sanchez umts excellent
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Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 90 -
Sommaire généralSommaire général
Principes de GSM Principes de GSM
ÉÉvolutions prvolutions préévues pour GSMvues pour GSM
Principes de GPRSPrincipes de GPRS
Principes de Principes de ll’’UMTSUMTS•• ServicesServices
•• ArchitectureArchitecture
•• CDMACDMA
•• ProcProcééduresdures
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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UTRANUE UTRAN
Uu
UE
Iu
Domaine de l’équipement usager
Réseau cœur
Architecture générale Architecture générale d’un réseau UMTSd’un réseau UMTS
Domaine du réseau d’accès
Domaine du réseau cœur
Domaine de l’infrastructure
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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EvolutionEvolution des technologies des technologies d’accès radio 2G vers 3Gd’accès radio 2G vers 3G
IS-136HS outdoor384 kbps (GPRS/EDGE)
EGPRS
UMTS
UTRA/TDD2 Mbps
IS-136HS indoor2 Mbps
Deuxième générationDeuxième génération Deuxième génération plusDeuxième génération plus Troisième générationTroisième génération
cdma2000 1X-EV(HDR)
2,4 Mbps
cdmaOne A< 14,4 kbps
PDC/PDC-P< 30 kbps
GSM < 14,4 kbps
IS-136< 14,4 kbps
IS-136+64 kbps
GSM/HSCSD57 kbps
GSM/GPRS171,2 kbps
UTRA/FDD2 Mbps
cdma2000 phase 2(cdma2000 3X-MC)
2 Mbps
cdma2000 phase 1(cdma2000 1X-MC)
307 kbps
cdmaOne B115 kbps
HSDPA>10
Mbps
3.5G ?3.5G ?
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136+: π/4 DQPSK, 8-PSK136 HS outdoor: GMSK, 8-PSK136 HS indoor: B-O-QAM, Q-O-QAM
BPSK, QPSK, 8-PSK, 16-QAM
BPSK (VM) QPSK (VD)
Type de modulation des
données
136+: 40 136 HS outdoor: 4,615 136 HS indoor: 4,615
5, 10, 20, 40, 801010Durée d’une trame
(ms)
AsynchroneSynchroneSynchroneAsynchrone
(Synchrone opt.)Synchro. entre
stations de base
136+: 30 kHz 136 HS outdoor: 200 kHz 136 HS indoor: 1,6 MHz
N x 1,25 MHzavec N = 1, 3, 6,
9 ,125 MHz5 MHz
Séparation max. entre porteuses
N x 1,2288 avec N = 1, 3, 6, 9 ,123,84 3,84
Débit chip (Mcps)
FDD (TDD optionnel)FDDTDDFDDMode de duplexage
FDMA/TDMACDMATDMA et
CDMAFDMA/CDMAType d’accès
multiple
UWC-136Cdma2000 UTRA/TDD UTRA/FDD Technologie d’accès radio
Caractéristiques des technologies Caractéristiques des technologies d’accès radio IMTd’accès radio IMT--20002000
QPSK
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3GPP2
TTCJapon
TTACrée du sud
ETSIEurope
ARIBJapon
T1Etats-Unis
TIAEtats-Unis
CCSAChine
3GPP
Développementdes spécifications
techniques du cdma2000
Développement des spécifications
techniques de l’UMTS, de GSM, de HSCSD,de GPRS et d’EDGE
– ARIB : Association of Radio Industries and Businesses– ETSI : European Telecommunications Standards Institute– T1 : Standards Committee T1 Telecommunications– TIA : Telecommunications Industry Association– TTA : Telecommunications Technology Association– TTC : Telecommunication Technology Committee– CCSA : China Communications Standards Association
3GPP et 3GPP23GPP et 3GPP2
3GPP3GPP : : Third Generation Third Generation Partnership Partnership ProjectProject
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Page Internet : Page Internet : ftpftp://://ftpftp.3GPP..3GPP.orgorg//SpecsSpecs
23.002 Network architecture
23.101 General UMTS architecture
Architecture Requirements for Release 99
UTRAN overall description
23.121
25.401
Titre (suivant Release’99 Déc03)Titre (suivant Release’99 Déc03)NuméroNuméro
SpecsSpecs. 3GPP concernant . 3GPP concernant l’architecture d’un réseau UMTS l’architecture d’un réseau UMTS
TS 21.101
22.100 UMTS Phase 1
Références:Références:
[1] [1] SanchezSanchez J., J., ThiouneThioune M., UMTS, Hermès, 2ème édition, Février 2004. M., UMTS, Hermès, 2ème édition, Février 2004.
[2] [2] HolmaHolma H., H., Toskala Toskala A. (éditeurs), A. (éditeurs), WCDMA for UMTSWCDMA for UMTS, , WileyWiley, 2000., 2000.
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Services
Mode d’accès
Exemples
Fer de lance
Pourquoi Pourquoi l’UMTSl’UMTS ? ? –– 1/21/2RRéépond :pond :� à la saturation prévue des réseaux 2G existants� au besoin de nouveaux services avec une QoS renforcée � à l’adoption de l’Internet et des technologies de l’information� à la généralisation de la mobilité� aux limitations de GPRS
Limitations de GPRS :Limitations de GPRS :� débits de transmission sur l’interface radio très en dessous de la théorie (<< 170 kbps)� gestion de ressources radio non-optimale� restrictions dans la garantie de la QoS dues aux limitations radio � interface entre le réseau radio et le réseau cœur non optimisée pour des trafics multimédias
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Services
Mode d’accès
Exemples
Fer de lance
…… et les opet les opéérateurs veulent :rateurs veulent :� des services paquet à haut débit. Minimum 144 kbps, dans tout type d’environnement et 2 Mbps en indoor avec une mobilité réduite
� des service circuit à haut débit : 60 kbps, nécessaire pour faire de la visiophonie
� la possibilité d’offrir des services multimédias (circuit et paquet) au cours d’une même connexion et avec des QoS différentes (débit, BER, délai de transfert…)
� interopérabilité avec des réseaux radio GSM, HSCSD et EDGE
� capacité et efficacité spectrale supérieures à celles des systèmes de deuxième génération (en ce qui concerne les services multimédias)
� itinérance (roaming) avec d’autres systèmes 3G (oui ?)
Pourquoi Pourquoi l’UMTSl’UMTS ? ? –– 2/22/2
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Les services offerts par Les services offerts par un réseau UMTSun réseau UMTS
�� �� ttééllééservicesservices : Les mêmes qu’en GSM/GPRS (voix, fax, SMS, MMS…) + visiophonievisiophonie.
�� �� services supplservices suppléémentairesmentaires. Les mêmes qu’en GSM/GPRS (renvoi d’appel, double appel, conférence…).
�� �� services support ou services support ou bearerbearer servicesservices. C’est la principale différence avec le GSM/GPRS !! L’opérateur va louer aux usagers de « tuyaux » avec une QoS UMTS à la demande. Des tiers (des fournisseurs de service) pourront utiliser ces tuyaux pour développer eux-mêmes leurs propres services.
�� �� On prOn prééffèère standardiser desre standardiser des «« capacitcapacitéés de services de service »» plutplutôôt que t que les services euxles services eux--mmêêmes.mes. Les services sont dLes services sont dééveloppveloppéés grs grââce ce àà des des outils normalisoutils normaliséés :s : WAP, USAT, WAP, USAT, MExEMExE, CAMEL, OSA, techniques de , CAMEL, OSA, techniques de ggééolocalisationolocalisation……. .
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Les services support en UMTSLes services support en UMTS
Les services support (Les services support (bearersbearers) sont les tuyaux alloués ) sont les tuyaux alloués par par l’UMTSl’UMTS pour le transport des données usager pour le transport des données usager
TE TE
Service offert de bout en bout
Service support UMTS (UMTS Bearer)
Service support interne au réseau cœur
(Backbone Bearer)
Service support de l’interface Iu
(Iu Bearer)
Service support radio
(Radio Bearer)
Utilisation de la technologie ATM
Utilisation de la technologie UTRA
FDD/TDD
Service support du réseau externe
Service support local (TE/MT)
Les spécifications techniques de l’UMTS couvrent principalement les éléments et les procédures dans cette zone
MT UTRAN MSC ou SGSN
GMSC ou GGSN
Service support d’accès radio (RAB, Radio Access Bearer)
Service support du réseau cœur
(CN Bearer)
Terminal mobile UMTS Terminal externeInfrastructure du réseau UMTS
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Paramètres de Paramètres de QoSQoS des services des services support UMTSsupport UMTS
– la classe duclasse du serviceservice : conversationnel, streaming, interactive oubackground ;
– le ddéébitbit maximummaximum (en kbps) ;– le ddéébit que lbit que l’’on peut garantiron peut garantir (en kbps) ;– l’ordreordre dede livraisonlivraison des séquences SDU ; – la tailletaille maximum des SDUmaximum des SDU (en octets) ;– le taux dtaux d’’erreurerreur des SDU transférées ;– le taux dtaux d’’erreurerreur rréésiduelsiduel dans les SDU délivrées ;– le ddéélailai dede transferttransfert (en ms) ;– la prioritprioritéé dd’’allocationallocation et de préemption d’un support par rapport
à un autre ;– les variations du délai (temps temps rrééelel ou non).
�� �� La qualité de service, ou QoS, désigne une série de caractéristiques quantitatives et qualitatives qui permettent au destinataire de considérer que la qualité du service ou application est « satisfaisante ».
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Service Délai Exemples d’application Débit Tolérant à
des erreurs
Conversationnel << 1 s
Visiophonie 32-384 kbps Oui
Jeux interactifs 1 kbps Non
Streaming < 10 s
Audio haute qualité 32-128 kbps Oui
Images fixes Non garanti Non
Arrière-plan (background) > 10 s
Fax Non garanti Oui
E-mail (avec acquittement) Non garanti Non
Classification des services Classification des services suivant la suivant la QoSQoS –– 1/21/2
carg
o
Interactif Environ 1 s
Commerce électronique Non garanti Non
Navigation sur Internet Non garanti Non
Cla
sse
écon
omiq
ueC
lass
eaf
fair
eC
lass
epr
emiè
re
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Configuration possible de l’UE
Mobile Equipment (ME). Partie fonctionnelle de l’UE composée de l’équipement terminal (TE) et de la terminaison mobile (MT).
Mobile Termination (MT). Partie de l’UE qui effectue des fonctions spécifiques à la transmission et à la réception sur l’interface radio (contient les protocoles NAS et AS)
Terminal Equipment (TE). Partie de l’UE oùles données de l’application sont générées en émission ou traitées en réception.
L’équipement usager (UE)L’équipement usager (UE)
C’est plus qu’un téléphone
USIMUE
Cu
MT
TE
R
USIM
MT
TEME
UE
Modèle fonctionnel de l’UE
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Équipement mobile
Cu USIM 2Module
d'accès 2G
USIM 1
SIM
UICC
SIM/ME i/f
Universal Subscriber Identity Module (USIM) Application contenue dans l’UICC permettant l’accès aux services offerts par le réseau mobile.
Universal Integrated Circuit Card (UICC)Carte à puce dotée de caractéristiques électromécaniques standardisées et qui contient au moins une USIM.
USIM et UICCUSIM et UICC
L’USIM contient :� La liste des réseaux interdits� Les clés de chiffrement et d’intégrité� IMSI (International Mobile Subscriber Identity)� MSISDN (Mobile Station International ISDN Number)� Les identités temporaires de l’usager (TMSI et P-TMSI)� Les identités des zones de localisation courantes de l’UE...
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Concept de numéro et Concept de numéro et d’identité en UMTSd’identité en UMTS
Mr. Leneuf :MSISDN = 33 6 83 36 00 XXIMSI = 208 02 211254
HLR
Réseau UMTS nominal (HPLMN)
Numérotation du MSISDN
Réseau de téléphonie fixe
(RTC)
Réseau Internet
Envoi de données à leneuf@operateur.fr
Interface radio
Appel avec IMSI
On utilise plutôt le P-TMSI pour les sessions paquet
On utilise plutôt le TMSI pour les appels circuit
USIM
MCC MNC MSIN
3 digits 2 ou 3 digits
Format de l’identificateur IMSI
≤ 10 digits
IMSI = 208 02 211254
Mêmes identités qu’en GSM/GPRS !!
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Terminaux Terminaux bimodebimodeUMTS et GSMUMTS et GSM
Classification des terminaux Description d’un terminal bimode GSM et UMTS
Type 1Quand on se situe dans un mode (GSM ou UTRA), la partie radio « inactive »du terminal (UTRA ou GSM) n’effectue aucun type de mesure de qualité de réception. Le passage d’un mode à l’autre se fait qu’avec l’intervention de l’usager.
Type 2Lorsqu’un terminal mobile bimode est connecté à un réseau radio GSM ou àun réseau radio UMTS, la partie inactive du terminal (UTRA ou GSM) peut effectuer des mesures afin de basculer automatiquement vers le réseau qui dispose de la meilleure qualité de réception. Un terminal type 2 ne peut ni recevoir, ni transmettre de l’information simultanément via les deux modes.
Type 3
Ce terminal se différencie du précédent par le fait qu’il offre en plus la possibilité de recevoir de l’information simultanément dans les deux modes. La transmission simultanée par les deux modes n’est pas possible. Le passage d’un réseau radio à un autre s’effectue de manière automatique.
Type 4Dans ce type de terminal, le passage d’un réseau radio à un autre s’effectue de manière automatique et l’on peut recevoir et transmettre de l’information simultanément sur les deux modes.
Premiers produits commerciaux UMTS
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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�Technologie radio : UTRA/FDD, UTRA/TDD�Bandes de fréquences FDD : 2 100 MHz, 1 900 MHz�Classe de puissance : 3, 4�Terminal type 2 : oui, non�Classe selon le débit : fonction des capacités L1 signalées�Services de géolocalisation : aucun, AGPS, OTDOA�Support du mode compressé : oui, non�Algorithme de chiffrements supporté : UEA0, UEA1�Algorithme d’intégrité supporté : UIA1
CapacitCapacitéés radio de ls radio de l’’UEUESignalées au moment d’établir une
connexion avec l’UTRAN
voie descendante
classe32kpbs
classe64kpbs
classe128kpbs
classe384kpbs
classe768kpbs
classe2048kpbs
voie montante classe32kpbs
classe64kpbs
classe128kpbs
classe384kpbs
classe768kpbs
--
Classification des terminaux Classification des terminaux selon leurs capacités radioselon leurs capacités radio
Classe selon le dClasse selon le déébitbit
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Réseau cœur UMTS Réseau cœur UMTS (Release 99)(Release 99)
Architecture de référence GGSN
MSC/VLR
SGSN
EIR
GMSC
GGSN
Gs
F
Gn
Gf Gc
C
RTC
AuCH
HLR
D
Gr
RTC/RNIS
MSC/VLR
E G
Gi
RTC
Gp
autre PLMN
autre PLMN
Iu-CS
Iu-PS
Iu
UTRANUE
Uu
Signalisation et donnéesSignalisation
Domaine CS
Domaine PS
Réseau cœur UMTS
RTC
Internet/PDP
GMSCMMêêmes mes ééllééments que ments que dans le NSS GSMdans le NSS GSM
MMêêmes mes ééllééments ments que dans le rque dans le rééseau seau ffééddéérateur GPRSrateur GPRS
NEW !
NEW !
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Principales modifications par rapport à la Release 99 de référence
Release 99Release 99 Mars 2000 – architecture de référence des premiers déploiements commerciaux
Release 4Release 4 Mars 2001
– nouveaux éléments dans le domaine CS et proposition d’un transport IP à l’intérieur du réseau cœur.
– introduction de la variante low chip de l’UTRA/TDD
Release 5Release 5 Mars 2002
– définition du sous-système multimédia IP (IMS) : introduction de SIP (voix sur IP).
– modifications du GERAN pour l’aligner avec l’UTRAN– proposition d’un transport IP dans l’UTRAN – introduction de HSDPA– introduction du codec AMR large bande
Release 6Release 6 Décembre 2003
– définition de la phase 2 de l’IMS– interopérabilité avec des réseaux locaux large bande
– harmonisation entre l’IMS 3GPP et et l’IMS 3GPP2– introduction de services Multimedia Broadcast/Multicast
Publication de la première
version
L’UMTSL’UMTS et ses évolutions suivant les et ses évolutions suivant les specs specs 3GPP3GPP
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Architecture dArchitecture d’’un run rééseau UMTS Release 5 (le future)seau UMTS Release 5 (le future)
Début des études pour avoir IP dans l’UTRAN (25.933 R5)
Iu-CS
Iu-PS
Iu
SGSN GGSN
Gn
UTRAN
Uu
RTC, RNIS, PLMN, domaine CS…
MRFP
IM-MGW
SGW
MGCF
BGCF
P-CSCF
I-CSCF
MRFC
S-CSCFHSS/SLF
Sous-système multimédias
IP (IMS)
Réseau nominal
Réseau d’itinérance
Mb
RTCMc
Mm
Mj
MiMr
Mw
Go
Mb
Mg
Gr
Réseaux IP multimédias
Mb
domaine CS domaine CS Release 99Release 99 ou ou Release 4Release 4 Trafic de données
Signalisation
Mb
Mp
� Le transport à l’intérieur de l’IMS est entièrement en IPv6
� Les interfaces Mw, Mm, Mg et Mi sont fondées sur SIP
SIP est utilisé pour gérer les appels multimédias en mode paquet
� Les services ne sont pas standardisés dans l’IMS
23.228 Release 5
UE
VOIX sur IP !!VOIX sur IP !!
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La strate dstrate d’’accaccèès s ((accessaccess stratumstratum)) regroupe les fonctions propres au réseau d’accès, c’est-à-dire à l’UTRAN. Elle comprend les protocoles qui gèrent les services supports. Ces derniers convoient l’information entre l’équipement usager et l’infrastructure, sachant que cette tâche est effectuée en deux étapes par le biais des interfaces « Uu » et « Iu ».
Strates d’accès et de non accèsStrates d’accès et de non accès
On appelle strate de nonstrate de non--accaccèèss ((nonnon--accessaccess stratum,stratum, NASNAS)) un ensemble de protocoles qui permet l’échange d’information entre l’équipement usager et le réseau cœur indépendamment du réseau d’accès radio utilisé.
Réseau cœur
Plan de contrôle
Plan usager
UTRANUE
Access Stratum
Uu Iu
Protocoles radio
Protocoles radio
Protocoles Iu
MM, CM, GMM, SM
Radio bearer(s)
Non-Access Stratum IP
AM
R
Plan de contrôle
Plan usager
Iu bearer(s)Protocoles
Iu
IP
AM
R
MM, CM, GMM, SM
Radio Access Bearer(s)
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Les domaines CS et PSLes domaines CS et PS
� Chaque domaine peut évoluer de façon indépendante
� Les opérateurs ont le choix de mettre en place l’un ou les
deux domaines. Un terminal mobile UMTS peut :
� s’inscrire aux deux domaines simultanément CS /
PS (à l’instar des terminaux Classe A GPRS)
� s’inscrire au domaine CS exclusivement (à l’instar
des terminaux GSM « classiques »)
� s’inscrire au domaine PS exclusivement (à l’instar
des terminaux Classe C GPRS)
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 112 -
Plan de contrôle du domaine CSPlan de contrôle du domaine CS
TDMATDMA MTP MTP MTPMTP
LAPDm
WCDMA WCDMA L1 L1
MAC MAC L2 L2
Non
acc
ess
stra
tum
Acc
ess
stra
tum
a) Réseau GSM. Echange de signalisation entre le réseau cœur GSM et le MS
LAPDm
Um
MS BSS
RR
MM
CM
SCCP
MSC
SCCP SCCP
RTC
TCAP
GMSC
RTCA
RR BSSAP TCAP
MM
CMMAP MAP
b) Réseau UMTS. Plan de contrôle : échange de signalisation entre le domaine CS et l’UE
RLC
Uu
UE RNS
RRC
MM
CM
RLC SCCP SCCP
3G-MSC
SCCP SCCP
RTC
TCAP
GMSC
RTCIu-CS
RRC RANAP RANAP TCAP
MM
CMMAP MAP
AAL5/ATM AAL5/ATM
Bearer de sign. Bearer de sign.
SCCP
BSSAP
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 113 -
Plan usager du domaine CSPlan usager du domaine CS
WCDMA WCDMA ATM ATM
MAC MAC AAL2 AAL2
Acc
ess
stra
tum
RLC
Uu
UE RNS
codec (e.g. AMR)
RLC Iu UP Iu UP
3G-MSC
Iu-CS
codec (e.g. AMR)
PCM (64 kbps)
vers RTC/RNIS
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Plan de usager du domaine PSPlan de usager du domaine PS
UEWCDMA
MAC
TDMA
MAC
RLC
MS
LLC
SNDCP
IP, PDP
Application
RLC
PDCP
IP, PDP
Application
b) Réseau UMTS. Plan usager : échange de données entre le domaine PS et l’UE
a) Réseau GPRS. Plan usager : échange de données entre le réseau fédérateur GPRS et la MS
Um
Uu
Acc
ess
stra
tum
WCDMA ATM
MAC AAL5
TDMA L1bis
MAC Frame Relay
BSS
RLC BSSGP
Gb
RNS
RLC UDP/IP
Iu-PS
PDCP GTP-U
ATM L1
AAL5 L2
L1bis L1
Frame Relay L2
BSSGP
SGSN
LLC
IP
UDP ou TCP
Gn
SNDCP GTPIP/PDP
UDP/IP
3G-SGSN
UDP/IP
Gn
GTP-U GTP-U
GGSN Fournisseur de service
L1
L2
IP
UDP ou TCP
GTP
IP, PDP
L1
L2
IP, PDP
IP/PDP
Gi
L1
L2
IP, PDP
Application
GGSN Fournisseur de service
L1
L2
UDP/IP
GTP-U
L1
L2
Gi
L1
L2
IP, PDP
IP, PDP
IP, PDP
IP/PDP Application
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 115 -
Plan de contrôle du domaine PSPlan de contrôle du domaine PS
WCDMA WCDMA AAL5/ATM AAL5/ATM L1 L1
MAC MAC Bearer de sign. L2 L2
TDMA TDMA L1bis L1bis L1 L1
MAC MAC Frame Relay Frame Relay L2 L2
RLC
Um
MS BSS
LLC
GMM
SM
RLC BSSGP BSSGP
SGSN
LLC
IP
UDP/TCP
IP
Gn
UDP/TCP
GMM GTP
GGSN
GiGb
b) Réseau UMTS. Plan de contrôle : échange de signalisation entre le domaine PS et l’UE
RLC
Uu
UE RNS
RRC
GMM
SM
RLC SCCP
3G-SGSN
Gn
GGSN
GiIu-PS
RRC RANAP
a) Réseau GPRS. Plan de contrôle : échange de signalisation entre le réseau fédérateur GPRS et la MS
SMGTP GTP
SCCP
RANAP
IP
UDP
IP
UDP
GMM GTP
SMGTP GTP
Non
acc
ess
stra
tum
Acc
ess
stra
tum
Bearer de sign.
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- 116 -
Principales procédures entre Principales procédures entre l’UE est le réseau cœurl’UE est le réseau cœur
�� ProcProcéédure dure PS PS attachattach (GPRS (GPRS attachattach) ) : même chose qu’en GPRS
�� ProcProcéédure dure CS CS attachattach ((IMSI IMSI attachattach) ) : même chose qu’en GSM
�� Procédure Procédure CS/PS CS/PS detachdetach (IMSI/GPRS (IMSI/GPRS detachdetach) ) : même chose qu’en GSM/GPRS
� Procédures dé sécurisation des appels Procédures dé sécurisation des appels : presque la même chose qu’en GSM/GPRS : authentificationauthentification renforcéerenforcée, chiffrement ++ intégritéintégrité
� Procédures de gestion de la mobilité Procédures de gestion de la mobilité : même procédures qu’en GSM/GPRS (mise à jour de la LA, mise à jour de la RA) + + procédure deprocédure de relocalisationrelocalisation du SRNSdu SRNS
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- 117 -
Mobilité gérée par le réseau cœur : Mobilité gérée par le réseau cœur : états MM états MM –– 1/41/4
CS/PS detached CS/PS idle
CS/PS CS/PS attachattach
CS/PS CS/PS signaling signaling connectionconnection releaserelease
CS/PS CS/PS signaling signaling connection establishconnection establish
� CS/PS PS detachdetach�� RAU RAU rejectreject (PS)(PS)�� LAU LAU rejectreject (CS)(CS)� CS/PS CS/PS attach rejectattach reject
CS/PS connected
CS/PS CS/PS detachdetach impliciteimplicite
Etats du mobile vus par le mobile
(valable pour les domaines CS et PS)
Ces états sont Ces états sont transparents à transparents à l’UTRAN l’UTRAN
CS CS �� protocole MMprotocole MMPS PS �� protocole GMMprotocole GMM
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 118 -
CS/PS detached CS/PS idle
CS/PS CS/PS attachattach
CS/PS CS/PS signaling signaling connectionconnection releaserelease
CS/PS CS/PS signaling signaling connection establishconnection establish
CS/PS connected
CS/PS CS/PS detachdetach
� CS/PS CS/PS detach detach �� RAU RAU rejectreject (PS) (PS) �� LAU LAU rejectreject (CS) (CS) � CS/PS CS/PS attach rejectattach reject
Relocation Relocation du SRNSdu SRNS
Ces états sont Ces états sont transparents à transparents à l’UTRAN l’UTRAN
CS CS �� protocole MMprotocole MMPS PS �� protocole GMMprotocole GMM
Mobilité gérée par le réseau cœur : Mobilité gérée par le réseau cœur : états MM états MM –– 2/42/4
Etats du mobile vus par le MSC/SGSN
(valable pour les domaines CS et PS)
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 119 -
Etat Etat CS/PSCS/PS--detached detached �������� Il n’y a pas de communication entre l’UE et le MSC / SGSN�������� L’UE n’est pas joignable car sa position est inconnue�������� Pour pouvoir passer ou recevoir des appels, l’UE doit effectuer la procédure CS et/ou PS attach pour s’inscrire au réseau
�������� La position de l’UE est connue par le MSC / SGSN avec une précision de LA/RA�������� Des messages de notification d’appel (paging) sont nécessaires pour joindre l’UE�������� L’UE doit effectuer la procédure « Routing Area update »(domaine PS) ou « Location Area update » (domaine CS) si la RA ou LA évoluent au cours de ses déplacements
Mobilité gérée par le réseau Mobilité gérée par le réseau cœur : états MM cœur : états MM –– 3/43/4
Etat Etat CS/PSCS/PS--idle idle
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 120 -
Etat Etat CS/PSCS/PS--connectedconnected
�������� La position de l’UE est connue par le MSC / SGSN avec une précision du SRNC : la gestion de la mobilité est à la charge de l’UTRAN (états RRC)
�������� L’UE effectue la procédure « Routing area update »(domaine PS) ou « Location area update » (domaine CS) uniquement lorsque le SRNC le demande explicitement par signalisation�������� L’UE passe dans l’état CS/PS-idle lorsque la signalisation entre l’UE et le MSC / SGSN a été relâchée ou coupée
Mobilité gérée par le réseau Mobilité gérée par le réseau cœur : états MM cœur : états MM –– 4/44/4
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 121 -
Les zones de localisation en UMTS Les zones de localisation en UMTS –– 1/21/2
RNC4RNC3RNC2
URA2URA1
SGSN1
RNC1
B1 B2 B3 B4
RA1
LA1
B5 B6 B8 B9
RA2
LA2
B7
RA3
B10 B11 B12 B13URA4
RA4
LA3
B14 B15URA5
B17 B18
RA5
B16
RA6
SGSN2MSC/ VLR1
MSC/ VLR2
MCC MNC LAC
3 digits 3 digits 2 octets
MCC MNC LAC
3 digits 3 digits 2 octets
RAC
1 octetsa) Format de l’identificateur LAI b) Format de l’identificateur RAI
URA3
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- 122 -
� LA. Consiste en un ensemble de cellules placées sous le contrôle d’un RNC et gérées par un même et unique 3G-MSC/VLR. Valable pour le domaine CS� RA. Sous-ensemble de cellules dans une LA placées sous le contrôle d’un RNC et gérées par un même et unique 3G-SGSN. Valable pour le domaine PS� URA. Ensemble de cellules connu et géré par l’UTRAN exclusivement (de taille égale, inférieure ou supérieure à celle des RA ou des LA)
Les zones de localisation en UMTS Les zones de localisation en UMTS –– 2/22/2
cellule
GSM UMTS GPRS UMTS UMTS
MSC/VLR SGSN UTRAN
non non oui non ouiURA non non ouiRA non nonouiouiLA oui oui non non non
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- 123 -
Procédures de sécurisation des appelsProcédures de sécurisation des appels
� Permettent d’assurer la confidentialité, l’authenticité et l’intégrité des échanges entre l’UE et le réseau� Les procédures de sécurisation des appels sont mises en place
� lors de l’inscription initiale au réseau� lors d’un changement de RA/LA � lors d’un appel généré par l’UE� lors d’une réponse à un message de paging
ChiffrementChiffrement� Utilisé pour la confidentialité des données usager et de la signalisation transférées sur le canal radio
IntégritéIntégrité� Permet à l’entité réceptrice d’authentifier l’émetteur et de s’assurer que les messages de signalisation reçus n’ont pas été altérés ou falsifiés au cours de la transmission.
NEW !
33.102
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- 124 -
USIM
Processus d'authentificationProcessus d'authentification
UEHLR
MAP Send authentification info (IMSI)
VLR / SGSN
AuC
K / RAND
K / RAND
AUTN
XRES
MAP Send authentification info ack(RAND / XRES / CK / IK / AUTN)
Send authentification request (RAND / AUTN)
F1, F5K / RAND
K / RAND
AUTN
RESF2
F1, F5
F2
Authentification response (RES)
Authentification réciproque de l’UE et du réseau NEW !
Si AUTNSi AUTNUEUE = = AUTNAUTNréseauréseau �������� Le rLe rééseau est authentifiseau est authentifiéé
Si RES = XRES Si RES = XRES �������� LL’’UE est authentifiUE est authentifiéé
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- 125 -
Établissement d’un contexte PDP Établissement d’un contexte PDP dans le domaine PSdans le domaine PS
SRNC
UE
SGSN
RANAP Initial UE message (Active PDP context, identificateur RAI...))
GGSN
RRC/RACH Initial direct transfert (Active PDP context, PS domain)
GTP Create PDP context request
Authentification et activation du chiffrement et de l’intégrité
HLR
Nœud B
Etablissement d’une connexion RRC
RANAP RAB assignment request
Etablissement des radio bearer
GMM Active PDP context accept
RANAP RAB assignment response
Transfert des paquets
GTP Create PDP context response
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- 126 -
RNC
RNS
Iub
RNC
Nœud BRNS
UTRAN
UE
Iub
Iur
Uu
Iu-CS
Iu-PS
Iu
Réseau cœur
Domaine à commutation de
circuits (CS)
Domaine à commutation de
paquets (PS)
Architecture de Architecture de l’UTRANl’UTRAN
Nœud B
25.401
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- 127 -
� Définition de quatre nouvelles interfaces : « Uu », « Iu », « Iur » et « Iub »
� interfaces ouvertes permettant l’interconnexion d’équipements de constructeurs différents
� Utilisation du CDMA large bande (WCDMA) comme méthode d’accès radio
� besoin de gérer la « macrodiversité »
� Introduction de l’ATM dans la couche de transport des interfaces « Iu », « Iub » et « Iur »
L’UTRANL’UTRAN : nouveautés: nouveautés
� Architecture hiérarchique héritée du BSS GSM
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 128 -
Interfaces de Interfaces de l’UTRANl’UTRAN
Interface Localisation Description en bref EquivalentGSM/GPRS
Uu UE-UTRANInterface radio qui permet au mobile de communiquer avec l’UTRAN. La technologie UTRA est utilisée dans cette interface
Um
Iu UTRAN-réseau cœur
Interface Iu-CS. Elle permet au RNC de communiquer avec le MSC/VLR (services en mode circuit)
A
Interface Iu-PS. Elle permet au RNC de communiquer avec le SGSN (services en mode paquet)
Gb
Iur RNC-RNCElle permet à deux RNC de communiquer. Nécessaire en CDMA pour effectuer, entre autres, la procédure de macrodiversité
Pas d’équivalent
Iub Nœud B-RNC C’est par cette interface que communiquent le Nœud B et le RNC
Abis
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- 129 -
ElementsElements de de l’UTRANl’UTRANRadio Access Network (RNS)Radio Access Network (RNS).. Sous-système du réseau d’accès radio qui fait partie de l’UTRAN et qui comprend un RNC et un ou plusieurs Nœuds B.
Radio Network Controller (RNC)Radio Network Controller (RNC).. Contrôleur des stations de base. Il contrôle l’utilisation et l’intégrité des ressources radio : c’est le « cerveau » dans le RNS :
� Gère les ressources radio : admission, charge, congestion, séquençage dans la transmission des paquets
� Gestion de la mobilité (handover) � Point d’accès pour le mobile vers le réseau cœur � Allocation des codes d’étalement �Contrôle de puissance « hors boucle »
NNœœud Bud B� Nom donné dans les spécifications techniques à une station de base � Effectue les procédures de la couche physique : modulation RF, étalement de spectre, contrôle de puissance en boucle interne, adaptation de débit, combining(suivant le principe du RAKE). Supporte les modes UTRA/FDD et/ou UTRA/TDD
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 130 -
Sélection
Soft-handover
Hard-handover
RNC RNC RNC
RNC RNC RNC
Sélection
Soft-handover
Hard-handover
RNC RNC RNC
RNC RNC RNC
La macrodiversité est un état d’opération du mobile où celui-ci reçoit le même signal transmis par des stations de base différentes. Elle est propre au CDMA.
Le soft-handover est un processus de handover où les liens radio sont ajoutés ou supprimés suivant certains critères de qualité. Le mobile conserve toujours au moins une liaison radio avec l’UTRAN : le service courant n’est jamais interrompu
Principe de la Principe de la macrodiversitémacrodiversité
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 131 -
SRNC
Nœud B
Nœud B DRNS
SRNS
UTRAN
UEIub
Iub
Iub
Iur
IuUu
Réseaucœur
DRNC
(b)
SRNC
Nœud B
DRNS
SRNS
UTRAN
Iub
Iub
Iub
Iur
IuUu
Réseaucœur
DRNC
UE (a)
Nœud B
Nœud B Nœud B
Signalisation et donnéesSignalisation
Intérêt de l’interface Intérêt de l’interface IurIur et rôle et rôle du DRNC (deux exemples)du DRNC (deux exemples)
� Le mobile est en état de macrodiversité
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- 132 -
Schématisation des Schématisation des échanges avec échanges avec l’UTRANl’UTRAN
RRC
RLC
MAC
Couche physique (WCDMA)
Uu
NBAP
Iub
Couche du réseau de transport (ATM)
UE Nœud B DRNC Réseau cœur
NBAP RNSAP
Iur
Couche du réseau de transport (ATM)
RNSAPRRC
RLC
MAC
L1
RANAP
Iu
Couche du réseau de transport (ATM)
RANAP
SRNC
Avantages de Avantages de ll’’ATMATM ::
� Possibilité de transporter du trafic avec des débits variables : appréciéparticulièrement pour le transport de la parole dans des périodes de silence
� Possibilité de préserver la qualité de service des médias véhiculés : apprécié particulièrement pour des services avec des contraintes temps réel
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- 133 -
Différences entre les interfaces Différences entre les interfaces radio GSM et UTRA/FDDradio GSM et UTRA/FDD
3,84 McpsDébit chip
AsynchroneAsynchroneSynchronisation entre BS
10 / 15 ~ 0,667 ms4,615 / 8 ~ 0,577 msDurée d’un slot
10 ms4,615 msDurée d’une trame
1 500 Hz2 HzPériodicité du contrôle de puissance
BPSK (VM), QPSK (VD)GMSKType de modulation des données
5 000 MHz200 kHzSéparation entre porteuses
Europe :1 920-1 980 (VM)2 110-2 170 (VD)
925-960 (VD)880-915 (VM)
1 805-1 880 (VD)1 710-1 785 (VM)
1 850-1 910 (VD)1 930-1 990 (VM)
Spectre de fréquences (MHz)
FDDFDDMode de duplexage
FDMA / CDMAFDMA / TDMATechnique d’accès multiple
UTRA / FDDGSM
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- 134 -
f
signal d’information
signal après étalement
infB
Den
sité
spe
ctra
le d
e pu
issa
nce
0A
spr1inf0signaldu puissance BABAS ===
sprB
1A0N
interférence et/ou bruit
f
inf
sprp B
BG =
Principe de l’étalement Principe de l’étalement de spectrede spectre
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- 135 -
source d’info.
code de canalisation
horloge chip
oscill.fc
mod. RF
débit chip (fixe)
a) Emetteur débit symbole (variable)
Walsh-Hadamard
code d’embrouillage
Gold
débit symbole (variable)b) Récepteur
oscill.fc
démod. RF
débit chip (fixe)
code d’embrouillage
Gold
code de canalisation
Walsh-Hadamard
récup. d’info.
synchronisation
source d’info.
code de canalisation
horloge chip
oscill.fc
mod. RF
débit chip (fixe)
a) Emetteur débit symbole (variable)
Walsh-Hadamard
code d’embrouillage
Gold
débit symbole (variable)b) Récepteur
oscill.fc
démod. RF
débit chip (fixe)
code d’embrouillage
Gold
code de canalisation
Walsh-Hadamard
récup. d’info.
synchronisation
Codes utilisés par la Codes utilisés par la technologie UTRAtechnologie UTRA
Deux types de codes :
1. Codes de canalisation (codes orthogonaux). En UPLINK, utilisés pour distinguer les canaux de contrôle et de data d’un utilisateur. En DONWLINK, utilisés pour distinguer les utilisateurs présents dans une même cellule
2. Codes d’embrouillage (codes pseudo-aléatoires). En UPLINK, utilisés pour distinguer les utilisateurs présents dans une même cellule. En DOWNLINK, utilisés pour distinguer une cellule ou un secteur dans le réseau
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- 136 -
Le contrôle de puissance Le contrôle de puissance en UTRA/FDDen UTRA/FDD
A quoi ça sertA quoi ça sert
� lutter contre l’effet « proche-lointain » dans la voie montante� réduire l’interférence des cellules voisines dans la voie descendante � contrecarrer les dégradations causées par le canal de propagation (affaiblissement de parcours, fast fading et shadowing) � prolonger l’autonomie de la batterie du mobile
TypesTypes
� contrôle de puissance en boucle ouverte (open loop power control)� contrôle de puissance en boucle fermée (closed loop power control)� Boucle interne de contrôle de puissance (inner loop power control)� Boucle externe de contrôle de puissance (outer loop power control)
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- 137 -
Bd
Adutilisateur A
AC BCutilisateur B
Puisque CA << CB l’utilisateur B
masque l’utilisateur APuisque CA << CB l’utilisateur B
masque l’utilisateur A
BAAB CCdd <<�<<
Bd
Adutilisateur A
AC BCutilisateur B
Puisque CA << CB l’utilisateur B
masque l’utilisateur APuisque CA << CB l’utilisateur B
masque l’utilisateur A
BAAB CCdd <<�<<
Besoin d’un contrôle de puissance rapide : Besoin d’un contrôle de puissance rapide : lutte contre l’effet «lutte contre l’effet « procheproche--lointainlointain »»
� Un contrôle de puissance rapide est effectué en créant une boucle fermée� Une commande de TPC est générée tous les slots, avec une périodicité de 1 500 Hz. A titre de comparaison, la périodicité en GSM est de 2 Hz
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- 138 -
Types de contrôle Types de contrôle de puissance de puissance
Le nœud B envoie des commandes pour contrôler la puissance TX de l’UE sur le canal physique
courant selon un seuil
UE
Nœud B
RNC
Boucle externe decontrôle depuissance
Boucle interne decontrôle depuissance
Boucle externe decontrôle depuissance
Mise à jour du seuil côté UE
L’UE envoie des commandes pour contrôler la puissance TX
du nœud B sur le canal physique courant selon un seuil
Mise à jour du seuil côté nœud B
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 139 -
Architecture par couches Architecture par couches de l’interface radio UTRAde l’interface radio UTRA
cont
rôle
cont
rôle
Canaux logiques
Canaux de transport
Plan de contrôle Plan usager
Couche physique
Couche 2 / MACCouche 2 / MAC
Couche 1 / physiqueCouche 1 / physique
RLCCouche 2 / RLCCouche 2 / RLC
MAC
RLCRLC
RLCRLC
RLCRLCRLC
BMC Couche 2 / BMCCouche 2 / BMC
RRCcontrôle
PDCPPDCP Couche 2 / PDCPCouche 2 / PDCP
cont
rôle
Couche 3 / RRCCouche 3 / RRCRadio bearers
Signalling radio bearers
Canaux physiques
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 140 -
Voi
e de
scen
dant
e
Canaux dédiés
Canauxphysiques
Canaux detransport
Canauxlogiques
Voi
e m
onta
nte
DCH DPDCHDPCCH
DSCH
FACH
PCH
BCH
PDSCH
S-CCPCH
P-CCPCH
CCCHDCCH
DTCH
RACHCPCH
PRACHPCPCH
DCHDPCCHDPDCH
DTCHCTCH
DCCH
CCCH
PCCHBCCH
Les différents canaux en UMTSLes différents canaux en UMTS
Canaux dédiés
Canaux dédiés Canaux dédiés
Canaux communsCanaux communs
Canaux de trafic
Canaux de trafic
Canaux de contrôle
Canaux de contrôle
Couches supérieures Couche physique
C’est un peu une usine à gaz !!
Canal physique en UMTS :Canal physique en UMTS :
� une fréquence porteuse
� un code de canalisation (chanelisation code)
� un code d’embrouillage (scrambling code) d
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 141 -
� Ses principales fonctions sont :� gestion des états RRC� diffusion des informations système
� gestion du paging
� sélection initiale et resélection de cellule dans l’UE
� gestion de la mobilité dans l’UTRAN (handover)
� contrôle des mesures
� configuration du chiffrement et de l’intégrité
� gestion de la QoS demandée
� contrôle de puissance en boucle externe
Les protocoles radio Les protocoles radio –– 1/41/4
Couche RRCCouche RRC
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 142 -
VM : pas d’activitéVD : PICH/PCH, BCHMobilité : gérée par le réseau cœur (LA / RA)
CELL_PCH
CELL_DCH CELL_FACH
URA_PCH CELL_PCH
CELL_PCHCELL_DCH CELL_FACH
Mode veille RRC
Mode connecté RRC
Etablissement / libération de la connexion RRC
VM : pas d’activitéVD : PICH/PCH, BCHMobilité : URA
VM : pas d’activitéVD : PICH/PCH, BCHMobilité : cellule
VM : RACH, CPCHVD : FACH, BCHMobilité : cellule
VM : DCHVD : DCH, DSCHMobilité : cellule
EtatsEtats de service de service RRCRRC
Les protocoles radio Les protocoles radio –– 2/42/4
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 143 -
� Segmentation, assemblage, concaténation et/ou rembourrage des PDU des couches supérieures, chiffrement, contrôle/correction d’erreurs…� Offre trois modes d’opération :
� Transparent (TM).Transparent (TM). RLC ne fait aucune contribution aux flots qui lui arrivent (pas d’en-têtes). Communication rapide mais peu fiable.
� Sans acquittement (UM)Sans acquittement (UM). Effectue la détection d’erreurs. Pas de retransmission. Exemple : service temps réel en mode paquet
� Avec acquittement (AM)Avec acquittement (AM). Effectue la détection et le contrôle d’erreurs suivant la technique (ARQ). Exemple : service non temps réel en mode paquet
� Multiplexe plusieurs canaux logiques (couches supérieures) dans des canaux de transport (couche physique), et vice versa� Sécurise les données transmises dans l’air en appliquant une opération de chiffrement (pourvu que RLC opère en mode transparent)
Couche MACCouche MAC
Couche RLCCouche RLC
Les protocoles radio Les protocoles radio –– 3/43/4
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 144 -
Couche BMCCouche BMC� Présente exclusivement dans le plan usager� Utilisée pour mettre en place les services broadcast et multicast(point à multipoint).
� Présente exclusivement dans le plan usager
� Effectue la compression / décompression des en-têtes TCP/UDP et IP
Couche PDCPCouche PDCP
� Détection et correction d’erreurs dans les canaux de transport
� Multiplexage des canaux de transport sur des canaux physiques
� Etalement et désétalement de spectre des canaux physiques
� Prélèvement des mesures radio (envoyées aux couches supérieures)
� Contrôle de puissance en boucle fermée
� Modulation et démodulation RF
Couche physiqueCouche physique
Les protocoles radio Les protocoles radio –– 4/44/4
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 145 -
Exemples de débits maximum Exemples de débits maximum «« utilesutiles » dans la voie montante» dans la voie montante
256 15 kbps
Débit « brut » du DPDCH
SF du DPDCH
Débit « utile » (approx.)
7,5 kbps 128 30 kbps 15 kbps
64 60 kbps 30 kbps 32 120 kbs 60 kbps
16 240 kbps 120 kbps
8 480 kbps 240 kbps 4 960 kbps 480 kbps
multicode 6 codes et SF = 4
960 x 6 = 5 760 kbps
2 880 kbps
� Le débit « utile » est considéré ici comme le débit binaire au dessus de la couche physique (hors bits de CRC, de queue et des en-têtes MAC et RLC) � On suppose un taux de codage 1/2
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 146 -
Exemples de débits maximum Exemples de débits maximum «« utilesutiles » dans la voie descendante» dans la voie descendante
512 24 kbps
Débit « brut » du DPDCH
SF du DPDCH
Débit « utile » (approx)
12 kbps 256 21 kbps 10,5 kbps
128 51 kbps 25,5 kbps 64 90 kbps 45 kbps
32 225 kbps 112,5 kbps
16 432 kbps 216 kbps 8 1 063 kbps 531,5 kbps
4 1 873 kbps 936, 5 kbps multicode 3
codes et SF = 4 1 873 x 3 = 5 619
kbps2 809,5 kbps
� Le débit « utile » est considéré ici comme le débit binaire au dessus de la couche physique (hors bits de CRC, de queue et des en-têtes MAC et RLC) � On suppose un taux de codage 1/2
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 147 -
Fonctions de RRC : établissement Fonctions de RRC : établissement d’une connexion RRC d’une connexion RRC
UE UTRAN
RRC RRC connection request connection request
RRC RRC connection setup connection setup
RRC RRC connection setup complete connection setup complete
CCCH/RACH : TM RLCCCCH/RACH : TM RLC� Identité initiale de l’UE� Raison de l’établissement
CCCH/FACH : UM RLCCCCH/FACH : UM RLC� Identité initiale de l’UE� Mise à jour des UE capabilities requises � Information sur les radio bearers de signalisation� Indicateur de l’état RRC� Informations sur les canaux de transport disponibles
DCCH/RACH : AM RLCDCCH/RACH : AM RLC� Informations pour la sécurisation des appels (intégrité et chiffrement) � Capacités radio de l’UE
� Une seule connexion pour les services en mode paquet et circuit
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 148 -
EtablissementEtablissement d’un radio d’un radio access beareraccess bearer (RAB)(RAB)
Radio Access Bearer(s) (RAB(s))
RANAP: RAB assignment request
RANAP: RAB assignment complete
MSC
RNCSGSN
Iu bearer 1 (domaine PS)
Iu bearer (domaine CS)
Iu bearer K (domaine PS)
RRC: Radio bearer setup
RRC: Radio bearer setup complete
Radio bearer 1
Radio bearer 2
Radio bearer N
UE
un seul canal physique (généralement)
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 149 -
Fonctions de RRC : Fonctions de RRC : établissement d’un établissement d’un bearer bearer radio radio
UE UTRAN
Radio Radio bearer setupbearer setup
Radio Radio bearer setup completebearer setup complete
DCCH : AM ou UM RLCDCCH : AM ou UM RLC� Informations de sécurité (chiffrement intégrité…)� Information sur le radio bearer :� configuration de la couche 1� configuration de MAC et RLC� configuration de PDCP� canaux de transport info.
(nouveaux et/ou modifiés)� TFC disponibles
DCCH/RACH : AM ou UM RLCDCCH/RACH : AM ou UM RLC� Vérification de l’intégrité (optionnelle)
� Valable pour des services en mode paquet et circuit
25.331
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 150 -
Exemple 1 : traitements effectués Exemple 1 : traitements effectués dans le plan usager PSdans le plan usager PS
En-tête MAC
En-tête RLC
En-tête RLC
SDU RLC
En-tête PDCP
SDU PDCP
En-tête TCP/IP
En-tête PDCP
SDU PDCP
Données de l’application
SDU RLC
SDU MAC (PDU RLC)
Block de transport (PDU MAC)
CRC
En-tête MAC
SDU MAC (PDU RLC)
Block de transport (PDU MAC)
CRC
En-tête TCP/IP
40 octets
2 ou 3 octets
de l’ordre de 40 octets
2-4 octets
0 ou 3 octets
TCP/IP
L2/PDCP
L2/RLC
L2/MAC
L1/ physique
De l’ordre de 512 octets
2 octets 2 octets
Segmentation
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 151 -
Exemple 2 : service 64 Exemple 2 : service 64 kbpskbps(données PS) + (données PS) + SRBsSRBs à 3.4 à 3.4 kbpskbps
34.108
RLC (UM)
136 bits136 bits
RLC (AM)
RLC (AM)
128 bits128 bits 128 bits128 bits 128 bits128 bits
144 bits144 bits 144 bits144 bits 144 bits144 bits 336 bits336 bits
SRB1 à 3,4 kbps
SRB2 à 3,2 kbps
SRB3 priorité haute
à 3,2 kbps
DCCH DCCH DCCH DCCH DTCH
DPCH
DCH TTI = 40 ms
Codage conv. 1/3 CRC = 16 bits
DCH TTI = 40 ms
Codage conv. 1/3 CRC = 16 bits
SRB4 priorité faible
à 3,2 kbpsNAS
RRC
RLC
MAC
Couche physique
320 bits320 bits
Service paquet(interactif à 64 kbps)
RLC (AM)
RLC (AM)
N = [ 0, 1, 2, 4, 8]
144 bits144 bits
DCHTTI = 20 ms
Codage Turbo 1/3 CRC = 16 bits
DCHTTI = 20 ms
Codage Turbo 1/3 CRC = 16 bits
336 bits × N336 bits × N148 bits148 bits148 bits148 bits
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 152 -
VDf1
VMf2
fré q
uenc
e
temps
Fréquence de garde
(a) Mode FDD
f1
fré q
uenc
e
temps
Période de garde
(b) Mode TDD
VM : Voie montanteVD : Voie descendante
VM VD VD VD VD VM
Station de base
Station de base
Terminal mobile
Terminal mobile
L’UTRAL’UTRA/TDD en un clin d’œil/TDD en un clin d’œil
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 153 -
Une trame
Usager 1
Usager 2
Usager N
Temps
Fréq
uenc
eC
odes
Données Midamble Données
Un slot
Usager 1
Période de garde
Un burst
25.221
L’UTRAL’UTRA/TDD en un clin d’œil/TDD en un clin d’œil
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 154 -
Oui
Non
Resélectionne ce PLMN Resélectionne cette cellule
Une cellule de bonne qualité appartenant à un
PLMN de plus haute priorité a été trouvée ?
Recherche d’un nouveau PLMN suivant des règles de priorité
préétablies
Mise sous tension
Sélection d’une porteuse UMTS
Décodage du BCH
Sélection de PLMNSélection de PLMN
Est-ce une cellule « convenable » ?
Non
Inscription au domaine CS ou/et PS
Détection d’une cellule avec un code de
scrambling valide ?
Non
Une cellule voisine est meilleure que la cellule courante
?
Oui
Non
Resélectionne cette cellule
Recherche de nouvelles cellules intra et interfréquence
Non
Oui
Oui
a) Calage initial sur une cellulea) Calage initial sur une cellule b) b) ResélectionResélection de cellule et de PLMNde cellule et de PLMN
Procédures du mobile dans l’état de veilleProcédures du mobile dans l’état de veilleMCC MNCCode pays
Code PLMN
Identité du PLMN
25.304
� En UMTS, on introduit la notion de PLMN équivalent (interopérabilité GSM/UMTS)
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 155 -
� Toutes les cellules n’offrent pas les mêmes services. Typiquement le mobile cherche à sélectionner une cellule «cellule « convenableconvenable »» :
1) la cellule doit faire partie du PLMN sélectionné 2) la cellule ne doit pas être interdite (barred) 3) la cellule ne doit pas faire partie d’une zone de localisation interdite suivant une liste établie par l’opérateur 4) la cellule doit satisfaire le critère radio « S » (cf. 25.304)
L’objectif du processus de sélection de cellules est de se caler sur une cellule, i.e. de trouver une cellule associée au PLMN sélectionné afin d’accéder aux services souscrits
�On appelle cellule cellule «« acceptableacceptable »», , celle qui ne satisfait que les critères 2) et 4). Seuls des appels d’urgences peuvent être passés
Processus de sélection de cellulesProcessus de sélection de cellules
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 156 -
Tâches du mobile dans les Tâches du mobile dans les modes veille et connecté RRCmodes veille et connecté RRC 25.331
CELL_PCH
CELL_DCH CELL_FACH
URA_PCH CELL_PCH
CELL_PCHCELL_DCH CELL_FACH
CELL_FACHCELL_PCHSélection
de cellule
Mode connecté RRC
Handover intersystème
Handover intrafréquence
CELL_FACHCELL_PCH
Recherche/sélection de PLMN (procédure
NAS)
Handover interfréquence
Resélection de cellules intrafréquenceResélection de cellules interfréquence
Resélection de cellules intersystème
Resélection de cellules intrafréquenceResélection de cellules interfréquence
Resélection de cellules intrafréquenceResélection de cellules interfréquence
Resélection de cellules intrafréquenceResélection de cellules interfréquence
Resélection de cellules intersystème Resélection de cellules intersystème
Resélection de cellules intersystème
Mode veille RRCMise sous
tension
Cell change order from UTRAN Cell change order from UTRAN
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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Types de Types de resélectionresélection de de cellules en UMTScellules en UMTS
Une fois calé sur une cellule, le mobile cherche de nouvelles cellules offrant une meilleure qualité que celle offerte par la cellule sélectionnée
ResélectionResélection de cellules de cellules intrafréquenceintrafréquence� La nouvelle cellule sélectionnée utilise la même fréquence porteuse que la cellule que l’on quitte. Nécessité de mesures mesures intrafrintrafrééquencequence
ResélectionResélection de cellules de cellules interfréquenceinterfréquence� La nouvelle cellule sélectionnée utilise une fréquence porteuse différente de celle de la cellule quittée. Nécessité de mesures mesures interfrinterfrééquencequence
ResélectionResélection de cellules interde cellules inter--RATRAT� La nouvelle cellule sélectionnée appartient à un réseau d’accès radio différent de celui auquel appartient la cellule quittée. Nécessité demesures mesures intersystintersystèèmeme
� La procédure de resélection est à la charge de l’UE suivant le critère radio « R »
25.304
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 158 -
Processus de Processus de handoverhandover en UMTSen UMTSProcessus qui permet de basculer une communication en cours d’une
cellule à une autre sans que la qualité du service ne soit dégradée
SoftSoft--handoverhandover� Le mobile communique simultanément avec plusieurs cellules� Il est toujours du type intrafréquence
HardHard--handoverhandover� IntrafrIntrafrééquencequence
� se produit lorsque le soft-handover est impossible. Par exemple, lorsque l’interface « Iur » est saturée � InterfrInterfrééquencequence
� handover entre deux cellules qui utilisent une fréquence porteuse différente� IntersystIntersystèèmeme (inter(inter--RAT)RAT)
� handover entre un réseau GSM et UMTS
� La procédure de handoverest à la charge de l’UTRAN
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 159 -
Connexion courante sur la cellule 1
Evénement 1A : adjoint la cellule 2
Evénement 1C : remplace la cellule 1 par la cellule 3
Evénement 1B : relâche la cellule 3
CPICH 1
CPICH 2
CPICH 3
Temps
Mes
ure
de q
ualit
é∆T
As_Rep_Hyst
As_Th + As_Th_Hyst
As_Th – As_Th_Hyst
SoftSoft--handoverhandover : : exemple de procédureexemple de procédure
∆T ∆T
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- 160 -
Zone rurale
f1f1f1
f2f2
f3 f3
Handoverinterfrèquence pour répartir la charge
Handover interfrèquence pour des raisons de
couverture
Zone urbaine
HardHard--handover interfréquencehandover interfréquence
Chaque opérateur UMTS possède entre 2 et 3 fréquences porteusesBesoin du mode compressé
Une trame (10 ms)Ecart de temps où la
transmission est interrompue
DPCHTrame
compressée
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� Garantie d’une couverture totale pour les abonnés UMTS dès les premiers déploiements� Rentabilisation des réseaux GSM/GPRS existants tout en familiarisant les abonnés avec les nouveaux services� Minimisation des problèmes de congestion, très probables lors d’un déploiement rapide� Migration graduelle, non « traumatique » des abonnés GSM vers l’UMTS� En attente des terminaux bimode GSM/UMTS Type 2
AvantagesAvantages
Architecture commune GSM et UMTS Architecture commune GSM et UMTS
� Constat : une grande partie des opérateurs UMTS sont déjà des opérateurs GSM� Constat : une grande partie des opérateurs UMTS sont déjà des opérateurs GSM
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
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ME
Uu
USIM
SIM
Cu
SIM-ME i/f
MSC /VLR
SGSN
EIR
GMSC
GGSN
Iu-CS
Iu-PS
Gs
F
Gn
Gf Gc
C
RTC
Signalisation et données Signalisation
AuCH
HLR
D
GrA
GbInternet/PDP
RTC/RNIS
Gi
RTCUTRAN
GERAN
Um
Réseau cœur commun UMTS/GSM
Réseau cœur commun Réseau cœur commun UMTS/GSM (scénario 2a)UMTS/GSM (scénario 2a)
Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004
- 163 -
UTRAN
ME
Um
Uu
USIM
SIM
Cu
SIM-ME i/f
3G-MSC /VLR
3G-SGSN
EIR
GMSCIu-CS
Iu-PS
GsF
F
Gc
C
RTC
AuCH
HLR
D
Gr
RTC/RNIS
Gi
MSC/VLR
SGSN GGSN
Gb
Gs
Gn
RTC
A
Internet/PDP
GERAN
Gf
Gf
Gr
D
Signalisation et données Signalisation
Réseau cœur UMTS
Réseau cœur GSM
RTC
Gi
UTRAN
ME
Um
Uu
USIM
SIM
Cu
SIM-ME i/f
3G-MSC /VLR
3G-SGSN
EIR
GMSCIu-CS
Iu-PS
GsF
F
Gc
C
RTC
AuCH
HLR
D
Gr
RTC/RNIS
Gi
MSC/VLR
SGSNSGSN GGSN
Gb
Gs
Gn
RTC
A
Internet/PDP
GERAN
Gf
Gf
Gr
D
Signalisation et données Signalisation
Réseau cœur UMTS
Réseau cœur GSM
RTC
Gi
Réseaux cœur indépendants Réseaux cœur indépendants UMTS et GSM (scénario 2b)UMTS et GSM (scénario 2b)
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GSMGSMGSM
UTRANHandover GSM-UTRAN :- pour des raisons de service- pour répartir la charge
GSM
UTRAN
GSM
Handover GSM-UTRAN :- pour étendre la couverture
Zone rurale
Zone urbaine
HardHard--handover intersystèmehandover intersystème
UMTS/CS seulDonnées circuit >= 32 kbps
UMTS/CS seulDonnées circuit < 32 kbps
Préfère UMTS/PSDonnées paquet
GSMVoix
Système préféréService
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