Rapport Umts Eric Meurisse

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  • 8/14/2019 Rapport Umts Eric Meurisse

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    LUMTS et le haut-dbit

    mobile

    Eric MEURISSE

    Fvrier 2007

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    LUMTS et le haut-dbit mobile - Eric Meurisse 2

    SOMMAIRE

    Tables des illustrations ............................................................................................................... 3

    Contexte ..................................................................................................................................... 4

    Historique ................................................................................................................................... 5

    1G - NMT ................................................................................................................................ 5

    2G - GSM ................................................................................................................................. 5

    2.5G GPRS ............................................................................................................................ 6

    2.75G EDGE .......................................................................................................................... 7

    3G UMTS .............................................................................................................................. 7

    3.5G HSDPA ......................................................................................................................... 8

    LUMTS ....................................................................................................................................... 9

    Prsentation ........................................................................................................................... 9

    Plans de frquences ............................................................................................................. 10

    Hierarchie des cellules de lUMTS ........................................................................................ 11

    Les services de lUMTS ......................................................................................................... 12

    Le rseau UMTS .................................................................................................................... 13

    Rseau daccs UTRAN ..................................................................................................... 14

    Rseau cur..................................................................................................................... 17

    Elments communs ...................................................................................................... 18

    Le domaine CS .............................................................................................................. 18

    Le domaine PS .............................................................................................................. 18

    Interface Radio de lUTRAN.................................................................................................. 20

    Architecture en couches .................................................................................................. 20

    Transport des donnes ..................................................................................................... 22

    Les principes du W-CDMA .................................................................................................... 23

    CDMA ................................................................................................................................ 23

    Contraintes ....................................................................................................................... 27

    Leffet near-far ............................................................................................................. 27

    Les handovers ............................................................................................................... 29

    Le Fast-Fading ............................................................................................................... 30

    Les trajets multiples ..................................................................................................... 30

    W-CDMA ........................................................................................................................... 31

    Multiplexage ................................................................................................................. 31

    scrambling .................................................................................................................... 31

    Comparaison du W-CDMA avec la 2G .......................................................................... 32

    Qualit de service ................................................................................................................. 32

    Le HSDPA .................................................................................................................................. 33

    Simple volution de lUMTS ................................................................................................. 33

    HSDPA vs WiMax .................................................................................................................. 33

    Aprs la 3G, la 4G ? .............................................................................................................. 33Sigles ......................................................................................................................................... 34

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    CONTEXTE

    De nos jours, nous avons faire plusieurs types de rseaux locaux sans-fil et de rseaux

    mobiles. Ces deux appellations sont souvent utilises pour signifier la mme chose alors quil

    sagit de termes diffrents. La porte des rseaux sans-fil est faible, et ne permettent pasdes dplacements importants. En revanche, les rseaux mobiles proposent une porte plus

    consquente, et permettent des utilisations lors de dplacements importants avec une

    certaine vitesse.

    Le schma ci-dessous prsente les diffrents types de rseaux sans-fil et rseaux mobiles :

    Figure 1 Prsentation des diffrents rseaux sans-fil et mobiles

    GSM

    GPRS

    UMTS

    HSDPA

    Wireless Metropolitan Area Network (WMAN)

    Wireless Local Network (WLAN)

    Wireless Personal Network (WPAN)

    Wireless Wide Area Network (WWAN)

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    HISTORIQUE

    Cette partie prsente les diffrentes gnrations de la tlphonie mobile. Cela va permettre

    de mettre plat les diffrences et ressemblances entre celles-ci.

    1G - NMT

    Nordic Mobile Telephone (NMT) est une norme de tlphonie mobile spcifie par les

    administrations des tlcommunications nordiques partir de 1970. Elle a t mise en

    service en 1981 en rponse la congestion des rseaux de tlphonie mobiles existants

    cette poque (ARP sur la frquence 150 MHz en Finlande et MTD sur la frquence 450 MHz

    en Sude, en Norvge et au Danemark). Ce rseau de premire gnration a t ouvert dans

    des pays tels que la Sude, le Danemark, la Norvge, do le nom de Nordic dans son

    appellation.

    Cette norme est base sur une technologie de tlphonie analogique sans-fil. Sa technologie

    de modulation radio est similaire celle utilise par les stations radio FM.

    Avantages Inconvnients

    Premiers radiotlphones analogiques sans-fil Taille imposante des quipements

    Pas de confidentialit des communications

    Rseaux saturs

    2G - GSM

    Global System for Mobile communication (GSM) est la norme de tlphonie mobile de

    seconde gnration dveloppe partir de 1990. Cette technologie reprsente la premire

    technologie de tlphonie numrique sans fil. En 1992, le GSM est utilis dans 7 pays

    europens.

    En France, le GSM fonctionne entre les frquences 900 Mhz et 1800 Mhz.

    Le dbit moyen du GSM est similaire celui du FAX, c'est--dire 9,6 kbits/sec.

    Avantages Inconvnients

    Meilleure qualit dcoute Dbit : envoi de donnes lentes

    Taille rduite

    Confidentialit des communications

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    2.5G GPRS

    General Packet Radio Service (GPRS) est une volution importante du GSM. Lobjectif

    principal de cette volution est daccder aux rseaux IP.

    Dbit thorique est de lordre de 171, 2 kbit/s, et le dbit rel est de lordre de 30 kbit/s.

    Le GPRS supporte diffrents niveaux de qualit de service (QoS).

    Quatre paramtres dfinissent la qualit de service :

    - Classe de priorit- Classe de fiabilit- Classe de dlai / retard- Classe de dbit

    Plusieurs nouveauts sont disponibles avec le GPRS :

    - Accs au Web- Messagerie lectronique- Transfert de fichier- Commerce lectronique- Services dinformation

    Malheureusement, le GPRS na pas t un succs auprs des consommateurs.

    Avantages Inconvnients

    Dbits Pas daccs lInternet global

    Accs WAP (Internet allg) Rseaux GSM dj saturs

    Facturation la donne Aucune application dcisive pour le grand public

    Connexion permanente possible

    Support de plusieurs niveaux de qualit de

    service

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    2.75G EDGE

    Enhanced Data for GSM Evolution (EDGE) a t dvelopp au cours de lanne 2005. Cette

    technologie est une volution des technologies GSM et GPRS. Avec des dbits rels de

    lordre de 177 kbits/s (3 fois plus que le GPRS), EDGE se place entre le GPRS et la 3G.

    EDGE introduit une nouvelle modulation : 8-Phase Shift Keying (8-PSK)

    HSCSD et GPRS augmentent le dbit GSM

    EDGE est utilis comme complment avec HSCSD et GPRS :

    - EDGE coupl au HSCSD donne lE-CSD (dbit maximum thorique de 300 kbps)- EDGE couple au GPRS donne le E-GPRS (dbit maximum thorique de 300 kbps)

    Avantages Inconvnients

    Solution alternative moins onreuse que la 3G Obligation de changer de terminal

    Dbits plus levs que le GPRS

    3G UMTS

    Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) a t dvelopp en 2004 sous sa

    premire version Release 99 (R99).

    LUMTS fonctionne sur la bande de frquences 1900-2000 MHz et permet un dbit rel de

    lordre de 384 kbits/s (8 fois plus rapide que le GPRS).

    Avantages Inconvnients

    Accs Internet haut-dbit depuis un quipement

    mobile ou un ordinateur

    Cot

    Visiophonie Changement des quipements usagers

    Tlvision Arrive du HSDPA

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    LUMTS

    PRESENTATION

    Il existe plusieurs technologies 3G dans le monde. Chacune delles suivent les

    recommandations IMT2000. Suivant les continents, la norme utilise est diffrentes :

    Europe : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

    Amrique : CDMA-2000

    Japon et Core : W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access)

    Chine : TD-SCDMA

    Ces normes permettent de transporter les donnes sans-fil haut dbit sur la mmeconnexion. La particularit des technologies 3G est davoir un rseau cur IP.

    LUMTS est donc la norme de tlcommunications de troisime gnration utilise en

    Europe et est base sur la technologie W-CDMA (utilise au Japon et Core). Elle a t

    dveloppe partir de 2004 avec la Release 99 (R99). Sa bande de frquence de

    fonctionnement est 1900MHz-2000MHz. Les spcifications techniques de cette norme sont

    dveloppes au sein de lorganisme 3GPP.

    LUMTS est compatible avec tous les rseaux du monde du fait de la possibilit de roaming

    au niveau mondial. Le rseau UMTS ne remplace pas le rseau GSM existant puisque lacoexistence entre ces deux rseaux est possible.

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    PLANS DE FREQUENCES

    Le schma ci-dessous prsente le plan de frquence de la tlphonie de 3me

    gnration en

    Europe, Japon et Etats-Unis :

    Figure 2 Plan de frquences pour la 3G

    1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150

    Bande de frquence (MHz)

    Europe

    Japon

    USA

    DCS 1800 DECT

    UMTS

    TDD UMTS UMTS

    IMT-2000 UMTS

    UMTS

    TDD

    PHS

    IMT-2000

    TDD

    PCS PCS

    PCS

    unlicensed

    2200

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    HIERARCHIE DES CELLULES DE LUMTS

    Tout comme le rseau GSM, lUMTS est divis en plusieurs cellules de tailles variables.

    Chacune dentre elles est prsente en fonction de la densit de population servir et de la

    vitesse de mobilit. Laccs par satellite est une extension.

    Figure 3 Hirarchie des cellules de lUMTS

    Une pico-cellule permet des dbits de lordre de 2 Mbits/s lors dun dplacement de lordre

    de 10 km/h (marche pied, dplacement en intrieur, etc.).

    Une micro-cellule permet des dbits de lordre de 384 kbits/s lors dun dplacement de

    lordre de 120 km/h (vhicule, transports en commun, etc.).

    Une macro-cellule permet des dbits de lordre de 144 kbits/s lors dun dplacement de

    lordre de 500 km/h (Train Grande Vitesse, etc.).

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    LES SERVICES DE LUMTS

    Le schma ci-aprs prsente les diffrents services que propose lUMTS. Sur laxe des

    ordonnes se trouve le dbit demand pour le service en question. Chacun des services est

    regroup par leur type de connexion (bidirectionnel, unidirectionnel, diffusionpoint/multipoint).

    Figure 4 Les besoins en dbit des services de lUMTS

    I

    N

    T

    E

    R

    N

    E

    T

    Voix

    Vido

    confrence

    Audioconfrence

    Tlmdecine

    Tlmesure FaxDiffusion de

    donnes

    Radiodiffusion

    Vido la

    demandeTlvision

    Bidirectionnel Unidirectionnel Diffusion point/multipoint

    Tlchargement

    Courrier

    lectronique

    2.4kbits/s

    16kbits/s

    1.2kbits/s

    9.6kbits/s

    32kbits/s

    64kbits/s

    384kbits/s

    2Mbits/s

    Dbit demand

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    LE RESEAU UMTS

    Le rseau UMTS est compos dun rseau daccs UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access

    Network) et dun rseau cur.

    Figure 5 Architecture globale du rseau UMTS

    Uu

    Rseau cur

    CS domain PS domain

    NodeB

    NodeB

    NodeB

    NodeB

    Iub

    Iur

    Rseau daccs

    RNC

    RNC

    Iub

    Iub

    Iub

    Equipement

    usager

    GMSC

    VLR

    GGSN

    SGSN

    EIR

    HLR

    AuC

    Rseaux externes

    B

    C

    D

    F

    H

    Gs

    Gn

    Gf

    Gr

    Gd

    Elments communs

    IuMSC

    Iu

    InternetGi

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    RESEAU DACCES UTRAN

    Le rseau daccs UTRAN est dot de plusieurs fonctionnalits. Sa fonction principale est de

    transfrer les donnes gnres par lusager. Il est une passerelle entre lquipement usager

    et le rseau cur via les interfaces Uu et Iu.Cependant, il est charg dautres fonctions :

    - Scurit : Il permet la confidentialit et la protection des informations changes parlinterface radioen utilisant des algorithmes de chiffrement et dintgrit.

    - Mobilit : Une estimation de la position gographique est possible laide du rseaudaccs UTRAN.

    - Gestion des ressources radio : Le rseau daccs est charg dallouer et de maintenirdes ressources radio ncessaires la communication.

    - Synchronisation : Il est aussi en charge du maintien de la base temps de rfrencedes mobiles pour transmettre et recevoir des informations.

    Le rseau daccs UTRAN est compos de plusieurs lments : une ou plusieurs stations de

    base (appeles NodeB), des contrleurs radio RNC (Radio Network Controller) et des

    interfaces de communication entre les diffrents lments du rseau UMTS.

    Figure 6 Architecture du rseau daccs

    NodeB

    NodeB

    NodeB

    NodeB Iub

    Iub

    Iub

    Iub

    Iur

    Rseau daccs

    RNC

    RNC

    Equipement

    usager Rseau cur

    Iu

    Uu

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    NodeB :

    Le rle principal du NodeB est dassurer les fonctions de rception et de transmission radio

    pour une ou plusieurs cellules du rseau daccs de lUMTS avec un quipement usager. Le

    NodeB travaille au niveau de la couche physique du modle OSI (codage et dcodage). Nous

    pouvons trouver deux types de NodeB :

    Figure 7 NodeB avec antennes sectorielles

    Figure 8 NodeB avec antenne omnidirectionnelle

    Les interfaces de communication :

    Plusieurs types dinterfaces de communication coexistent au sein du rseau UMTS :

    - Uu : Interface entre un quipement usager et le rseau daccs UTRAN. Elle permet lacommunication avec lUTRAN via la technologie CDMA.

    - Iu : Interface entre le rseau daccs UTRAN et le rseau cur de lUMTS. Elle permetau contrleur radio RNC de communiquer avec le SGSN.

    - Iur : Interface qui permet deux contrleurs radio RNC de communiquer.- Iub : Interface qui permet la communication entre un NodeB et un contrleur radio

    RNC.

    RNC :

    Le rle principal du RNC est de router les communications entre le NodeB et le rseau cur

    de lUMTS. Il travaille au niveau des couches 2 et 3 du modle OSI (contrle de puissance,

    allocation de codes).

    NodeB

    NodeB

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    Le RNC constitue le point daccs pour lensemble des services vis--vis du rseau cur.

    Exemple :

    Lorsquune communication est tablie par un quipement usager, une connexion de type

    RRC (Radio Resource Control) est tablie entre celui-ci et un RNC du rseau daccs UTRAN.Dans ce cas de figure, le RNC concern est appel SRNC (Serving RNC). Si lusager se dplace

    dans le rseau, il est ventuellement amen changer de cellule en cours de

    communication. Il est dailleurs possible que lusager change de NodeB vers un NodeB ne

    dpendant plus de son SRNC. Le RNC en charge de ces cellules distantes est appel

    controlling RNC . Le RNC distant est appel drift RNC du point de vue RRC. Le drift

    RNC a pour fonction de router les donnes changes entre le SRNC et lquipement

    usager.

    Figure 9 Reprsentation graphique de lexemple de communication

    RNC

    NodeB

    RNC

    Serving RNC Drift / Controlling RNC

    Connexion RRC

    Iur

    Iub

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    RESEAU CUR

    Le rseau cur de lUMTS est compos de trois parties dont deux domaines :

    - Le domaine CS (Circuit Switched) utilis pour la tlphonie- Le domaine PS (Packet Switched) qui permet la commutation de paquets.- Les lments communs aux domaines CS et PS

    Ces deux domaines permettent aux quipements usagers de pouvoir grer simultanment

    une communication paquets et circuits. Ces domaines peuvent tre considrs comme des

    domaines de service. Ce type darchitecture permet de pouvoir crer ultrieurement

    dautres domaines de service.

    Le schma reprsente larchitecture du rseau cur de lUMTS :

    Figure 10 Architecture du rseau cur de lUMTS

    GMSC

    VLR

    MSC

    CS domain

    Elments communs

    PS domain

    EIR

    HLR

    AuC

    GGSN

    SGSN

    C

    D

    BF

    Gd

    Gr

    Gf

    Gn

    Gs

    H

    Rseau cur

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    ELEMENTS COMMUNS

    Le groupe des lments communs est compos de plusieurs modules :

    - Le HLR (Home Location Register) reprsente une base de donnes des informationsde lusager suivantes :

    o Lidentit de lquipement usagero Le numro dappel de lusagero Les informations relatives aux possibilits de labonnement souscrit par

    lusager

    - Le AuC (Authentication Center) est en charge de lauthentification de labonn, ainsique du chiffrement de la communication. Si une de ces deux fonctions nest pas

    respecte, la communication est rejete. Le Auc se base sur le HLR afin de rcuprer

    les informations relatives lusager et pour ainsi crer une cl didentification.-

    LEIR (Equipment Identity Register) est en charge de la gestion des vols desquipements usagers. Il est en possession dune liste des mobiles blacklists par un

    numro unique propre chaque quipement usager, le numro IMEI (International

    Mobile station Equipment Identity).LE DOMAINE CS

    Le domaine CS est compos de plusieurs modules :

    - Le MSC (Mobile-services Switching Center) est en charge dtablir la communicationavec lquipement usager. Il a pour rle de commuter les donnes.

    - Le GMSC (Gateway MSC) est une passerelle entre le rseau UMTS et le rseautlphonique commut PSTN (Public Switched Telephone Network). Si un

    quipement usager contacte un autre quipement depuis un rseau extrieur au

    rseau UMTS, la communication passe par le GMSC qui interroge le HLR pour

    rcuprer les informations de lusager. Ensuite, il route la communication vers le MSC

    dont dpend lusager destinataire.

    - Le VLR (Visitor Location Register) est une base de donnes, assez similaire celle duHLR, attache un ou plusieurs MSC. Le VLR garde en mmoire lidentit temporaire

    de lquipement usager dans le but dempcher linterception de lidentit dun

    usager. Le VLR est en charge denregistrer les usagers dans une zone gographique

    LA (Location Area).

    LE DOMAINE PS

    Le domaine PS est compos de plusieurs modules :

    - Le SGSN (Serving GPRS Support Node) est en charge d enregistrer les usagers dansune zone gographique dans une zone de routage RA (Routing Area)

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    - Le GGSN (Gateway GPRS Support Node) est une passerelle vers les rseaux commutation de paquets extrieurs tels que lInternet.

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    INTERFACE RADIO DE L UTRAN

    ARCHITECTURE EN COUCHES

    Linterface radio de lUTRAN est structure en couches dont les protocoles se basent sur les

    3 premires souches du modle OSI (respectivement la couche physique, la couche liaison

    de donnes et la couche rseau).

    Figure 11 - Vue en couches de linterface radio UTRAN

    PHY

    MAC

    RLCRLC

    RLCRLC

    RLCRLC

    RLCRLC

    BMC

    PDCP

    PDCP

    RRC

    Couche 1

    Couche 2 / MAC

    Couche 2 / RLC

    Couche 2 / BMC

    Couche 2 / PDCP

    Couche 3 / RRC

    Canaux de transport

    Canaux logiques

    Contrle

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    Couche 1 :

    Cette couche PHY reprsente la couche physique de linterface radio qui ralise les fonctions

    de codage, dcodage, modulation et dentrelacement via W-CDMA.

    Couche 2 :

    Cette couche est divise en plusieurs sous couches :

    - La sous-couche MAC (Medium Access Control) a pour rle de multiplexer les donnessur les canaux de transport radio.

    - La sous-couche RLC (Radio Link Control) permet la fiabilit du transport des donnesentre deux quipements du rseau.

    - La sous-couche PDCP (Packet Data Convergence Protocol) permet de compresser lesdonnes via des algorithmes de compression. Cela permet dexploiter plus

    efficacement les ressources radio. PDCP compresse les en-ttes des paquets TCP/IP

    suivant les RFC 1144 et 2507. De plus, cette sous-couche PDCP a aussi pour rle de

    rendre indpendant les protocoles radio du rseau daccs UTRAN (sous-couches

    MAC et RLC) par rapport aux couches de transport rseau. Ce type darchitecture

    permettra lvolution future des protocoles rseaux sans modifier les protocoles

    radio de lUTRAN.

    - La sous-couche BMC (Broadcast/Multicast Control) est en charge dassurer lesfonctions de diffusion de messages sur linterface radio.

    Couche 3 :

    Cette couche RRC (Radio Resource Control) gre la connexion de signalisation tablie entre

    le rseau daccs UTRAN et lquipement usager, utilise lors de ltablissement ou de la

    libration de la communication.

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    TRANSPORT DES DONNEES

    Suivant le type de donnes transporter, la gestion du transport des donnes est diffrente.

    Commenons par dtailler les trames relatives la voix. La couche PDCP nest pas utilise

    dans ce type de transport. Les couches MAC et RLC sont employes en mode transparent,

    c'est--dire quil ny a pas de segmentation, ni de multiplexage.

    En revanche, le transport dun paquet IP, le mcanisme est diffrent. Ce type de paquet N-

    PDU (Network PDU) provient du rseau cur de lUMTS destination du rseau daccs

    UTRAN. Tout dabord, len-tte de la N-PDU est compress par la couche PDCP. La couche

    RLC segmente la PDU ainsi compresse. Un en-tte est alors rajout la RLC-PDU par la

    couche MAC lors du multiplexage.

    Le schma ci-dessous prsente lencapsulation des paquets qui arrivent au rseau cur de

    lUMTS :

    Figure 12 Encapsulation des paquets TCP/IP larrive au rseau cur

    En-tte

    RLCDonnes RLC

    En-tte

    RLCDonnes RLC

    N-PDU

    PDCP : Compression den-tte TCP/IP

    En-tte

    PDCPN-PDU compresse

    MAC : Multiplexage

    RLC : Segmentation

    En-tte

    RLCDonnes RLC

    En-tte

    MAC

    En-tte

    RLCDonnes RLC

    En-tte

    MAC

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    LUMTS et le haut-dbit mobile - Eric Meurisse 23

    LES PRINCIPES DU W-CDMA

    L'interface radio de l'UMTS se base sur le W-CDMA (Wideband Code Division Multiple

    Access). Cependant, le W-CDMA se base sur une technique plus ancienne qui est le CDMA

    (Code Division Multiple Access). Afin de comprendre les concepts du W-CDMA, il estimportant de comprendre la technique du CDMA.

    CDMA

    Le CDMA (Code Division Multiple Access) est utilis dans de nombreux systmes de

    communication. Il permet davoir plusieurs utilisateurs sur une mme onde porteuse. Les

    transmissions sont numrises, dites talement de spectre. Ltalement du spectre rend le

    signal moins sensible aux fluctuations slectives en frquence. Le signal est ainsi transmis sur

    une bande de frquences beaucoup plus large que la bande de frquences ncessaire.

    Les avantages :

    - Efficacit spectrale- Scurit de la transmission : le signal cod est dtectable comme tant du bruit.- Handover- Gestion du plan de frquences- Concentration de trafic

    Principe de ltalement de spectre :

    Le W-CDMA ralise un talement de spectre selon la mthode de rpartition par squence

    directe (Direct Sequence).

    Pour cela, chaque bit de lutilisateur transmettre est multipli (OU exclusif) par un code

    pseudo alatoire PN (Pseudo random Noise code) propre cet utilisateur. La squence du

    code (constitue de N lments appels "chips") est unique pour cet utilisateur en question,

    et constitue la cl de codage. Cette dernire est conserve si le symbole de donne est gal

    1, sinon elle est inverse. La longueur L du code est appele facteur dtalement SF

    (Spreading Factor).

    Si chacun des symboles a une dure Tb, on a 1 chip toutes les Tb/N secondes. Le nouveau

    signal modul a un dbit N fois plus grand que le signal initialement envoy par l'usager et

    utilisera donc une bande de frquences N fois plus tendue.

    Nous avons donc une relation entre le dbit initial et le dbit final du type :

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    LUMTS et le haut-dbit mobile - Eric Meurisse 24

    Remarque : La relation ci-dessus nous permet de dire que plus le facteur dtalement SF est

    lev, plus le Dbit Chip sera lev. Cela implique que le dbit de donnes du canal sera

    lev. Les canaux dbits variables peuvent tre librs en fonction des besoins de

    lutilisateur.

    Figure 13Principe de ltalement de spectre

    Afin de pouvoir lire le message cod envoy, le rcepteur doit raliser la mme opration.

    En effet, ce dernier gnre la mme squence dtalementquil multiplie au signal reu afin

    dobtenir les donnes. Les donnes des autres utilisateurs (pas de multiplication avec la

    squence dtalement) restent tales.

    Codes dtalement

    Chaque utilisateur possde un code, il est donc ncessaire de navoir aucune interfrence

    entre ceux-ci. Pour cela, nous utilisons des codes orthogonaux dits codes OVSF (Orthogonal

    Donnes

    Code de longueur

    Chips

    Bande de base Frquence porteuse

    Signal tal

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    Variable Spreading Factor Code) afin de modifier le facteur dtalement et de conserver

    lorthogonalit des diffrents codes dtalement.

    Ces codes sont dfinis par un arbre OVSF o chaque nud possde 2 fils. Les codes des 2 fils

    sont issus du code de leur pre commun, c'est--dire que leur code est compos par le code

    du pre et de son complmentaire. Larbre des codes OVSF ainsi cr peut tre reprsent

    sous la forme de la matrice de Hadamard.

    Figure 14 Arbre des codes OVSF

    Larbre ci-dessus, nous montre la relation entre le facteur dtalement et le nombre de

    codes disponibles pour un talement donn. Il est important de savoir que le facteur

    dtalement SF dtermine la longueur du code.

    Le nombre de bits dans les trames des canaux ddis pour le transfert des donnes se trouve

    par lintermdiaire de la relation suivante :

    Comme k est compris entre 0 et 6, les valeurs du facteur dtalement SF peut tre gal 7

    valeurs.

    k 0 1 2 3 4 5 6

    SF 256 128 64 32 16 8 4

    Dans un tel arbre, il nest possible dutiliser tous les codes OVSF simultanment. Commenous lavons vu, le code de chaque nud est dtermin en fonction du code du nud pre.

    = 1

    = 1,1

    SF=1 SF=2 SF=4 SF=8

    = 1,-1

    = 1,1,1,1

    = 1,1,-1,1

    = 1,-1,1,-1

    = 1,-1,-1,1

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    Cela implique donc que pour une branche, les codes ont une relation entre eux, ce qui

    empche lutilisation dautres codes lorsque lun dentre eux est utilis.

    Figure 15 Utilisation des codes OSVF

    La figure ci-dessus nous indique que le code est utilis, ce qui empche tous les autres

    codes de la mme branche dtre utiliss. Cette rgle impose une contrainte forte sur les

    disponibilits des canaux pour le haut-dbit, ce qui implique que le nombre dutilisateurs

    simultans en tlchargement de donnes est limit.

    = 1

    = 1,1

    SF=1 SF=2 SF=4 SF=8

    = 1,-1

    = 1,1,1,1

    = 1,1,-1,1

    = 1,-1,1,-1

    = 1,-1,-1,1

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    CONTRAINTES

    Il existe certaines contraintes quant lutilisation de cette technologie.

    LEFFET NEAR-FAR

    On parle deffet near-far lorsquun appareil mobile met une puissance trop leve qui

    empche tous les autres appareils mobiles du voisinage. Lappareil mobile forte puissance

    blouit son entourage.

    Prenons par exemple un appareil mobile metteur se trouvant au pied de la station de bases

    et dautres appareils mobiles en priphrie dont leur puissance qui arrive au pied de la

    station de base est affaiblie par la distance. Ces dernires seront masques par le signal de

    lmetteur puissant.

    Pour remdier ce problme, il est possible de mettre en place un systme de contrle de

    puissance. Le systme de contrle rapide en boucle ferme (Closed-loop Power Control) a

    t retenu pour le W-CDMA. Ce systme permet la station de base de raliser des

    estimations rgulires (1500 fois par seconde pour chaque mobile) du rapport signal

    interfrence (Signal to Interference Radio) en les comparant avec la valeur du rapport signal

    interfrence du destinataire. Si lestimation de cette valeur est suprieure la valeur du

    destinataire, la station de base demande lappareil mobile concern de rduire sa

    puissance dmissionou de laugmenter.

    Le contrle de puissance permet la station de base de recevoir les signaux de mme

    puissance. Ce mcanisme permet de prendre en compte tout type de variation

    daffaiblissement.

    Le schma ci-dessous illustre ce phnomne de near-far. En effet, nous avons 3 quipements

    mobiles qui sont connects la mme station de base. Cependant, du fait de leur distance

    celle-ci, leur puissance est diffrente larrive du signal la station de base.

    Figure 16 Effet Near-Far

    Mobile 1Mobile 3 Mobile 2

    Station de base

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    Les deux schmas ci-dessous prsentent les puissances reues par la station de base sans et

    avec contrle de puissance :

    Figure 17 Comparaison des puissances sans contrle de puissance

    Figure 18 Comparaison des puissances avec contrle de puissance

    Puissance

    1 2 3Mobiles

    Avec contrle de puissance

    Puissance

    1 2 3Mobiles

    Sans contrle de puissance

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    LES HANDOVERS

    Les appareils mobiles permettent de communiquer en mouvement. Cela implique quil arrive

    que ceux-ci se retrouvent dans une zone de chevauchement de deux cellules. Il ne faut en

    aucun cas couper une communication. Il existe plusieurs sortes de handovers :

    - Softer handover : lorsquun appareil mobile se trouve dans une zone commune dedeux secteurs couverts par la mme station de base.

    - Soft handover : lorsquun appareil mobile se trouve dans une zone de couverturecommune deux stations de base. Les communications du mobile empruntent

    simultanment deux canaux diffrents pour atteindre les deux stations de base.

    Figure 19 Exemple de soft handover

    - Hard handover inter-frquences : permet un appareil mobile de passer dunefrquence une autre.

    - Hard handover inter-systmes : permet un appareil mobile de passer dun systme un autre

    Figure 20 Exemple de hard handover

    RNC RNC

    RNC RNC RNC

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    LE FAST-FADING

    On appelle Fast-Fading lannulation de deux ondes dphases dune demi-longueur et ayant

    emprunt plusieurs parcours.

    Prenons comme exemples deux ondes ayant une diffrence de longueur gale une demi-

    longueur donde ; elles arrivent pratiquement au mme moment au rcepteur. Leur

    dphasage dune demi-longueur fait quelles sannulent cet instant. Cela est du aux

    diffrents parcours emprunts par les ondes. Lautre facteur dune telle annulation est le fait

    que le rcepteur soit immobile ou se dplace faible vitesse.

    Cependant, il est possible de remdier ce problme par lintermdiaire de protocoles de

    codage, dentrelacement et de retransmission qui ajoutent de la redondance et de la

    diversit temporelle au signal. Ainsi, malgr les attnuations des signaux, le rcepteur sera

    apte rcuprer les donnes envoyes. De plus, il est possible de recombiner lnergie dusignal en utilisant de multiples rcepteurs corrlation. Ces derniers corrigent tous les

    changements de phase ou damplitude.

    LES TRAJETS MULTIPLES

    La transmission des signaux dans un canal est caractrise par de multiples rflexions,

    diffractions et attnuations du signal. Ces phnomnes sont provoqus par les obstacles

    rencontrs par les signaux. Cest pour cette raison que ces derniers empruntent des trajets

    multiples afin datteindre leur cible. Il en rsulte que le signal ralise des temps de trajet

    variables en fonction du chemin emprunt ; il en est de mme pour la puissance du signal

    qui peut varier. Le rcepteur peut recevoir plusieurs fois le mme signal dcal. Ce temps de

    dcalage peut varier de 2 s en ville 20 s dans des zones vallonnes. Il est donc impratif

    que le rcepteur sache identifier et sparer les diffrentes composantes dans le but de

    reconstituer les donnes.

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    Relations entre le code dtalement et le code de scrambling :

    Fonctionnalits Code dtalement Code de scrambling

    Famille de codes OVSF Gold

    Utilisation Dbit montant : Sparation des

    canaux de donnes d'un mmeterminal.

    Dbit descendant : Sparation

    des connexions des diffrents

    utilisateurs d'une mme cellule.

    Dbit montant : Sparation des

    terminaux.Dbit descendant : Sparation

    des cellules.

    COMPARAISON DU W-CDMA AVEC LA 2G

    Le W-CDMA est dot de nombreux avantages par rapport aux technologies utilises dans la

    seconde gnration (2G) de tlcommunications mobiles.

    La scurit est nettement amliore. En effet, le signal, peru comme un bruit, est cod par

    une squence connue uniquement par lmetteur et le rcepteur.

    La sensibilit aux interfrences extrieures est rduite puisque les brouilleurs sont rduits

    lors du destalement.

    Plusieurs metteurs peuvent partager la bande passante. Cela permet dobtenir des dbits

    suprieurs, en plus dtre variables. De plus, ce partage vite le multiplexage existant en 2G.

    QUALITE DE SERVICE

    LUMTS propose 4 classes de qualit de services selon les applications :

    - La classe Conversational qui permet aux conversations vocales de proposer unebande passante contrle avec change interactif en temps rel avec un minimum de

    dlai entre les paquets.

    - La classe Streaming qui permet aux services de streaming de fournir une bandepassante continue et contrle afin de pouvoir transfrer la vido et laudio dans les

    meilleures conditions.

    - La classe Interactive destine des changes entre lquipement usager et le rseaucomme la navigation Internet qui engendre une requte et une rponse par le

    serveur distant.

    - La classe Background, qui affiche la plus faible priorit, permet des transferts de typetraitements par lots qui ne demandent pas de temps rel et un minimum

    dinteractivit (envoi et rception de messages lectroniques).

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    SIGLES

    AuC : Authentication Center

    BMC : Broadcast/Multicast Control

    CS : Circuit SwitchedE-CSD : Edge Circuit Switched data

    E-GPRS : Enhanced GPRS

    EIR : Equipment Identity Register

    FDD : Frequency Division Duplex

    GGSN : Gateway GPRS Support Node

    GMSC : Gateway MSC

    HLR : Home Location Register

    HSCSD : High Speed Circuit Switched Data

    IMEI : International Mobile station Equipment IdentityLA : Location Area

    MAC : Medium Access Control

    MSC : Mobile-services Switching Center

    N-PDU : Network PDU

    OSI : Open Systems Interconnection

    OVSF : Orthogonal Variable Spreading Factor Code

    PDCP : Packet Data Convergence Protocol

    PS : Packet Switched

    PSTN : Public Switched Telephone Network

    RA : Routing Area

    RLC : Radio Link Control

    RNC : Radio Network Controller

    RRC : Radio Resource Control

    SF : Spreading Factor

    SGSN : Serving GPRS Support Node

    SRNC : Serving RNC

    TDD : Time Division Duplex

    UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access Network

    VLR : Visitor Location Register