suprieures

- Le support de la macro-diversit (un UE peut communiquer avec plusieurs Nud B

en mme temps)

6.1.3. Fonctionnement

Lenchanement des oprations que la couche physique effectue est sensiblement le

mme lorsque un canal met du rseau vers le mobile (canal descendant) ou du mobile

vers le rseau (canal montant).



Figure 19 : Les oprations de la couche physique

a) contrle derreurs

Le contrle derreurs regroupe : les fonctions dajout du CRC (Cycling Redundant

Check) et de codage canal. Il permet de protger les informations contre les erreurs

dues la transmission sur linterface radio.

La dtection derreurs par CRC est une mthode qui consiste ajouter chaque bloc

de transport des bits de parit qui permettent de dtecter les erreurs la rception

tandis que la technique de codage canal produit des bits redondants qui seront

utiliss sur lentit rceptrice pour corriger les erreurs de transmission.



Figure 20 : contrle derreur

Il existe deux techniques de codage canal :

- Le codage convolutionnel o le codeur quand il reoit un bit en sort deux ou trois

selon le taux de codage.

- Le codage Turbo qui peut tre vu comme la concatnation de deux codeurs

convolutionnels qui oprent en parallle. Il permet datteindre de taux derreurs

infrieurs 10-5.

b) Concatnation ou segmentation des blocs de transport

La concatnation et la segmentation des blocs de transport prparent les donnes pour la

phase de codage canal. Lorsque plusieurs blocs de transport dun mme canal de

transport sont mettre sur un mme intervalle de temps (TTI : Time Transmission

Interval), les diffrents blocs sont concatns en un bloc unique, fourni ensuite en entre

la fonction de codage canal.

c) Egalisation ou adaptation du dbit

Lgalisation (ou ajustement) permet dadapter la taille des blocs, en sortie du codage

canal, la capacit du canal physique, le nombre de bits ntant pas forcment gal au

nombre de bits dinformation que peut transporter un canal physique.

Ladaptation du dbit consiste retrancher ou rajouter des bits dans les flots

dinformation de chaque canal de transport. En effet, le dbit dans une trame dun canal

physique est limit. De plus, au cours dune connexion, un mme canal physique peut

convoyer (assurer le transport) des bits dinformation issus de diffrents canaux de

transport. Il faut donc adapter le dbit la sortie de chaque canal de transport.

d) 1er et 2me entrelacements

Les fonctions dentrelacement ont pour but de rendre la rpartition des erreurs plus

alatoire et daugmenter ainsi les performances du correcteur derreur. Ce procd

consiste mlanger une squence de bits en mission. Il existe 2 catgories de

techniques dentrelacement : lentrelacement par bloc et lentrelacement convolutionnel.



Figure 21

e) Segmentation des trames

Cette fonction a pour but de segmenter la squence de bits contenue dans un TTI

(intervalle de temps de transmission) en un nombre entier de trames conscutives.

f) Multiplexage des canaux de transport

Chaque canal de transport dlivre une squence binaire code. Ces squences sont

ensuite concatnes les unes aprs les autres pour ne crer quun flot binaire unique en

srie : le canal de transport composite cod ou CCTrCH.

g) Segmentation pour le canal physique

Cette fonction est mise en uvre lorsque plusieurs canaux physiques sont utiliss pour

transporter les donnes dun CCTrCH particulier.

h) Etalement et modulation

Ces oprations adaptent les donnes binaires la transmission sur linterface radio.

Ltalement de spectre va permettre plusieurs utilisateurs dtre prsents

simultanment sur une mme bande de frquence.

La modulation utilise sera de type QPSK et va permettre la transmission.



6.2. La couche MAC

Figure 22 : La couche MAC

6.2.1. Fonctionnalits

La couche MAC gre laccs au mdium de transmission travers un ensemble de

fonctions :

- Lassociation des canaux logiques avec les canaux de transport ;

- La commutation, sur ordre de RRC, du type de canal de transport associ un canal

logique qui permet dadapter dynamiquement les ressources mobilises lactivit

de la source du trafic ;

- Le contrle du volume de trafic sur chaque canal de transport actif ;

- La gestion des priorits entre les diffrents flux de donnes dun utilisateur et entre

les diffrents utilisateurs sur les canaux communs et les canaux partags par

lagencement (amnagement et arrangement) de leurs trafics ;

- Le multiplexage en mission des donnes de plusieurs canaux logiques sur un canal

de transport ;

- Le dmultiplexage en rception de plusieurs canaux logiques supports par un seul

canal de transport ;

- Lidentification des mobiles lorsquils utilisent les canaux de transport communs.

6.2.2. Les units de donnes du protocole MAC

Lunit de donnes PDU (Protocol Data Unit) du protocole MAC est compose :

- De la donne transporte SDU (Service Data Unit) qui est reue de la couche

suprieure RLC

- Dun en-tte optionnel qui est ncessaire pour permettre lentit rceptrice de

dmultiplexer les diffrents canaux logiques multiplexs sur un canal de transport



Figure 23 : Unit de donnes du protocole MAC (MAC-PDU)

Len-tte est compos du champ :

- C/T qui est utilis lorsque plusieurs canaux logiques sont multiplexs sur un mme

canal de transport. Il est cod sur 4 bits et permet lutilisation de 15 instances de

canaux logiques supports par un seul canal de transport.

- UE-Id qui est utilis pour identifier le mobile sur les canaux de transport communs

- UE-Id type qui indique le type didentificateur utilis et permet le dcodage correct

du champ UE-Id

- TCTF qui identifie le type de canal de transport utilis.

6.3. Les autres couches

RRC (Radio Ressource Control) : gre la connexion de signalisation tablie entre lUTRAN et le

mobile.

PDCP (Packet Data Convergence Protocol) : compresse les en-ttes de protocoles des paquets

TCP/IP

BMC (broadcast/multicast control) : assure la diffusion de message usagers sur linterface radio

pour un service

RLC (Radio Link Control) : assure la transmission fiable dinformations, en provenance du plan

usager ou du plan de contrle, sur linterface radio entre le mobile et lUTRAN.

Conclusion

Les rseaux de communications sont en constante volution comme le laisse apparatre le document

ci-dessous:



Figure 24 : Passage pour la 4G

Au jour d'aujourd'hui, dautres rseaux sont galement en train de voir le jour comme

l'HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) de gnration 3,75 mais galement des rseaux de

4me gnration comme l'HCSDMA (High Capacity Spatial Division Multiple Access), le

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ainsi que le LTE (Long Term

Evolution).

Ces rseaux de 4me gnration pourront atteindre des dbits de 100 Mbps et fournir

toujours plus de service aux usagers.

Figure 25 : Du UMTS vers lLTE



Suivant la qualit de service (QoS : Quality of Service) dsire, les canaux TC peuvent tre

multiplexs, comme illustr sur la figure suivante. Cela consiste regrouper plusieurs canaux

parallles pour nen former quun ou plusieurs, afin davoir une meilleure occupation de la bande

passante alloue. Cest dans ces canaux que les donnes sont codes, tales et mises sur porteuse.

Ce sont donc des canaux dadaptation avec les supports de transmission.

Multiplexage des canaux de transport, UTRA-FDD

4.1.2. Canaux Physiques ddis (DPCH)

Les canaux ddis existent dans les deux sens de communication : la liaison montante et la

liaison descendante.

Ils servent alerter un utilisateur ou le rseau, contrlent linformation entre le rseau et

lutilisateur et inversement. Ils sont diviss en deux sous-groupes mis en parallle : les canaux

ddis de donnes (DPDCH) et le canal ddi de contrle (DPCCH), comme illustr sur la figure

suivante. Chaque canal, en mode FDD, se compose de trames de dure 10 ms. Chaque trame est

divise en 16 intervalles de temps (slots) de longueur 256 chips chacun.



Structure de la trame du canal DPCH en liaison montante, UTRA-FDD

4.1.3. Canaux Physiques Communs (PCCH)

En liaison montante il ny a quun seul canal PCCH : cest le canal alatoire (Physical

Random Access Channel, PRACH).

En liaison descendante, il existe deux canaux : le canal commun de contrle (Common

Control Physical Channel, CCPCH), le canal de Synchronisation (Synchronization Channel,

SCH). Ce sont en fait des canaux de contrle. Ils servent mettre des informations de contrle de

transmission la station mobile.

5. Le CDMA de l'UMTS

Les deux modes de fonctionnement possible, W-CDMA et TD-CDMA utilisent tous les

deux un accs CDMA 3.84 Mchips/sec dans une canalisation frquentielle de 5 MHz.

Lintrt dune telle largeur de bande est quelle est compatible avec la fourniture de dbits

384kbits/s, comme requis dans les spcifications de lIMT 2000, voire mme 2Mbits/s sous

certaines conditions. La modulation utilise est la QPSK.



Deux options ont t retenues pour le codage de canal :

- Un codeur convolutionnel de taux ou 1/3 associ un FEC (Forward Error Correction) ;

- Un turbocodeur, recommand pour les services de trs haute qualit ;

Des tudes sur l'emploi de modulations plus efficaces (ex QAM16) sont actuellement

tudies (solutions HSDPA, High Speed Downlink Packet Access, >10Mbit/s).

Les deux paragraphes qui suivent vont prciser quelques dtails techniques des deux modes

d'accs.

Le codage :

Le codage consiste ajouter de la redondance au train binaire mettre. Ceci permet de le protger

contre les erreurs uniformment distribues dans la chaine de transmission. Suivant la qualit de

service offrir (QoS) en termes de taux derreur binaire (TEB), deux principaux schmas de codage

existent :

1. codage convolutif pour un TEB = 103, et pour un TEB = 106.

2. Pour des dbits trs levs (suprieurs 32 kbps), des turbo-codes sont utiliss.

Enfin il peut y avoir des codeurs spcifiques, par exemple pour la voix, en plus des autres codeurs.

Suivant les contextes dutilisation, deux principales techniques de codage (ou de dcodage plus

exactement) existent :

En transmission de parole en temps rel, on ne peut pas habituellement retransmettre un bloc

de parole numris sur lequel des erreurs ont t dtectes. On utilise alors des procdures de

dcodage avec correction derreurs FEC (Forward Error Correction). Les codes associs cette

technique sont des codes linaires en bloc, cycliques ou convolutifs.

Dans la plupart des rseaux de transmission de donnes o lon dispose dune voie de retour

(liaisons full ou half duplex) les stratgies du type ARQ (Automatic Repeat reQuest) sont utilises :

lorsque lon dtecte une erreur sur un bloc reu, on demande sa retransmission en mettant par

exemple un signal dit "non-accus de rception" sur la voie de retour.

Enfin, des stratgies mixtes FEC/ARQ peuvent tre utilises dans certaines applications de type

"tlcommande".

Ces donnes sont ensuite multiplexes, et envoyes lentrelaceur.

Lentrelacement :

Le rle de lentrelaceur est dtaler temporellement les mots dinformations cods afin de les

protger, en rception, contre des paquets derreurs ds aux trajets multiples du canal de

transmission ou aux sources de bruit. Lentrelacement consiste rarranger les symboles

informatifs cods de sorte que les symboles correspondant un mot de code soient spars dune

distance suprieure la longueur typique dun paquet derreurs. Il existe deux types

dentrelacement :



1. lentrelacement convolutionnel, dfini par exemple dans les normes DVB de tlvision

satellite et terrestre que nous citons sans en expliquer le principe ;

2. lentrelacement par blocs dont le principe est le suivant : les donnes sont crites par

colonnes, puis les lignes de la matrice ainsi forme sont permutes laide de la technique du bit

reversal code sur 6 bits. Enfin, les donnes sont lues par colonnes.

Etalement de spectre :

Ltalement de spectre a pour but dlargir la bande passante du signal, tout en conservant la

puissance moyenne, mais en baissant le niveau spectral.

Il existe deux principales techniques dtalement de spectre :

1. ltalement par sauts de frquence (FHSS)

2. ltalement par squence directe (DSSS).

La deuxime cite tant la plus utilise dans les transmissions de type CDMA.

Les squences de GOLD longues, relles ou complexes, sont souvent utilises pour taler le spectre

dans les transmissions de type CDMA.

En effet partir dun polynme de degr fix, il est possible de gnrer un nombre considrable de

squences de GOLD. Cela permet de rpondre la demande croissante du nombre dutilisateurs sur

un mme canal de transmission.

Lintrt majeur des squences de GOLD est la faible intercorrlation entre deux squences dune

part, et leur grand nombre dautre part. En effet lintercorrlation entre les squences doit tre

suffisamment faible pour que linterfrence entre les utilisateurs ne compromette pas la dtection.

Dautre part, une faible autocorrlation (sauf en zro o elle est maximale) est souhaitable pour

faciliter la synchronisation du rcepteur sur la squence pseudo-alatoire dun utilisateur donn.

Toutefois, pour certaines applications, il est intressant dutiliser des squences pseudo-alatoires

intercorrlation nulle : ce sont les squences dHADAMARD ou de WALSH. Malheureusement, ces

squences perdent leur orthogonalit par dcalages temporels.

Par consquent, cela ncessite une synchronisation parfaite au niveau du rcepteur.

Dans la norme UMTS, en liaison montante, les codes dtalement (Channelization Code), dits

Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) (dont la construction est reprsente sur la figure

1.5) qui sont en fait des squences de WALSH, sont utiliss pour la sparation de voies, comme

illustr sur la figure 1.6.



Dans une cellule, tous les codes ne sont pas tous utiliss simultanment. Un code peut tre

utilis si et seulement si aucun autre code dans le chemin du code spcifique utilis jusqu la

racine de larbre, ou sur le sous-arbre en dessous du code spcifi nest utilis dans la mme cellule.

Cela entrane que le nombre de Channelization Code nest pas fixe mais dpend du dbit et du

facteur dtalement (SF) de chaque canal physique. A chaque connexion est allou au moins un

Channelization Code, qui est utilis pour taler le canal DPCH en liaison montante. Dans la plupart

des cas, au moins un Channelization Code supplmentaire est allou pour un canal DPCH en liaison

montante. Dautres Channelization Code doivent tre allous sil y a plus dun canal DPDCH

requis. Comme les diffrentes stations mobiles utilisent des codes de scrambling diffrents, le



Channelisation Code peut tre allou sans coordination entre les diffrentes connexions. Le

Channelization Code est donc toujours allou dans un ordre prdfini.

Certaines tudes ont montr que lutilisation des squences de TRACHTENBERG pour les

transmissions de type CDMA permet dobtenir des performances bien meilleures ( rapport signal

sur bruit et efficacit spectrale identiques) quavec des squences de GOLD. Cependant, ces

squences sont peu ou pas utilises dans les diffrents standards, du fait de la complexit de leur

mise en uvre. En effet, ces squences sont des codes polyphases (c--d, dont les symboles sont des

racines complexes de lunit), et ncessitent un dcodage (dstalement) par sphre.

Certaines squences telles que celles de KASAMI sont aussi utilises pour des transmissions

talement de spectre, mais pour des mthodes couples squence directe et sauts de frquence.

Dautres squences, telles que les squences de BAKER, sont utilises pour les systmes radar

ou dans la norme IEEE802.11b. Dautres encore sont utilises pour ltalement de spectre, leurs

proprits ne sont pas dtailles ici.

Embrouillage (scrambling) :

Le scrambling, dans le bloc 3, consiste multiplier les donnes en sortie de lentrelaceur par une

squence pseudo-alatoire (PN-Sequence) afin de diffrencier les donnes provenant dautres

canaux physiques : cest la sparation de voie. Ainsi, les donnes ne seront pas perdues aprs

multiplexage avec dautres canaux de transport. Suivant le sens de la communication, deux familles

de codes sont utilises pour le scrambling :

1. En liaison montante, les codes courts complexes forms partir des codes dits VLKC

(Very Large Kasami Codes) de longueur 256, et des codes longs construits comme la somme

modulo 2 de deux squences de longueur maximale (m-squence), gnrs partir de

polynmes primitifs coefficients dans GF(2) de degr n = 41 sont employs. Ces codes sont

utiliss lorsquil ny a pas de dtection multi-utilisateurs la station de base.

2. En liaison descendante, les squences de GOLD obtenues grce des polynmes primitifs

de GF(2) de degr n = 18 sont utiliss. Il en existe 512 diviss en 32 groupes de 16.

Les codes de brouillage sont rpts toutes les 10 ms, qui est la dure dune trame radio. La figure

1.7 reprsente le scrambling dans un canal DPCH en liaison descendante.



Bloc de modulation, exemple de lUTRA en mode FDD :

Dans tous les canaux physiques la modulation, dans le bloc 4 de la chane de transmission est la mme. Le

dbit chip (dbit des lments de la squence dtalement) est gal 4,096 Mcps. On peut laugmenter

jusqu 8,129 ou 16,384 Mcps. Le filtre dmission est un filtre en Racine de Cosinus Surlev (RCS) de

coefficient de roll-off ou coefficient de retombe = 0,22, dont la rponse impulsionnelle est donne par

cette quation :

O Tc=1/Dc, avec Dc le dbit chip, c--d le dbit des lments de la squence dtalement.



La rponse impulsionnelle du filtre dmission est reprsente sur la figure 1.8. Enfin, dans

la norme UMTS par exemple, deux types de modulation sont utilises suivant le sens de la

communication. En liaison descendante, la constellation utilise est une QPSK, tandis quen liaison

montante, une BPSK est utilise.

Aprs avoir prsent les diffrents blocs qui composent une chane de transmission

simplifie de type 3G, nous rsumons dans la section suivante, les principaux rsultats du bloc

dtalement.

Rsum sur les blocs dtalement et dembrouillage :

Nous en rsumons les principales caractristiques, et ce, suivant le sens de la communication :

En liaison montante (UL), les codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) servent sparer les

diffrents canaux, provenant de la mme source ; et les squences de GOLD de longueur 225 1 ou 2411

servent sparer les utilisateurs, le facteur dtalement est SF= 4,8, ,256.

En liaison descendante (DL), les codes OVSF servent sparer les diffrents canaux, provenant de la mme

source ; et les squences de GOLD de longueur 218 1 ou 241 1 servent sparer les utilisateurs et

diffrencier les cellules, le facteur dtalement est SF= 4,8, ,512.

Notons que suivant les normes, les blocs 2 et 3 dcrits prcdemment peuvent tre inverss. Enfin, le

tableau 1.2 reprsente les paramtres importants de linterface radio de la norme UMTS (UTRA), dont ceux

du bloc dembrouillage (bloc 3).

umts

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