Frédéric D Hont SOMMAIRE PRESENTATION DU

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Frédéric D ’Hont

SOMMAIRE

PRESENTATION DU CONTEXTE

UMTS UMTS

HSCSD HIGH SPEED CIRCUIT SWITCHED DATA

EDGE ENHANCED DATA RATE FOR GSM EVOLUTION

SITUATION DES RADIO MOBILES AU NIVEAU MONDIAL Chiffres 2001: GSM 564 Millions de clients CDMA 100 Millions de clients IS - 95 (continent américain et Asie) TDMA IS - 136 (Digital-AMPS) 81 millions de clients (Etats-Unis) TDMA PDC ( Personal Digital Cellular) /PHS ( Personal Handyphone System) 55 millions de clients , Japon

ETAT DES LIEUX MONDIAL

INCOMPATIBILITE DES SYSTEMES EXISTANTS

QU ’EST CE QUE L ’U M T S

LES PRINCIPES DE L ’UMTS

UNE NORMALISATION INTERNATIONALE

LES DATES « CLE » 1992 Réservation par l ’ITU à l ’IMT 2000 de 2 (+ 2 MSS) bandes de fréquences (230 MHz + 150 MHz MSS) 1998 16 propositions reçues pour l ’interface air Technologie CDMA majoritaire 1999 2 familles de technologie retenues en CDMA Création de 2 regroupements de constructeurs et opérateurs

LES DATES « CLE »

LES DATES « CLE » 1999 Premières spécifications techniques 2000 Début des attributions des licences UMTS en Europe (Espagne) Recommandations UMTS release 99 publiées (UMTS phase 1) Réservation de 3 bandes de fréquences complémentaires (160 MHz) - (900, 1800, 2600 MHz) 2001 UMTS release 4 2002 UMTS Release 5 2004 Ouverture commerciale 1 er réseau UMTS en France

BANDES DE FREQUENCE

UN SYSTEME ETABLI PAR DES CONSTRUCTEURS

QUELS SERVICES ?

Services Multipoint • Radio mobile • TV mobile • Services de distribution d’information (métro, trafic, sport, …. ) ou de musiques Paging

SEPARATION RESEAU D ’ACCES ET RES COEUR

SEPARATION RESEAU ACCES ET RESEAU COEUR IU UTRAN IU IU SRAN BRAN Réseaux d ’accès

L ’INTERFACE RADIO

L ’INTERFACE RADIO Les méthodes d ’accès 2 techniques proposées : TDD (Time Division Duplex) FDD (Frequency Division Duplex) TDD : Une seule et unique fréquence utilisée alternativement par les deux voies de communication FDD : Une fréquence utilisée pour chaque sens de communication (comme en Gsm…)

DIFFERENCES FDD/TDD FDD : Adapté aux applications à débit symétrique (même largeur de bande pour UL et DL) Technique non optimale pour débit asymétrique Technique plus mature TDD : Technique plus flexible quand spectre limité Gestion des interférences plus complexe Bandes de fréquence allouées : TDD [1900 -1920] U [2010, 2025] FDD UL [1920, 1980] canaux) FDD DL [2110, 2170] 7 canaux 2 x 60 MHz (2 x 12

LA TECHNOLOGIE CDMA

PRINCIPE DE L ’ETALEMENT DE SPECT Etalement de la puissance du signal d ’information sur une bande de fréquence plus large Signal usager X Séquence d ’étalement (Transmissio n) X Séquence d ’étalement Filtre/ récepteur Séquenc e récupéré e

SPREADING FACTOR (gain de traitement ou gain d ’étalement) SF : B étalement / B information où B étalement : Bande du signal résultant du processus d ’étalement B information : Bande occupée par le signal d ’information Indicateur direct de qualité = BER = SF x SIR (Signal to Interference Ratio)

CHIP RATE Chip = Elément de code Chip rate = débit de la séquence de code utilisée En IS 95 Chip rate = 1, 2288 En UMTS important) Chip rate fixe : 3, 84 Mcps (étalement plus Notion de Wideband CDMA (WCDMA) Pour CDMA 2000 Plusieurs chip rates utilisables (multiples du chip rate IS 95 : N x 1, 2288 9; 12}) Mcps N = {1 ; 3 ; 6 ;

LES CODES UTILISES

LES CHANNELIZATION CODES

LES CHANNELIZATION CODES C 4, 1 = (1, 1, 1, 1) SF = 1 C 4, 2 = (1, 1, -1) C 2, 2 = (1, -1) C 1, 1 = (1) C 2, 1 = (1, 1) C 4, 3 = (1, -1, 1, 1) C 4, 4 = (1, -1, 1) SF = 2 SF = 4 ….

LES CHANNELIZATION CODES

LES SCRAMBLING CODES X OVSF X Codes de brouillage

AFFECTATION DE CODES

OPTIMISATION DE L ’UTILISATION D CODES

PLANIFICATION CODES CDMA

LIMITE DE CAPACITE EN CDMA

LES CANAUX 3 types de canaux : logiques (informations à transmettre), transport (canaux logiques mis en forme), physiques (canaux réellement transmis sur l ’interface radio) Cœur de Réseau Station de Base Canaux logique Canaux de transport Canaux physiques Mobile

LES CANAUX LOGIQUES

LES CANAUX DE TRANSPORT

NOTION DE QOS

LES CANAUX PHYSIQUES

LA COUCHE PHYSIQUE UMTS

RECHERCHE DE CELLULE INITIALE

PROCEDURE DE GESTION DES RESSOURCES RADIO

RADIO RESSOURCE MANAGEMENT Nouveau RAB Contrôle d ’admission Allocation de codes, de puissance et de la station de base RAB rejeté N O K Contrôle de congestion: HO Puissance Préemption RAB accepté RAB rejeté RAB accepté

PRINCIPE DU CELL BREATHING - LIMITATION UL

CONTRÔLE DE PUISSANCE

SOFT HANDOVER Principe : Mobile lié à plusieurs stations de base - Transmission non interrompue lors d’un changement de cellule -> iversité D (amélioration des performances) Objectif: Permettre d ’avoir un Eb plus ort f C ’est le réseau qui décide Inconvénient : En DL, allocation d ’un code OVSF pour chaque lien => Diminution du nombre de code disponible => Signalisation plus importante (paramétrage à affiner)

SOFT HANDOVER

L ’ACCES Cellules candidates: Critère S ( Suitable ) Squalité > 0 et ( ) Srx. Lev ( champ ) > 0 Squal Qqualmeas = - Qqualmin Qqualmeas mesure du rapport S/B du canal CPICH de la cellule Qqualminniveau min de qualité requis dans la cellule Srx. Lev Qrx. Levmeas = - Qrx. Levmin - Pcompensation Qrx. Levmeas mesure du niveau du signal reçu par le mobile sur le ca CPICH Qrx. Levmin niveau min de signal requis dans la cellule Pcompensation réserve de puissance du mobile sur la voie montante (pénalité si Pmax mobile < niveau permis dans cellule)

L ’ACCES Choix de la cellule Classement suivant un critère radio : -> S/B canal CPICH -> Niveau reçu sur canal CPICH

LA GESTION DE LA MOBILITE

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE VEILLE

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE Différents niveaux d’état connecté : 4 niveaux différents définis pour s ’adapter au mieux aux différents services CELL_DCH : Canaux de transport dédiés alloués dans les 2 sens de communicati (analogue à l’état connecté GSM) -> Contrainte de temps réel (téléphonie, diffusion vidéo) -> Contrainte de mobilité par le réseau

LA GESTION DE LA MOBILITE EN MODE CONNECTE

LES MESURES RADIO

INTERFACE RADIO - Architecture en couches - Comme en GSM: Architecture en couches - Similarité avec couches OSI sur les couches 1 à 3 (bas niveau) Niveau 1: Couche Physique Niveau 2: Couche Liaison Niveau 3: Couche Routage

INTERFACE RADIO - Architecture en couches GSM GPRS UMTS Couche 1 GMSK QPSK Couche 2 LAPDm + complexe - Fiabilisation que LAPDm du transport RLC 3 sous-couches - Multiplexage Sécurité transport - Indépendance Segmentation interface radio Multiplexage ar rapport au p réseau - Compression en-tête IP PDCP Couche 3 (mobilité RR SNDCP + établ. appels) (encapsulation + compression en-tête IP) RRC (RR GSM)

L ’ARCHITECTURE DE L ’UMTS

L ’architecture de l ’UMTS UE User Equipment Uu UTRAN Iu RESEAU COEUR

L ’architecture de l ’UMTS - Réseau cœur GSM / UMTS très similaires - Réseau d ’Accès: RNC (Radio Network Controller) Node B Equivalent BSC Equivalent BTS

L ’architecture de l ’UMTS VLR Iub RNC

L ’architecture de l ’UMTS GMSC Au. C C H HLR EIR D VLR F MSC Gs GGSN Gd Gf Gn SGSN RESEAU COEUR Iu Iu RNC Iur RNC Iub Node B Uu UE RESEAU D ’ACCES

Réseau d ’Accès et réseau coeur Réseau d ’accès: Achemine l ’information depuis le terminal mobile jusqu ’au rése cœur et vice versa Réseau cœur: Assure la gestion du service offert et l ’acheminement des communications vers les réseaux fixes

Equipement Usager (UE) - UICC (Universal Integrated Circuit ard C ): carte à puce - USIM (Universal Subscriber Identity Module): Application contenue dans l ’UICC permettant l ’accès aux services Contient: IMSI MSISDN Identités temporaires de l ’usager (TMSI / PTMSI) Identités des zones de localisation courantes de l ’UE Clés de chiffrement et d ’intégrité Liste des réseaux interdits

Le réseau cœur de l ’UMTS En GSM: réseau cœur séparé en 2 suivant commutation de circuit de paquet (GPRS) -> Gestion séparée de l ’établissement d ’appel et de la mobilit (MSC/VLR et SGSN) En UMTS: cette distinction subsiste (R 99) avec 2 domaines: - CS (Circuit Switched ) - PS ( acket P Switched )

Eléments du cœur de réseau - Domaine CS: MSC (commutateur de données et de signalisation) GMSC (commutateur passerelle vers réseaux extérieurs) - Domaine PS: SGSN (rôle du VLR avec les RA) GGSN (rôle du GMSC pour le GPRS) - Elements communs: HLR (base de données contenant les infos relatives aux clients) Au. C (élément de gestion des fonctions de sécurité: authentification/ chiffrement) EIR (base de données contenant la liste des mobiles interdits Black List équipement optionnel)

Réseau cœur intégré - Notion prévue en UMTS pour intégrer les domaines CS et PS - Exécution de procédures combinées de mise à jour de LA et RA - Gains: temps de traitement coûts de maintenance - Entité MSC U (UMTS MSC) qui regroupe MSC et SGSN - Prévu dans la Release 4 (réseau tout IP en release 5)

RESEAU D ’ACCES - L ’UTRAN Nouveautés: - 2 nouvelles interfaces ouvertes: Iub (Node B -RNC) Iur (RNC - RNC) - Utilisation du CDMA Large Bande - Introduction de l ’ dans les interfaces: ATM Iu (RNC - MSC), (Node Iub B - RNC) et (RNC - RNC) Iur - Notion de point d ’ancrage sur du trafic Data

RESEAU D ’ACCES - Les constituants RNC: radio Contrôleur des stations de base (Equivalent BSC) Contrôle l ’utilisation et l ’intégrité des ressources -> Gestion de l ’admission, charge, congestion -> Gestion de la mobilité (soft handover - procédures de macrodiversité ) -> Allocation de codes -> Gestion du contrôle de puissance loop outer

RESEAU D ’ACCES - Les constituants Notions différentes de RNC: - CRNC (RNC de contrôle): contrôle les ressources radio sur les nodes B en charge - SRNC (RNC serveur): contrôle la connexion d ’un UE en particulier (RNC à l ’établissement de connexion) ainsi que les procédures associées (HO, allocation/résiliation des RAB, contrôle de puissan Le SRNC joue le rôle d ’un point d ’ancrage pour diminuer la charge signalisation dans le réseau cœur. Le CRNC joue alors le rôle d ’un simple routeur entre le mobile et le SRNC (notion de Drift RNC DRNC). Attention toutefois à la charge de signalisation sur l ’ Iur !

RESEAU D ’ACCES - Les constituants Notions différentes de RNC SRNC 1 Iur Node B 1 RNC 2 Node B 2 DEPLACEMENT CRNC (Node B 2)

RESEAU D ’ACCES - Les constituants NODE B Rôle principal: Assurer les fonctions de réception et de transmission radio pour une ou plusieurs cellules Equivalent de la BTS en GSM/ Nom donné à une station de base Effectue les procédures de la couche physique: Modulation Etalement de spectre Contrôle de puissance Adaptation de débit Principe de RAKE Supporte les modes FDD et TDD

RESEAU D ’ACCES - Les constituants LES INTERFACES Iu (RNC - MSC/SGSN): - Gestion des RAB (allocation, libération et modification) - Relocalisation du SRNC - Fonctions de sécurité - Paging - Réinitialisation du RNC ou du MSC - Transfert de signalisation Equivalent aux interfaces A et Gb GSM

RESEAU D ’ACCES - Les constituants LES INTERFACES Iub (RNC - Node B): - Gestion des liens radio - Gestion des mesures radio - Contrôle de puissance Equivalent à l ’interface GSM Abis

RESEAU D ’ACCES - Les constituants LES INTERFACES Iur(RNC - RNC): - Echange de signalisation - Gestion des liens radio (notamment procédure de macrodiversité ) - Gestion des mesures radio - Contrôle de puissance Pas d ’équivalent en GSM

LE ROLE DE L ’ATM ATM: synchronous A Transfert Mode Technique de transmission combinant les avantages: - - du mode circuit (débit et délai de transmission garantis) du mode paquet (possibilité de gains statistiques liés au multiplex de différents usagers à profil de trafic différent)

LE ROLE DE L ’ATM Mode de transfert dans les réseaux RNIS Large Bande Possibilité de support de trafic avec des débits variables Possibilité de préserver la qualité de service des médias véhiculés En UMTS: transport des interfaces et Iur Iu , Iub S ’appuie sur des standards des couches physiques déjà défin FO, SDH

PRINCIPES DE L ’ATM

PROCEDURES DE SECURITE

UMTS – HSDPA

UMTS – HSUPA

CONCLUSION COMPARATIF GSM / UMTS

CONCLUSION PERSPECTIVES - Refus de l’ARCEP en octobre de l’attribution de la 4 e licence (FREE MOBILE / ILIAD) => Gouvernement ? - 3 G dans les DOM : procédure en cours - 3 G dans tout le territoire : demande d’attribution de fréquences dans la bande des 800 MHz - En zone hyper urbaine : complément avec technologie WI MAX en bande 2, 6 GHz ?

CONCLUSION PERSPECTIVES Technologie mobile dite de quatrième génération, ( Ultra Mobile Broadband (UMB): / LG / Lucent: basé Qualcomm sur CDMA Long Term Evolution (LTE) : évolution à long terme, caractéristiques similaires à celles de l'UMB de Qualcomm , compatible avec les réseaux de type GSM.

CONCLUSION PERSPECTIVES Compétition entre LTE et Wi. MAX Nexteltroisième opérateur de téléphonie mobile des Etats-Unis : 5 , milliards de dollars à un réseau (Business. Week. com, 03/09/07), Wi. MAX cible 100 millions d'Américains auront accès d'ici à la fin de l'année 2 Verizon Wireless, le numéro deux des opérateurs mobiles américains, envisage de choisir le qui a le soutien LTE, ui a le soutien d'Ericsson et de Nokia. AT& q -Mobile.

CONCLUSION PERSPECTIVES Wi. MAX mobile : Samsung en Corée, affirme que cette technologie est si performante n'y aura pas besoin de LTE. Vitesse moyenne se rapproche plus de 30 mégabits. Moins coûteux à mettre en service que la technologie mobile 3 G Cisco , a scellé son entrée dans le cercle du récemment en Wi. MAX annonçant son intention d'acheter, pour la somme de 330 millions de dollars (228 millions d'euros), Networks Navini , un équipementier Wi. MAX détenteur de brevets cruciaux.

CONCLUSION PERSPECTIVES Novembre 2007 : le Wi. MAX a remporté une victoire significative quand l'Assemblée des radiocommunications de l'Union internationale des télécommunicatio (UIT), une branche de l'Onu, a accepté de l'intégrer dans ce qu'on app famille de la troisième génération des standards de téléphonie (3 G). Cet aval permettra à de nombreux pays membres de l'UIT de consacrer une partie des ondes de la radio publique au Wi. MAX. Intel , le plus grand fabricant au monde de puces, prévoit d'intégrer ce technologie aux ordinateurs portables en 2008. Samsung a déjà dévo plusieurs appareils Wi. MAX Nokia Motorola ; et ont annoncé qu'ils et comptaient aussi commencer à vendre des appareils mobiles utilisan technologie en 2008.

CONCLUSION PERSPECTIVES Le Wi. MAX s'implante également dans les pays en voie de développeme La technologie est adoptée rapidement par les opérateurs dans des mar qui connaissent une croissance rapide, comme le Brésil, la Chine, l'Inde la Russie. Clearwire , une entreprise très en vue, fondée en 2003 par Craig , Mc. Caw pionnier du sans-fil, a rejoint Sprint pour partager le risque encouru fournissant le Wi. MAX aux Etats-Unis. Il a également lancé des services en Europe et suggéré qu'il comptait s'implanter en Asie et en Amérique "Au moment où le Wi. MAX est une réalité commerciale, le LTE en est toujours au stade du standard. "

CONCLUSION PERSPECTIVES Bémol: Le Suédois Ericsson , numéro 1 des équipementiers télécoms, a déclaré contrairement à ses collègues, il ne fabriquerait pas de matériel Wi. MAX ; selon lui, celui-ci n'est pas optimisé pour des appels vocaux mobile A suivre ? ? ?