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7/28/2019 Rseaux cellulaires
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Rseaux cellulaires2G, 2.5G et 3G
GSM, GPRS et UMTS
LRI : Laboratoire de Recherche en InformatiqueUniversit de Paris-sud
Septembre 2002
Plan
Introduction
Le concept cellulaire Caractristiques du lien radio Accs multiple
GSM
GPRS et UMTS
Conclusion
Rseaux mobiles et sans fil
Rseaux de mobiles et rseaux sans fil
Rseaux de mobiles : Donner la capacit un utilisateur mobile decommuniquer lextrieur de son rseau dorigineen conservant son adresse (GSM, IP-mobile)
Problmes de compatibilit de signalisation
Rseaux sans fil : li au support de transmission Support hertzien (pas de prise murale)
Exp : tlphone sans cordon de rsidentiel
Caractristiques des rseaux mobiles /fixes
Spectre limit Technique cellulaire
Qualit fluctuante des liens radio Mobilit, caractristiques de lenvironnement BER (Bit Error Rate) fluctuant
Point daccs inconnu et variable dans le temps Gestion de la mobilit (localisation + handover)
Diffusion Scurit : authentification + chiffrement
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Le concept cellulaire
Couvrir une rgion par unensemble de cellules
Une cellule est la zone decouverture dune station debase (antenne dmission)(BTS : Base Transceiver Station)
Taille (densit de trafic) Bande de frquence
Capacit limite (matrielle,frquences disponibles) Recouvrement
Zone dense(ville)
banlieue
Zonerurale
Le concept cellulaire
Interfrence et motif cellulaireZonedinterfrence
Interfrences canaux adjacents
Interfrences co-canales
(1)
(2)
(3)
PlanificationRapport Signal sur Bruit
C/(I+N)C : puissance du signal utileI : ensemble des interfrencesN : Bruit (souvent nglig)Exp : C/I de fonctionnement en GSM 9dB
Le concept cellulaire
Distance de rutilisation de frquence D
Nombre de cellules par cluster N= D2/3.R2
N =1, 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 12
34
5
67
12
345
67
1
2
34
5
67
12
34
5
67
D
R
Le concept cellulaire
Exp : Motif 4/12 (GSM) : dans
un bloc contigu de 4 sites(incluant 3 cellules parsite) chaque frquence estutilise une seule fois
Antennes sectorielles
Motif 4/12
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Les questions se poser
Pour transmettre un signal
Quand transmettre Sur quelle frquence Avec quelle puissance
Les contraintes respecter Le temps La bande passante
La puissance Gestion des ressources radio
Caractristiques du lien radio
metteur Rcepteur
Attnuation
pertes despace
vanouissementtrajets multiples Signal reu
Signalmis
Bruit
thermique
Bruit
ambiant
Brouilleurs
- Attnuation : dpend de le distance et de lenvironnement
- Effet de masque : Prsence dobstacles dans lenvironnement- Les trajets multiples : Le rcepteur reoit le signal qui a empruntplusieurs chemins ( cause des obstacles)- Lvanouissement de Rayleigh : Altration en phase et en amplitude delonde aprs rflexion cause de la mobilit du terminal (effet Doppler)
Accs multiple
FDMA
TDMA
CDMA
FREQUENCE
T E M P S
FREQUENCE
T E M P S
C y c le S lo t
FREQUE
NCE
T E M P S
Accs multiple : performances
Circuit unique par porteuse : transmission continue
Faible largeur de bande
Faible complexit du terminal mobile : pas desynchronisation
Faible en-tte de transmission
Cots des quipements fixes levs : plus dquipements Ncessit dun duplexeur au niveau du terminal
Complexit du handover
FREQUENCE
T E M P S
FDMA
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Accs multiple : performances
Plusieurs utilisateurs par porteuse : transmissiondiscontinue
Complexit des mobiles
En-tte de transmission plus important (synchronisation)
Cots des quipements au sol moins lev Pas besoin de duplexeur
Complexit du handover rduite
FREQ
UENCE
T E M P S
C y c le S lo t
TDMA
Accs multiple : performances
Modulation talement de spectre (spread spectrum)
Nombre de circuits par porteuse lev
Complexit au niveau du terminal (codage)
Faible probabilit dinterception, confidentialit Ncessit de contrle de puissance
Soft handover
FREQUENCE
T E M P S
CDMA
Plan
Introduction Le concept cellulaire GSM
Historique Architecture Les sous-systmes Linterface radio Handover, gestion de mobilit et scurit
GPRS et UMTS
Conclusion
Panorama et gnrations
1G : 1re gnration : annes 80, systmes
sans cordon, (DECT, CT1 et CT2) 2G : 2me gnration : annes 90, GSM, IS-95
2G+ : GPRS
3G : 3me gnration : UMTS
4G et au del.
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GSM : historique
1978 : cest la confrence mondiale des
radiocommunications WRC quil a t dciddouvrir la bande des 900MHz aux systmes decommunications mobiles
1982 : CEPT : cration du standard GSM (GroupeSpcial Mobile) Systme analogique : 5 interfaces radios diffrentes
But : roaming pan-europpen, services indpendants du
rseau utilis
GSM : Historique
1991 : GSM : Global System for Mobilecommunications
Ouverture commerciale 1992, monte en puissance1993
Disparition des systmes 1G Adoption de la norme hors Europe Frquences : 890-915 MHz et 935-960 MHz Extension dautres bandes de frquences
DCS 1800 : Digital Cellular System : dans la gamme1800 MHz
PCS 1900 : dans la gamme 1900 MHz
GSM :Caractristiques
Numrique Spcification de nombreuses interfaces Roaming international
Interconnexion efficace avec RNIS Qualit du signal >= systmes existants Capacit du trafic >= systmes existants Cot dabonnement
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Architecture gnrale
......
......
......
MSBTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
MSC
MSC
VLR
VLR
HLR
PSTN
BSS NSS
Um
Abis A
AUC
EIR
Signalisation SS-7Circuit de voix
Le sous-systme radio
MS (Mobile Station) : terminal mobile
De plus en plus performants et lgers Abonnement spar du terminal
Carte puce SIM ( Subscriber Identity Module) Caractristiques de labonnement, identits IMSI1 et
le TMSI2, et les algorithmes de chiffrement
Identit propre au terminal : IMEI3
Puissance maximale dmission de 0.8 8 W1 International Mobile Subscriber Identity2 Temporary Mobile Subscriber Identity3 International Mobile Equipment Identity
Le sous-systme radio
BTS (Base Transceiver Station) : station de base Prise en charge de laccs radio dans leur couverture :
mission-rception + un minimum dintelligence, Modulation,
dmodulation, codage correcteur derreur, multiplexage TDMA, Diffuser des signaux balises Renvoyer au BSC des mesures sur la qualit des transmissions Capacit selon la rgion couvrir (rurale, urbaine,)
BSC (Base Station Controller) Concentrateurs de BTS Gre :
lallocation des frquences, le contrle de puissance,
le contrle dadmission, le handover : dcision et excution les mesures reues par les BTS
Le sous-systme rseau
NSS : interconnexion avec les rseaux fixes Gre ltablissement des appels / mobilit
Trois lments : MSC (Mobile-services Switching center) HLR (Home Location Register) VLR (Visitor Location Register)
Il utilise deux bases de donnes : EIR1 etAUC 2
1 EIR : Equipment Identity Register2AUC : AUthentication Center
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Le sous-systme rseau
HLR BD de localisation nominale
Mmorise le profil dabonnement, IMSI, les numros de tlphone, infos.Sur le chiffrement, localisation courante de labonn
VLR BD de localisation locale Similaire au HLR mais ne concerne que les mobiles dune rgion donne
(pareil que HLR + TMSI + zone de localisation) Les infos suivent le mobile lors de ses dplacements
MSC
gre toutes les communications des mobiles sous sa couverture, handoversi hors BSC Dialogue avec le VLR pour la mobilit des usagers Fonction de passerelle avec le PSTN (GMSC)
Le sous-systme radio : MS
Les identits dans le GSM IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
Identifiant unique de labonn (15 chiffres), stock dans la carte SIMet dans le HLR
TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) Identit propre un VLR, identit temporaire de labonn dans le
VLR
MSISDN (Mobile Station International ISDN Number) Identit de labonn visible dans le monde tlphonique (exp :
33 6 98 76 54 32)
MSRN (Mobile Station Roaming Number)
Identit pour acheminer les appels entre le MSC passerelle vers lePSTN et le MSC courant du mobile
IMEI (International Mobile station Equipment Identity) Identificateur du terminal (15 chiffres)
Echanges lors dun appel
GMSC MSCHLR VLR
......
MSISDN1. Le MSISDN est numrot. Rout par le rseau fixe vers le MSC le plus proche
MSISDN2. GMSC interroge le HLR pour connatre le MSC
IMSI3. HLR traduit MSISDN en IMSI et interroge le VLR
MSRN4. VLR attribue un MSRN au mobile et le transmet au HLR
MSRN5. HLR le retransmet au GMSC
MSRN6. GMSC tablit lappel vers le MSC courant comme un appel tel normal (num est MSRN)
7. MSC va enfin appeler le mobile en utilisant lid temporaire TMSITMSI / IMSI
Archtiecture protocolaire
CM
MM
RRM
SCCP
MTP
physique
CM
MM
RRM
SCCP
LAPDm
radio
RRM
SCCP
MTP
physique
LAPD
physique
RRM
LAPD
physique
LAPDm
radio
Air interfaceUm
Abis A
Mobile servicesswitching center
Base stationcontroller
Base transceiverstation
Mobilestation
CM : call managementMM : mobility managementRRM : radio resources management
SCCP : signal connection control part (SS7)MTP : message transfer part (SS7)LAPD : link access protocol-D channel (ISDN)
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Linterface radio : le canal physique
Bandes de frquence 890 915 MHz voie montante et 935 960 MHz voie descendante
soit 225 MHz Canaux de 200KHz
Technique daccs : MF-TDMA Modulation GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
cart duplex (45MHz)
890MHz 915MHzVoie montante (25MHz)
124 canaux de 200kHz
Linterface radio
0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7
f
t
1 slot = 156,25 bits = 577s 1 trame = 8 slots = 1250 bits = 4,6 ms
DOWN
UP
200 kHz
Ecart Duplex45 MHz
1.73 ms
- Un canal physique cest la rptition priodique dun slot dans les tramesTDMA sur une frquence particulire (canal plein dbit)- Canal demi-dbit : allocation dun slot toutes les 2 trames
Structure et hirarchie des trames
Hypertrame = 2048 supertrames
Supertrame = 51 multi-trames de trafic= 26 multi-trames de contrle
Multi-trame de Trafic= 26 Trames
Multitrame de contrle = 51 trames
Trame = 8 slots
Slot = 156.25 bits
Bit = 3.69 s
577s
4.615 ms
235.4 ms120 ms
6.12 s
3 h 25 m 53.76 s
Un canal de trafic
0 1 11 12 13 24 25
0 1 2 3 4 5 6 7
Numro de slot
4.615 ms
Numro de trame
120 ms
0-11, 13-24 : canaux de trafic12, 25 : canaux de control associs
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Le burst
Trame TDMA = 4.615 ms
0 1 2 7
Slot = 156,25 bits = 577 s
En-tte3 bits
En-tte3 bits
Donnes chiffrset encodes
57 bits
Donnes chiffrset encodes
57 bits
Squencedapprentissage
28 bits
Tempsde garde8.25 bits
Flag1 bit
Flag1 bit
Burst normal
Plusieurs types de bursts- burst normal- burst de correction de frquence (FCCH)- burst de synchronisation (SCH)- burst daccs (RACH)
Chane de transmission
Linterface radio : les canaux logiques
Transmission de donnesBidirectionnelTCH/F (Traffic Channel / Full Rate)
TCH/H (Traffic Channel / Half Rate)
Trafic (ddi)
SignalisationBidirectionnelSDCCH (Stand-alone Dedicated Control CHannel)
Contrle de transmissionBidirectionnelSACCH (Slow Associated Control CHannel)(ddi)
Signalisation rapide, handoverBidirectionnelFACCH (Fast Associated Control CHannel)Contrle
Accs initial du mobileMontantRACH (Random Access CHannel)
Appel du mobileDescendantPCH (Paging CHannel)
Diffusion de messages courts(SMS), infos routires,
DescendantCBCH (Cell Broadcast Channel)(commun)
Rponse du rseau laccs initial
Allocation de ressources
DescendantAGCH (Access Grant Channel)Contrle
Synchronisation temporelle etidentification de la celluleDescendantSCH (Synchronization CHannel)
Synchronisation frquentielleDescendantFCCH (Frequency Correction CHannel)
Diffusion dinfo. systmespcifique la cellule
DescendantBCCH (Broadcast Control CHannel)Diffusion
(commun)
RleSensNomCatgorie
Les fonctions du rseau cellulaire
Gestion des ressources Radio RRM (Radio Resource Management) Slection de cellule (choix de la porteuse), ouverture dune connexion,
contrle en cours de communication, handover, terminaison
Gestion de la mobilit MM (Mobility Management) Gestion de litinrance, procdure de mise jour de la zone de localisation Gestion de la scurit
Protger lutilisateur et le rseau usurpations didentit, coutes frauduleuses, utilisations abusives Authentification Cryptage
Gestion des connexions CM (Connexion Management) tablissement et relchement des appels
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Slection dune cellule (RRM)
coute des frquences Dtection des infos sur le canal BCCH
Inscription la cellule
Effectuer rgulirement des mesures desfrquences des cellules voisines
Contrle en cours de communication (RRM)
Garantir une bonne qualit de la liaison Contrle de puissance (via SACCH)
Le BSS dtermine les niveaux de puissanceadquats (grce aux mesures)
Utilisation du SACCH pour la compensation
temporelle (ou timing advance)
Le handover (HO) (RRM)
Changement du lien radio Les causes :
Transfert cellulaire (mobilit de lutilisateur) viter la rupture du lien quilibrer le trafic Minimiser la consommation dnergie
Pas dalgorithme impos dans la norme GSM Droulement en trois phases :
Phase de ralisation des mesures et de supervision du lien Phase de dtermination de la cellule cible et de dclenchement du
handover Phase dexcution de handover
Le handover : phase de mesures
Ms et BTS effectuent des mesures Paramtres recueillis :
La puissance du signal reu (qualit du lien)
MS (canal descendant), BTS (canal montant) Le taux derreur binaire (BER) (calcul du C/I) Distance entre le mobile et la station de base (grce la
valeur de lavance en temps)
Paramtres diffuss par une station : Identit de la station Les frquences des canaux balise des stations voisines
Les intervalles de mesures doivent tre petits GSM : remontes de mesures au BSC toutes les 480ms Au maximum : mesure de 6 stations
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Le handover : slection et dclenchement
Le mobile dresse une liste des cellules candidates
(puissance reue) Mcanisme de dclenchement :
valuer les critres de dclenchement aprs chaque phase dercolte
Plusieurs mthodes Puissance relative des signaux Puissance relative des signaux avec utilisation dun seuil Puissance relative des signaux avec utilisation dune hystrsis (la
puissance de la nouvelle BS dpasse lancienne dau moins unevaleur)
Puissance relative des signaux avec utilisation dune hystrsis et deseuils (GSM)
Le handover : phase dexcution
Si dclenchement
Etablissement du nouveau canal Transfert de la connexion vers le nouveau lien
Libration de lancien
......
MSC
......
MSC
......
MSC
Hard Handover (GSM)Le MS ne gre quun seul canal
Si dclenchement tablissement du nouveau canal
Transfert de la connexion vers le nouveau lien Libration de lancien
Le handover : phase dexcution
......
MSC
......
MSC
......
MSC
Seamless Handover (DECT)
Activation du second lien radio puis annulation du premier
Le handover : phase dexcution
Si dclenchement Etablissement du nouveau canal
Transfert de la connexion vers le nouveau lien Libration de lancien
......
MSC
......
MSC
......
MSC
Soft Handover (CDMA)
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Le handover
Diffrents type de HO vus du rseau
MSC
BSC BSCBSCBSC
MSC MSC
PSTN
Rseau mobile 1 Rseau mobile 2
1 2 3 4 5
1 : HO intra-cellulaire
2 : HO intra-BSC
3 : HO intra-MSC
4 : HO inter-MSC
5 : HO inter-rseau
Le handover
Pour rsumer :
Pendant la communication Le lien radio est mesur Si la qualit passe sous un seuil : dclenchement
Dcision deffectuer le HO Lancienne station transmet la nouvelle les paramtres
du mobile impliqu (cl de chiffrement, dbit,) Le rseau transmet au mobile un message (rfrence sur
le nouveau canal de transmission)
Lancien canal est libr Si pas de ressources disponible : chec de handover
(call dropped)
Droulement dun Ho type
Mobile
Mobile
BTS 1 BTS 2BSC 1 MSC BSC 2
Measurement reportSACCH
Measurement Result[Measurement report]
Measurement reportSACCH Measurement Result[Measurement report] HandoverRequired HandoverRequestChannel Activation
Channel ActivationAcknowledge
Handover RequestAcknowledge
[Handover Command]HandoverCommand
Data Request[Handover Command]
Handover CommandFACCH
HandoverAccessTCH
HandoverDetectionHandover
Detect PhysicalInformationEstablish Indication
Data Indication[Handover Complete]
HandoverCompleteFACCH
HandoverComplete
Clear Command
Clear Command
RF Channel Release
RF Channel ReleaseAcknowledge
1
2
3
4
5
6
Gestion de la mobilit (MM)
Gestion de litinrance et de la scurit tats dun mobile
teint mmorisation de la dernire localisationconnue
Commutation sur la messagerie
Idle Informe rgulirement le rseau de ses
changements de localisation (IMSI-attached)
actif
Procdure dattachement pour indiquer le retour du mobile dans lerseau
teint
Actif
Idle (oisif)
Mise en route
du mobile
Demande deconnexion (traficou signalisation)
Extinction dumobile ou pannebatterie
Fin de laconnexion (traficou signalisation)
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Mise jour de la localisation (MM)
Gestion de litinranceDeux mcanismes de base
Localisation (prcise) Savoir o se trouve le mobile tout moment Recherche (paging)
mettre des messages davis de recherche dans les cellules visitesdernirement
Position prcise : cot de localisation important mais pas de recherche(rapidit)
Position imprcise : cot de recherche lev (signalisation leve) maiscot de localisation faible
Zones de localisation Ensemble de cellules, critres : nombre moyen dappels, directionprivilgie des HO, autoroutes,
Plusieurs zones par VLR/MSC
Mise jour de la localisation (MM)
Procdure de mise jour de localisation : Le mobile sait quil change de zone de localisation grce au canal
BCCH Il prvient le nouveau VLR (donne son TMSI) Le nouveau VLR (qui peut tre lancien) rcupre auprs de
lancien le profil du mobile Le VLR informe le HLR de la nouvelle zone de localisation du
mobile Le HLR demande lancien VLR deffacer les infos relatives au
mobile (si VLR diffrent)
Procdure qui met jour les informations de localisationdu mobile dans le VLR et le HLR
Scurit (MM)
Protger lutilisateur et le rseau Usurpations didentit, coutes frauduleuses,
utilisations abusives
Authentification Le rseau transmet Rand
(128 bits)
Calcul (mobile et rseau)
Transmission du rsultat
Ki secrte, jamais transmise
Algorithme A3Algorithme A3
Carte SIMRseau (AuC)
RandKi Ki
SRES
Scurit (MM)
Cryptage Protectection contre les coutes inopportunes
De Ki + Rand + A8 est calcule la cl Kc Kc : 64 bits
Squence gnre par A5(Kc,numro de trame)
Combinaison avec la squence mettre
IMEI (terminal physique) Vol,
EIR (Equipment Identity Register)
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Scurit (MM)
RAND128 bits
Kiup to 128 bits
A3, A8
SRES32 bits
Kc64 bits
Framenumber 22 bits
A5
Encryptionmask
114 bits
Data114 bits
Ciphereddata
114 bits
Gestion des connexions (CM)
tablissement et relchement des connexions Bas sur la signalisation SS7
Appel issu du mobile Allum Parcourt des frquences tat Idle Signalisation priodique pour la localisation Composition dun numro Envoi dune demande de connexion (via RACH)
Allocation dun canal ddi de signalisation SDCCH (viaAGCH)
Procdures dauthentification et dautorisation dappel Le rseau route la demande vers le PSTN (SS7)
Gestion des connexions (CM)
Appel vers un mobile Appel en utilisant le MSISDN Appel achemin jusquau GMSC le + proche Le HLR du mobile est interrog pour
trouver le VLR courant vrifier les caractristiques de labonnement traduction du MSISDN en IMSI
Le VLR diffuse le message de paging (PCH) dans lazone de localisation
Rponse du mobile (demande douverture de canal (viaRACH, rponse paging)
tablissement comme prcdemment (entre GMSC etle mobile via VLR-MSC)
tablissement dappel
Mobile station Base station Category Logical ChannelCarrier sine wave FCCH
Sync Channel Information RRM SCHSystem Information RRM BCCH
Paging Request RRM PCHChannel Request RRM RACH
Immediate Assignment RRM AGCHPaging response RRM SDCCH
Authentication Request MM SDCCH
Ciphering Mode RRM SDCCHCiphering Mode Ack RRM SDCCH
Setup CM SDCCHCall Confirmed CM SDCCH
Alerting CM SDCCHConnect CM SDCCH
Assignment Command RRM SDCCHAssignment Ack RRM SDCCH
Connect Ack CM FACCH
Disconnect CM FACCHRelease CM FACCHRelease Complete CM FACCHChannel Release RRM FACCH
conversationconversation TCH
TCH
Authentication Response MM SDCCH
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Les SMS
Short Message Service Au plus 160 octets 2 services standardiss :
service point--point diffusion dans une cellule (SMS Cell Broadcast)
Transmission sur les canaux de signalisation SDCCH si pas en communication
SACCH si en communication Sur le rseau fixe, utilisation du rseau de signalisation
2G, pourquoi un tel succs?
Spcifications rigoureuses Inter-fonctionnement complet Standardisation europenne Un systme bien conu :
Interface radio, rseau cur Gestion de la mobilit, de litinrance des
utilisateurs Complexit limite : cots rduits
La 2,5G :
GPRS(General Packet Radio Service)
Motivations
GSM Tlphonie : circuit, faible dbit
Services donnes ? Evolutions
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Transfert de donnes en utilisant les circuits de voix
GPRS (General Packet Radio Service) Architecture rseau en mode paquet
EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) Dbits suprieurs (modulation)
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Transfert de donnes en GSM
Entrelacement plus profond que pour la voix (22 trames/8)
2 modes Non transparent :
utilisation dun protocole de reprise sur erreur RLP (Radio LinkProtocol)
Transparent
Dbits : 9,6 Kbit/s 14,4 Kbit/s
......
BTSBSC MSC
IWF
HLR
TAFRTC
modemterminal
TAF : Terminal Adaptation FunctionIWF : InterWorking Function
Le HSCSD
High Speed Circuit Switched Data Dbit plus lev
Allouer jusqu 4 slots par user par trameTDMA
Dbit max : 4x14,4 = 57,6 Kbit/s
Manque de souplesse dans lallocation des
ressources radio Pas dinvestissement dans le HSCSD
Le GPRS
General Packet Radio Service
Constat : trafic de donnes sporadique Problmes dans un rseau commutation de
circuit : Monopolisation des ressources : gaspillage
Cot des communications
Interconnexion lourde avec Internet
Architecture commutation de paquets
GPRS
Deux nuds
SGSN : Serving GPRS Support Node Connexion avec la station de base (relais de trames), semblableau MSC
GGSN : Gateway GPRS Support Node Connexion avec les rseaux de type paquet (Internet)
Encapsulation des paquets avec le protocole GPRS(tunneling)
Greff sur le rseau GSM (mme bande defrquences)
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GPRS
SGSN : Serving GPRS Support NodeGGSN : Gateway GPRS Support Node
EDGE
Enhanced Data for GSM Evolution
HSCSD et GPRS augmentation de dbit / GSM Mais :
Mme dbit brut sur un time slot (GSM)
Solution EDGE Introduction dune nouvelle modulation
EDGE + HSCSD ECSD
EDGE + GPRS E-GPRS
EDGE
Constatation Contrle de puissance pour remdier aux
ingalits de la qualit de transmission
EDGE : utilisation du CP pour augmenter le dbit Condition radio schma de modulation
et de codage MSC(Modulation and Codage Scheme)
Modulation de phase 8 tats : 8PSK (Eight-level PhaseShift Keying)
Tripler le dbit brut par slot (comp. GSM) : 69 Kbit/spour un slot par trame
Conclusion 2,5G
Limitation de dbit du GSM HSCSD
Autorise lallocation de plusieurs slots Mais architecture rseau pas adapte au transfert de
donnes
GPRS Autorise lallocation de plusieurs slots Allocation dynamique des ressources radio Rseau fixe adapt au transfert de paquet
EDGE Encore plus de dbit : schmas de modulation et decodage plus efficaces
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La 3G :UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System)
Motivations
Succs de la 2G Saturation des rseaux existants March en pleine expansion Services multimdias Couverture universelle IMT-2000 (Universal Mobile Telecommunications
for the year 2000) Niveau mondial (UIT)
FPLMTS UMTS
En Europe (ETSI)
Les frquences
Bande de frquences (2GHz)
Les frquences
Bande de 230MHz (autour des 2GHz)
Bandes appaires (2*60MHz) : 1920-1980 et2110-2170 FDD/W-CDMA Bandes non appaires (50MHz) : TDD/TD-
CDMA Satellites (MSS) : 60 MHz
IP et mode paquet : 384 Kbps pour une mobilit complte et 2 Mbps pour
une mobilit limite
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Couverture
IMT-2000The ITU vision of global wireless access
in the 21st
century
Satellite
MacrocellMicrocell
UrbanIn-Building
Picocell
Global
Suburban
Basic TerminalPDA Terminal
Audio/Visual Terminal
UMTS
La migration du GSM vers lUMTS Progressive
Radio Rutilisation de la bande existante Dploiement par lots Terminaux bi-modes
Rseau Rajout de nouveaux quipements Intgration du mode paquet et de IP
2 phases : Services offerts semblables ceux du GSM volution vers des services haut dbit multimdias de bout en bout
Architecture
UserEquipment UTRAN
CoreNetworkUu Iu
UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access
Architecture
MS (Mobile Station) BTS
Contrle des ressources radio Contrle du lien radio
BSC Allocation des ressources Contrle du lien radio
MSC BSS Abis(BTS/BSC)
A (BSC/MSC) Inexistante
GSM et UTRAN UE (User Equipment)
NodeB
Contrle partiel des ressourcesradio
RNC (Radio Network Controler) Allocation des ressources Contrle du lien radio
UMSC (UMTS MSC) RNC (Radio Network Subsystem) lubis (NodeB/RNC)
lu (RNC/CN) lur (RNC/RNC)
TDMA CDMA
UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access
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Architecture
......
......
BTS
BSC
RNC
NodeB
GMSC
SGSN
Rseauinter-
PLMN
Rseauinter-
PLMN
RseauIP
RseauIP
RseauInternet-intranet
RseauInternet-intranet
PLMN PLMN
InfrastructureGPRS
RTC
HLR-AuC
EIR
GGSN
A
lu
lub
lu
Uu
Um
Gr
Gi
BG
Linterface radio UTRA
Mode W-CDMA (Wideband CDMA) enFDD (Frequency Domain Duplex)
Mode TD-CDMA en TDD (Time DomainDuplex)
Le mode FDD W-CDMA
Etalement de spectre squence directe DS-
CDMA Plusieurs liaisons occupent en mme temps la mmebande de frquence
Modulation talement de spectre
Augmenter le dbit transmis (d D) : multiplicationpar une squence dtalement (code)
Les lments du code : chips
Gain dtalement : Ge=D/d
Le mode FDD W-CDMA
Le rcepteur CDMA
Laccs multiple Plusieurs squences orthogonales Pbm : trajets multiples perte partielle de
mission asynchrone des mobiles lorthogonalit pour dtecter le signal utile : lensemble des signaux (signal utile + brouilleurs) reus la station
radio avec les mmes niveaux de puissance
besoin de contrle de puissance
Etage RFet passage en
bande de base
DstalementSignal utile
+
InterfrenceC/N
Squencedtalement
Symbolesdinformation
+
Bruit Gaussien
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Le mode FDD W-CDMA
Qualit de la liaison : Eb/N0 =Ge/Mo : M+1 nombre de liaisons reuessimultanment avec le mme niveau
+ planification des frquences trs simple
+ soft handover
- contrle de puissance : dlicat
W-CDMA : Utilise DS-CDMA
Largeur de la porteuse (5 MHz comparer 1.25 MHz IS-95) Multiplexage en frquence FDD
Chaque sens de transmission utilise une frquence
Le mode FDD W-CDMA
Entre 4.4 et 5 MHzBande de frquence
Facteur dtalement variableet multicode
(384 kbit/s par code)
Dbit variable
10msDure trame
3.84 Mchip/sDbit chip
FDDDuplex
DS-CDMAAccs multiple
Le mode TDD TD-CDMA
Principe TD-CDMA:
Composante AMRT + CDMA lintrieur desIT
Canal = frquence+IT+code
Dans 1 IT = 9 paquets distingus par leur codetransmis simultanment
Allocation des codes selon le dbit souhait
Jusqu 2 Mbit/s (codes/Its)
Le mode TDD TD-CDMA
Duplex temporel TDD
Multiplexage temporel des deux sens de transmissionsur une mme porteuse
Avantages Allocation de spectre : pas de contraintes despacement
(FDD) Bonne gestion du trafic assymtrique (exp : www,
rapatriement de fichiers,) Partage dynamique adapt aux conditions variables de
trafic (temps + espace)
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Le mode TDD TD-CDMA
10msDure trame
16 IT par trameStructure de la trame
5 MHzBande de frquence
Multi IT et multicodeDbit variable
3.84 Mchip/sDbit chip
TDDDuplex
TDMA et CDMAAccs multiple
UTRA
Dploiement et
couverture grandes cellules
petites cellules
(contraintes de sync.
et temps de gardeServices
supports
services
symtriques
mode paquet,
asymtrique
Transfert
intercellulaire soft handoff handoff normal
Synchronisation
entre stations de
base
pas de
synchronisation synchronisation
Planification
couverture
cellulaire en
fonction du trafic -
pas de plan de
frquence
plan de frquence - ne
varie pas en fonction
du trafic
Les services et la QoS
GSM : rigidit les oprateurs nont pas la possibilit de diffrencier
leurs services UMTS : spcification doutils permettant la cration de services
varis systmes dexploitation des terminaux mobiles et des cartes
SIM, architecture de services ouverte OSA (Open ServiceArchitecture),
Critres de QoS : tolrance aux dlais, tolrance aux erreurs
VHE (Virtual Home Environment) Environnement personnalis
Dbits : 2 Mbit/s, 384 Kbit/s, 144 Kbit/s thoriques!
volution 2G-3G dans le monde
CDMA2000 UMTSW-CDMAUWC-136Systme
ETSIARIBTIANormalisation
W-CDMATD-CDMAW-CDMACDMA2000Edge GPRS3e Gnration
GSMPDCIS95/CDMAOne
IS1362e Gnration
CDMATDMACDMATDMA
EuropeJaponEtats-Unis
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Conclusion
Vers la 4G et au del
Ce quil faut retenir : Rseaux de mobiles : monde orient Tlcom Tlphonie : suprmatie du GSM Besoin dintgration voix/donnes : GPRS Plus de dbits, multimdia : UMTS
Rseaux privs sans fil : Rseaux personnels : Bluetooth Rseaux locaux sans fil : IEEE 802.11
Diffusion Boucle locale radio, satellites, DVB Internet
IP-mobile, IP cellulaire, rseaux Ad-Hoc.