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LUMTSUniversal Mobile Telecommunication System

Arnaud Fremiot, Marcin Bortnik

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Plan

Historique

Le 3GPP

Les services UMTS

La radio

Larchitecture

Le protocole La mobilit

Mise en uvre des tests

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Historique

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Historique

Constat Les rseaux 2G ne sont pas compatibles entre eux

Limite des possibilits atteinte Besoin dune nouvelle technologie pour offrir de

nouveaux services de couverture " Mondiale "

Ncessit de crer une 3G normalise au plan mondial

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Historique

Rsultats Plusieurs technologies 3G

LUMTS est lune des principales Cration du 3GPP (3rd Geneartion Partenership Project)

Depuis dbut 1999 le 3GPP travaille la normalisation de

lUMTS

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Le 3GPP

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Le 3GPP

En charge de la normalisation de lUMTS, il se

compose de 5 sous groupes:

SA : Service and System Aspects

CN : Core Network

RAN : Radio Access Network

T : Terminals

GERAN: GPRS EDGE Radio Access Network

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Le 3GPP

Le 3GPP travaille sur plusieurs version de normes en

mme temps

La Release 99 qui correspond aux rseaux actuellement en

cours de dploiement . Cette version modifie

profondment la partie radio ( introduction du CDMA)

La R4 devrait modifie larchitecture Core Network La R5 HSDPA, IMS (multimdia haut dbit)

La R6 HSUPA, MBMS

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Les services UMTS

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UMTS / GSM

En comparaison avec le GSM, la partie radio delUMTS a t la plus profondment modifie

accs radio se fait en WCDMA (partage de la bande defrquence)

Les RNC (ex BSC) communiquent entre eux

Le transport des donnes et de la signalisation sontbass sur lATM

Introduction de nouveaux service grce laugmentation des dbits

Support pour les differentes qualits de service

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Les services UMTS

Sur le domine Circuit (CS)

La visiophonie

Les data

Sur le domaine paquet (PS)

Le 384/64, 128/64, 64/64

Les multi-appels

1PS + 1CS 2 PS

1CS + 2PS

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LUSIM

(Universal Subscriber Identity Module)Lapplication USIM contient toutes les donnes

relatives labonn, parmi lesquelles on trouve :

lIMSI (International Mobile Subscriber Identity),

le MSISDN (Mobile Station International ISDN Number),

la langue prfre, utilise pour laffichage des informations sur le

terminal,

les cls de chiffrement et dintgrit,

la liste des rseaux interdits, les identits temporaires de lusager vis--vis des domaines Cs et Ps

(TMSI et P-TMSI) ;

les identits des zones de localisation courantes du mobile pour les

domaines Cs et Ps.

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Le RAB Radio Access Bearer

Dfinit les caractristiques dune communication

La classe de service

Dbit max

Dbit garanti

Taille des SDU

Taux derreur SDU

Taux derreur rsiduel

Dlai de transfert

Priorit de la communication

Premption et vulnrabilit

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Les Classes de Service

LUMTS introduit la notion de classes de

servive

Conversational

Streaming

Interactive

Background

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Les Classes de ServiceLes principales caractristiques sont

Conversational real time

Symtrique

Garantie des dlais

de transfert

< 200ms

Voix, videophonie

Streaming real time

asymtrique

Dlais plus long

mais doit garantir

la QoS

Streaming multimedia

Interactive Non real

time

asymtrique

Garantir labsence

derreur

Web brosing

Background Non real

time

asymtrique

Info transmise avec

la plus faible

priorit

download

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La Radio

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Linterface Radio

LUMTS spcifie deux modes de fonctionnement

Le TDD : le sens montant et le descendant utilisent lamme frquence mais alternativement

Le FDD : le sens montant et le sens descendant utilisent

une frquence propre

Dans la suite de lexpos seul le FDD sera prsent

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Le FDMA (Frequency Division Multiple Access)FDMA

f 1

f 2

f 3

Frquence

Temps

utilisateur 3utilisateur 2

utilisateur 1

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Le TDMA (Time Division Multiple Access)TDMA

T 1 T 1 + X T 1 +2X

Temps

Frquence

utilisateur 1

utilisateur 2utilisateur 3

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Le CDMA (Code Division Multiple Access)

Utilisateur 3

Utilisateur 2

Utilisateur 1

Temps

Code

Frquence

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Les codes OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)

Tous les rcepteurs reoivent le mme signal contenant leursinformations mais aussi celles des autres utilisateurs Les codes orthogonaux utiliss permettent chaque rcepteur de

nextraire que ce qui le concerne

Les codes nont pas tous la mme longueur ce qui permet davoirplusieurs dbits de donnes possibles

Puisque les metteurs ne sont pas synchroniss, un deuxime niveau decodage est ncessaire. Ceci est ralis avec les codes de brouillage ouScrambling codes

C1,1= 1

C2,1= 1,1

C2,2= 1,-1

C4,1= 1,1,1,1

C4,2= 1,1,-1,-1

C4,3= 1,-1,1,-1

C4,4= 1,-1,-1,1

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Les codes

Les codes de brouillage sont pseudo-alatoires et quasi-orthogonaux, meme si les metteurs ne sont pas synchroniss

Pour les sens descendant (rseau vers mobile):

Les cannaux d'une cellule sont synchroniss

Les cellules ne sont pas synchronises entre elles Le code de brouillage est unique pour chaque Cellule

Cela permetdutilisertous les codes OVSF sur chaque cellule

Pour le sens montant (mobile vers rseau):

La synchronisation des mobiles entre eux n'est pas possible Le rseau alloue un code de brouillage unique chaque mobile

Cela permetdutilisertous les codes OVSF sur chaque mobile

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La planification

La bande de frquence est la mme sur

toutes les cellules

Le code de brouillage dune cellule doit trediffrent de celui de ces voisines

Il en rsulte la ncessit davoir un plan de

code pour loprateur

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Le contrle de puissance

Tous les metteurs utilisent la mme bandede frquence

Pour un rcepteur "accord" sur un code lesautres signaux apparaissent comme desinterfrences

Il est donc important que tous les signauxarrivent avec un mme niveau de puissanceau rcepteur

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Eb et NO

Eb : Energie par bit utile

N0 : Densit spectrale de bruit

Pi : Puissance reu par iD : dbit utile

B : bande de transmission du signal ( 5MHz)

Eb= Pi / D N0= ( Pj + P0) / B

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Linterface Radio

PHY

MAC

RLC

RRC

BMCPDCP

Plan de contrle

Plan utilisateur

L3

L2

L1

Signaling radio Bearer

User plane radio Bearer

Canaux logiques

Canaux Physiques

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Linterface Radio

MAC,Medium Access Control :fait le multiplexage des donnes sur les Transport Channel

RLC, Radio link Control :

assure le contrle de la bonne transmission des Donnesprovenant des couches suprieures

PDCP, Packet Data Convergence Protocol : Assure lindpendance entre les couches suprieures et les

couches RLC/MAC

BMC, Broadcast/ Multicast Control : Assure la transmission des informations provenant dun centre

Cell Broadcast (provient du GSM)

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Logical Channels

Control Channels

BCCH : Brodcast Control Channel Down Link

PCCH : Paging Control ChannelDown Link

DCCH : Dedicated Control Channelpoint to point CCCH : Common Control Channelbidirectionnal

(onto FACH/RACH)

Traffic Channels DTCH : Dedicated Trafiic Channelpoint to point

CTCH : Common Traffic Channelpoint multi point

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Transport Channels

RACH : Random Access ChannelUL

DCH : Dedicated Channelbidirectionel

PCH : Paging ChannelDL

BCH : Broad cast ChannelDL

FACH : Forward Access ChannelDL

DSCH : Downlink Shared ChannelDL

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Les diffrents tats dun Mobile

Idle

Cell DCH

URA PCH

Cell FACH

Cell PCH

Mobile connect

Mobile non connect

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Les diffrents tats dun MobileIdle :

le mobile ne possde aucune connectionsCell DCH :

des canaux de transport ddis sont allous

La molibilit est gre par le rseauCell FACH

Aucun canal de transport ddi allou

Le rseau et le mobile ont la possibilit de transferer

des donnes en utilisant les cannaux FACH ou RACH

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Les diffrents tats dun Mobile

Cell PCH Aucun canal de transport allou

Le mobile coute les canaux BCH et PCH

Le mobile signal tout changement de cellule

URA PCH

Aucun canal de transport nest allou

Le mobile coute les canaux BCH et PCH

Le mobile signal les changements dURA

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Larchitecture

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Architecture Logique UMTS

Node B

Node B

Node B

Node B

RNC

RNC

Iu b

Iu b

Iu b

Iu b

Iu CS

Iu CS

Iu PS

Iu PS

Iu r

MSC

VLR

SGSN GGSN

GMSC

HLR

Gn Gi

Gs

Gr

D

N

Gc

C

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Architecture Logique GSM

BTS

BTS

BTS

BTS

BSC

BSC

Abis

Abis

Abis

Abis

A

A

Gb

GB

MSC

VLR

SGSN GGSN

GMSC

HLR

Gn Gi

Gs

Gr

D

N

Gc

C

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Architecture Logique UMTS

GSM

BTS

BTS

BSCAbis

Abis

A

Gb

MSC

VLR

SGSN GGSN

GMSC

HLR

Gn Gi

Gs

Gr

D

N

Gc

CNode B

Node B

Node B

Node B

RNC

RNC

Iu b

Iu b

Iu b

Iu b

Iu CS

Iu CS

Iu PS

Iu PS

Iu r

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Architecture "physique"

Node B

Node B

Node B

Node B

RNC

RNC MSC

VLR

SGSN GGSN

GMSC

HLR

Iu CS

Iu PS

Gn Gi

Gs

Gr

D

N

Gc

C

MGW

Iu r

Iu b

E1

Iu b

E1

Iu b

E1

Iu b

E1

Iu CS/PSSTM1

Iu CS/PS

STM1

Iu b

STM1

Iu b

STM1

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Le protocole

C h t l i I CS

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Couches protocolaires Iu CS

ATM

ALL5

SSCF-NNI

SSCOP

SCCP

MTP3-B

RANAP

ALL5

SSCF-NNI

SSCOP

Q.2150.1

MTP3-B

Q.2630.1

AAL2

Iu User Plane

Protocol

Physical layer

TransportNetwok

ControlPlane

Transport Netwok

User Plane

Transport Netwok

User Plane

Radio

Network

Layer

Transport

Network

Layer

Control Plane User Plane

C h l i S

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Couches protocolaires Iu PS

ATM

RANAP

ATM

AAL5

Iu User Plane

Protocol

Physical layer

TransportNetwok

ControlPlane

Transport Netwok

User Plane

Transport Netwok

User Plane

Radio

Network

Layer

Transport

Network

Layer

Control Plane User Plane

Physical layer

ALL5

SCCPMTP3-B M3UA

SSCF-NNI SCTP

SSCOP IP IP

UDP

GTP-U

C h l i I

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Couches protocolaires Iu r

ATM

RNSAP

ATM

AAL2

Physical layer

TransportNetwok

ControlPlane

Transport Netwok

User Plane

Transport Netwok

User Plane

Radio

Network

Layer

Transport

Network

Layer

Control Plane User Plane

Physical layer

ALL5

SCCPMTP3-B M3UA

SSCF-NNI SCTP

SSCOP IP

ALL5

Q.2150.1MTP3-B M3UA

SSCF-NNI SCTP

SSCOP IP

Q.2630.1

DCH

FP

CCH

FP

C h l i I b

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Couches protocolaires Iu b

ATM

NBAP

AAL2

Physical layer

TransportNetwok

ControlPlane

Transport Netwok

User Plane

Transport Netwok

User Plane

Radio

Network

Layer

Transport

Network

Layer

Control PlaneUser Plane

ALL5

SSCF-UNI

SSCOPALL5

Q.2150.12

Q.2630.1

DCH

FP

SSCF-UNI

SSCOP

RACHFP

FACH

FP

PCHF

DSCH

FP

USCH

FP

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La mobilit

L bili

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La mobilit

Les differentes dcoupes du rseau

LA : Location Area Code domaine CS

RA : Routing Area domaine PS

Cell

Une LA peut contenir plusieurs RA

Une RA peut contenir plusieurs Cell

L bili CS

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La mobilit CSRNC MSC/VLR

H

Etablissement RRC

MM Location Update Request TMSI

Authentification Chiffrement

MM Location Update Accept TMSI

MM TMSI relocation Complet

L bilit PS

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La mobilit PSRNC SGSN

H

Etablissement RRC

GMM RA Update Request TMSI

Authentification Chiffrement

GMM RA Update Accept TMSI

GMM RA Update Complet

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Les Handovers

Le softer HO

RNC

Node B

Node B

Secteur 1

Secteur 2

Secteur 1

Secteur 2

Secteur 3

Secteur 3CN

f 1

f 1

f 1

f 1

f 1

f 1

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Les Handovers

Le soft HO

CN

RNC

RNC

Node B

Node B

Node B

Node B

f 1

f 1

f 1

f 1

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Les Handovers

Le Hard HO

CN

RNC

RNC

Node B

Node B

Node B

Node B

f 1

f 1

f 2

f 2

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Les Handovers

SRNS relocation

CN

RNC

RNC

Node B

Node B

Node B

Node B

f 1

f 1

f 1

f 1