umts

DESS TNI Montpellier Administration et Sécurité des Réseaux

Module A1 Architectures Réseaux Couches Basses

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

6 Décembre 2004

Paul ROUAULT & Benjamin TABARIES

L’UMTS Paul ROUAULT & Benjamin TABARIÈS

SOMMAIRE

1. Introduction ...................................................................................................................... 2 2. Historique.......................................................................................................................... 3 3. Principes de base .............................................................................................................. 3

3.1. Caractéristiques techniques .................................................................................... 3 3.2. Spectre des fréquences ............................................................................................. 4 3.3. Couverture globale de l’UMTS ............................................................................... 4 3.4. Echange d’informations........................................................................................... 5 3.5. Méthodes d’accès multiples des réseaux radio mobiles ........................................ 5 3.6. Différences majeures entre le GSM et l’UMTS ..................................................... 7

4. Architecture d’un réseau UMTS .................................................................................... 7 4.1. Vue d’ensemble......................................................................................................... 8 4.2. Domaine de l’équipement usager............................................................................ 8 4.3. Domaine du réseau d’accès...................................................................................... 9 4.4. Domaine du réseau coeur ...................................................................................... 11

5. Les protocoles radio ....................................................................................................... 14 5.1. Les canaux............................................................................................................... 15 5.2. La couche physique ................................................................................................ 15 5.3. La couche MAC ...................................................................................................... 18 5.4. Les autres couches .................................................................................................. 19

6. Produits ........................................................................................................................... 19 6.1. Les téléphones UMTS ............................................................................................ 19 6.2. Les cartes modem UMTS ...................................................................................... 21 6.3. Couverture en France ............................................................................................ 23

7. Conclusion....................................................................................................................... 23 1. Introduction

L’Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) est la nouvelle norme de téléphonie mobile, appelée aussi plus généralement téléphonie de troisième génération ou 3G. Les puristes préfèrent utiliser le terme W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) qui reprend le nom de la technologie déployée en Europe et par certains opérateurs asiatiques. Cette technologie permet de faire transiter davantage de données et va permettre l’apparition de contenus multimédias sur les téléphones mobiles tel la visiophonie. On parlera alors plutôt de terminaux multimédias. Ainsi, en plus de ces évolutions technologiques, la troisième génération doit répondre à la notion de qualité, de variété, de capacité et de couverture.

L’organisme UIT (Union Internationale des Télécommunications) qui règlemente les différents standards de télécommunications au niveau mondial avait pour objectif de définir un standard unique et international pour la troisième génération : l’IMT-2000. Mais cela a échoué puisque pas moins de quinze technologies d’accès radio lui ont été proposées. Au final, seulement 6 technologies d’accès radio terrestre auront été gardées : UTRA/FDD, UTRA/TDD, TD-SCDMA, Cdma2000, UWC-136, DECT. L’UMTS quant à lui regroupe les deux premières technologies.

sur 23


2. Historique 1987-1995 Projet RACE I et RACE II. Premières études sur les caractéristiques

techniques de l’UMTS 1992 Une bande spectrale de 230 Mhz autour de 2Ghz est identifiée pour y

déployer les systèmes de troisième génération 1995-1999 Projet ACTS/FRAMES. Etudes focalisées sur deux techniques d’accès

radio FMA1 et FMA2 qui sont les précurseurs de l’UTRA/TDD et l’UTRA/FDD

Décembre 1996 Début des activités de standardisation de l’UMTS Juin 1998 Dix technologies d’accès radio terrestres sont proposées à l’UIT pour faire

partie de l’IMT-2000 ainsi que des technologies par satellites Octobre 1998 L’UIT sélectionne les 6 technologies d’accès radio terrestres qui

composent actuellement l’IMT-2000 : UTRA/FDD, UTRA/TDD, TD-SCDMA, cdma2000, UWC-136 et DECT. Il sélectionne aussi des technologies par satellites.

Décembre 1998 Début des activités du 3GPP visant à achever les spécifications du réseau d’accès radio et du réseau cœur qui composent l’UMTS avec une participation internationale

Mars 1999 La Finlande est le premier pays européen à se voir attribuer les licences UMTS

2000 Elargissement des bandes de fréquences 2001-2004 Premiers déploiements commerciaux de l’UMTS en Europe et au Japon 3. Principes de base

3.1. Caractéristiques techniques

Selon l’UIT, les 6 réseaux d’accès radio terrestre, dont l’UMTS fait parti, doivent satisfaire aux caractéristiques techniques suivantes :

- Garantir des services à haut débit avec un minimum de 144kbps dans tout type d’environnement et jusqu’à 2Mbps dans des environnements intérieurs et avec une mobilité réduite.

- Transmettre des données symétriques (même débit montant et descendant) et asymétriques

- Fournir des services à commutation de circuits (idéal pour la voix) et à commutation de paquets (idéal pour la transmission de données)

- Qualité de parole comparable à celle des réseaux câblés - Capacité et efficacité spectrale doivent être supérieures à celles des systèmes

cellulaires actuels de deuxième génération - Possibilité d’offrir des services multimédias lors d’une même connexion avec des

qualités de services différentes (débit, taux d’erreurs, …) pour les différents types de médias (voix, audio, données)

- Compatibilité avec les réseaux d’accès radio de deuxième génération - Itinérance entre les différents systèmes de troisième génération, c'est-à-dire la

compatibilité entre eux. - Couverture universelle associant des satellites aux réseaux terrestres

sur 23


3.2. Spectre des fréquences

Les bandes de fréquences ont été définies en 1992 puis retouchées en 2000. Les

bandes spectrales pour les composantes terrestres et par satellite des systèmes IMT-2000 sont 806-960Mhz, 1710-2020Mhz, 2110-2300Mhz et 2500-2690Mhz.

Figure 1 - Allocation du spectre pour les systèmes IMT-2000

3.3. Couverture globale de l’UMTS

La couverture globale de la planète s’organise en une structure cellulaire hiérarchisée qui assurera l’itinérance (roaming) mondiale. Au sommet de la hiérarchie se trouvent les satellites qui assurent une couverture sur l’ensemble de la planète. Le réseau terrestre radio lui s’occupe de la couverture terrestre suivant une répartition en macro, micro et picocellules. Les macrocellules couvrent les zones suburbaines et rurales, les microcellules les zones urbaines (forte densité d’utilisateurs) et les picocellules les zones bien définies telles les immeubles, les environnements intérieurs (indoor).

Figure 2 - Couverture globale de l’UMTS suivant une structure hiérarchique de cellules

sur 23


3.4. Echange d’informations

Il existe plusieurs modes qui permettent l’échange d’informations entre le mobile et la

station de base : - mode simplex, qui est un système de communications monodirectionnel, utilisé par

exemple pour les ‘bipers’. - mode half-duplex où la transmission de l’information est non simultanée, par exemple

avec des talkies-walkies. - mode full-duplex où l’on a une communication bidirectionnelle. C’est ce qui sera

utilisé dans la téléphonie de type UMTS. Parmi les méthodes de full-duplex, il existe la technique de duplexage en fréquence (FDD pour Frequency Division Duplex) et celle en temps (TDD pour Time Division Duplex).

Figure 3 - Différents modes de duplexage de type full-duplex

Le mode FDD utilise deux bandes de fréquences indépendantes, l’une pour transmettre et l’autre pour recevoir simultanément. Dans le mode TDD, on transmet et on reçoit sur la même bande de fréquences mais à des instants différents.

3.5. Méthodes d’accès multiples des réseaux radio mobiles

Le principe de base des réseaux radio mobiles est de partager un ensemble limité de canaux pour qu’un maximum d’utilisateurs puisse l’utiliser simultanément.

3.5.1. Accès multiple par répartition de fréquences

Le FDMA (Frequency Division Multiple Access) alloue à chaque utilisateur une

bande de fréquences unique (deux si on utilise le duplexage FDD). Ainsi pendant toute la durée de la conversation, y compris quand il n’y a aucune transmission, le canal est réservé.

sur 23


3.5.2. Accès multiple par répartition dans le temps

Le TDMA (Time Division Multiple Access) permet le partage d’une bande de

fréquences entre différents utilisateurs qui se voient allouer un intervalle de temps unique.

3.5.3. Accès multiple par répartition de codes

Le CDMA (Code Division Multiple Access) est une technique d’accès multiple

grâce à laquelle les différents utilisateurs peuvent communiquer en même temps dans une même bande de fréquences.

La distinction entre chaque utilisateur se fait par codes connus exclusivement de

l’émetteur et du récepteur. C’est ce mode, plus précisément le W-CDMA (Wideband CDMA) qui est retenu pour le réseau d’accès radio de l’UMTS. Il est dit « à large bande » avec une largeur de bande de 5MHz.

Code Fréquence

Usager 2 Usager 1

Usager 3

Temps

Figure 4 – L’accès CDMA

Les avantages sont : - Gain de traitement plus élevé. En effet, en élargissant la bande, le signal est

moins sensible aux interférences. Cela permet aussi d’accroître le nombre d’utilisateurs présents dans une cellule.

- Possibilité de transmettre des services à haut débit. Avec 5MHz de largeur de bande, on peut atteindre du 2Mbps en débit.

- Meilleures performances pour détecter les trajets multiples. En effet, dans un canal de propagation à trajets multiples, des versions décalées du signal transmis parviennent à des intervalles de temps différents. Cette propriété qui était un inconvénient dans d’autres systèmes, va être utilisée dans un système CDMA en combinant les signaux pour diminuer le taux d’erreurs et obtenir ainsi de meilleures performances.

- Possibilité de déploiement dans un spectre de fréquences déjà utilisé. Cela consiste à faire cohabiter un système W-CDMA et un autre système cellulaire sur un même spectre de fréquences.

L’inconvénient majeur du W-CDMA est qu’il requiert un support matériel et logiciel plus élaboré qu’un système à bande étroite. En CDMA, le multiplexage des informations à transmettre est obtenu par simple multiplication avec la séquence de codes attribuée pour la transmission. Au préalable, les éléments binaires de code et d’information sont encodés NRZ (Non Return to Zero). Le signal de données, D(t) est ensuite simplement multiplié par la séquence de code S(t). Au final, on obtient la séquence S(t) modulée par le signal D(t).

sur 23


0 1 1 1 0 0 1

D(t)

Il est à noter que le débit des éléments binaires de coda

ormation. Dans l’exemple ci-dessus, ce débit est 7 fois ge est supérieur à celui des

éléments binaires d’inf

3.6. Différences majeures entre le GSM et l’UMTS

ir avec le GSM, par conséquent il est tout à fait possible de comparer ces deux systèmes.

UTRA/FDD UTRA/TDD

supérieur.

L’UMTS est conçu pour s’interconnecter et interag

GSM

Technique d’accès m ltiple TDMA

FDMA u FDMA FDMA

CDMA TDMA CDMA

Mode de duplexage FDD FDD TDD Séparation entre porteuses (kHz) 200 5000 5000

Voie Descendante 925-960

1805-1880 1850-1910

2110-2170 1900-1920 2010-2025 Spectre de

fréquences

Voie Montante 1720-1785 1930-1990

1920-1980 1900-1920 2010-2025

(MHz) 880-915

Type de modulation de données BQPSK (VD) GMSK PSK (VM) QPSK

Périodicité du contrôle de puissance (Hz) 100 à 750 2 1500 Durée d’une trame (ms) 4,615 10 10 Durée d’un slot (ms) 4,615/ 0,577 10/ 67 10/15=0,667 8= 15=0,6

Synchronisation entre stations de base Asynchrone Asynchrone Synchrone Synchrone

4. Architecture d’un réseau UMTS

chitecture modulaire et flexible. Ainsi, ces 2 aractéristiques, qui le rendent compatible avec d’autres réseaux mobiles de deuxième et

troisième génération, garantissent son évolution.

Un réseau UMTS est basé sur une ar

c

S(t)

D(t)*S(t)

0 1 1 1 -

Codage NRZ

Figure 5 - Encodage à l’émission

sur 23


L’architecture générale d’un réseau UMTS est composée de trois domaines : - l’équipement usager : UE (User Equipment) - le réseau d’accès universel : UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access

Network) - le réseau cœur : CN (Core Network)

Ces trois domaines qui réalisent chacun des opérations spécifiques sont séparés par des points de référence Uu et Iu qui jouent le rôle d’interface, c'est-à-dire une limite commune à deux systèmes permettant des échanges entre ceux-ci.

4.2. Domaine de l’équipement usager

Le domaine de l’équipement usager (UE) comprend l’ensemble des équipements terminaux.

4.1. Vue d’ensemble

L’équipement Usager

Domaine du

réseau d’accès

Domaine du réseau cœur

Domaine de l’infrastructure

Figure 6 - Vue d’ensemble de l’architecture d’un réseau UMTS

Uu Iu

Domaine du réseau de service

Domaine du réseau de transit

Domaine du réseau nominal

USIM

Equipement Terminal

Terminaison MobileUSIM

Equipement Mobile

Equipement Usager

Figure 7 – L’équipement usager

sur 23


Il comprend à la fois l’équipement mobile et l’USIM. Ce domaine permet à l’usager d’accéder à l’infrastructure par l’intermédiaire de l’interface Uu.

s : on sont

s en émission ou traitées en réception ssure la transmission de l’information vers le

réseau UMTS ou autre et applique les fonctions de correction d’erreurs, …. L’USIM (Universal Subscriber Identity Modul quan e application qui gère les procédures d’authentification et de chiffrement services auxquels l’abonné a souscrit. L’USIM réside dans une carte à puce appelée UICC (UMTS Integrated Circuit Card). Elle peut être utilisée terminal UMTS indép fabricant t en général de l’opérateu au : la carte associe un abonné à un ou plusieurs fournisseurs de services et pas nécessairement à l’opérateur du réseau courant.

L’équipement mobile se subdivise en deux partie

- l’équipement terminal (TE) est la partie où les données d’informatigénérée

- la terminaison mobile (MT) qui a

e), t à elle, est un ainsi que les

sur unr du réseendamment du e

Figure 8 - Exemple d’une carte UICC

La carte UICC peut contenir une application USIM et SIM, ce qui va permettre son MTS que GSM.

Com

ur. Pour être appelé, celui-ci se voit attribuer un ou plusieurs numéros MSISDN (Mobile Station ISDN Number). Pour préserver la compatibilité avec le réseau GSM, le terminal UMTS doit communiquer l’IMEI (Internal Mobile Equipment Identity) au réseau. Ce paramètre identifie le terminal et peut en cas de fraudes être bloqué.

4.3. Domaine du réseau d’accès

Le domaine du réseau d’accès (UTRAN) fournit à l’équipement usager les ressources radio et les mécanismes nécessaires pour accéder au réseau cœur. L’UTRAN fait appel à la technologie UTRA, avec ses deux variantes FDD et TDD, fondée sur la méthode d’accès CDMA large bande.

utilisation aussi bien dans un réseau U

me en GSM, le numéro IMSI (International Mobile Subscriber Identity) permet au réseau d’identifier l’abonné de manière unique. Ce numéro n’est pas connu de l’utilisate

sur 23


Figure 9 - Architecture de l’UTRAN 4.3.1. Description

L’UTRAN est composé d’un ensemble de sous-systèmes du réseau radio nommé RNS (Radio Network Subsystem) qui sont responsables de la gestion des ressources radio dans les cellules. Un RNS est constitué d’un contrôleur du réseau radio (Radio Network Controller) qui commande un ou plusieurs nœuds B (stations de base) et qui est responsable de la gestion des ressources radio dans les cellules qu’il contrôle. Le terme nœud B représente le nœud d’accès à l’UTRAN. Il assure la transmission et la réception radio entre l’UTRAN et un ou plusieurs équipements usager. Si l’on utilise dans le nœud B des antennes sectorielles, plus d’une cellule ou secteur peuvent être desservis par un même nœud B apte à supporter la technologie UTRA/FDD ou UTRA/TDD.

4.3.2. Interfaces radio

L’UTRAN est composé de 4 interfaces radios qui permettent de faire dialoguer entre eux des équipements fournis par des constructeurs différents :

- Uu qui permet au mobile de communiquer avec l’UTRAN - Iu qui permet au RNC de communiquer avec le MSC/VLR ou SGSN - Iur qui permet à deux RNC de communiquer - Iub qui permet la communication entre le nœud B et le contrôleur de stations

de base ou RNC Ces trois dernières interfaces utilisent ATM (Asynchronous Transfer Mode) afin d’avoir par exemple l’assurance que le délai de transmission soit respecté. En effet, ATM est un mode de transfert qui est approprié pour le transport, à l’intérieur du réseau, de flots d’information dont le débit varie.

sur 23


4.3.3. Fonctionnalités

o Transfert des données générées par l’usager en étant une passerelle entre l’UE

e la diffusion des informations

o on autorisés puissent décoder le contenu de l’information

position dans le réseau. Pour cela, l’UE et le nœud B vont communiquer afin de s’ajuster mutuellement, c’est ce qui est appelé « le contrôle de puissance en boucle fermée ».

o Synchronisation en maintenant la base de temps de référence dans chaque cellule sur laquelle tout terminal mobile doit s’aligner pour transmettre et recevoir des informations.

4.4. Domaine du réseau coeur Le réseau cœur regroupe l’ensemble des équipements assurant les fonctions de

contrôle de la sécurité et de gestion de l’interface avec les réseaux externes. C’est à ce niveau que l’on peut percevoir la modularité de l’architecture d’un réseau UMTS. En effet, en théorie il est possible de relier au radio (GERAN, DECT,

et le réseau cœur o Fonctions liées à l’accès au réseau telles la gestion de l’admission au réseau,

du contrôle de la congestion du réseau et dsystèmes Chiffrement et déchiffrement des données afin d’éviter que des tiers n

o Fonctions liées à la mobilité telles le handover qui est un mécanisme qui implique le changement du canal radio dans lequel l’UE est en cours de communication, lors d’un changement de secteur par exemple.

o Fonctions liées à la gestion des ressources radio telle les procédures liées au contrôle de puissance. Par exemple, la puissance d’émission de l’UE est contrôlée systématiquement afin de lui assurer la même qualité de service indépendamment de sa

réseau cœur commun d’autres réseaux d’accèscdma2000, …).

Figure 10 - Architecture possible d’un réseau UMTS phase 1

sur 23


Le domaine du réseau cœur peut se diviser en deux sous réseaux : - le domaine à commutation de circuits (CS) qui est mieux adapté pour la

transmission de la voix et pour les services de type temps réel - le domaine à commutation de paquets (PS) qui assure la connexion aux réseaux

utilisant le protocole IP et aux réseaux X.25. Il est plus approprié à la transmission de données.

4.4.1. Domaine à commutation de circuits

4.4.1.1. Description

MSC : Centre de commutation des mobiles qui assure l’interface avec le réseau cœur pour un mobile accédant aux services à commutation de circuits par l’interface radio. Il gère les procédures d’enregistrement des abonnés, leur authentification, la mise à jour de leur position dans le réseau et la sécurisation de l’accès au système.

VLR : Enregistre une base de données où est enregistré la position de l’abonné et son déplacement dans une zone de localisation qui lui est associée.

istreur de localisation nominal est une base de données qui contient l’ensemble des éléments qui ont trait aux abonnements des

u est

4.4.1.2. Protocoles

gnalisation n°7 (SS7) assure les échanges d’information entre les différentes entités du domaine CS. Cette architecture est composée de

ur de localisation d’accueil est aussi

HLR : Enreg

utilisateurs, ainsi que les informations qui permettent l’identification et l’authentification de chaque abonné.

AuC : Centre d’authentification qui contient les paramètres utilisés pour la gestion de la sécurité de l’accès au système.

EIR : Enregistreur des équipements mobiles non acceptables par le réseaconstitué d’une base de données qui contient une liste noire de terminaux dont l’accès au réseau doit être refusé.

GMSC est un commutateur qui assure l’interface avec les réseaux externes à commutation de circuits tels RTC et RNIS.

Le système de si

différentes couches :

Figure 11 - Architecture protocolaire SS7

sur 23


essages et les protocoles nécessaires à l’établissement et à la

libération des appels qui permettent de transmettre de la voix et des données vers

e P permet de disposer d’un réseau sémaphore mondial et

sd’application des équipements concernés.

a TS, c’est le protocole

gutil opérateur d’un

t

4.4

rctranscodage qui doit s’effectuer au plus près du point de jonction entre les deux réseaux. C’est pourquoi dans un réseau UMTS, le transcodeur TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit) est placé dans le réseau cœur et non pas dans le réseau

L’ISUP contient les m

les réseaux externes. L sous-système MTd’offrir des services orientés connexion et sans connexion. Le protocole ge tionnaire de transaction TCAP sert à faciliter les dialogues entre les protocoles

Au dessus de TCAP se trouve un autre protocole qui est employé pour faire di loguer les éléments qui composent le réseau cœur UMd’application MAP qui est une version modifiée de celui utilisé par le GSM/GPRS. Il ère notamment la procédure d’itinérance, c'est-à-dire la possibilité pour un

isateur d’avoir accès aux services qu’il a souscrit auprès de l’réseau lorsqu’il se situe dans la zone de couverture d’un réseau appartenant à un au re opérateur.

.1.3. Transcodage

Lorsque l’on souhaite acheminer la parole par un réseau fixe, qui gère des ci uits de parole à un débit différent, il faut effectuer une opération de

d’accès radio.

Figure 12 - Positionnement du transcodeur dans un réseau GSM et dans un

réseau UMTS phase 1

4.4.2. Domaine à commutation de paquets

Le domaine à commutation de paquets utilise l’architecture GPRS et permet de se connecter à des réseaux PDP (Packet Data Protocol) tel Internet. Certaines entités sont communes aux domaines CS et PS. Le nœud ode) peut être comparé à l’ensem e l’acheminement des paquets de données depuis et vers la station mobile située dans la zone qu’il dessert.

de service GPRS (SGSN pour Serving GPRS Support Nble MSC/VLR du domaine CS. Le SGSN est en charge d

sur 23


Le nœud passerelle du GPRS (GGSN) joue le rôle d’interface entre le réseau

à sa au UMTS ou GSM

Cesexiste aussi un réseau fédérateur inter-PLMN qui connecte entre eux les SGSN et les GGSN de différents PLMN.

l Protocol) qui s’appuie sur TCP pour un transport fiable et UDP pour un transport non fiable ainsi que sur le protocole IP pour le routage dans le réseau fédérateur. Pour les échanges de signalisation entre le SGSN et les bases de données HLR, VLR, EIR, c’est les mêmes protocoles utilisés par le MS

5. Les prot

Les pr ccouches :

- la couc- la c c- la couc

fédérateur GPRS intra-PLMN et les réseaux à commutation de paquets externes. Il est voir qu’un PLMN (Public Land Mobile Network) est un rése

appartenant à un opérateur agréé. 2 nœuds sont interconnectés via un réseau fédérateur fondé sur le protocole IP. Il

Le protocole utilisé est GTP (GPRS Tunne

C dans le domaine CS à savoir MAP et l’architecture de signalisation SS7.

ocoles radio

oto oles de communication sur l’interface d’accès peuvent se distinguer en trois

he physique ou he liaison de données

he de contrôle de ressource radio (RRC)

Figure 13 - L’architecture en couche des protocoles sur l’interface radio Un découpage en vertical permet de distinguer le plan de signalisation qui supporte le transfert des messages de signalisation entre le mobile et le réseau et le plan usager qui supporte le transfert des données utilisateurs.

sur 23


5.1. Le

Les sont le point d’accès aux services de la couche physique tandis troisièmutilisée

5.1

ager

5.1.2. Les canaux de transport

Les canaux de transport se divisent en trois :

ux de transport dédiés qui sont des canaux point à point dédiés à un seul UE et qui transportent des données de contrôle ou de trafic

5.2. La couche physique

5.2.1. Présentation

La couche physique fournit le service de transfert d’information à la couche MAC au travers des canaux de transport. En émission, les données fournies par la couche MAC sont passées dans une chaîne de codage de canal avant d’être transmises sur le médium physique. En récep de décodage de canal avant d’être C.

5.2.2. onctionnalités

La couche physique effectue : -

naux de transport en un bloc composite CCTrCH (Code Composite Transport Channel) et la répartition de ce CCTrCH

la taille des données à la capacité du canal physique

s canaux

canaux de transport que les canaux logiques sont le point d’accès aux services de la couche MAC. Un

e type de canal existe, ce sont les canaux physiques qui sont les ressources s sur l’interface radio pour la transmission des informations.

.1. Les canaux logiques

Les canaux logiques se divisent en deux : - les canaux logiques de contrôle utilisés pour le transfert des informations

dans le plan de signalisation - les canaux logiques de trafic utilisés pour le transfert des informations dans

le plan us

- les canaux de transport communs utilisés pour le transfert d’information d’un ou de plusieurs UE

- les canaux de transport partagés utilisés pour le transport des données de contrôle ou de trafic uniquement en voie descendante et partagés dynamiquement par différents utilisateurs

- les cana

tion, les données reçues sur un canal physique sont passées dans une chaîne remises à la couche MA

F

le codage/décodage canal pour la protection contre les erreurs sur les canaux de transport

- le multiplexage de plusieurs ca

sur un ou plusieurs canaux physiques ; en réception, le CCTrCH est démultiplexé sur les canaux de transport

- l’adaptation du débit qui consiste à rajouter ou à retirer des bits de protection pour ajuster

sur 23


- la modulation et l’étalement de spectre ainsi que leur fonction inverse - la synchronisation en fréquence et en temps - le contrôle de puissance en boucle fermée - l’exécution des mesures et l’indication des résultats de mesures aux couches

ps)

supérieures - le support de la macrodiversité (un UE peut communiquer avec plusieurs

Nœud B en même tem

5.2.3. Fonctionnement

L’enchaînement des opérations que la couche physique effectue est sensiblement le même lorsque un canal émet du réseau vers le mobile (canal descendant) ou du mobile vers le réseau (canal montant).

Figure 14 - Les opérations de la couche physique

5.2.3.1. Contrôle d’erreurs

Le contrôle d’erreurs regroupe les fonctions d’ajout du CRC et de codage canal. Il permet de protéger les informations contre les erreurs dues à la

La détection d’erreurs par CRC (Cycling Redundant Check) est une méthode qui

sur l’entité réceptrice pour corriger les erreurs de transmission.

transmission sur l’interface radio.

consiste à ajouter à chaque bloc de transport des bits de parité qui permettent de détecter les erreurs à la réception tandis que la technique de ‘codage canal’ produit des bits redondants qui seront utilisés

sur 23


Il existe deux techniques de codage canal : odage convolutionnel où le codeur quand il reçoit un bit en sort deux ou

trois selon le taux de codage.

5.2.3.2. Concaténation ou segmentation des blocs de transport

La concaténation et la segmentation des blocs de transport préparent les

orsque plusieurs blocs de transport d’un mêdifférents blocs sont concaténés en un bloc unique, fourni ensuite en entrée à la fon o

5.2.3.3. Egalisation ou adaptation du débit

L’égalisation (ou ajustement) permet d’adapter la taille des blocs, en sortie du

bre de bits n’étant pas forcémphysiquL’a pd’inforcanal p ne connexion, un même canal phy utranspo sport.

5.2.3.4. 1er et 2ème entrelacements

Les fonctions d’entrelacement ont pour but de rendre la répartition des erreurs d’augmenter ainsi les performances du correcteur d’erreurs. Ce

procédé consiste à mélanger une séquence de bits en émission. Il existe 2

e bits contenue dans un

TTI en un nombre entier de trames consécutives.

5.2.3.6. Multiplexage des canaux de transport

sont ensuite concaténées les unes après les autres pour ne créer qu’un flot binaire

5.2

util

- le c

- le codage Turbo qui peut être vu comme la concaténation de deux codeurs convolutionnels qui opèrent en parallèle. Il permet d’atteindre des taux d’erreurs inférieurs à 10-5.

données pour la phase de codage canal. Lme canal de transport sont à émettre sur un même intervalle de temps (TTI), les

cti n de codage canal

codage canal, à la capacité du canal physique, le noment égal au nombre de bits d’information que peut transporter un canal e.

da tation du débit consiste à retrancher ou rajouter des bits dans les flots mation de chaque canal de transport. En effet, le débit dans une trame d’un hysique est limité. De plus, au cours d’u

siq e peut convoyer des bits d’information issus de différents canaux de rt. Il faut donc adapter le débit à la sortie de chaque canal de tran

plus aléatoire et

catégories de techniques d’entrelacement : l’entrelacement par bloc et l’entrelacement convolutionnel.

5.2.3.5. Segmentation des trames

Cette fonction a pour but de segmenter la séquence d

Chaque canal de transport délivre une séquence binaire codée. Ces séquences

unique en série : le canal de transport composite codé ou CCTrCH.

.3.7. Segmentation pour le canal physique

Cette fonction est mise en œuvre lorsque plusieurs canaux physiques sont isés pour transporter les données d’un CCTrCH particulier.

sur 23


5.2.3.8. Etalement et modulation

rad ettre à plusieurs utilisateurs d’être présents

La type QPSK et va permettre la transmission de deux bits par symbole ou, plutôt de deux chips par symbole puisque le signal binaire a

5.3.

Fonctionnalités

La couche MAC gère l’accès au médium de transmission à travers un ensemble de

fonctions : - l’association des canaux logiques avec les canaux de transport - la commutation, sur ordre de RRC, du type de canal de transport associé à un

canal logique qui permet d’adapter dynamiquement les ressources mobilisées à l’activité de la source du trafic

- le contrôle du volume de trafic sur chaque canal de transport actif - la gestion des priorités entre les différents flux de données d’un utilisateur et

entre les différents utilisateurs sur les canaux communs et les canaux partagés par l’agencement de leurs trafics

- le multiplexage en émission des données de plusieurs canaux logiques sur un canal de transport

- le démultiplexage en réception de plusieurs canaux logiques supportés par un seul canal de transport

- l’identification des mobiles lorsqu’ils utilisent les canaux de transport communs.

5.3.2. Les unités de données du protocole MAC L’unité de données PDU (Protocol Data Unit) du protocole MAC est composée :

- de la donnsupérieure RLC

- d’un en-tête optionnel qui est nécessaire pour permettre à l’entité réceptrice de lt ts canaux logiques multiplexés sur un canal de

transport

Ces opérations adaptent les données binaires à la transmission sur l’interface io. L’étalement de spectre va perm

simultanément sur une même bande de fréquence. modulation utilisée sera de

déjà été étalé.

La couche MAC

5.3.1.

ée transportée SDU (Service Data Unit) qui est reçue de la couche

dému iplexer les différen

MAC-PDU

En-tête MAC

RLC-PDU C/T UE-IdUE-Idtype

TCTF

MAC-SDU

du protocole MAC (MAC-PDU) Figure 15 - Unité de données

sur 23


L’entête es

- C/T urs canaux logiques sont multiplexés sur un m

inst- UE entifier le mobile sur les canaux de transport

communs met le décodage

correct du champ UE-Id -

5.4. Le

RRC gère la connexion de signalisation établie entre l’UTRAN et le mobile, PDCP compresse les en-têtes de protocoles des paquets TCP/IP, BMC assure la diffusion de

essages usagers sur l’interface radio pour un service, et RLC assure la transmission fiable d’informationsentre le mo 6. Produ

6.1. Le

6.1

sonoffrIl est composé d’un écran TFT interne de 176*192 pixels et affiche 260000 couleurs. L’a est de 160 heures et l’autonomie en communication de 2 heures. D’autre part, si on utilise le modem UMTS ou la navigainfr de 124g.

t composée du champs : qui est utilisé lorsque plusie

mê e canal de transport. Il est codé sur 4 bits et permet l’utilisation de 15 ances de canaux logiques supportés par un seul canal de transport. -Id qui est utilisé pour id

- UE-Id type qui indique le type d’identificateur utilisé et per

TCTF qui identifie le type de canal de transport utilisé.

s autres couches

m, en provenance du plan usager ou du plan de contrôle, sur l’interface radio

bile et l’UTRAN.

its

s téléphones UMTS

.1. Samsung SGH-Z100

95 mm

50 mm

C’est le premier terminal bi-mode (GSM/UMTS) utilisé par Orange pour tester

réseau UMTS. Ce sera le modèle suivant (SGH-Z105) qui sera vendu avec les es UMTS d’Orange et SFR.

utonomie est faible, puisque l’autonomie en veille

tion sur le terminal, l’autonomie se divise en 2. Il est équipé d’un port arouge mais pas de la technologie bluetooth. Enfin son poids est

sur 23


6.1

c’es l’65536 couleurs. Il est équipé de deux campui ’L’a nniv

6.1

Nokia a innové en sortant ce mobile qui pourrait ressembler à une feuille ou une goutte d’eau. Ce modèle opère sur le réseau GPRS et permet de se connecter aux réseaux GSM et UMTS. Il pèse 123g et propose un écran de 128*160 pixels avec une palette de 65536 couleurs. Il est équipé d’un appareil photo et fait aussi office de caméscope (2,5 minutes au maximum) et de lecteur mp3. Son prix avoisine les 430€.

.2. Sony-Ericsson Z1010

Ce téléphone pèse 144g et a une épaisseur de 3 cm lorsqu’il est refermé. Ainsi, t un des plus gros téléphone UMTS. L’écran mesure 3,5 par 4,5 cm et propose

éras. Sa connectivité est intéressante squ il propose l’infrarouge, le bluetooth, l’USB, et l’insertion d’une carte mémoire. uto omie n’est pas son point fort puisqu’au bout de 40 minutes de visiophonie le eau de batterie a chuté de moitié. Son prix est de 500€.

.3. Nokia 7600

87 mm

78 mm

98,8 mm

54,5 mm

sur 23


6.2. Les cartes modem UMTS

Les solutions d’Orange et de SFR comprennent une carte PC Card type II dotée d’un

emplacement pour carte USIM. Une fois, la PC Card connectée au port PCMCIA d’un ordinateur portable, on peut profiter de l’accès à Inte éplacement. Cependant, il s’agit d’un service uniquem communications « data » : même s’il est techniquement possible d’adjoindre aussi le service de téléphonie, l’opérateur ne le propose pas. Impossible donc de téléphoner via son ordinateur portable. L’utilisation de la carte 3G a une n effet le fonctionnement de la carte 3G en mode connexion réduit d’environ de moitié l’autonomidu portable.

rnet en dent réservé aux

forte incidence sur l’autonomie de l’ordinateur portable. Ee

Les services de données 3G de SFR et d’Orange supportent une vitesse de téléchargement maximale de 384 kilobits par seconde. C’est un débit plafond, qui a été retenu comme norme par la plupart des opérateurs européens qui ont lancé des services 3G/UMTS. Le débit varie globalement entre 19,7 kbps (ce qui ne correspond même pas à une connexion modem) et 288 kbps (soit plus de 36 ko/s). Il est à noter que plus il y a

s connectés, moins la connexion sera performante ainsi que la distance entre tenne est prépondérante. Lorsque l’on sort d’une zone

sur le réseau GPRS sans couper la connexion. Cependant, le kbits/s au maximum, soit 7 ko/s.

d’utilisateurl’ordinateur portable et l’ancouverte, la connexion passedébit chutera puisqu’il n’atteint que 57

Carte SFR Vodafone Mobile Connect 3G/GPRS

sur 23


Au niveau du prix, la PC-Card d’SFR coûte 180 €. Différents forfaits au temps de connexion sont proposés dans le cadre de l'offre SFR Entreprise : de 2 à 16 heures de connexion (indifféremment en 3G, GPRS ou Wi-Fi) avec des volumes de données limités de 100 à 500 Mo.

Durée de connexion Web

Prix mensuel TTC (Engagement

12 mois)

Prix mensuel TTC(Engagement

24 mois)

2H dans la limite de 100 Mo

24 € 21 €


30 € 27 €


48 € 43 €


66 € 59 €


84 € 75 €

AuSFRcon on toute théorique : rien n’empêche les utilisateurs de télécharger autant de données qu’ils le souhaitent via le navigateur web.

Tarifs des abonnements UMTS chez SFR au 28/11/2004

-delà du forfait, la minute de connexion est facturée 0,12 € HT. Pour éviter les abus, interdit l’utilisation de logiciels d’échange de fichiers (de type « peer to peer ») et la

sultation de vidéo ou audio en streaming. Mais il s’agit d’une interdicti

Orange Mobile PC Card 3G La PC-Card d’Orange avoisine les 149 €. Pour l’instant, un seul forfait Découverte à la durée est proposé par Orange : 10 heures de connexion 3G, GPRS et Wi-Fi pour 50 € HT par mois. Le plafond de volume de données à ne pas dépasser (sinon il est facturé au Mo « consommé » en supplément) est fixé à 300 Mo.

sur 23


6.3.

L'État français a attribué en janvier 2001 à Orange et SFR, les deux premières licences UMTS pour la somme de 4,95 milliards d'euros. Mais neuf mois après, il a accepté de diviser ce prix par huit, sous la pression notamment de Jean-Marie Messier, alors patron de Vivendi Universal, qui compte SFR dans son giron. Une baisse de prix que Bouygues Telecom a considéré comme une aide favorisant Orange et SFR mais qui lui a permis tout de même de se porter acquéreur d'une licence en avril 2002. Acuellement, SFR propose depuis le 3 Novembre 2004 l’UMTS dans 16 grandes agglomérations Clermont-Ferrand, Laval, Lille, Lyon, Marseille, Nantes, Nice, Nîmes, Paris, Rennes, Saint-Étienne, Strasbourg et Toulouse. Le nombre d’agglomérations desservies devrait passer à plus de 30 d’ici la fin de l’année. Orange pour sa part devrait bientôt lancer son offre et affirme qu’il couvrira 40% de la population française. Enfin, Bouygues Telecom va quant à lui attendre un peu avant de se lancer dans l’UMTS et va essayer de renforcer son service I-Mode, l’internet plus rapide que le wap mais plus long que l’UMTS.

7. Conclusion

La que detéléphoFrequesecondne év ckage Access) qui devrait

ettre d’atteindre réellement les 2 Mbits/s en 2005 au Japon et en 2006 en Europe.

Couverture en France

: Antibes, Bordeaux, Cannes,

téléphonie de troisième génération n’est pas encore implantée totalement en France s tests sont en train d’être réalisés par Motorola aux Etats-Unis pour mettre en place la nie de quatrième génération ou 4G. Cette technologie basée sur OFDM (Orthogonal ncy Division Multiplexing) devrait permettre d’atteindre un débit de 300 mégabits par e entre 2007 et 2010. Mais dans un futur plus proche, les spécialistes s’intéressent à olution de l’UMTS, l’HSDPA (High Speed Downlink Pau

perm

Bibliographie [1] UMTS – P. Lescuyer – Dunod [2] UMTS – Javier Sanchez & Mamadou Thioune – Hermes Science 3] www.zdnet.fr[

[4] www.sfr.fr [5] www.orange.fr

sur 23

umts

Documents