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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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 3

    La 3G : de LUMTS au LTE

    Introduction

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 4

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 5

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 6

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 7

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 8

    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)

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 9

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 10

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 11

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 12

    La 3G : de LUMTS au LTE

    I Larchitecture gnrale des rseaux UMTS

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 13

    Vue densemble dun rseau UMTS

    UEUtran Rseau

    Cur

    Domaine infrastructureDomaine usager

    Rseau daccs Rseau

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 14

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 15

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 16

    USIM: dfinition

    Carte Puce ou UICC Plusieurs USIM ou SIM peuvent cohabiter sur la mme UICC Interface CU avec le MT ou le ME

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 17

    USIM: vue gnrale

    UICC USIM1

    USIM2

    SIM

    Cu

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 18

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 19

    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#)

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 20

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 21

    Classement des terminaux UMTS

    En fonction de la puissance dmission En fonction de linteroprabilit avec la 2G De la capacit de dbit

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 22

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 24

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 26

    Domaine infrastructure

    UTRAN

    Le Cur rseau

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 27

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 54

    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.

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 138

    HSPA+: Mimo (TS 25876)

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 139

    Mimo et dbit

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 140

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 141

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 142

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 143

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 144

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 145

    Dcomposition en couche du LTE

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 146

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 147

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 148

    Rsum des Evolutions dans les tlcommunications

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 149

    La 3G : de LUMTS au LTE

    Conclusion

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 150

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 151

    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

  • Rev PA1 UMTS Prsentation2008-11-20 152

    Mon site sur les tlcommunications

    http://www.roullet.eu