Post on 31-Dec-2015
Plan
• Historique• Le 3GPP• Les services UMTS• La radio• L’architecture• Le protocole• La mobilité• Mise en œuvre des tests
Historique
• Constat– Les réseaux 2G ne sont pas compatibles entre eux
– Limite des possibilités atteinte
– Besoin d’une nouvelle technologie pour offrir de nouveaux services de couverture " Mondiale "
Nécessité de créer une 3G normalisée au plan mondial
Historique
• Résultats– Plusieurs technologies 3G
– L’UMTS est l’une des principales
– Création du 3GPP (3rd Geneartion Partenership Project)
Depuis début 1999 le 3GPP travaille à la normalisation de l’UMTS
Le 3GPP
En charge de la normalisation de l’UMTS, il se compose de 5 sous groupes:
– SA : Service and System Aspects
– CN : Core Network
– RAN : Radio Access Network
– T : Terminals
– GERAN: GPRS EDGE Radio Access Network
Le 3GPP
Le 3GPP travaille sur plusieurs version de normes en même temps
• La Release 99 qui correspond aux réseaux actuellement en cours de déploiement . Cette version modifie profondément la partie radio ( introduction du CDMA)
• La R4 devrait modifiée l’architecture Core Network
• La R5 HSDPA, IMS (multimédia haut débit)
• La R6 HSUPA, MBMS
UMTS / GSM
En comparaison avec le GSM, la partie radio de l’UMTS a été la plus profondément modifiée
– accès radio se fait en WCDMA (partage de la bande de fréquence)
– Les RNC (ex BSC) communiquent entre eux– Le transport des données et de la signalisation sont
basés sur l’ATM – Introduction de nouveaux service grâce à
l’augmentation des débits– Support pour les differentes qualités de service
Les services UMTS
• Sur le domine Circuit (CS)– La visiophonie– Les data
• Sur le domaine paquet (PS)– Le 384/64, 128/64, 64/64
• Les multi-appels– 1PS + 1CS– 2 PS– 1CS + 2PS
L’USIM (Universal Subscriber Identity Module) L’application USIM contient toutes les données
relatives à l’abonné, parmi lesquelles on trouve :
– l’IMSI (International Mobile Subscriber Identity),
– le MSISDN (Mobile Station International ISDN Number),
– la langue préférée, utilisée pour l’affichage des informations sur le terminal,
– les clés de chiffrement et d’intégrité,
– la liste des réseaux interdits,
– les identités temporaires de l’usager vis-à-vis des domaines Cs et Ps (TMSI et P-TMSI) ;
– les identités des zones de localisation courantes du mobile pour les domaines Cs et Ps.
Le RAB Radio Access Bearer
Définit les caractéristiques d’une communication – La classe de service– Débit max– Débit garanti– Taille des SDU– Taux d’erreur SDU – Taux d’erreur résiduel– Délai de transfert– Priorité de la communication– Préemption et vulnérabilité
Les Classes de Service
L’UMTS introduit la notion de classes de servive
• Conversational
• Streaming
• Interactive
• Background
Les Classes de ServiceLes principales caractéristiques sont
Conversational •real time
•Symétrique
Garantie des délais de transfert
< 200ms
Voix, videophonie
Streaming •real time
•asymétrique
Délais plus long mais doit garantir la QoS
Streaming multimedia
Interactive •Non real time
•asymétrique
Garantir l’absence d’erreur
Web brosing
Background •Non real time
•asymétrique
Info transmise avec la plus faible priorité
download
L’interface Radio
L’UMTS spécifie deux modes de fonctionnement
• Le TDD : le sens montant et le descendant utilisent la même fréquence mais alternativement
• Le FDD : le sens montant et le sens descendant utilisent une fréquence propre
Dans la suite de l’exposé seul le FDD sera présenté
Le FDMA (Frequency Division Multiple Access)FDMA
f 1
f 2
f 3
Fré
quen
ce
Temps
utilisateur 3utilisateur 2utilisateur 1
Le TDMA (Time Division Multiple Access)TDMA
T 1 T 1 + X T 1 +2X
Temps
Fréquenceutilisateur 1utilisateur 2utilisateur 3
Le CDMA (Code Division Multiple Access)
Utilisateur 3
Utilisateur 2
Utilisateur 1
Temps
Code
Fréquence
Les codes OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)
Tous les récepteurs reçoivent le même signal contenant leurs informations mais aussi celles des autres utilisateurs– Les codes orthogonaux utilisés permettent à chaque récepteur de
n’extraire que ce qui le concerne – Les codes n’ont pas tous la même longueur ce qui permet d’avoir
plusieurs débits de données possibles
– Puisque les émetteurs ne sont pas synchronisés, un deuxième niveau de codage est nécessaire. Ceci est réalisé avec les codes de brouillage ou Scrambling codes
C1,1= 1
C2,1= 1,1
C2,2= 1,-1
C4,1= 1,1,1,1
C4,2= 1,1,-1,-1C4,3= 1,-1,1,-1
C4,4= 1,-1,-1,1
Les codes Les codes de brouillage sont pseudo-aléatoires et quasi-
orthogonaux, meme si les émetteurs ne sont pas synchronisés
Pour les sens descendant (réseau vers mobile):– Les cannaux d'une cellule sont synchronisés– Les cellules ne sont pas synchronisées entre elles– Le code de brouillage est unique pour chaque Cellule
Cela permet d’utiliser tous les codes OVSF sur chaque cellule
Pour le sens montant (mobile vers réseau):– La synchronisation des mobiles entre eux n'est pas possible– Le réseau alloue un code de brouillage unique à chaque mobile
Cela permet d’utiliser tous les codes OVSF sur chaque mobile
La planification
• La bande de fréquence est la même sur toutes les cellules
• Le code de brouillage d’une cellule doit être différent de celui de ces voisines
Il en résulte la nécessité d’avoir un plan de code pour l’opérateur
Le contrôle de puissance
• Tous les émetteurs utilisent la même bande de fréquence
• Pour un récepteur "accordé" sur un code les autres signaux apparaissent comme des interférences
Il est donc important que tous les signaux arrivent avec un même niveau de puissance au récepteur
Eb et NO
Eb : Energie par bit utile
N0 : Densité spectrale de bruit
Pi : Puissance reçu par i
D : débit utile
B : bande de transmission du signal ( 5MHz)
Eb= Pi / D N0= ( Pj + P0) / B
L’interface Radio
PHY
MAC
RLC
RRC
BMCPDCP
Plan de contrôlePlan utilisateur
L3
L2
L1
Signaling radio Bearer
User plane radio Bearer
Canaux logiques
Canaux Physiques
L’interface Radio
• MAC, Medium Access Control :– fait le multiplexage des données sur les Transport Channel
• RLC, Radio link Control : – assure le contrôle de la bonne transmission des Données
provenant des couches supérieures
• PDCP, Packet Data Convergence Protocol :– Assure l’indépendance entre les couches supérieures et les
couches RLC/MAC
• BMC, Broadcast/ Multicast Control :– Assure la transmission des informations provenant d’un centre
Cell Broadcast (provient du GSM)
Logical Channels
• Control Channels• BCCH : Brodcast Control Channel Down Link
• PCCH : Paging Control Channel Down Link
• DCCH : Dedicated Control Channel point to point
• CCCH : Common Control Channel bidirectionnal (onto FACH/RACH)
• Traffic Channels• DTCH : Dedicated Trafiic Channel point to point
• CTCH : Common Traffic Channel point multi point
Transport Channels
RACH : Random Access Channel UL
DCH : Dedicated Channel bidirectionel
PCH : Paging Channel DL
BCH : Broad cast Channel DL
FACH : Forward Access Channel DL
DSCH : Downlink Shared Channel DL
Les différents états d’un Mobile
Idle
Cell DCH
URA PCH
Cell FACH
Cell PCH
Mobile connecté
Mobile non connecté
Les différents états d’un MobileIdle : – le mobile ne possède aucune connections
Cell DCH : – des canaux de transport dédiés sont alloués
– La molibilité est gérée par le réseau
Cell FACH– Aucun canal de transport dédié alloué
– Le réseau et le mobile ont la possibilité de transferer des données en utilisant les cannaux FACH ou RACH
Les différents états d’un Mobile
Cell PCH– Aucun canal de transport alloué
– Le mobile écoute les canaux BCH et PCH
– Le mobile signal tout changement de cellule
URA PCH– Aucun canal de transport n’est alloué
– Le mobile écoute les canaux BCH et PCH
– Le mobile signal les changements d’URA
Architecture Logique UMTS
Node B
Node B
Node B
Node B
RNC
RNC
Iu b
Iu b
Iu b
Iu b
Iu CS
Iu CS
Iu PS
Iu PS
Iu r
MSCVLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
IP
world
IP
world
PS
TN
PS
TN
Gn Gi
GsGr
D
N
Gc
C
Architecture Logique GSM
BTS
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
Abis
Abis
Abis
Abis
A
A
Gb
GB
MSCVLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
IP
world
IP
world
PS
TN
PS
TN
Gn Gi
GsGr
D
N
Gc
C
Architecture Logique UMTS GSM
BTS
BTS
BSCAbis
Abis
A
Gb
MSCVLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
IP
world
IP
world
PS
TN
PS
TN
Gn Gi
GsGr
D
N
Gc
CNode B
Node B
Node B
Node B
RNC
RNC
Iu b
Iu b
Iu b
Iu b
Iu CS
Iu CS
Iu PS
Iu PS
Iu r
Architecture "physique"
Node B
Node B
Node B
Node B
RNC
RNC
Backbone ATM
Backbone ATM
MSCVLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
IP
world
IP
world
PS
TN
PS
TN
Iu CS
Iu PS
Gn Gi
GsGr
D
N
Gc
C
MGWIu r
Iu bE1
Iu bE1
Iu bE1
Iu bE1
Iu CS/PSSTM1
Iu CS/PSSTM1
Iu bSTM1
Iu bSTM1
Couches protocolaires Iu CS
ATM
ALL5
SSCF-NNISSCOP
SCCPMTP3-B
RANAP
ALL5
SSCF-NNISSCOP
Q.2150.1MTP3-B
Q.2630.1
AAL2
Iu User PlaneProtocol
Physical layer
Transport NetwokControl Plane
Transport NetwokUser Plane
Transport NetwokUser Plane
RadioNetwork
Layer
TransportNetwork
Layer
Control Plane User Plane
Couches protocolaires Iu PS
ATM
RANAP
ATM
AAL5
Iu User PlaneProtocol
Physical layer
Transport NetwokControl Plane
Transport NetwokUser Plane
Transport NetwokUser Plane
RadioNetwork
Layer
TransportNetwork
Layer
Control Plane User Plane
Physical layer
ALL5
SCCPMTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP IP IPUDP
GTP-U
Couches protocolaires Iu r
ATM
RNSAP
ATM
AAL2
Physical layer
Transport NetwokControl Plane
Transport NetwokUser Plane
Transport NetwokUser Plane
RadioNetwork
Layer
TransportNetwork
Layer
Control Plane User Plane
Physical layer
ALL5
SCCPMTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP IP
ALL5
Q.2150.1MTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP IP
Q.2630.1
DCHFP
CCHFP
Couches protocolaires Iu b
ATM
NBAP
AAL2
Physical layer
Transport NetwokControl Plane
Transport NetwokUser Plane
Transport NetwokUser Plane
RadioNetwork
Layer
TransportNetwork
Layer
Control PlaneUser Plane
ALL5
SSCF-UNISSCOP
ALL5
Q.2150.12
Q.2630.1
DC
H F
P
SSCF-UNISSCOP
RA
CH
FP
FA
CH
FP
PC
H F
DS
CH
FP
US
CH
FP
La mobilité
Les differentes découpes du réseau
– LA : Location Area Code domaine CS
– RA : Routing Area domaine PS
– Cell
Une LA peut contenir plusieurs RA
Une RA peut contenir plusieurs Cell
La mobilité CSRNC MSC/VLR
H
Etablissement RRC
MM Location Update Request TMSI
Authentification Chiffrement
MM Location Update Accept TMSI
MM TMSI relocation Complet
La mobilité PSRNC SGSN
H
Etablissement RRC
GMM RA Update Request TMSI
Authentification Chiffrement
GMM RA Update Accept TMSI
GMM RA Update Complet
Les Handovers
Le softer HO
RNC
Node B
Node B
Secteur 1
Secteur 2
Secteur 1
Secteur 2
Secteur 3
Secteur 3CN
f 1
f 1
f 1
f 1
f 1
f 1