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Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 1
La 3G : de LUMTS au LTE
Pierre Roullet : [email protected]
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 2
Sommaire
Introduction la 3G I Architecture gnrale des rseaux UMTS II LUTRAN III Le WCDMA IV Laccs Stratum (AS) V La NAS VI Lvolution de lUMTS Conclusion
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La 3G : de LUMTS au LTE
Introduction
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Les volutions de la tlphonie mobile
Annes 70 : 1 G AMPS aux Etats-Unis ainsi quen Europe norme NMT (Nordic Mobile Telephone) ( bases sur la technologie FDMA autour de la bande 400Mhz)
Annes 90 : 2G explosion des normes numriques avec un rle prpondrant de lEurope et du GSM2.5 G Ajout de la transmission de donnes sous forme de paquet avec le GPRS
3G Dbut des travaux de lITU sur la troisime gnration.
Annes 2000 : 2.75 G augmentation du dbit avec lEDGE qui change essentiellement la modulation2.99 G Edge Evolution avec une nouvelle modulation (16/32/64 QAM) et des
optimisations radios comme la rception sur 2 frquences (Multi Carriers)3 G Fin du rve duniversalit de lIMT2000 avec 6 systmes proposs pour la version
terrestrial
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Les technologies daccs radio 3G terrestrial
IMT2000 FDMA/TDMADECT
IMT2000 CDMA single carrierUWC 136
IMT2000 CDMA Multi carrier CDMA 2000
IMT2000 CDMA TDDUTRA TDD TD/SCDMA
IMT2000 CDMA Direct spreadUTRA FDD
Nom de lIMT2000Techno 3G
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Caractrisations et Rpartition des normes IMT2000 dans le monde
GMSK,BOQAM,QOAM,DQPSK
BPSK,QPSK,8PSK,16QAM
QPSKBPSK(VM)QPSK(VD)
Modulation
136+:40 Ms136 HS 4.615
5,10,20,26,66,40,8010ms10msDure dune trame
AsynchroneSynchroneSynchroneAsynchrone/Synchrone
Synchro Base Ms
http://www.tiaonline.org/standards
http://www.tiaonline.org/standards
http://www.3gpp.org
http://www.3gpp.org
Sites avec les specs
AmriqueCore du SudJapon, Chine,
Amrique
Chine essentiellement
Europe/Japon/Amrique
Rgions/pays
TDMACDMA (VM)MC CDMA (VD)
TDMA/CDMAWCDMATechnos daccs
UWC136CDMA2000UTRA TDDUTRA FDD
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Caractristiques de lIMT2000
Service haut dbit avec au moins 144 Kbits/s dans tout types denvironnement et 2Mbits/s en environnement intrieur
Service symtrique et asymtrique Service utilisant la technique de commutation de circuit et celle de
commutation de paquet Service voix avec des qualits subjectives identiques aux rseaux cabls Capacits et efficacits spectrales suprieures aux systmes 2G Gestion de la qualit de services (QOS) pour des services multimdia Interoprabilit avec les systmes 2G et entre systmes 3G
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Les organismes de standardisation
ETSI : organisme de standardisation europen lorigine du GSM , GPRS, DECT, et l EDGE. Il a eu la volont de lancer lUMTS en le gardant compatible avec le GSM et ses volutions.(http://www.etsi.fr)
3GPP : Organisme de travail sous lgide de lETSI regroupant aussi ses homologues Amricain, Japonais et Chinois et qui a comme mission de travaillersur les normes de la 3G et ses futures volutions (http://www.3gpp.org)
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Organisation des recommandations 3GPP
36volution de lUTRA
Non publi5535Algorithmes de scurit
11Inclus dans d autres normes34Test de la SIM/USIM
Inclus dans d autres normesInclus dans d autres normes33Aspect scurite
Srie 13 spcifique lETSISrie 13 spcifique lETSIAccess requirement
125232OAM&P and chargin
115131SIM/Usim requirements et test
105030Programme Management
094929Protocole de signalisation(L3) intra rseau
084828Protocole de signalisation(L3) Rssvers CN
07(pas de srie 47)27Data
064626Codecs
054525Radio aspect
044424Protocole de signalisation(L3) Ms vers Rseau
034323Ralisation technique
024222Services aspect
014121Requirement
00Description gnrale
GSM avant la release 4GSM release 4 et plus3G/GSM Release 99 ou plusSujet de la recommandation
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Dfinition de lUMTS
Systme cellulaire de 3G faisant partie de lIMT2000 Les spcifications sont faites au sein du 3GPP Le systme daccs radio est bas sur lUTRAN(Universal Terrestrial Access
Network). Cur de rseau bas sur celui du GSM Phase 2+ jusqu la release 4 puis des
volutions plus marques ont t introduites notamment en Release 5 LUTRAN est base sur le CDMA Large Bande avec 2 variantes le FDD et le
TDD
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Rappels Historiques sur la naissance de lUMTS
1992: Attribution de la bande de 230 Mhz autours du 2GHz pour la troisime gnration 1987/1995 Projets Europens Race1 et Race2, premires tudes europennes sur la 3G 1995/1999 Projets Europens Act/Frame axs sur 2 techniques daccs radio FMA1 et
FMA2 prcurseurs du Mode TDD et FDD 1996 Cration au sein de lETSI du SMG2 groupe spcialis sur ltude de la 3 G Juin 1998 lITU reoit 10 technologies candidates pour lIMT2000 Octobre 1998 6 technologies sont retenues pour la version terrestre dont le TDD et le FDD Dcembre 1998 cration du 3GPP pour faire voluer les normes de la 3G tout en restant
compatible avec le GSM Mars 1999 Les premires licences sont attribues en Finlande 2001/2002 Ouverture des rseaux de tests dans lle de Man et Monaco Octobre 2001 NTT Docomo ouvre le bal des ouvertures commerciales au Japon avec la
version 99 de lUMTS 3 Mars 2003 LAngleterre et lItalie font les premires ouvertures de rseaux 3G
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La 3G : de LUMTS au LTE
I Larchitecture gnrale des rseaux UMTS
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Vue densemble dun rseau UMTS
UEUtran Rseau
Cur
Domaine infrastructureDomaine usager
Rseau daccs Rseau
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Equipement Usager (UE)
Terme gnrique pouvant sappliquer tout terminal mobile 3G Permet lutilisateur davoir accs linfrastructure par lintermdiaire de
lUTRAN On distingue toutefois
le ME (Mobile Equipement) et la USIM module de gestion de lidentit
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Equipement Mobile
TE : partie de lquipement mobile qui gre lapplication ex La visiophonie
MT : permet davoir un change fiable avec le cur rseau , essentiellement la NAS et lAS qui seront dvelopps plus tard
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USIM: dfinition
Carte Puce ou UICC Plusieurs USIM ou SIM peuvent cohabiter sur la mme UICC Interface CU avec le MT ou le ME
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USIM: vue gnrale
UICC USIM1
USIM2
SIM
Cu
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USIM: contenue
Dans une USIM on trouvera classiquement Code Pin ou procdure didentification La ou les Langues utiliser Rpertoire des applications IMSI/MSISDN Le ou Les identifiants temporaires Les clefs de chiffrages Codes durgence Messages courts (SMS, MMS) Dernires donnes de localisation du ME Rseaux Autoriss et prfrences daccs Porteuses dune cellule
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Les diffrents identifiants de lUMTS
IMSI : permet didentifier lutilisateur dans le rseau MSISDN : numro de tlphone de lutilisateur sinscrivant dans le plan TMSI : identifiant temporaire du mode circuit PTMSI : identifiant temporaire du mode paquet IMEI : identifiant du terminal (peux tre obtenu avec #06#)
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Les diffrents identifiants de lUMTS vue gnrale
USIM
UICC
BTS
CAA
RTCP
Numrotation demandeMS ISDN 0607080910
HLR VLR
BSC
MS_ISDN 0607080910 IMSI 123456 IMSI 123456 TMSI 890 ou PTMSI 732
Recherche abonn : TMSI 890PTMSI 732IMSI
IMSITMSIPTMSI
EquipementIMEI9876543
MSC ou SGSN
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Classement des terminaux UMTS
En fonction de la puissance dmission En fonction de linteroprabilit avec la 2G De la capacit de dbit
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Classe des UE UMTS en fonction de la puissance
+10dBm(0.01W)+21dBm(0.126W)4
+21dBm(0.126W)+24dBm(0.25 W)3
+24dBm(0.25W)+27dBm(0.5 W)2
+30dBm (1W)+33dBm (2W)1
Puissance Max TDDPuissance Max FDDClasse
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 23
Type des UE UMTS en fonction de linteroprabilit avec la 2G
Type 3 +mission sur les 2 mode en mme temps
Type 4
Type 2 + rception sur les 2 modes en mme temps
Type 3
On peut faire des mesures radio sur les 2 modes, le basculement est automatique mais on ne peut pas recevoir dans les 2
modes
Type 2
Nous sommes soit en 2G soit en 3G mais si un mode est slectionn lautre radio
est inactive
Type 1
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Type de classe UE UMTS en fonction du dbit
7681286432Voie Montante
(en Kbits/s)
20487681286432Voie descendante (en Kbits/s)
Classe 2048
Kbits/s
Classe 768 Kbits/s
Classe 128 Kbits/s
Classe 64 Kbits/s
Classe 32 Kbits/s
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 25
Influence du dbit sur la qualit
30 kBytes @100 kbit/s
3 kBytes @9.6 kbit/s
700 kBytes @2 Mbit/s
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Domaine infrastructure
UTRAN
Le Cur rseau
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Architecture simplifie rseau 2G
BTS
BTS
BSC
Abis A
EIR
GMSCMSC/VLR
HLR AuC
RTC NSS
FD
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 28
Architecture simplifie rseau 2G +
BTS
BTS
BSC
Abis A
EIR
GMSCMSC/VLR
HLR AuC
RTC Cur rseau
FD
SGSNGGSN
C
HGb
Gn
Gf
Gs
GcGr
Ip
RTC
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 29
Description des entits dun rseau 2G
MSC : Traitement d appelsGestion des ressources radio- Mise a jour des bases VLR/HLR- Recherche radio d un abonn- Gestion du Handover Fonction passerelle Gateway pour les appels arrivs
HLR : Base de donnes de rfrence (pour une rgion) Stocke : Identit , Num annuaire, services souscrit +localisation grossire (VLR)
VLR : Base de donne locale(associe 1 ou plusieurs MSC) AuC : Base de donne de scurit, gnration des clefs et authentification GMSC : Gateway MSC gestion de linterface entre le rseau RTC et le rseau GSM SGSN : Routeur reli un ou plusieurs BSS GGSN : Nud passerelle GPRS sert de routeur entre le GPRS et les autres rseaux
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 30
Architecture rseau 3G Release 99
Node B
Iub
NodeB
RNC
Iu
EIR
GMSCMSC/VLR
HLR AuC
RTC Cur rseau
FD
SGSNGGSN
C
HGb
Gn
Gf
Gs
GcGr
Ip
RTC
Uu
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 31
Architecture rseau 3G Release 4
Iu CS
EIR
GMSCSMSC/VLR
HSS AuC
FD
SGSNGGSN
C
H
Gn
Gf
Gs
GcGr
Ip
RTC
Uu
Utran
CS-MGW CS-MGW
Iu CS
Iu PS
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 32
Architecture rseau 3G Release 5
SGSN GGSNGn
Domaine Cs
Uu
UtranIu PS
Domaine CS R4 R99
IMG-MGW
MGCF
SGW
MRFCBGCF
P-CSCFMRFP
I-CSF
S-CSCFHSS/SLF
Rseau ditinrance
Rseau nominalIMS Rseau IPMm
Mi
Mj
Mp
Mc
Mg
RtcGo Mb Mb
Iu CS
Gr
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 33
Description des entits dun rseau 3G
HSS : Home Subscriber Service ,version volu du HLR avec les mmes fonctionnalits. MGW : Media Gateway, fonction dinterface permettant lchange de signalisation entere MRFC (Multimedia Ressource Function Control) Fonction ncessaire tablir des appels
multimdia avec plusieurs destinataires MRFP (Multimedia Ressource Function Processing) Fonction ncessaire tablir des
appels multimdia avec plusieurs destinataires MGCF : Media Gateway Control Function BGCF : Breakout Gateway Control Function, slectionne le rseau avec lequel lIMS doit
sinterconnecter SGW : Signaling Gateway Function, convertit les messages SS7 en signalisation propre au
protocole Ip et vice et versa P-CSCF Proxy CSCF (gestion des protocoles SIP) I-CSCF Interrogating CSCF (point de contact du rseau nominal en cas ditinrance de
lUE) S-CSCF Session CSCF (gestion des appels Multimdias) CSCF Call State Control Function : entit charg du routage
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 34
Rsum des volutions cur rseau
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 35
Comparaison des diffrentes techniques daccs radio
10 ms (15 TS)10 ms4.615 ms (8TS)Dure Trame
100 750 Hz1500 Hz2HzContrle de puissance
QPSKBPSK VMQPSK VD
GMSKModulation
1900 1920 VM/VD2010 2025 VM/VD
1920 1980 VM2110 2170 VD
880 915 VM926 960 VD
1720 1785 VM1805 1880 VD1850 1910 VM1930 1990 VD
spectre
5Mhz5Mhz200KhzSparation entre porteuses
FDMA/CDMAFDMA/CDMAFDMA/TDMATechno daccs
UTRA/TDDUTRA/FDDGSM
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 36
Services offerts par lUMTS
TE MT UTRAN MSC/SGSN GMSC/GGSN TE
Service offert de bout en bout
Service support UMTS (bearer)Service support local Service support externe
Radio Access Bearer Service supportRseau coeur
Radio bearer Iu Bearer
Constructeur dpendant WCDMA ATM Constructeur dpendant
Terminal externe
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 37
Services supports
Commutations de circuit (CS): rservation du mdium pendant tout le temps (ex : visiophonie)
Commutation de paquet (PS): pas de ressources ddies, transfert sous forme de paquet IP ou en tout cas encapsul dans de lIP
Les caractristiques dun service support sont : Dbit minimum ncessaire Qualit de service minimum (QOS)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 38
QOS UMTS
Classe de service (streaming, interactive, background) Dbit Max Dbit garantie Livraison ordonnanc ou non Taille max des SDU Taux derreur de SDU reu Taux derreur binaire rsiduel Dlais de transfert Dlais maximum tolr Variation de dlais Priorit dallocation
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 39
Les diffrentes classes de services
Streaming : ex Vido la demande ou visiophonie, ce service est soumis aux contraintes de temps, derreur rsiduelle et de consommation mmoire.
Interactive : ex Navigation Web, ce service est moins sensible au problme de temps si celui ci est raisonnable (2 s pour avoir accs une page web ok 20 s ko)
Background : ex envoie de Mel ou tlchargement en tche de fond, ce service est soumis des contraintes derreurs faibles par contre le dlais dacheminement a peu dimportance
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 40
Diffrentes valeurs de QOS possibles en UMTS
> 150 md20-30 ms
2048 Kbits/s< 10 KmIndoor courte porte
> 150 ms20-300 ms
384 Kbits/s120 KmUrbain
> 150 ms20- 300 ms
144 Kbits/s500 Km (TGV)
Rural
BERDlais Max
BERDlais Max
DbitVitesse relative au
sol
Types denvironnement
Service non temps rel
Service temps rel
310 410
310 710
310
510
710
810
810
810510
510
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 41
Les diffrents types de services en UMTS
Les services supports Les UDI : services numriques points points sans passer par un modem de
conversion Les services points points. Les services de point multipoints (streaming) Les services multi points multi points
Les tl services : Utiliss essentiellement jusquen release 5 pour des raisons de compatibilits avec les services 2G pourraient tre amens voluer avec lintroduction du Full IP
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 42
Les tl services en UMTS
NonCommunication de groupe ou service de voix en diffusion
Service de voix group
NonTransmission alterne Fax/Voix et transmission automatique de Fax groupe 3
Transmission Fax
OuiMessage court venant ou arrivant un mobile, message court en diffusion
Service message court
OuiTlphonie, appel durgenceTransmission voix
Support en UMTS
Exemple de serviceNom du service
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 43
Services voix
Les codeurs obligatoires sont : Pour des raisons de compatibilits avec la 2G EFR (Enhanced Full Rate)
FR (Full Rate) HR (Half Rate) AMR Wide Band : codeur privilgi par lUMTS quand cela est possible
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 44
Les services supplmentaires
Le renvoie dappel La drivation dappel Lidentification du numro Le double appel La prsentation du nom de lappelant La tlconfrence Les outils de facturation Le transfert dappel Le rappel automatique La priorit dappel
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 45
Les services USSD
Ce sont des services propres chaque oprateur ex : #123# chez orange pour accder son compte
Ils ncessitent ltablissement dune connexion Ils utilisent les canaux de signalisation UMTS ou GSM
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 46
Lenvironnement dexcution des services
MEXE : (Mobile station Application Execution Environnement) Il permet de garantir lenvironnement dexcution quelque soit le rseau hte.
USAT : environnement qui permet de faire excuter lUSIM des actions de stockage voir plus (gestion des listes de PLMN )
CAMEL : Offre aux dveloppeurs de service une API standardise pour accder au rseau.
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 47
Continuit des services lors de handoversintersystme
Oui pour mobile class A GPRS et rengociation de QOS Ok
Oui pour mobile Class A GPRSServices mlangeant PS & CS
Oui avec rengociation de la QOSOui avec rengociation de la QOSServices de donnes PS
Oui pour les dbits
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 48
La 3G : de LUMTS au LTE
III lUTRAN
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 49
Dfinition de lUTRAN
Universal Terrestrial Radio Access Network Point de liaison entre le cur rseau et le
mobile
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 50
Les rles de lUTRAN
Contrler la gestion des ressources radio
Garantir le transfert des donnes de signalisation ou dutilisateur
Grer un partie des fonctions de la mobilit
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 51
Larchitecture de lUTRAN
Node B
Iub
NodeB
RNCNode B
Iub
NodeB
RNC
Domaine circuit
Domaine paquet
IuCs
IuPs
Iur
Uu
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 52
Les interfaces de lUTRAN
AbisPermet la communication NodeB/RNC
NodeB/RNCIub
NouveauPermet 2 RNC de communiquer entre eux notamment lors de la mobilit
RNC/RNCIur
A (domaine CS)Gb (domaine PS)
Permet au RNC du domaine concern de dialoguer avec le MSC/VLR ou le SGSN concern
UTRAN/Cur rseauIu
UmInterface qui permet la communication Mobile UTRAN (WCDMA en UMTS)
Ue/UTRANUu
Equivalent GSMDescriptionLocalisationInterface UMTS
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 53
Radio Network Subsystem (RNS)
Un Nud B (Node B) : station de base UMTS en charge de la transmission et la rception WCDMA, elle est en contact direct avec le RNC
Un RNC : Equipement qui contrle lutilisation et lintgrit des ressources radio
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Le Node B
Nud daccs lUTRAN Il y a un Node B par cellule ou secteur identifi Il a un rle primordial dans les tches physiques
Codage/dcodage canal Entrelacement talement de spectre modulation
Il participe au contrle de puissance Node B -> UE et UE-> NodeB adaptation de puissance en boucle interne Ce contrle de puissance est bas sur un seuil de qualit
Il joue un rle dans le handover en prlevant la qualit du signal
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 55
Le NodeB et macro diversit
Une frquence peux tre partage par une ou plusieurs cellules
La macro diversit revient transmettre linformation sur plusieurs cellules ou secteurs en mme temps
Le mobile combine les signaux des diffrentes cellules pour une meilleure rception (principe mme du rake receiver)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 56
Handover et macro diversit
Hard handover
Soft handover
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 57
Contrleur du rseau radio (RNC)
Equivalent du BSC en GSM Ses rles principaux sont :
Contrler la puissance en boucle externe Contrler le Handover Grer ladmission et la charge des mobiles sur le rseau Allouer des codes CDMA Squencer la transmission en mode paquet Grer la macro diversit
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 58
RNC de contrle
Rle indpendamment dune connexion avec un mobile ou pas Contrle ladmission ou le refus dun utilisateur Contrle les ressources radios lors dun handover Il y a un seul RNC de contrle par NodeB
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 59
RNC serveur
Gre individuellement les besoins radio de chaque utilisateur aprs une connexion RRC.
Gre la connexion radio avec lUE Gre la macro diversit en slectionnant les trames des diffrents NodeB
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 60
RNC de drivation
Joue un rle dans la macro diversit
On parle de RNC de drivation si les cellules appartiennent des RNS diffrents
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 61
RNC et gestion de la mobilit
Ds quune connexion RRC est table la gestion de la mobilit du mobile passe du cur rseau au SRNC (serving RNC)
Gestion des tats et de la mobilit dans les cas CELL_FACH CELL_PCH et CELL_DCH
Toutefois sil y a trop de transitions CELL_FACH CELL_PCH on passe en mode URA_PCH (localisation lURA )
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 62
LURA et les nouveaux identifiants
URA : ensemble de cellules ou de secteurs de cellules (proche de la RA en 2G)
En plus du TMSI et du PTMSI des nouveaux identifiants ont t crs
SRNTI : permet dassocier dune manire unique un UE un SRNC DRNTI : permet dassocier un UE un DRNC de manire unique CRNTI : cest identifiant est allou au mobile ds que ce dernier passe sous la
couverture du Contrle RNC URNTI : association du SRNTI et de lidentifiant du SRNC il permet didentifier le
mobile dans lUTRAN
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 63
Protocole de transport au sein de lUTRAN : LATM
Le choix de lATM a t guid par ses nombreux avantages :
Gestion dynamique des ressources avec une allocation selon les besoins
Possibilit grce lATM de garantir la QOS au moins au sein du rseau de loprateur
ATM a t choisi aussi pour les rseaux Broadband on a donc une interoprabilitplus grande
Gestion optimise du routage grce la cration de liens virtuels
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 64
Les diffrents protocoles de lUTRAN
RRC
RLC
MAC
WCDMA
UE
NBAP
NodeB
NBAP
DRNC
RNSAP RNSAP
SRNC
RRC
RLC
MAC
RANAP
Cur Rseau
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 65
Le protocole NBAP
Deux types de procdures sont associes ce protocole
1. Aux canaux communs (RACH, CPCH, FACH,PCH) tablissement de canaux Modifications de canaux Librations Mesures pour garder une certaine qualit de connexion
2. Aux canaux ddis (DCH) Mme procdure quen 1) Contrle de puissance pour viter dblouir dautres utilisateurs En FDD tablissement du mode compress ou non pour faire les mesures
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 66
Le protocole RNSAP
Ce protocole gre la signalisation entre 2 RNC gnralement celui de contrle et de drivation
Ce protocole incorpore 4 fonctionnalits La gestion de la mobilit La gestion des canaux communs La gestion des canaux ddis si ncessaires La gestion des procdures globales
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 67
Le protocole RANAP
Ce protocole gre la signalisation entre lUTRAN et le rseau cur Il gre les relocalisations de SRNS (donc de RNC) Il gre le transport des messages de signalisations entre la NAS du mobile et
celle du rseau cur Il gre compltement les Radio Access Bearer (RAB) Il gre les messages de paging Il gre les procdures dauthentification et de chiffrement Il gre la localisation du mobile au sein de lUTRAN
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 68
La 3G : de LUMTS au LTE
IV le WCDMA
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 69
Lhistorique de ltalement de spectre
1942 Dpt du brevet 2 292 387 Secret Communication System: on encode un signal grce un code connu seulement du rcepteur et de lmetteur ltalement de spectre vient de naitre
1948/49 Shanon dresse les bases thoriques de ltalement de spectre dans son Mathematical theory of communication
Annes 50 Utilisations militaires de ltalement de spectre 1956 brevet 2 982 853 sur anti multipath receiving system le rake receiver est n 1978 Dbut de lvocation de l utilisation pour le cellulaire 1980 Le gouvernement amricain dclassifie la technologie et autorise les applications
civiles Annes 80 Qualcom et Viterbi un de ses fondateurs prouvent lintrt du CDMA appliqu
aux tlcommunications 1995 Ouverture commerciale du CDMA One (IS 95 norme 2G base sur le CDMA) Annes 2000 Ouverture commerciale des rseaux bases sur le WCDMA
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 70
Dfinition de ltalement de spectre
Transmission dun signal dinformation sur une largeur de bande suprieure la largeur de bande que ncessite le signal.
Cette technique peux tre assimile une technique de modulation. Le code dtalement doit tre indpendant du signal de dpart Le rcepteur doit utiliser ce mme code pour dsentrelacer le signal
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 71
Intrt de ltalement de spectre
Soit B la largeur de bande et C la capacit du canal
On voit que le rapport signal bruit est inversement proportionnel la largeur de bande donc si la largeur de bande augmente et la capacit du canal reste identique le rapport signal bruit ncessaire diminue
BC
NS
NSB
NSBC 2ln
2ln1log 2
+=
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 72
Influence de ltalement de spectre sur le signal mis
A1
Puissance
Frquence
Bspr
Binf
A0
Gp=Bspr/Binf=A1/A0
N0
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 73
Etalement de spectre par squence directe (mission)
Tc
Bspr=1/Tc
Ts
)(nkdBs=1/Ts
4kC
3kC
2kC
1kC
4kC
3kC
2kC
1kC
)(nkd
)(nkd
)(nkd
)(nkd
Ts
1/Tc
Sf=Bspr/Bs= Ts/Tc
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 74
Etalement de spectre par squence directe (rception)
4kC
3kC
2kC
1kC
)(nkd
)(nkd
)(nkd
)(nkd
Ts
1/Tc
4kC
3kC
2kC
1kC
)(nkd
Ts
Bs=1/TsTc
Bspr=1/Tc
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 75
Les codes de walsh hadamar
Ils sont orthogonaux Ils sont gnrs par la matrice dite de Hadamar avec H1=+1
= mHHmHmHm
mH 2
= 1111
2H
=111111111111
1111
4H
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 76
Les proprits des codes de walsh hadamard
Le premier lment du code Ci est toujours +1 Ci possde autant de +1 que de 1 Le rsultat de la fonction dintercorrlation pour 2 codes
i=j donne +M le facteur dtalement ij 0
Toutefois mauvaise protection sil y a un manque de synchronisation metteur rcepteur
Faible nombre de codes Les codes de Walsh sont utiliss en downlink comme code canalisation et en
uplink comme code de spreading (identification de lutilisateur)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 77
Gnration des codes de Gold
+
a0a1a2a3a4
b4 b3 b2 b1 b0
5X
4X 3X 2X 1X 1
125 ++= XXx
4X 3X 2X 1X 1
+
+ ++Horloge
1245 ++++= XXXXy
125 =P chips
La srie des a et des b sont initialises 11111 les a restent identiques tandis que les b sont dcals vers la droite
)2mod()()()( iyixiZ +=
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 78
Gnration des codes de GOLD
Ces codes sont bases sur des polynmes gnrateurs qui varient selon lutilisation Uplink ou Downklink
Polynme de puissance 25 en uplink et puissance 18 en downlink La gnration des codes pour le mode FDD est prcis dans la TS25.213
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 79
Les proprits des codes de Gold
Bonnes proprits dintercorrlation (valeurs bornes mais ne sont pas orthogonaux.
Grand nombre de code gnrs Les codes 1 et 2 ont de bonnes proprits dautocorrlation Ces codes sont utiliss comme code scrambling et permettent didentifier la
cellule
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 80
Problmes rencontrs lors de la transmission WCDMA : Lvanouissement court terme
Permet de symboliser laffaiblissement du lloignement ou laffaiblissement de parcours
LpNPtGtGr
NS =
ndLp
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 81
Problmes rencontrs lors de la transmission WCDMA : Lvanouissement court terme
Il est caractris par une variation rapide de la puissance du signal mais aussi de la phase
Il est gnralement du aux obstacles rencontrs mais aussi leffet Dopler Les trajets multiples sont caractriss r la moyenne de la racine carre des
retards : Trms On dfinit la bande de cohrence dun canal comme
Leffet dopler se caractrise par un dcalage maximum de frquence
Le temps de cohrence est dfini par Tcoh=1/(2fm)
TrmsBcoh
51
)'()(
ondelongueurdvitesseMaxfm
=
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 82
Les diffrents canaux rencontrs lors dune transmission WCDMA
Les canaux non slectifs en frquence Trms < Tchip Les canaux slectifs en frquence Tchip < Trms Les canaux vanouissement lent Tcoh > Tchip (le canal reste stable pendant un
temps chip) Les canaux vanouissement rapide Tcoh< Tchip
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 83
Les outils du WCDMA pour amliorer la rception : La diversit en frquence
Transmission ou la rception dun signal sur diffrentes frquences porteuses spares par une valeur suprieur la bande cohrence du canal.
Ltalement de spectre est aussi un outil de diversit en frquence car il rpartit la puissance de perte sur toute la bande dtalement du coup son influence est moins grande
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 84
Les outils du WCDMA pour amliorer la rception : La diversit en temps
Pour lutter contre els canaux vanouissement (slectif en temps) on transmet le mme signal des intervalles de temps diffrents
Pour cela on utilise le codage de canal qui permet de rajouter de la redondance de signal.
Les codeurs de canaux ont t amliors par rapport la 2G
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 85
Les outils du WCDMA pour amliorer la rception : Le rake receiver
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 86
Les outils du WCDMA pour amliorer la rception : Divers
Dtection dactivit vocale : permet de diminuer la puissance dmission donc linterfrence enter symbole
Contrle de puissance rapide , il permet de mininuer les vanouissement long terme
Dtection des multi utilisateurs en CDMA et estimation pour annulation. Diversit spatiale en rception sur la cellume : on rajoute plusieurs antennes
espaces au moins dune longueur donde, on sectorise ainsi la cellule et on peut crer des antennes virtuelles en jouant sur les gains.
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 87
La 3G : de LUMTS au LTE
V LAccess Stratum
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 88
Dfinition de lAccess Stratum
Protocoles dinterfaces entre le Mobile et lUTRAN LAccess Stratum jusquen Release 5 se dcompose en 3 sous couches
La couche 1 (elle sera dveloppe ultrieurement) La couche 2 : MAC (Medium Access Control)
RLC (Radio Link Control)PDCP (Packet Data Convergence Protocol)BMC (Broadcast Multicast Control)
La couche 3 RRC (Radio Ressource Control)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 89
Larchitecture en couche de lAccess Stratum
RRC PDCP
RLC
MAC
Couche Physique
BMC
Canaux logiques
Canaux de transport
Canaux physiques
Plan de contlePlan usager
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 90
Les canaux logiques de contrles
BCCH (Downlink) Broadcast Control Channel, voie balise comme en 2G, elle permet au mobile de lire les informations systmes pour accder la premire fois au rseau ou sortir du mode veille.
PCCH (Downlink) Paging Control Channel, canal transportant les informations de paging permettant la recherche des mobiles.
CCCH Common Control Channel, canal commun bidirectionnel transportant les informations de signalisation. Il est utilis lors de ltablissement dune connexion RRC mais aussi lors des mises jour de localisation (URA) et la mise jour de cellule.
DCCH: Dedicated Control Channel, canal bidirectionnel transportant les donnes ddies un UE, en particulier lorsquune connexion RRC a ttablie.Cette signalisation peux tre aussi bien des informations RRC que des informations de la NAS comme de la mobilit
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 91
Les canaux logiques de trafic
DTCH : Dedicated Traffic Channel, canal ddi transportant les informations usager aprs ltablissement dune connexion RRC
CTCH : Common Transport Channel, canal commun qui transporte sur la voie descendante des messages destins un ou plusieurs utilisateurs
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 92
Caractristiques physiques des canaux de transports
Partie dynamique : TB taille de bloc du transport bloc TBS : taille du nombre total de blocs pouvant tre transfr pendant un TTI (bloc de
mme taille) Partie Semi Statique :
TTI (10,20,40,80 ms) Type de codage canal Taille du CRC Taux de redondance
TFS (Transport Format Set) : Ensemble de canaux dont la partie semi statique est identique et o la partie
dynamique peux varier sur chaque TTI
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 93
Canaux de transport commun
BCH (Broadcast Control Channel) permet en voie descendante le transport dinfos balise.
PCH (Paging Chanel) utilis pour le transport des messages de paging sur une ou plusieurs cellules.
RACH : permet sur voie montante de demander un accs une ressource radio mais aussi transporter de la signalisation en Uplink sans contrainte rel.
CPCH : rle proche du RACH utilis quen mode RRC connect il est aussi accs alatoire
FACH : voie descendante permet le transport des signalisations de petites tailles, lidentit de lutilisateur doit tre indiqu
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 94
Les canaux de transports partags
DSCH : Downlink Shared Channel canal utilis en association avec un ou plusieurs canaux ddis, partag entre plusieurs utilisateurs il transporte des donnes de contrle.
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 95
Les canaux de transport ddis
DCH : Canal dans les 2 sens (canal point point). La ressource pour ce DCH peut tre monopolis ou utilis uniquement sur besoin grce une fonctionnalit optionnelle DRAC (Dynamic Ressource Allocation Control)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 96
Caractrisation dun canal physique
Une frquence porteuse Un code de canalisation (permet de distinguer les diffrents utilisateurs en voie
descendante) Un code dembrouillage permet de caractriser la cellule dans la voue
descendante et les utilisateurs en voie montante. Une phase relative
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 97
Canaux Physiques voie montante
PRACH : canal physique supportant le RACH PCPCH : Physical Common Packet Channel, supporte le CPCH DPDCH : Transporte le DCH DPCCH : Canal associ un ou plusieurs DPDCH
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 98
Canaux Physiques voie descendante 1/2
DPCH : supporte le DCH, on trouve contrairement la voie montante un seul canal pour les donnes utilisateurs et les donnes de contrle.
SCH : synchronization channel, il transporte les 2 codes (primary et secondarycodes) qui permettent aux terminaux de se synchroniser en temps sur la cellule
CPICH : ce canal tramset des bits pilotes prdfinis qui permettent ainsi destimer les conditions radios et de faire des relever de mesures
PCCPCH : (Primary Common Control Physical Channel) supporte ke BCH il est unique par cellule
SCCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) supporte un PCH et un ou plusieurs FACH
PICH : Paging Indicator Channel toujours associ un SCCPCH il transporte les paging indicator
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 99
Canaux Physiques voie descendante 2/2
PDSCH, il supporte le canal DSCH toujours associ au DPCH AICH Aquisition Indicator Channel, ce canal est associ au canal PRACH et
transporte les informations dacquisitions AP/AICH canal identique lAICH il est toujours associ au PCPCH il est
utilis sil faut sassurer quun prambule a bien t reu sur le canal RACH CD/CA-ICH permet de dtecter les problmes de collisions sur les accs RACH CSICH multiplex avec les autres canaux de contrle et daccs, il transporte les
informations de disponibilits des canaux PCPCH
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 100
La tches de la couche physique
Le codage/dcodage des canaux pour la protection des erreurs Le multiplexage des canaux Ladaptation des dbits La synchronisation (temps frquence) Le contrle de puissance grce des bits de contrle de puissance au niveau slot La modulation et ltalement de spectre Le support de la macro diversit
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 101
Rsum du mapping canaux physiques canaux de transport
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 102
La couche MAC
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 103
Les entits de la couche MAC
MACd : gre les canaux ddis MACs : gre les canaux partags MACb : soccupe du canal BCCH MAChs : soccupe de la gestion du Hybrid Automatic Repeat Request en release
6 et au dessus cre spcialement pour le HSDPA
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 104
Rles de la couche MAC
Mapping des canaux logiques avec les canaux de transport pour les couches suprieures
Contrle du volume de trafic sur chaque canal actif Commutation de canal sur ordre de la couche RRC Gestion des priorits entre diffrents flux Slection des TFC chaque TTI Chiffrement et dchiffrement pour les donnes RLC en mode transparent Identification du mobile lorsquil utilise les canaux communs
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 105
Rappel du Mapping des canaux
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 106
MAC PDU
TCTF : permet didentifier le canal logique mapp sur le canal de transport FACH et RACHC/T : permet didentifier le canal logique quand plusieurs canaux logiques sont mapps sur le mme canal de transportUE-Id : champ didentification du UE sur les canaux de transports commun, ce champs peux tre
- C RNTI : identit propre au RNC quand une connection RRC est faite pour un canal ddi- DSCH RNTI : identique au C-RNTI quand on a un canal partag- U-RNTI Utran Radio Network Temporary Identity (voie descendante uniquement) il est compos du SRNCID (identifiant du SRNC) et du SRNTI et lidentifiant du mobile dans le SRNC
UE-Id type permet didentifier le type de UE-Id et le dcodage correct du champs
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 107
La couche RLC
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 108
Mode RLC
Mode transparent : transport des donnes de manires transparentes sans rajout dinformations de contrle. Sa seule fonction est la segmentation/rassemblage.
Mode non acquitt : Utilis dans le cas de streaming, il rajoute un contrle derreur mais pas de retransmission.
Mode acquitt : Ajout des processus de contrle derreurs et de retransmission
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 109
Fonctions de la couche RLC
Segmentation en plusieurs parties du SDU reu Rassemblage Remplissage/Pading Contrle de flux Correction derreurs et contrle de la bonne rception des PDU Chiffrement/Dchiffrement pour les modes non transparents Suspension et reprise du transfert sur demande RRC En mode acquitt on trouvera des PDU de contrle du type status ou reset
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 110
PDU/RLC
Data
Mode transparent 8 bits
RLC non acquit RLC acquitt
E : permet de savoir si loctet qui suit est un octet de donne ou dentteP : Bit de polling pour forcer lacquittement
D/C Data ou contrle ce bit permet de caractriser le type de donnes
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 111
Architecture de la couche PDCP
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 112
Rle de la couche PDCP
Compression/Dcompression dentte Transfert sans perte des SDU PDCP grce RLC Cette couche joue un rle important ans le handover pour viter la perte de SDU Il y a 3 types de SDU PDCP
Type No-header : pas de compression dentte Type data : utlis lors dune compression dentte ou de transmission de signalisation Type seq-number : utilis lors dune relocalisation de SRNS
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 113
Architecture de la couche BMC
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 114
Tches de la couche BMC
Sauvegarde des messages diffuss Contrle des volumes de ressource radio pour les messages diffuss Transmission des messages vers lUE
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 115
Architecture Logique de la couche RRC
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 116
Fonctions de la couche RRC
Gestion de la connexion RRC Gestion des tats de service de RRC Gestion de la diffusion des informations systmes gnres par lUTRAN Gestion du paging Slection initiale/ reslection de cellule Gestion de la mobilit dans lUTRAN Contrle des mesures Gestion des bearers radio
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 117
Etablissement de connexion RRC
RRC
RRC
RRC
RRC
RRC
RRC
CCCH/RACH : RRC connection request
UE RNC
CCCH/FACH : RRC connection setup
CCCH/RACH ou DCH : RRC connection setup complete
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 118
Etats de la couche RRC et les transitions
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 119
Les diffrents Etats de la couche RRC
Mode veille : pas de connexion RRC entre lUE et lUTRAN Etat Cell_DCH
Attribution des ressources ddies radio (BCCH ou DCCH pour la signalisation) Les ressources radios sont attribues pour un cas de transfert temps rel La transition vers Cell_FACH se fait pas signalisation
Etat Cell_FACH Pas de canaux ddis, data transmise RACH&FACH Ecoute du BCCH Cell reselection est gr en informant le RNC
Etat Cell_PCH UE est connu la cellule prt mais joignable par PCH (paging) Ecoute du BCH et du BMC Passe en Cell_FACH aprs reslection
Etat URA_PCH Execute Cell_update si UTRAN change dURA DCCH ne peut pas tre utilis dans cet tat tout passe par PCCH ou RACH
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 120
System Information Block
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 121
System Information Block
Ces informations sont transmis sur le canal BCH Ce sont des messages spcifiques RRC Ce message peut transporter un ou plusieurs SIB , la ncessit de lire ses
informations ainsi que leur organisation sont dcris dans le MIB (Master Information Block)
On trouve aussi dans ce message les bloc dagencement qui doivent tre lus aprs le Master Information Block
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 122
System Information Block
SIB1 : Information sur les procdures NAS en mode veille ou connect SIB2 : Identit de lURA courante SIB3&SIB4 : Paramtre ncessaire la slection/reslection SIB5&SIB6 : Informations sur les canaux physiques SIB7,SIB8&SIB9 : Paramtres impliqus dans le RACH SIB10 : Paramtres associs la procdure de DRAC SIB11 & SIB12 : Paramtres pour les mesures intra/interfrquences et inter RAT SIB 13 : Informations lies au cur rseau ANSI41 SIB 14 & SIB17 : Informations propres lUTRA TDD SIB 15 : Paramtres associs aux procdures de golocalisation SIB 16 : Paramtres pour les configurations prtablis de bearer radio SIB 18 : Contient les identits des PLMN des cellules voisines
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 123
Radio Bearer Signalisation
Transmission de messages NAS avec priorit basse
AcquittDCCHSRB4
Transmission de messages NAS avec priorit haute
AcquittDCCHSRB3
Transmission de message RRC
AcquittDCCHSRB2
Transmission de message RRC
Non AcquittDCCHSRB1
Transmission de message RRC(URA/cell update)
VM TransparentVD Non Acquitt
CCCHSRB0
UtilisationMode RLCCanal LogiqueRAB
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 124
NAS (Non Access Stratum)
Slection de rseau Maintenance de la localisation Inscription au rseau Les couches de la NAS en release 99/release 4
CM (CC,SS,SMS,SM) Mobility (MM,GMM)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 125
Gestion du paging
Utilis pour rentrer en contact avec le mobile Paging de type 1
z Transmis sur le canal logique PCCHz Reu en mode veille ou Cell_PCH ou URA_PCHz Permet de notifier un appel entrant ou informer les modifications systmes dans la cellule
Paging de type 2z Paging ddi est utilis dans ltat Cell_Fach ou Cell_dch pour notifier un appel entrant
Si le paging a t enclench par le cur rseau, RRC informe la NAS et le domaine concern
Sil y a une modification des informations systmes il ya relecture du BCH Si la prise en compte du paging fait passer dans ltat Cell-FACH il y a alors une
procdure de cell update qui est lanc Le paging aprs avoir t gr par RRC pour ltablissement du lien radio passe la main
SM ou CC pour ltablissement de la communication
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 126
Slection/reslection de cellules et de rseaux
Premire tche faite par la couche RRC mais aussi lors dun passage en mode veille
Slection de la cellule selon un critre S qui est bon si > un seuil de niveau de qualit et si > un niveau de puissance minimum (avec potentiellement une compensation)
La surveillance du paysage se fait en continue aprs la slection initiale Aprs la slection des potentielles cellules on va dcoder les informations de
PLMN avant de pouvoir sinscrire La slection se fait en mode automatique ou manuelle en donnant priorit au
home PLMN
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 127
Gestion de la mobilit
La gestion de la mobilit est fonction de ltat RRC En mode veille le UE nest pas connu au niveau de lUTRAN, si lUE est inscrit au
domaine paquet ou CS cest le cur rseau qui gre la mobilit laide du TMSI ou PTMSI
La gestion de la mobilit se rsume la reslection de cellule ou la prparation des mesures cellules voisines en utilisant les rgles dfinies par lUTRAN dans ses system information bock
En Mode URA_PCH Cell_PCH ou Cell_Fach Le Mobile possde un identifiant temporaire U_RNTI, URA_PCH, C_RNTI La gestion de la mobilit et des diffrents tats est linitiative de lUE La procdure de cell update ne se fait que dans ltat Cell_Fach
Cell_DCH Le Mobile est connu la cellule prt La mobilit est gre par la couche mobilit du SRNC La mobilit dans ce cas l est le handover (soft ou hard selon la technologie notamment le soft
handover nest pas possible en mode TDD)
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 128
Exemple de communication sortant dans le domaine CS
SRNC MSC/VLR HLR
Demande dappelDe la couche CM
Etablissement connexion RRC
RRC RRCCM service request
RANAP RANAPInitial UE message
CC CC
CC CC
CC CC
Authentification et chiffrement
CC CC
CC CC
CC setupCall processing
RANAP
RANAP
RANAP
RANAPRAB assignement request
Etablissement Bearer Radio RAB Assignement response
Alerting
Connect
Connect Acknowledge
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 129
Exemple de procdure de location Update
RNC Nouveau MSC/VLR HLR Ancien MSC/VLR
Etablissement de la connexion RRC
MM MMLoc Update request(type de mise jour, IMSI,LAI
MAP MAPSend identification
MAP MAPSend identification ack
Authentification et activation intgrit
MAP MAPUpdate loc
MAP MAPCancel loc
MAPMAP Cancel Ack
MAP MAPInsert subscriber data
MAP MAPInsert subscriber data ack
MAP MAPUpdate Loc Update
MM MM
MM MM
Loc Update acceptTMSI reallocation complete
Liberation des connexions RRC et Iu
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 130
La 3G : de LUMTS au LTE
VI Evolution
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 131
HSDPA
Fait partie de la release 5 Volont daugmenter le dbit en downlink Introduction de codage adaptatif et de meilleures techniques de retransmission Introduction dune nouvelle modulation (16 QAM) Technique quasi gnralis ds 2007
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 132
Impacts de lHSDPA sur lUTRAN
Besoin dune meilleure gestion de la rptition au niveau couche 2 du coup cration au niveau MAC du MAC Hs qui va grer le mcanisme de H_ARQ (hybrid AutomaticRepeat Request)
Diminution de la latence de retransmission au niveau RRC Le Mac HS ne joue son rle quentre le NodeB et le UE Cration dun nouveau canal de transport partag entre les utilisateurs le HS-DSCH qui a
son pendant physique HS-PDSCH HS-PDSCH est toujours associ un DPCH (release 99 pour le contrle de puissance) et
un ou plusieurs HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel) H-ARQ : le principe est de retransmettre au bout dun certain temps de non acquittement
les blocs non dcods correctement et de combiner ensuite les blocs non dcods avec les blocs retransmis pour augmenter la probabilit de dcodage. Une deuxime approche est dadapter le dbits des bits transmis aux capacits des canaux et sil y a des bits non acquitts on retransmet des bits non transmis. Ceci nest possible que sil ya une bonne redondance du au codage de canal
Utilisation approfondie du dbit variable.
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 133
Catgorie des terminaux HSDPA
1.8236301512
0.9136302511
13.982795211510
10.13202511159
7.2144001108
7.2144001107
3.657300156
3.657300155
1.837300254
1.837300253
1.227300352
1.227300351
Dbit Max (Mbits)Nbr Max dbit dans un bloc TTI
Intervalle Min entre TTI
Nbr Max de codeCatgories
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 134
HSUPA
Fait partie de la release 6 Amlioration du DCH en voie montante (E-DCH) Prend toutes les amliorations de lHSDPA Utilisation dun Spreading Factor variable Lallocation des ressources radio et la couche Mac sont dplacs du RNC au
NodeB Cration dun nouveau canal Physique (E-DPDCH) et les canaux de contrles
associs (E-RGCH pour la puissance E-AGCH pour laccess .) Cration dune nouvelle entite Mac, Mac-e pour grer les nouveaux canaux
phyisques
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 135
Catgories de terminaux HSUPA
5.74114842246
22000010246
22000010225
2.6957722224
22000010224
1.451448410423
1.427982422
1.451448410422
0.71711010411
Dbit utileNbr Max de bitTTI (ms)SFNbr Max de codeNbr de EDCH supports
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 136
HSPA+
Fait partie de la release 7 HSPA regroupe les technologies HSDPA & HSUPA Utilisation de la 64 QAM Volont daccrotre la capacit de transfert et le dbit pic Volont de diminuer la dure des changes de signalisation Volont de converger vers le tout paquet mme pour la parole (introduction du
protocole SIP) Volont davoir des performances proches du LTE Utilisation du 64 QAM
Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 137
HSPA+: Mimo (TS 25876)
Technique utilise pour accroitre la capacit dans la voie descendante Repose sur lutilisation de plusieurs antennes en mission ainsi quen rception Les multi antennes permettent en exploitant les diffrents trajets en rception
daugmenter le dbit pic Utilisation du PARC (Per Antenna Rate Control) pour adapter le dbit sur
chaque antenne la qualit radio Utilisation possible aussi du double Transmit Adaptive Array qui permet de
sectoriser un groupe de 4 antennes et de faire varier le gain transfert zr le dbit en fonction de la qualit.
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HSPA+: Mimo (TS 25876)
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Mimo et dbit
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HSPA+: CPC (continuous packet connectivity) (TS 25903)
Ensemble de techniques qui permettent de diminuer le trafic de signalisation Dtection des priodes dinactivits pour arrter lmission ou la rception Rduction de la priodicit des mesures de qualits Nouveau format du DPCCH pour maintenir une synchronisation et un contrle
de puissance si la transmission de donnes doit reprendre
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HSPA+ : architecture simplifie dans le domaine PS
Volont dacclrer le temps de parcours des messages en regroupant le RNC et le NodeB (OTA : One Tunnel Architecture)
Rduction des cots de dploiement en rduisant le nombre dlments Intgration des femtocells facilits Prfigure larchitecture du LTE
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LTE
Release 8 (dcembre 2008 gle des standards) Utilisation flexible du spectre de frquences pour sadapter aux bandes
existantes Augmentation des dbits 100Mbps en downlink et 50Mbps en uplink Rduction des dlais dans le plan usager et de contrle Rduction des temps de changement dtats (100, 50 ms) et rduction du nombre
dtats RRC (4 -> 2) Volont de simplifier linterconnexion avec des rseaux existants (3G, 2G,
WLAN) ou future Passage au tout IP pour les services (MBMS, voix, video ) Reprise de larchitecture OTA de lHSPA+ Changement de lUTRAN en E-UTRAN avec introduction de lOFDMA
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Architecture globale du LTE
SGi
S12
S3S1-MME
PCRF
Gx
S6a
HSS
Operator's IP Services
(e.g. IMS, PSS etc.)
Rx S10
UE
SGSN
LTE-Uu
E-UTRAN
MME
S11
S5Serving Gateway
PDNGateway
S1-U
S4
UTRAN
GERAN
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Prsentation des lments du LTE
MME (Mobility Management entity) entit qui gre toutes les procdures ex NAS(authentification, chiffrement, mobilit ..) des UE
SGW (Serving Gateway) point dancrage aprs du LTE/E-UTRAN. Cette entitgre les bearers radios dans le plan usager et gre aussi tout laspect handoverentre le LTE et dautres rseaux 3G ou non
PDN Gateway (Packet Data Network Gateway) , cette entit gre linterconnexion avec les rseaux externes 3GPP ou non essentiellement sur laspect transmission de donnes
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Dcomposition en couche du LTE
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Evolution de la couche Physique de lE-UTRAN
RNC&NodeB regroup ensemble Introduction de la technologie OFDMA qui combine le CDMA la transmission
sur plusieurs porteuses orthogonales (envoyes en parallle ou en srie) exploitant au mieux les multitrajets (facilit aussi par le Rake receiver)
Possibilit aussi dutiliser la technologie Mimo Evolution de la notion de PDP contexte EPS Radio Bearer Context
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Rsum de la 1G 4G
1G NMT AMPS DataTAC TACS ETACS
2G GSM D-AMPS IS-95 PDC CSD PHS GPRS HSCSD
2.75G EDGE/EGPRS CDMA2000 (1xRTT)
3G UMTS (W-CDMA) CDMA2000 (1xEV-DO/IS-856) FOMA TD-SCDMA GAN/UMA WiMAX
3.5G UMTS (HSDPA) UMTS (HSUPA) CDMA2000 (EV-DO Rev.A)
3.75GUMTS (HSPA+) CDMA2000 (EV-DO Rev.B/3xRTT)
4G Flash-OFDM 3GPP LTE
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Rsum des Evolutions dans les tlcommunications
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La 3G : de LUMTS au LTE
Conclusion
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Conclusion
Le monde des tlcommunications sans fils est en permanente volution et en 15 ans nous sommes passs de la 1G la Pre 4G
On assiste une convergence Mobile/Internet avec une course au dbit Il est toutefois plus difficile de trouver lapplication qui permettra daccrocher
lutilisateur et de le faire consommer du dbit La convivialit (Interface utilisateur), linteractivit et le multimdia nomade
sont surement les bases de cette application mais tout reste ouvert. Dun point de vue technique de multiplexage ltalement de spectre est devenu
incontournable et en pre 4G on lassocie lOFDM La concurrence entre oprateur elle va tre relance par l attribution dune
nouvelle licence
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Rfrences
UMTS par Javier Sanchez et Mamadou Thioune (3me dition Editions Hermes) Site du 3gpp : http://www.3gpp.org Site du 3G america : http://www.3gamericas.org
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Mon site sur les tlcommunications
http://www.roullet.eu