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Javier Sanchez auteur du livre : « UMTS », 2ème édition, Mars 2004 - 90 - Sommaire général Sommaire général Principes de GSM Principes de GSM É É volutions pr volutions pr é é vues pour GSM vues pour GSM Principes de GPRS Principes de GPRS Principes de Principes de l l UMTS UMTS Services Services Architecture Architecture CDMA CDMA Proc Proc é é dures dures

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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

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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

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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

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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……. .

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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

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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 ».

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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 [email protected]

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 !!

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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

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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

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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 !

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- 108 -

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

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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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- 110 -

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)

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- 111 -

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)

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- 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

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- 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

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- 114 -

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

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- 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

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- 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)

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- 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

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- 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

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- 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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� 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

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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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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

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- 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

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- 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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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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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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)

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- 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

Page 61: 40738474 Sanchez UMTS Excellent

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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)

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- 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

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- 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

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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

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- 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

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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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- 161 -

� 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

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- 162 -

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)

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- 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