sans fils

5/11/2018 sans fils - slidepdf.com

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Les Aspects Radio Dans

Les Réseaux Cellulaires

INDP3

Année universitaire 2010/2011



Les techniques d’accès dans les

réseaux Mobiles Acc s multiple r partition dans les

fréquences AMRF ou FDMA Accès multiple à répartition dans les

temps AMRT ou TDMA Accès multiple à répartition dans les codes



Canaux physiques

T

P

P

CDMA

FDMA

T

F

FT

FTDMA



FDMA ec er a c aque ommun ca on un e

fréquence. van age:

Transmission continu

mp c Inconvenients:

a e z Complexité du Handover



DMA ne por euse es par ag e en n erva e e

temps (IT ou Slot)

Débit plus important que TDMA Augmenter la capacité

Gestion plus facile du Handover Inconvénient:

bande plus large que FDMA



CDMA ec er un co e a c aque commun ca on

Avantage: Grande capacité Grand débit

Inconv nients Complexe co teuse



Répartition des bandes de

fréquences Numéro Nom de la bande Symbole Fréquence

-

11 EHF 30Ghz-300Ghz

K abnd 18Ghz-27Ghz

-

X band 8Ghz-12Ghz

C band 4Ghz-8Ghz

10 SHF 3Ghz-30Ghz

S band 2Ghz-4Ghz

L band 1Ghz-2Ghz

9 UHF 300Mhz-3Ghz

8 VHF 30Mhz-300Mhz

7 HF 3Mhz-30Mhz

6 MF 300Khz-3Mhz

5 LF 30Khz-300Khz

4 VLF 3Khz-30Khz



Concept cellulaire Ressources en fr quences sont limit es

Les premiers réseaux mobiles se composent deque ques me eurs qu couvren es zonesimportantes et non interconnectées

Communication interrompues

Con cept ce l lu la i r e



Concept cellulaire ne on e ec romagn que une r quence

s’atténue après une distance d

suffisamment éloignée pour éviter lesinterférence

Une cellule: zone géographique desservie par unefréquence-

cellules



Intér t du concept cellulaire

N=7 nombre decommunicationsdans la zone A R R

En répartissant lesfréquences sur lescellules, ce

nombre devient:π π r = r



Notion de Cluster Un groupe de cellule utilisant l'ensemble

de la bande de fréquence du système estappel motif ou cluster



Distance de réutilisation

D D

R R



Distance de réutilisation G om trie hexagonale

D=i2+ij+j2 (i et j sont des entier naturels) Soient deux cellules de coordonnées (x1,Y1) et

(x2,y2)dans le repère oxy hexagonal

(x’1,y’1) et (x’2,y’2) dans le repère ox’y



y

x

Y’1

x 2

x 1y1

y’2U

x ’1 x ’2

x ’

y2



Distance de réutilisation D =(x 2-x 1) +(y 2-y 1)

x’ 2=x2cos(α)=x2.

x’ 1=x1.

y’ 2=y2+x2sin(α)=y2+x2 /2

2 / 3

y’ 1=y1+x1sin(α)=y1+x1 /2

D2= (x2-x1)2+(y2-y1)2+(x2-x1).(y2-y1) i= x2-x1; j= y2-y1

D2

=i2

+j2

+i.j



Nombre de cellule par Cluster



Nombre de cellule par cluster a: surface de la cellule

A: surface du cluster

.=

RU .3=

2 / 3=aij ji D

a N ++=== 222

23

21.

)30(233

2

2

D

Cos

D

A =⎟⎟ ⎞

⎜⎜⎛

°=



Nombre de cellules par Cluster =

1 2 3 4

1 3 7 13 21

3 13 19 27 37

4 21 28 37 48

Les clusters peuvent être constitués de 1,3,4,9,12,13,16,19,21…cellules

incluant 3 cellules par site

Pour le cas des réseaux numérique tel que le GSM le motif .



Sectorisation des cellules Entretien des BTS : co t lev

Réduction du nombre de site antenne directrice couvrant une cellule

hexagonale depuis l’un des coins

En un coin, 3 BTS couvrant 3 cellules Sectorisation 120° ou 60°



Sectorisation des cellules

- -



Schéma de sectorisation

Exemple de motif de cellule tri-sectorielle



Combinaisons motifs/secteurs

1 4 1 43

76

103

76

10

12 91 4

12 91 4

3

7

6

10

3

7

6

10

Motif 4/12

12 9 12 9 Secteur i

Canal i 12i et 24i



Motif de Stockholm2

31

4

515

6

62

2

3

4

461

5



Motif de Stockholm Motif irr gulier

Réalisé à l’aide des antennes directives Couverture progressive des zone de

couverture s’étend progressivement en

du site initial



(reuse partitioning)

2 67

A B C A

6 7 3 4

C A B C

3 4 5 1

A B C A

1 2 6 7

A B CC



Motifs combinés Combinaison de deux motifs

’ bâtiments, et les autres pour l’extérieur (utilisé enenvironnement urbain dense)

Soit n1: nbre de canaux pour les cellules de grande taille. Soit n2: nbre de canaux pour les cellules de petite taille n1 n2=n On pose n’ 1=n1 /N1 nbre de canaux par cellule dans le cluster(1)

On pose n’ 2=n2 /N2 nbre de canaux par cellule dans le cluster(2) C’= (n’ 1+n’ 2) /S capacit du r seau combinant les deux C= (n’ 1)/SN1 capacité du réseau classique



Exemple du motif combiné n=70, N1=7, N2=4

n1 35 20 50

n2 35 50 20

C.S 10 10 10

C’.S 13,75 15,36 12,14



Capacité intrinsèque d’un système

cellulaire K=n/N.B

Avec: N: taille du motif B: bande passante

.

Exemple: cas du GSM N=9 n=8 B=200 khz K=2,2canaux/ cellule/Mhz

Exemple 2: Radiocom 2000 B=12,5Khz, n=1,N=21 K=1,9 canaux/cellule/Mhz



Interface Radio GSM



Notion de canaux, Bursts et rames ec n que acc s mu p e:

1 porteuse (bande de fréquence),

ou Times Slot ou simplement Slot)

Fenêtre temporelle / fréquentielle Utilisée our transmettre des informations

usager ou système) Fréquences centrales des slots : positionnées à

rv z Durée: 0,577ms



Technique d’accès pour le réseau GSM:

Modulation : 271 kbit/s

Multipléxage Fréquence & Temps

890-915 MHz

1710-1785 MHz

-

45 MHz

- z

95 MHz 0,3 à 30 km 2 à 8 W

0,1 à 4 km



Numérotation des canaux

900 d

= + , .n u=d- ≤n ≤

1800d= , +

0,2.(n-512)u= d- ≤n ≤



canaux, Bursts et rames Structure des slots d termin e par

certaines contraintes Délai: durée inférieure à 5ms Longueur du préambule doit permettre une

égalisation sur 16 à 20 ms Temps de garde nécessaire pour garantir unonc onnemen sur es ce u es e m erayon



Canaux, Bursts et rames Multitrame:

26 trames TDMA (120 ms),

Supertrame:,

Hypertrame: 2048×26×8×51 slot soit 12533 760 secondes ou 3

heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 millisecondes Multiple des cycles précédents D termine tous les cycles de transmission sur le canal

radio



Canaux logiques GSM

parole (speech): TCH/FS (Trafic channel Full Rate for speech) TCH/HS

Données TCH/FR (Trafic channel Full Rate for Data) TCH HR

CCH: Control Channel Point to oint:

SDCCH, FACCH, SACCH Point Multipoint:

FCCH SCH BCCH CCCH: Common Control Channel

PCH RACH AGCH



Débit des canaux : s

TCH/HS: 5,6 Kb/s TCH/FR: 9,6 Kb/s TCH/HR: 4,8 Kb/s

SDCCH: 800b/s (TCH de taille réduitedédié à la signalisation) SDCCH= TCH/8

n n l h i n nir i T Havec son SACCH soit 8 SDCCH avec leursSACCH



Entrelacement de la parole Bloc de 456 bits

Chaque demi bloc b0 b1 … … … … … b7Écritureem urs esassocié avec un b8 … … b1

5

trame suivante Ensuite à l’intérieur

…

…

d’un burst, les deux

sous bloc sont

b4

48

… … … … b4

55

m lang s A0 A1 … … … … … A7em

Blocs

E l d D é d l



Entrelacement des Données et de la

signalisation e man re s m a re ce e e a paro e ma s un

peu plus complexe

(données)

SDU est fractionné en 19 parties de 24 bits,

chaque partie comprend six mots de 4 bits,chaque partie est transmise sur un burst’

restreint sur 8 à 25 bits code sur 36 et 78 bits)la

transmission concerne un seul burst Dans les autres cas: entrelacement des 8 demiblocs sur 4 bursts



Format d’un burst

Trame TDMA…………………….

8,25 bits (30,46μs)

Bits de données chiffrés etencodés

Séquenced’apprentissage

Bits de données chiffrés etencodés

s s s s

Slot 156,25 bit 577µs



Format du Burst La norme sp cifie un gabarit respecter

concernant le temps de montée et de baisse de la’ ,

chevauchent pas dans leurs parties utiles

La norme prévoit d’autres formes pour lesfonction articulières tel ue cala e sur lafréquence, synchronisation accès correspondantaux canaux FCCH, SCH, et RACH



Multiplexage CH-SACCH TCH/F allou avec SACCH

Utilisent le même Time Slot Un slot attribué/direction/trame

(0≤k≤7), N: numéro du canal

24 slots/cycle pour le TCH et un slot pourle SACCH. Le dernier est libre



Multiplexage CH-SACCH Co ec e paro e ivre 260 its co sur 8 emi urst 4

bursts) toutes les 20ms

Transmettre 1 burst cha ue 5ms Trame TDMA plus courte 4,6153ms Pendant 120ms 6 bloc de parole (chaque bloc est code sur

urs s onc urs s Le mobile dispose 26 bursts, donc deux slots sont libres

1 idle (repos) le mobile scrute les voies balises des cellules

voisines

T T T … … … A T T … … … …. i

0 1 2 12 13 24 25

T: TCH A: SACCH i:Idle



Multiplexage TCH-SACCH (demi débit) Les slots pair allou un mobile

Les slots impair alloué à un autre mobile Les slots 12 et 25 sont alloués au SACCH

T t T … … t A T t … … … t a

0 1 2 12 13 24 25

e : e a:



Implantation des canaux FACCH Obtenu par vole de trame TCH

Structure d’entrelacement la même que TCH Pour indiquer le vol de TCH on utilise les deux bitsprésent sur chaque burst de part et d’autre de la

’

préemption (stealing bits)

Bit =0=>bit de données pairs TCH Bit =0=>bit de données pairs FACCH

Bits de données TCH ouFACCH


Bits de données TCH ou FACCH

s s s s

Bit =0=>bit de données impairs FACCH



Multiplexage SDCH-SACCH Un SDCCH et son SACCH associ s sont

multiplexés sur un même canal physique duplex’ -

Périodicité deux multi-trames à 51 trames

traficD0

0 1 2 3

D1 D2D3 D4 A0 /A4

D7D6D5 A1 /A5 A2 /A6 A3 /A7

Ai=SACCH associé au SDCCH i i



Canal FCCH urs par cu er compos e s

S’il est émis sur une fréquence f 0 il donneun s gna s nuso a e r quencef 0+1625/24Khz

se rouve sur e s o e a vo ebalise

m s ans es rames , , , ed’une multitrame à 51 trames

o s c aque , µs o env ronfois/s



Canal SCH Fournie tous les éléments nécessaires

pour la synchronisation: Synchronisation fine: détermination du TA Synchronisation logique: détermination du FN

Trame TDMA8,25 bits (30,46μs)

Bits de Séquence d’apprentissage Bits de donnéesdonnéesencodés

encodés

3 bits 64 bits 39 bits 3 bits




Canal SCH e urs se rouve ans e s o

d’une trame TDMA ou ours s u une rame apr s e

Le premier burst que le mobile tente à deco er apr s e

Le détection permet au mobile d’être surque a r quence qu cou e es a vo ebalise

e urs se rouve ans es s o s1,11,21,31 et 41 d’une multitrame à 51



Canal BCCH us on e onn es carac r s ques e a ce u e

Chaque information est incluse dans un mot de 23 octets

répartis sur 4 burst normaux après codage etentre acement 184 bits sont codés sur 456 bits Diffuse des informations relatives au rè les d’accès à la

cellule Paramètres de sélection de cellule (puissance autorisée,

hystérésis, niveau minimal de signal exigé (2 diffusions/s) Numéro de LAI (2/s) Paramètres RACH (4/s)

Or anisation des canaux 1 s Fréquences balises des cellules voisines (1/s)



Canal RACH urs par cu er acc s a a o re e ype

S-ALOHA us cour que e urs norma car e

mobile ne connais pas son endroit par

Le burst doit s’insérer dans complètement

chevaucher avec le slots voisins

une distance maximale de 37,8Km



Canal RACH rame

Séquence desynchronisation

Bits de données encodés68,25bits (252µs)

8 bits41 bits 36bits


3 bits

s u es 6 bit CRC 4 bit de traînée Codée (codage convolutionel)=>36 bits



Canal AGCH’

mobile, il faut allouer un canal de signalisation

dédié au mobile L’allocation se fait sur des slots définis quiforment AGCH

signalisation: Numéro porteuse et du slot

TA Le message d’allocation est inclus dans un mot

e oc e s co s sur ocs e s qu sonentrelacés sur 4 burst normaux



Canal PCH Lorsque le r seau d sire appeler un mobile Diffuse son identité sur un ensemble de cellules

v a e cana Un ou plusieurs messages sont inclus dans un

,

sous blocs de 57 bits qui seront entrelacés sur 4burst normaux On peut appeler jusqu’à 4 mobile sur le même

message en utilisant le TMSI qui est plus courtque l’IMSI



Scrutation des trames0 0 0 I 0

Voie descendante

0 I 00 0

Voie montante

BTS courante

00 0Voie descendante

BTS voisine

Activité duréception émis

réception émissionMesure et décodage réception émission

mobile sion

mesures



Scrutation des trames Lorsque le mobile est en communication il reçoit

sur un slot particulier de la trame

e s o es e e a mu rame , emobile s’abstient d’émettre et recevoir

une fréquence supportant une voie balise.

fréquence

niveau siffusant

Structure de multiplexage possible sur



p g p

un Time Slot s ruc ure anaux e

contrôlediffusés

anaux econtrôlepartagés

anaux s anauxassociés

SCHBCCH

AGCHRACH

SCH

BCCH

AGCH

RACH

51 BCCH PCHAGCHRACH

51 8 SDCCH 8 SACCH

26 1TCH+1FACCH

1 SACCH

26 2TCH+2FACCH

2SACCH



ormu e u−

pd t α

d2

p2

∑ +−

0 N d p ii

α

dt d1

d3 p1

d4

p3

p4



Interface Radio GSM



Notion de canaux, Bursts et rames ec n que acc s mu p e:

1 porteuse (bande de fréquence)

,ou Times Slot ou simplement Slot)

Fenêtre temporelle / fréquentielle Utilisée our transmettre des informations

usager ou système) Fréquences centrales des slots : positionnées à

rv z Durée: 0,577ms



Technique d’accès pour le réseau GSM:

Modulation : 271 kbit/s

Multipléxage Fréquence & Temps

890-915 MHz

1710-1785 MHz - 45 MHz

- z

95 MHz

0,3 à 30 km 2 à 8 W

0,1 à 4 km



Numérotation des canaux

900d= + , .n u= d- ≤n ≤

1800d= , +

0,2.(n-512)u= d- ≤n ≤



canaux, Bursts et rames Structure des slots d termin e par

certaines contraintes Délai: durée inférieure à 5ms Longueur du préambule doit permettre une

égalisation sur 16 à 20 ms Temps de garde nécessaire pour garantir un

onc onnemen sur es ce u es e m erayon



Canaux, Bursts et rames Multitrame:

26 trames TDMA (120 ms)

, Supertrame:

,

Hypertrame: 2048×26×8×51 slot soit 12533 760 secondes ou 3

heures, 28 minutes, 53 secondes et 760 millisecondes Multiple des cycles précédents D termine tous les cycles de transmission sur le canal

radio



Canaux logiques GSM

parole (speech):

TCH/FS (Trafic channel Full Rate for speech) TCH/HS Données

TCH/FR (Trafic channel Full Rate for Data) TCH HR

CCH: Control Channel Point to oint:

SDCCH, FACCH, SACCH Point Multipoint:

FCCH SCH BCCH CCCH: Common Control Channel

PCH RACH AGCH



Débit des canaux : s

TCH/HS: 5,6 Kb/s TCH/FR: 9,6 Kb/s TCH/HR: 4,8 Kb/s

SDCCH: 800b/s (TCH de taille réduitedédié à la signalisation) SDCCH= TCH/8

n n l h i n nir i T Havec son SACCH soit 8 SDCCH avec leursSACCH



Entrelacement de la parole Bloc de 456 bits Chaque demi bloc

b0 b1 … … … … … b7

Écriture

em urs esassocié avec un b8 … … b1

5

trame suivante Ensuite à l’intérieur

…

…

d’un burst, les deuxsous bloc sont

b4

48

… … … … b4

55

m lang s A0 A1 … … … … … A7emBlocs

Entrelacement des Données et de la



signalisation e man re s m a re ce e e a paro e ma s un

peu plus complexe

(données) SDU est fractionné en 19 parties de 24 bits,

chaque partie comprend six mots de 4 bits,chaque partie est transmise sur un burst

’ restreint sur 8 à 25 bits code sur 36 et 78 bits)latransmission concerne un seul burst

Dans les autres cas: entrelacement des 8 demiblocs sur 4 bursts



Format d’un burst Trame TDMA

…………………….

8,25 bits (30,46μs)

Bits de données chiffrés etencodés Séquenced’apprentissage Bits de données chiffrés etencodés

s s s s




Format du Burst La norme sp cifie un gabarit respecter

concernant le temps de montée et de baisse de la

’ ,chevauchent pas dans leurs parties utiles

La norme prévoit d’autres formes pour lesfonction articulières tel ue cala e sur lafréquence, synchronisation accès correspondantaux canaux FCCH, SCH, et RACH



Multiplexage CH-SACCH TCH/F allou avec SACCH

Utilisent le même Time Slot Un slot attribué/direction/trame

(0≤k≤7), N: numéro du canal

24 slots/cycle pour le TCH et un slot pour

le SACCH. Le dernier est libre



Multiplexage CH-SACCH Co ec e paro e ivre 260 its co sur 8 emi urst 4

bursts) toutes les 20ms

Transmettre 1 burst cha ue 5ms Trame TDMA plus courte 4,6153ms Pendant 120ms 6 bloc de parole (chaque bloc est code sur

urs s onc urs s

Le mobile dispose 26 bursts, donc deux slots sont libres 1 idle (repos) le mobile scrute les voies balises des cellules

voisines

T T T … … … A T T … … … …. i

0 1 2 12 13 24 25

T: TCH A: SACCH i:Idle



Multiplexage TCH-SACCH (demi débit) Les slots pair allou un mobile

Les slots impair alloué à un autre mobile Les slots 12 et 25 sont alloués au SACCH

T t T … … t A T t … … … t a

0 1 2 12 13 24 25

e : e a:



Implantation des canaux FACCH Obtenu par vole de trame TCH Structure d’entrelacement la même que TCH Pour indiquer le vol de TCH on utilise les deux bits

présent sur chaque burst de part et d’autre de la’

préemption (stealing bits)

Bit =0=>bit de données pairs TCH Bit =0=>bit de données pairs FACCH

Bits de données TCH ouFACCH


Bits de données TCH ou FACCH

s s s s

Bit =0=>bit de données impairs FACCH



Multiplexage SDCH-SACCH Un SDCCH et son SACCH associ s sont

multiplexés sur un même canal physique duplex

’ - Périodicité deux multi-trames à 51 trames

traficD0

0 1 2 3

D1 D2D3 D4 A0 /A4

D7D6D5 A1 /A5 A2 /A6 A3 /A7

Ai=SACCH associé au SDCCH i i



Canal FCCH urs par cu er compos e s

S’il est émis sur une fréquence f 0

il donneun s gna s nuso a e r quencef 0+1625/24Khz

se rouve sur e s o e a vo e

balise m s ans es rames , , , e

d’une multitrame à 51 trames o s c aque , µs o env ronfois/s



Canal SCH Fournie tous les éléments nécessaires

pour la synchronisation: Synchronisation fine: détermination du TA Synchronisation logique: détermination du FN

Trame TDMA8,25 bits (30,46μs)

Bits de Séquence d’apprentissage Bits de données

donnéesencodés

encodés

3 bits 64 bits 39 bits 3 bits




Canal SCH e urs se rouve ans e s o

d’une trame TDMA

ou ours s u une rame apr s e Le premier burst que le mobile tente à de

co er apr s e Le détection permet au mobile d’être sur

que a r quence qu cou e es a vo ebalise

e urs se rouve ans es s o s1,11,21,31 et 41 d’une multitrame à 51



Canal BCCH us on e onn es carac r s ques e a ce u e

Chaque information est incluse dans un mot de 23 octetsrépartis sur 4 burst normaux après codage etentre acement

184 bits sont codés sur 456 bits Diffuse des informations relatives au rè les d’accès à la

cellule Paramètres de sélection de cellule (puissance autorisée,hystérésis, niveau minimal de signal exigé (2 diffusions/s) Numéro de LAI (2/s) Paramètres RACH (4/s) Or anisation des canaux 1 s Fréquences balises des cellules voisines (1/s)



Canal RACH urs par cu er acc s a a o re e ype

S-ALOHA

us cour que e urs norma car emobile ne connais pas son endroit par

Le burst doit s’insérer dans complètement

chevaucher avec le slots voisins

une distance maximale de 37,8Km



Canal RACH rame

Séquence desynchronisation

Bits de données encodés68,25bits (252µs)

8 bits41 bits 36bits


3 bits

s u es 6 bit CRC 4 bit de traînée Codée (codage convolutionel)=>36 bits



Canal AGCH ’ mobile, il faut allouer un canal de signalisationdédié au mobile

L’allocation se fait sur des slots définis quiforment AGCH

signalisation: Numéro porteuse et du slot

TA

Le message d’allocation est inclus dans un mot

e oc e s co s sur ocs e s qu sonentrelacés sur 4 burst normaux



Canal PCH Lorsque le r seau d sire appeler un mobile Diffuse son identité sur un ensemble de cellules

v a e cana Un ou plusieurs messages sont inclus dans un

,

sous blocs de 57 bits qui seront entrelacés sur 4burst normaux On peut appeler jusqu’à 4 mobile sur le même

message en utilisant le TMSI qui est plus courtque l’IMSI



Scrutation des trames0 0 0 I 0

Voie descendante

0 I 00 0

Voie montante

BTS courante

00 0Voie descendante

BTS voisine

Activité duréception émis

réception émissionMesure et décodage réception émission

mobile sion

mesures



Scrutation des trames Lorsque le mobile est en communication il reçoit

sur un slot particulier de la trame

e s o es e e a mu rame , emobile s’abstient d’émettre et recevoir

une fréquence supportant une voie balise. fréquence

niveau siffusant

Structure de multiplexage possible sur



un Time Slot s ruc ure anaux e

contrôlediffusés

anaux econtrôlepartagés

anaux s anauxassociés

SCHBCCH

AGCHRACH

SCH

BCCH

AGCH

RACH

51 BCCH PCHAGCHRACH

51 8 SDCCH 8 SACCH

26 1TCH+1FACCH

1 SACCH

26 2TCH+

2FACCH

2SACCH



Procédures GPRS



Architecture du réseau GPRS



Mise a jour GPRS Mis jour BSS:

Intégrer la fonction CCU (Channel Coding Unit)au niveau des BTS. Cette fonction applique 4types de codage canal (CS1, CS2, CS3 et

.

par le PCU selon la qualité du canal partie du BSS. Physiquement peut être intégréau BSC, installé a coté du BSC ou bien a coté

du TRC (la norme prévoit la possibilitéd’installer le PCU même au niveau des BTS)



Mise à jour GPRS ar e :

Des éventuelles mis a jour au niveau des

(VLR, HLR) Parallèlement au sous réseau NSS du GSM un

nouveau réseau fédérateur GPRS doit avoir

lieu: : erv ce uppor o e: c es qu va en

du commutateur du circuit MSC. Ce nœud s’occupede la gestion des connexions et de la mobilité.

: a eway uppor o e: qu va en uGMSC(en mode circuit). C’est une passerelle assurantla liaison avec le réseau IP et le réseau X25 externes



Interface radio et canaux logiques Frequency Correction Channel (le même du GSM)

SCH (GSM)DL

PBCCH : DL

Packet Broad-Cast Control Channel

Packet Random Access Channel

PPCH: DL Packet Pa in Channel

PAGCH: DL Packet Access Grant Channel

PDTCH UL ou DL Packet Data Traffic Channel

PACCH (DL or UL) Pachet Associated Control Channel

PTCCH (UL and DL) Pachet Timing Advance Control CHannel



Canaux logiquesGroup Channel Function Direction

ac et ataTraffic channel

PDTCH Data Traffic MS BSS

Packet broadcastPBCCH Broadcast Control MS BSS

con ro c anne

Packet commonPRACH Random Access MS BSS

ontro anne(PCCCH) PPCH

PNCH

Paging

Notification

MS BSS

MS BSS

Packet DedicatedControl Channels

PACCH Associated Control MS BSS



InternetInternet

Adressage sur Internet Adressage sur Internet



Internet sont accessibles par leur

. . . . Problème : Les adresses IP sont

façon statique dans les grands réseaux. Solution : Allocation automatiqued’adresses IP et adressages de sites

par des chaînes de caractères.

Solutions d’adressageSolutions d’adressage



Deux protocoles utilisés :

- y urProtocol) : configuration automatiquedu réseau (avec adresse IP),- les noms (chaînes de caractères) en

.

DHCPDHCP



recevoir une adresse IP, les

in ormations DNS, etc.automati uement,

Un client demande l’affectation d’unedurée déterminée (30 secondes, 24

eures, … . A la fin de la ériode le client doitdemander une nouvelle adresse.

DNS (1)DNS (1)



Serveurs traduisant les adresses IP en nomsde domaines et vice versa. Système distribué (très peu de serveurs).

.

Stocke d’autres informations que la simple. Protocole de gestion de questions/réponses.

DNS (2)DNS (2)



- TLDs (Top Level Domains) : .com,

.org, .net, .gov, .edu, .us, .tn etc.-

« standards » tels que : yahoo.com,. , …- Peut inclure des sous-domaines tels

que mail.yahoo.com

DNS (3)DNS (3)



d’un ou plusieurs domaines (de toutniveau).

Les serveurs racine (Root servers)

responsables de tous les TLD. A chaque

création de domaine, une entrée pour

racine associé.



est on e aest on e a

mobilitémobilité

G ti d l bilité GPRS



Gestion de la mobilité GPRSNouvelle entité: Routing Area

La taille de RA dépend: Vitesse moyenne des mobiles Profil de trafic des abonné

R ti A Id tit RAI



Routing Area Identity RAIMCC F MNC LAC RAC

3 1 242

LAI

RAI

Mobilité GPRS



Mobilité GPRS es on es a onn s: Données d’abonnement stocké dans le HLR

ors un ac u mo e esinformations sont dupliquées dans le SGSN,

information dupliqué dans le nouveau SGSN Quand le mobile active son contexte PDP la

partie concerné des abonnés est dupliquéedans le GGSN

concerné par le contexte PDP est informé

Numérotation liée à la Mobilité GPRS(1)



Numérotation liée à la Mobilité GPRS(1) P-TMSI: Packet TMSI( identique au TMSI),

identificateur temporaire du mobile dans

le SGSN associ une signature dechiffrement:

SGSN=> P-TMSI

1 1 P-TMSI

0 1 TMSI

32 bits

0 0 TMSIVLR=> IMSI

1 0 TMSI




Numérotation liée à la Mobilité GPRS(2) LLC), identfie la connexion logique entre la MS etle SGSN. Existe sous 4 types: Local TLLI: c’est le m me P-TMSI: permet dedifférencier deux mobiles dans le même SGSN Foreign TLLI: utilisé par la station mobile lors de la mise

a our e a zone e rou age u s pour m m ser aprobabilité d’avoir plusieurs TLLI identiques

Random TLLI: utilisé lorsqu’il n’y a pas de P-TMSIer . Auxiliary TLLI: défini dans GPRS release 97 utilisé

lorsque le mobile ne s’identifie pas au réseau, le mobiledonc utilise un random TLLI ensuite le SGSN lui alloue

auxiliary TLLI, il est utilisé pour réduire la probabilité deTLLI dupliqués




Numérotation liée à la Mobilité GPRS(3)TLLI= P-TMSI 1 1 bits 0 à 29 P-TMSI

32 bits

Forei n TLLI -

Ran om TLLI

Auxilary TLLI 011 10 Random bits

Notion de APNNotion de APN



APN : Réalise deux fonctions :

- Utilisé par le SGSN pour sélectionner un GGSNafin d’accéder au réseau extérieur,

- Utilisé our indi uer un service fournit ar unréseau extérieur.

• ’

APN Network Identification : défini un ISP

(obligatoire),

GPRS où le GGSN est localisé (optionnel).

Flux de données (1)Flux de données (1) F ux e onn es :

- TBF (Temporary Block Flow) : connexion physique



( ) p y q,plusieurs PDCH,

- Existe tant ue l’émetteur a des données àtransmettre en mémoire,

- Identification par un TFI (Temporary Flowr ur ,

- Deux TBF se partageant la même ressource ont,- Deux TBF émis sur des canaux disjoints peuvent

avoir le même TFI,

- Succession de plusieurs PDUs LLC (trames) et doncde blocs (PDUs RLC).

Flux de données (2)Flux de données (2)

- Pendant le flux, le mobile est sur un PDCH



Pendant le flux, le mobile est sur un PDCH- Quand le flux s’arrête, le TBF est terminé et

l TFI li r - Un TBF correspond à un flux de données

r i n li i n - Pendant un flux actif, échange périodique

de données our a uster le TA : mobiledans l’état Ready,

- TFI : ermet de érer l’allocation des blocsradio aux usagers.

Flux de données (3)Flux de données (3)

- Possibilité d’existence simultanée de deux



o b d u a d d uflux et ouverture d’un flux pendant l’activitéd’un flux dans le sens opposé. Chaque flux

est identifié par un TFI,- Allocation d’un flux : réalisé en adressant le

mobile à l’aide du TLLI,- - ,- Vu du SGSN, les flux sont identifiés par le

.

Relation entre couchesRelation entre couches



TBF

MAC

PDCH PDCH PDCH

Physique

Flux de données

Service Access Point

Mise à jour de RA sans LUMise à jour de RA sans LUOld SGSN New SGSN GGSNMS

Routeing Area Update Request

SGSN C R



Security Functions

SGSN Context Request

SGSN Context Response

SGSN Context Acknowledge

Forward Packets

Update PDP Context Response

Cancel Location

Insert Subs. Data Invoke

Insert Subs. Data Result

Update GPRS Location Result

LU Request

RA Update Accept

RA Update Complete

MiseMise--àà--jour de localisation/zone de routagejour de localisation/zone de routage

RA Update Request

SGSN Context Request

SGSN Context Response S i F i



Security Functions SGSN Context Acknowledge

Forward Packets

Update PDP Context Request

Update PDP Context Response

Update Location

Cancel Location

Cancel Location ACK

Insert Subscriber Data

Insert Subscriber Data ACK Update Location ACK

Location Up dating Request Update Location Cancel Location Cancel Location ACK Insert Subs. Data

.

Update Location ACK Location Updating Accept RA Update Accept

RA Update Complete TMSI Reallocation Complete

tat d’un mobile



tat d un mobileRead

StandbyIDLE

En état ready, le mobile reste synchronisé sur le

r seau (son timing-advance est ajust enpermanence)

tat Idle e mo e es non a ac u po n e vue



tat Idle e mo e es non a ac u po n e vuegestion de mobilité GPRS

localisation ni adressage de routage desinformations

Procéssus activé: sélection du réseau et sélection

et resélection de cellule GSM par le mobile provenance du mobile est impossible

’

par la MS lors d’un GPRS attach Le mobile n’est pas joignable dans ce cas.

tat Standby



tat Standby GPRS

Les informations de Paging et de signalisation sont reçus,

Réception et transmission de données impossible Processus activé:<mise a jour de RA et

Le mobile peut active le contexte PDP Le mobile et le réseau peuvent activer une procédure GPRS Le passage du mode stand byau mode ready est déclenché

quand le MS envoie un PDU au SGSN (réponse à un msga in

Le passage de Standby au mode Idle: réalisé par le SGSNquand le suivi de la MS est interrompu

Etat ready o e a ac u po n e vue ges on e mo



Etat eady o e a ac u po n e vue ges on e mo .Information de localisation précise au niveau cellule fourniepar le mobile au réseau

ent t e a ce u e: ce g o a ent ty + Réception et transmission PDP Pas de a in GPRS dans cet état. Le paging d’autres services peut être réalisé à travers GPRS

Le mobile peut désactiver les contextes PDP e passage e a rea y a e c enc par e

ou SGSN quand la MS est détaché du réseau. Le passage de l’état ready à l’état standby est déclenché

par a ou exp ra on u comp eur rea y mer.

l i n ll ll i n ll l

.



Changement de cellules par sélection/

. Dégradation du lien + détection d’une

TBF interrompu, mobile entre en mode,Sélectionne une nouvelle cellule

Packet Transfer Mode et établi unnouveau TBF.

Attachement à la mise sous Attachement à la mise sous

SCP1

tension du mobiletension du mobile

GMSC



BTS BSC with PCU

PSTN

ISDN

GMSC

43

1. MS envoie une demande au SGSN

2

3

u c

Corporatepour l’attachement au réseau.

Indication de la capacité du

terminal : multislot, algorithmes deRADIUS

chiffrement, CS et/ou PS demandés

2. Authentification entre terminal et HLR

4. SGSN indique au terminal son attachement, et entrée en état READY

3. Données usager envoyées au MSC/VLR et SGSN

Attachement GPRS Attachement GPRS

HLRPCUSNSGSN

MS



IMSI or ( P_TMSI + old RAI )

Attach type

MultiSlot capability

requested READY timer value

GPRS Attach Request

Update Location

Insert Sub Data

Insert Sub data Ack

Security Functions

Update Location Ack

GPRS Attach Accept

119MS = READY

_

Negotiated ready timer value

Periodic RA timer

GPRS : notion de contexte PDPGPRS : notion de contexte PDP



d’informations dans MS, SGSN et GGSN permettantl’échange de données avec un réseau PDP (réseau de

onn es Un contexte PDP contient :

, …→ @ PDP du terminal (X121, @IP)

→ @IP du SGSN courant où se trouve l ’abonné→ point d ’accès au service réseau utilisé NSAPI (NetworkService Access Point Identifier) : c’est un index

,

localement pour un mobile→ QoS négociée

Activation du contexte PDP Activation du contexte PDP

MTBTS BSC with PCU

SCPGMSC

1



BSSISDN

www.google.com

HLR AUC

1. Demande d’activation de contexte PDP :

type d’activation, APN, QoS

2

. va e a eman e en onc on e

l’abonnement (chargé du HLR pendant

l’attachement GPRS) Google net

www.google.com

RADIUS

3

3. APN envoie au DNS, l’adresse IP des GGSNs4

4. Connexion logique GTP entre SGSN et GGSN.

5

Public ISPDNS5. Adresse IP allouée au Mobile via des listes locales,RADIUS or DHCP

- par l’opérateur dans son adressage,

-

- Proxy au serveur RADIUS chez un ISP our dans un

intranet

DNS Domaine Name S stemDNS Domaine Name S stem

b t



a.b.x.y etc.

’ GGSN pour l’accès au réseau de données

Au début d’une session GPRS, la requête’ APN (Access Point Name) qui sera traduite

Plusieurs APN peuvent référencer un mêmeN

Contexte PDP Anonyme/NonContexte PDP Anonyme/Non--Anonyme Anonyme

-



- Le mobile doit avoir un abonnement,

’ -contexte PDP est réalisée,- ’ ,- Aucune limitation de la mobilité.

- Aucun abonnement n’est requis, pas’ ,

- Le réseau ne connaît pas l’utilisateur,- .

Routage et transfert de paquetsRoutage et transfert de paquets

Packet Data Protocol

Fonctions PDP context :



Fonctions PDP context :

• activation,

• deactivation,• modification.

c va ePDP Context

or

MM state change to IDLE Une MS en état STANDBY ou

EADY

ACTIVEpeut initier l’activation/désactivation

n’importe quand

Functional PDP State Modelpour act ver ou sact ver uncontexte PDP dans la MS, le SGSN

.

Activation de contexte PDP Activation de contexte PDPMS Initiated

SGSNMS



BSS

SGSN

GGSN

(NSAPI, PDP type, PDP address, QoS Requested,APN)

Security Functions

Create PDP Context Request

(NSAPI, PDPtype, PDP@, QoS, APN)

Create PDP Context Response

Activate PDP Context Accept(PDP address, QoS negociated)

125

(PDP type, PDP address, QoS Negotiated)

Activation de contexte PDP Activation de contexte PDPNetwork requested

MS SGSN GGSNHLR



PDP PDU

Send Routeing Info for GPRS

Send Routeing Info for GPRS Ack

PDU Notification Request

Request PDP Context Activation

o ca on esponse

PDP Context Activation procedure

126

Désactivation de contexte PDPDésactivation de contexte PDP

MS Initiated

SGSN MS



Tunnel BSS

GGSN

Deactivate PDP Context Request

(NSAPI)

Security Functions

Delete PDP Context Request (TID)

e e e on ex esponse

Deactivate PDP Context Accept

(NSAPI)

127

Désactivation de PDP ContextDésactivation de PDP Context

Network

InitiatedSGSN MS



BSS GGSN

Deactivate PDP Context Request

(NSAPI)

De ete PDP Context Request (TID)

Deactivate PDP Context Accept

(NSAPI)

Delete PDP Context Response (TID)

128

Activation de contexte PDP anonyme Activation de contexte PDP anonyme

MS SGSN GGSN



MS SGSN GGSN

Activate PDP Context Request

Create AA PDP Context Request

Create AA PDP Context Response

Activate AA PDP Context Accept

AA : Anonymous Access

Désactivation de contexte PDPDésactivation de contexte PDP

GGSNSGSNMS

e ete ontext equest

Identity Request



Identity Response

Identity Request

Deactivate AA PDP Context Accept

Deactivate AA PDP Context Request

Anonymous Access PDP Context Deactivation Initiated by GGSN Procedure

MS SGSN GGSN

Delete AA PDP Context Request

t mer exp ry Delete AA PDP Context Request

Anonymous Access PDP Context Deactivation Initiated by MS Procedure

Liste locale dans le serveur RADIUS



Liste locale dans le serveur RADIUS Adresse fournie par RADIUS (statique ou à partir d’une

liste RADIUS) Serveur DHCP

De la part de l’opérateur mobile ou dans la liste des

adresses de l’ISP : Hosted model RADIUS proxy model

’

push ([email protected])

Procédure de création de contexte PDPProcédure de création de contexte PDP

GGSNSGSNMS RADIUS DHCPDNS NAS

1. Activate PDP Context Request



2. Security Functions

3a. DNS Request

4. Create PDP Context Request

3b. DNS Response

5a.Radius Authenticate Request

5b.Radius Authenticate Response

6a.DHCP Address Request

6b.DHCP Address Assignment

9. Activate PDP Context Accept

8. Create PDP Context Response

.

Détachement GPRSDétachement GPRSMS Initiated

SGSN

GGSN

MS



BSS GGSN

GPRS Detach Request

(Detach type, Switch Off)

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

PDP Context

Deactivation

GPRS Detach Accept

133

Détachement GPRSDétachement GPRSHLR Initiated

SGSNMS

HLR VLR



BSS GGSN HLR VLR

GPRS Detach Request

(Detach type, Switch Off)

Delete PDP Context Request

Delete PDP Context Response

GPRS Detach Indication

GPRS Detach Accept

Cancel Location Ack

134

ConnexionConnexion

L’usager sélectionne le réseau externe auquel se

Ou, être choisi automatiquement par



Ou, être choisi automatiquement parl’a lication

APN = Access Poin t Nam e = identifie le réseauexterne

Internet provider A

blackberr .net Résolution vers une adresse GGSN IP par le DNS

au SGSN

Etablissement d’une session data : contexte PDP.

Adresses PDP Adresses PDP

Accès aux services GPRS Abonnement àdes services paquets auprès d’unf i d i d’ é



fournisseur de services ou d’un opérateur.

Abonnement relatif à une ou plusieurs.

Exemple :- Passerelle entre r seau GPRS etInternet,

- Serveur WAP, - .

Allocation d’adresses PDP Allocation d’adresses PDP

- L’opérateur HPLMN alloue une adresse



permanente au mobile static PDP address

- L’opérateur HPLMN alloue une adresse aumobile lors de l’activation d’un contexte PDP(dynamic HPLMN PDP address),

- L’opérateur VPLMN alloue une adresse PDP aumo e ors e act vat on un contexte(dynamic VPLMN PDP address),

’ - permanente ou dynamique au mobile (external

Etablissement de session (1)Etablissement de session (1)

Deux o érations sont nécessaires :- Etablissement d’une session (SM, SessionM t) l bil i f l SGSM ( i



Management) : le mobile informe le SGSM (qui

v rifie les droits de l’usager et lui alloue uneidentité P-TMSI). HLR et VLR suivent le mobile.

GPRS Attach (GMM, GPRS Mobility

Mana ement . Le mobile asse de IDLE àREADY.- Activation d’un contexte PDP (SM) : le

mobile peut demander un ou plusieurs contextePDP (chacune comprend : type PDP, adresse, , .

Etablissement de session (2)Etablissement de session (2)

A l’état READY (GMM) et aprèsactivation d’un contexte PDP (SM)



extérieur (PDN) et peut envoyer et

.

Le mobile peut ouvrir plusieurscontextes PDP en para e exemp e :connection à Internet et à un réseau

public à commutation de paquets).

Architecture réseau GPRSArchitecture réseau GPRS

Um Gb Gu Gi



Application

SNDCP GTPSNDCP GTP

IP, X25

,

Relais de trame

MAC

RLC

MAC

RLC

Frame Relay

BSSGP

Frame Relay

BSSGP

L2

UDP, TCP

IP

L2

UDP, TCP

IPRelais de trame

Physique Physique

MS

L1 bis

BSS

L1 bis L1 L1

SGSN GGSN


Couche physique: PLL :Physical link layer

Application



PLL :Physical link layer IP, X25

MAC:Medium access control UDP :user datagram protocol IP :Internet Protocol

LLC

SNDCP

SNDCP :Subnetwork dependent convergence protocol LLC :Logical link control RLC :Radio link control Physique

MAC

MS


Couche physique: Sous couche RF: gère les fonction radio du



Sous couche RF: gère les fonction radio du

terminal, elle met les info reçus de couchephysique. ouc e p ys que: pro u es rames qu

seront émises par la couche radio. Elle détecte


Couche Mac ou RLC: pilote la liaison radio entreterminal et BTS, c‘est à dire les mécanismes de



,’

contrôle d’accès aux ressources radio quandlusieurs terminaux sont en concurrence.

Couche SNDC: SubNetwork Dependant

Convergence: gère la mobilité, le cryptage et lacompression de données.

PH Données utilisateur au plus 2 Koctets

ac e

PH: Packet HeaderSegment Segment

Trame RLC



FH segment FCS

Segment Segment

: rame ea er

FCS: Fame Check Sequence

BH segment BCS

Bloc RLC

BH: Block Header

BLOC ENCODE PAR CODAGE CONVOLUTIONEL (456bits)

’ 1 block radio= 4 bursts successives

Procédure

à la couche SNDCP via l’interface NSAPI qui comprime le paquet. La couche SNDCP segmente le paquet et ajoute un entête à

h t



chaque segment

Les segments obtenus ne doivent pas dépasser 1200 octets sontfournis à la couche LLC La couche LLc ajoute entête FH et un contrôle d’erreur FCS à

RLC/MAC RLC/MAC découpe chaque trame reçue en bloc après avoir ajouté

entête BH et un contrôle BCS +tail (bit de traînée) puis transmetes ocs a couc e p ys que. La couche physique réalise pour chaque bloc un codage de canal

de CS1à CS4 pour avoir 4 burst de 114 bits qui doivent être placé

Structure des messages LLC/MACStructure des messages LLC/MAC

Les trames LLC (1600 octets maxi.) sont segmentées par la

couche MAC en blocs de 4 bursts.



Optional header/DataCompression/DecompressionSegmentation assembly

SNDCP Layer

ncrypt on ecrypt on

FH Information Field FCS LCC FrameLLC Layer

RLC Blocks BH Info. Field BCS BH Info. Field BCS BH Info. Field . . .

RLC/MAC Layer

Following block

Normalburst

Normalburst

Normalburst

Normalburst Physical Layer

Payload

USF T PC RLC Header RLC Data BCSUser Data



RLC data block MAC header Block Check Sequence

RLC/MAC Control Block MAC header Block Check Sequence

USF : Uplink State Flag (3 bits) permet de multiplexer jusqu'à 8 MS sur le même slot

PC : Power Control - T : Indicateur de type

Chaque bloc RLC/MAC comprend le TFI (Temporary Flow

’

( Block Sequence Number ) pour la gestion des acquittements.

5. Gestion de la5. Gestion de la



5. Gestion de la5. Gestion de la

a ressa ea ressa e

FonctionsFonctions• Sécurité

Données utilisateur cryptées entre MS et SGSN. Nouvelalgorithme A5 qui chiffre des blocs LLC de taille variable (jusqu’à

1523 octets). Firewalls intégrés au réseau.



Pour chiffrement/déchiffrement, il faut :- la clé Kc (64 bits)

-

- Les données inputs (par bloc de 32 bits).

• ’

– Même procédure que celle du GSM phase 2 :

- Le HLR énère des tri lets

- Le SGSN conduit la procédure d’authentification– Algo. A3 pour le calcul de SRES à partir de RAND

– Algo. A8 pour le calcul de Kc à partir de RAND

AuthentificationAuthentification

HLRMS

AuC

BSS GGSN



Send Authentication Info

Key Info Request

Key Info Provision

Authentication Request

Authentication Response

Gestion des AbonnésGestion des Abonnés

Données concernant l’abonnement : HLR en permanence. Lors d’un « GPRS Attach », l’information est



,

dupliquée dans le SGSN. Lors d’un changement de SGSN, l’information est

up qu e ans e nouveau . Lors de l’activation d’un contexte PDP, la partie

GGSN. ,

par le contexte PDP est informé.

Adressage Statique ou Dynamique Adressage Statique ou Dynamique

Problématique identique à celle de la gestion des

adresses IP dans un intranet. Adr essage dy n am iqu e :- Adresse provisoire, interne au réseau, donnée à



c aque a onn e renouve e c aque ,- En cas de navigation sur Internet, le GGSN alloue,

- Permet de limiter le nombre d’adresses IP dédiées

aux abonnés GPRS. Adr essage st a t iqu e : Adresse GPRS = Adresse du

réseau Internet Inconv nient : si e mo i e ne sur e pas sur

Internet, gaspillage des ressources.

Echange pour l’activation de contexte PDPEchange pour l’activation de contexte PDP

MS UTRAN DNSSGSN GGSN

Radio access bearer assignment procedure



APN query and response

Create PDP context response

rea e con ex reques

Activate PDP context accept



6. Traitement des6. Traitement des

Partage statique de la voie montante (1)Partage statique de la voie montante (1)

Dans le message PACKET UPLINK

ASSIGNEMENT, à l’établissement d’un TBFmontant, le r seau indique un canal PDCH et lesblocs alloués au mobile.’



bitmap chaque bloc alloué parmi les n blocssuivants : numéro de bloc et numéro de slot(pour une allocation multislot).

Valeur de n indiquée dans le message’ .

Au bout des n blocs, le réseau indique ànouveau l’allocation ar exem le dans un

champ du message PACKET UPLINKACK/NACK).


Allocation pouvant être périodique, essage :indique périodicité et blocs de la période,’ ’ ’



même numéro de bloc en cas de transmission

,granularité de l’allocation est de s blocs),

Allocation valable tant u’elle n’est as modifiéepar le réseau.


D x TBF : - TBF fermés (close-ended TBF) : taille (en

in i r l m il l r



doit allouer suffisamment de blocs pour letransfert du TBF,- TBF ouverts (open-ended TBF) : taille

non indiquée par le mobile et non connuea priori, le mobile doit demander laressource par un message PACKET

c aque nouve eallocation.

Partage dynamique de la voie montante (1)Partage dynamique de la voie montante (1)

Permet d’éviter toute périodicité dans l’allocation

de ressources, Le réseau indique à quel mobile est alloué

chaque bloc radio, bloc après bloc,



Utilisation de l’USF (Uplink State Flag) codé sur3 bits, définition local à un canal physique,nc us ans c aque en e ,

Un ou plusieurs USF sont affectés au mobile en,

Seul le mobile auquel le réseau a alloué cette’

montant suivant.

Partage dynamique de la voie montante (2)Partage dynamique de la voie montante (2)

Valeur de l’USF lue par tous les mobiles

ayant un flux actif sur le canal Pdchmontant,⇒ Pas de chiffrement au niveau physique et



protection de l’USF pour tous les schémasde codage.- Accès aléatoire :

Géré par l’entité MAC.Accès sur RACH ou sur PRACH,F = 7 : in i l 4 l l

montant suivant peuvent être utiliséspour l’accès aléatoire.

Fin d’un flux montantFin d’un flux montant

MS BTS…Data block (TFI, BSN = 101, reste 3 blocs)

PDTCHData block (TFI, BSN = 102, reste 2 blocs)



Data block (TFI, BSN = 103, reste 1 blocs)PDTCHData block (TFI, BSN = 104, reste 0 blocs)

Data block (TFI, BSN = 102, reste 0 blocs)

PACKET UPLINK Ack/Nack (S/P=Polling, NACK : 102) (TFI)

PACCH

PDTCHPACKET UPLINK Ack/Nack (S/P=Polling, Ack final = OK) (TFI)

PACCH Libération TFI

PACCH

Retour canal PBCCH

Réallocation du TFI

Etablissement d’un flux de données montantEtablissement d’un flux de données montant

Le mobile doit disposer d’un TFI, Proc ure acc s :- Accès en 1 phase : accès plus rapide



avec risque de collision pendant ledébut du transfert de données,- Accès en 2 phases : accès plus

lon ue évite toute collision.

Accès en 1 phase Accès en 1 phase

Le mobile envoie une demande

indiquant le type de demande (accèsen 1 hase si nalisation … et la



classe multislot, Demande envo ée sur le PRACH Affectation par le réseau d’un canal

Pdch un TFI et un USF dans PACKETUPLINK ASSIGNEMENT, Le mobile se ositionne sur le canal et

attend les autorisations (par USF).

Accès en 1 phaseAccès en 1 phase

MS BTSPACKET CHANNEL REQUEST (rand)

PRACH Allocation du TFI



PACKET UPLINK ASSIGNEMENT (rand, FN, TFI, TA, n° Pdch, n° USF)PAGCHStockage TFI,

Commutation

Data block (TFI, BSN = 0, TLLI)

PDTCHPACKET UPLINK Ack/Nack TFI TLLI Ack de 0

sur canal PDCH

Data block (TFI, BSN=1, TLLI)

PACCH

Mêmes TFI-TLLI

Pas de collision


PDTCHData block (TFI, BSN=3, TLLI)

PDTCH

…

Accès en 2 phases Accès en 2 phases

- phase initiale : accès aléatoire,



- p ase su s quen e : e mo e n quele type de flux à transmettre (débiteman , nom re oc e s, pr or ,

mode acquitté ou non). Décidé par le mobile.

Accès en 2 phasesAccès en 2 phases


PRACH Allocation du TFI



PACKET UPLINK ASSIGNEMENT (rand, FN, TFI, TA, n° Pdch, n° USF)PAGCHStockage TFI,

Commutation

PACKET RESOURCE REQUEST –TFI, TLLI, mesures radio)

PAGCHPACKET UPLINK ASSIGNEMENT TFI TLLI TA n° Pdch n° USF

sur canal PDCH


PACCH

Mêmes TFI-TLLI

Pas de collision


PDTCHData block (TFI, BSN=2, TLLI)

PDTCH

…

Accès avec mise en attente Accès avec mise en attente

’ en attente des demandes,



NOTIFICATION pour allouer le TQI (Temporaryueuin Identit

Le terminal reste sur le canal d’accès commun,

Pendant l’attente le réseau contrôle la résencedu mobile par un bloc PACKET POLLINGREQUEST.

Accès avec mise en attenteAccès avec mise en attente


PRACH Allocation TQI



PACKET QUEUING NOTIFICATION (TQI, rand, FN)PAGCH…

PACKET CONTROL ACKNOWLEDGEMENT

PACKET POLLING REQUEST (TQI)

PACCH

PACCH (4 bursts d’accès ou 1 bloc normal) Allocation TFI

PACKET UPLINK ASSIGNMENT (TQI, TFI, TA, n° Pdch, n° USF)

PAGCHCommutation

sur canal Pdch…

Etablissement d’un flux de données descendantEtablissement d’un flux de données descendant

- automate MM dans l’état READY et le

,



- automate dans l’état STANDBY et ler seau ne conna que a zone eroutage : phase d’appel (paging)pr a a e.

Etablissement d’un flux descendantEtablissement d’un flux descendant

MS BTS

PACKET DOWNLINK ASSIGNMENT (TLLI, TFI, TA, n° Pdch)

Allocation TFI

+ choix PDCH

Stockage TFI, commutation



Data block (TFI, BSN=0)

PDTCH

sur canal PDCH


PDTCH

Data block (TFI, BSN=2)PDTCH

Data block (TFI, BSN=3, S/P=Polling)

PDTCH

PACKET DOWNLINK Ack/Nack (TFI,mesures)

PACCH

…

Etablissement d’un flux descendantEtablissement d’un flux descendant

MS BTS

PACKET PAGING REQUEST (TLLI)

PPCH

PACKET CHANNEL REQUEST (rand)

PRACH



Allocation TFI + choix PDCH

PACKET DOWNLINK ASSIGNMENT (TLLI, TFI, TA, n° Pdch)


PDTCH

Attente d’1 bloc

ommutat on

sur canal PDCH


PDTCH


PDTCH

Data block (TFI, BSN=3, S/P=Polling)PDTCH

c ac ,mesures

PACCH…

h nn l ll i n rh nn l ll i n r

MS Network

Packet Channel Request



PRACH or RACH

Packet Immediate AssignmentPAGCH or AGCH

Packet Resource Request

PACCH

Packet Resource Assignment

PACCH

link r n f rlink r n f r MS Network

Data Block

PDTCHData Block

D t Bl k PDTCH



Data Block PDTCHData Block (last in send window)

PDTCHemporary ac et c ac

PACCHData Block

PDTCH

Data Block

Packet Ressource ReassignmentPACCH

Data Block PDTCH

Packet Ressource Reassi nment Ack

Data Block (last)PDTCH

PACCH

Data Block PDTCH

final Packet Uplink Ack/Nack PACCH

Downlink data transferDownlink data transfer

Access and Assignment

MS Network

PDTCH

Data Block PDTCH

Data Block

D t Bl k ( lli ) PDTCH



Temporary Packet Ack/Nack PACCH

Data Block (polling) PDTCH

Data Block PDTCH

Data Block PDTCH

Data Block

Packet Resource Assignment

Packet Resource Reassignment Ack

PACCH

PACCH

PDTCH

Data Block PDTCH

Data Block PDTCH

PACCHPacket Downlink Ack/Nack (final)

,PACCH

USF = Uplink State FlagUSF = Uplink State Flag

• Objectif : multiplexage de blocs radio deplusieurs mobiles (8 maximum) sur une même

ressource.

Utili é DL i t



• Utilisé en DL uniquement.

• Nombre de codes USF utilisés (3 bits) :

- Si multitrame 52 avec PCCCH, 1 codeUSF est réservé pour le PRACH

- ,

codes sont utilisés pour réserver et indiquer les

Temporary Block Flow (TBF) Temporary Block Flow (TBF)

- onnex on p ys que u s e par es eux en s

pour le transfert de PDU LLC.

TBF Fl d d é E i t t t l’é tt d



- TBF : Flux de données. Existe tant que l’émetteur a desdonnées à transmettre (même s’il n’y a pas de

transmission en cours par manque de ressources).

- Peut avoir des ressources radio sur un ou plusieursPDCH

- Tem oraire et maintenu uni uement endant la durée

de transfert.

Temporary Flow Identifier (TFI) Temporary Flow Identifier (TFI)

- Chaque TBF est associé à un TFI.

- eux ux se par agen a m me ressource, s o ven

avoir un TFI propre pour les différentier.

Si deux flux sont sur des canaux disjoints ils peuvent



- Si deux flux sont sur des canaux disjoints, ils peuventavoir le même TFI.

- Remplace l’identité de l’abonné dans les couches

RLC/MAC.- Figure dans toutes les entêtes RLC d’un TBF.

- ’

sens de transmission.’- re a oca on ynam que es ocs ra o aux s.

Transmission des blocs (1)Transmission des blocs (1)

Ordonnancement des blocs réalisé par le réseau : transmet

’selon un ordre dépendant de la politique de gestion de laQoS.

Paging PACH (Ack/NAck)Canal Descendant



usf3 usf3 usf3 usf3

TBF

Canal Montant

TFI=38,BSN=15 TFI=38,BSN=16 TFI=38,BSN=17 TFI=38,BSN=18

usf: Uplink Status Flag (autorisation d'émettre). 8 valeurs (0 à 7), 0 = 4 bursts.

MS avec un TFI = 38 (alloué temporairement) et un USF = 3

Paging

TBFTFI=38,BSN=25 TFI=38,BSN=26

TFI=38,BSN=27

TFI=38,BSN=28 TFI=38,BSN=29

PACH (Ack/NAck)

Canal Montant

TBF montant

Transmission des blocs (2)Transmission des blocs (2) La couche RLC crée un TBF (flux de blocs temporaire) à chaque

transmission de données.

- ,

- Pour éviter les collisions : identification des usagers par TFI etTLLI,

- Nombre de retransmissions lié au rapport C/I,

L t i i éd i t l débit til



- Les retransmissions réduisent le débit utile.

TFI=14

BSN=24

TFI=14

BSN=25

TFI=14

BSN=26

TFI=14

BSN=27

TFI=14

BSN=28

TFI=14

BSN=24

TFI=14

BSN=26

Lien DL

Entête

Block 6 Block 7 Block 8 Block 9i Block 10Block 11 iBlock 0 Block 1 Block 2 Block 3T Block 4 Block 5 i

RLC

26 30 34 39 470 4 8 13 2117 43

TFI=14

Ack :

TFI=14

Ack :

Lien UL :

25,27,28

Nack :

24,26

24,26

TFI = 14

Exemple de partage de TBF montants par USFExemple de partage de TBF montants par USF

4 4 4 2 2 0 4 1 1USF =

. . .

B8 B9

USF 1



B5B4

USF = 1

B7B3B2B1

USF = 2

=

USF = 0 non alloué

F tran mi dan ’ nt t A D c d ar t u

mobiles.

Exemple de transmission avec plusieurs TBFExemple de transmission avec plusieurs TBF

4 TBF : 3 TBFs (MS1, MS2 et MS3) et 1 TBF (MS4).

PDCH1

Canal Montant

AG(1) AG(2) AG(3) AG(4) NA(1) NA(3) PA(3) Ak(3)PA(3) Ak(3)

RA(1) RA(2) RA(3)RA(4)

PA(2) PA(3) PA(3)PA(1) PA(2) PA(3) PA(1)



Canal DescendantPDCH2

( )

Canal Montant

PA(4) Ak(2) PA(4)

PA(1) PA(2) PA(1)PA(1) PA(3)

PA(4)

PA(1) PA(2) PA(3)

Canal DescendantPDCH3

Canal Montant

PA(4) PA(4) PA(4) PA(4)

PA(1) PA(2) PA(3) PA(3) PA(3) PA(3) Ak(4)

RA(i) : Demande de ressource pour le mobile i - AG(i) : Allocation de ressource pour le mobile i

PA(i) : Envoi d'un bloc vers/du mobile i - Ak/NA(i) : Acquittement positif/négatif pour le bloc du mobile i



..

SMS et GPRS 1SMS et GPRS 1

L M v n r nv vi Mvia GPRS.Im :

Nouvelles interfaces de signalisation



Nouvelles interfaces de signalisation,

stocker et à diffuser,

- -contrôler 1 ou 2 numéros SS7 et 2 cheminsour acheminer un SMS

SMS-SC (Service Center) : pas demodification.

SMS et GPRS 2SMS et GPRS 2 Procédures d’envoi de SMS par le SGSN ou par le

- Quand le SMS-GMSC demande l’information de’ ,

VMSC (si mobile joignable à travers VMSC) et s’il



VMSC (si mobile joignable à travers VMSC) et s iloffre les SMS-MT ar GPRS il envoie é alementl’adresse SS7 du SGSN (si mobile joignable àtravers le SGSN).

- Dans le SMS-GMSC, l’opérateur choisit le trajetVMSC ou SGSN pour l’envoi des SMS. Si l’envoi par

’ , .

Mobile Terminated SMSMobile Terminated SMS

MS SGSN

Connection Request

GGSN HLR SMS-GMSC SMS-C

Send Routing Info.

for SM

Connection Confirm

Data Form

Send Routing

Info for SM Result



(SGSN n°, MSC n°)

Forward Short Message (SM)

Info. Service Center

Forward Short Message Result

Report SM Delivery Status

Delivery Report

Released

Released Confirm

MS SGSN SMS-G SMS-C

essage rans er

Forward Short Message (SM)



Message Transfer (SM)

Forward Short Message Result

Delivery Report

Delivery Report



..

serv ceserv ce

Qualité de serviceQualité de servicechaque utilisateur ou négociées au début de chaque appel.

aram res c :

- Precedence class : Priorité à maintenir le service dans des

conditions difficiles,

R li bilit : Probabilité de perte de SDU entre 10-2 et 10-9



- Reliability : Probabilité de perte de SDU entre 10-2 et 10-9.

- Delay : Délai de transit entre 0,5 sec. et 75 sec.

- ean roug pu : moyen mesur aux po n s e r renceet Gi (entre Best Effort et 171 kb/s).

- ea roug put : t max mum e trans ert e onn es

travers le réseau pour un contexte PDP (entre 8 et 2048 kb/s).

Plus de 50 possibilités différentes : l’opérateur doit en sélectionner

quelques unes.

Négociation de QoSNégociation de QoS

MS : Vérifie que le mobile n’utilise pas plus de

.

SGSN :

- Distribue les ressources entre les mobiles,



,

- Contrôle de flux (couche LLC),

-trafic.

GGSN : Peut limiter le débit en fonction de la QoS.

maximum.

Exemple de QoS : Delay

Taille de paquet

Classe de

1 2 8 oct et s 1 0 2 4 oct et s

Tem s Tem s Tem s Tem sd lai

moyende moyen à95% moyende moyen à95%



moyende moyen à95% moyende moyen à95%trans ert(sec.)

sec. trans ert(sec.)

sec.

. r c , ,2. Prédictif 5 25 15 75

3. Prédictif

50 250 75 375 .

Effort

Exemple de QoS : Reliability Class Fiabi-lité

ModeGTP

Modetrame LLC

Protectiondonnées

Modebloc RLC

Type de trafic

1 Acquitté

Acquitté Protégé Acquitté Trafic non temps réel,sensible aux erreurs,sans ertes de a uets.

2 Nonacquitt Acquitté Protégé Acquitté Trafic non temps réel,sensible aux erreurs,



acquitt rares pertes de paquetset déséquencementacceptés.

3Non Non Protégé Acquitté Trafic non temps réel,

acqué

acqu ,pertes de paquetsacceptées, gestion demobilité, SMS.

4 Non

acquitté

Non

acquitté

Protégé Non

acquitté

Tra ic temps r e ,sensible aux erreurs,

pertes de paquets etdéséquencementaccept s.

5 Nonacquitt

Nonacquitté

Nonprotégé

Nonacquitté

Trafic temps réel, nonsensible aux erreurs,ertes de données

Exemple de QoS : Débit crête

1 8

3 32



5 128

7 5128 1024

9 2048

Exemple de QoS : BER résiduel

’ 1 5*10-2

* -2

3 5*10-3



-

5 1*10-3

-

7 1*10-5

8 1*10-6

9 1*10-8

Le S stème UMTS



Problématique

Nombre d’abonn s mobile d passe lenombre d’abonnés fixe en 2004

Plus de 2500 Millions d’abonnés en 2015



systèmes existants

Incompatibilité des systèmes

Syst mes existants: PDC (Personal Digital Cellular) et PHS

(Personal Handyphone System) au japan AMPS (Advanced Mobile Phone service) ou D-



, c ma ne e u s enAmérique et en Asie

plus part des pays, souvent en concurrenceavec d’autres s stèmes

Systèmes existants GSM IS95 IS 136 PDC

K

Méthode TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMA



Méthode TDMA/FDMA CDMA TDMA TDMAd’acces

Band e de 900/1800/1 800/1900 800/1900 800/1400r q u e n c e

Esp acem en

200Khz 1250Khz 30 Khz 25Khz

u t i l i sa t i on Mondiale Continentaméricain et Amériquedu nord japan

asie

rences mpor an es sur e segmenradio o u a on Bande de fréquences



… Solution: terminal multi modes

nconv n en : encom remen e cosupplémentaire

r

pour tout les systèmes

normalisation

Les syst mes de 2i me G sont suivis pardes organismes indépendants

Systèmes de 3ième

G suivi par l’UIT-



Support d’application MultimédiasSupport de débit plus élevé (2Mbits/s)

Itinérance étendu permettant de bénéficier d’unecouverture de service supérieure à celle qui est

PropositionsDescr ip t ion Ty p e Or ig in

e UWC-136 Universal Wireless Communication terrestre TIA

WIMS Wireless Multimédia and messaging service Terrestre TIA

CDMA200 CDMA large bande (IS95) Terrestre TIA

SAT CDMA Satellite TIA



TD-SCDMA Time Division Synchronious CDMA Terrestre CATT

SW-CDMA Satellite Wideband CDMA Satellite ESA

SW-CTDMA Satellite Wideband Hybrid CDMA Satellite ESA

ICORTT Réseau de satellite en orbite moyenne Satellite ICO

WCDMA CDMA large bande Terrestre ARIB

CDMAII Asynchronious DS-CDMA Terrestre TTA

CDMAI Multiband Synchronious DS-CDMA Terrestre TTAUTRA Universal terrestrial Radio Access Terrestre ETSI

HORIZON Horizon Satellite Satellite inmarsat

Contexte de normalisation

La majorit des propositions sont: CDMA En mode TDD ou FDD

2 re rou ements:



3GPP:3rd G partnerShip Prject qui est àl’origine de l’UMTS dont la définition a héritédes concepts de norme GSM

3GPP2: crée à la forte inclinaison au GSM du3GPP

Structure du 3GPP

ec n ca sp c ca on roup SA: Service and System Aspect (service

, , , CT (Core network and Terminals) définition desinterface avec le terminal



RAN (Radio Access Network) définition del’architecture du réseau d’access et despro oco es

GERAN (GSM EDGE Radio Access Network)’

d’acces de la norme GSM

Objectif de l’UM S

Compatibilité avec les services offerts Services support Téléservices Services supplémentaires

Transparence du réseau vis-à-vis de l’usager Support du multimédia



144 kb/s en rural extérieur 384kb/s en urbain extérieur 2 Mb/s en indoor (faible mobilité)

Classes de services Délai de transfert de l’information Variation de délai

Classe de services

asse : conversa onne Temps de transfert: 100 à 200ms

aux erreur: o rance e a percep on

humaine, .



, . Classe B: streaming

Délai de transfert peut être long

Exemple: VOD, diffusion radiophonique,application de transfert des images

Classes de services UM S

asse : n erac ve Dialogue interactif avec un serveur

’

Pas de performance temps réel particulière’



Exemple: navigation Internet, FTP, e-commerce, etc…

Classe D: Background Très roche de la classe C Priorité des information inférieure à la classe C

Système de 3 me Génération

100.0

R é s

Réseauxlocaux radio

D

é b i t

10.0

e t



e a uf i l a

i r

UMTSil e ( en

1.0

Réseaux sans fil e s

Réseaux cellulaires

b / s )

0.1 (DECT)

Vitesse

Office Bâtiment Immobile Marche Véhicule

0.01

Intérieur Extérieur

if r i r l’ MT

Intérieurmobilité réduite

Extérieur urbainmobilité réduite

Extérieur ruralgrande mobilité



2 Mbit/s 384 kbit/s 144 kbit/s

Services temps réel/circuit et non temps réel/paquet Différentes qualités de service (BER de 10-3 à 10-6, délai de

30 à 300 ms Services asymétriques et à débit variable Services multiples par utilisateur

Allocation de spectre pour l’UMTS

1 8 8 0 M H z

1 8 8 5

1 9 0 0

1 9 2 0

1 9 8 0

2 0 1 0

2 0 2 5

2 1 1 0

2 1 7 0

2 2 0 0

Spectre CEPT



Bandes appairées et non appairée terrestres

Bande appairéeBande non

appairée Bande non appairée

Légende: Applications terrestres Applications satellites

Conce t UTRA de l’ETSI

1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200FDD DLFDD ULTDD

UL/DL

TDDUL/DL

MSSUL

MSSDL

FULFUL/DL



FDL

Mode FDD

Mode FDD en W-CDMA pour les bandes appairées (2 x

60 MHz) -appairées (35 MHz)

Domaines d’a lications des 2modes UTRA

Satellite

Zone suburbaine

Global

et rurale



Intérieurdesbatiments

MacroMacro--CellCell MicroMicro--CellCellPicoPico--CellCell

GSM UTRA/FDD UTRA/TDDMSS

’

Mode FDD TDD

- -

Débit chip 3.84 Mchip/s 3.84 ou 1.28 Mchip/sEspacement entre porteuses 4.4 à 5 MHz avec un pas de 200 kHz

Durée d ’une trame radio 10 ms



Durée d une trame radio 10 ms

Structure d ’une trame 15 time slots par trame radio

Facteurs d ’étalement 4 à 512 1 à 16

Coda e canalPas de codage, codes convolutifs (1/2 ou 1/3),

ou ur o-co es

Architecture générale de réseau 3G

Core Network

Réseau d’acces

BRAN SRAN UTRAN



BRAN SRAN UTRAN

Utilisateurs Mobiles

BRAN: Broaband Radio Access Network: utilisent la technologied’acces de type WLAN (hyperlan2 ou IEEE 802.11 SRAN: Satellite RAN UTRAN: UMTS Terrestrial RAN

Architecture générale de l’UM S

UE UTRAN CN



UTRAN: UMTS Terrestrial RAN CN: Core Network UE: User Équipement

Découpage en strates

Non Access Startum

roto Proto Proto Proto



colesradio

colesradio

colesIu

colesIu

Mobile UTRAN CN

Acces stratum

Interface Iu

Découpage en strates

Sp cifi par le 3GPP: AS: access stratum

Fonction de gestion de ressources radio Handover

: on access s ra um



Fonction du réseau indépendantes du réseau d’access

’ ’ control pour le mode CS) et SM (session Managementen mode paquets)

Fonction de mobilit en mode de veille (MM et GMM)

Lien entre AS et NAS

ag comme un ourn sseur e serv ce v s- -vis de NAS

Point) ont été définis: SAP GC (général control): regroupe tous les services liésa us on e n orma on roa cas ex: ra cti été bli ité



routier, météo, publicité SAP Nt (Notification): diffusion de l’information vers un

ou p usieurs uti isateurs. Ex: paging, ta issementd’appel de groupe SAP DC (dédicated control): service destiné à un mobile

particulier telle que échange d’information,

établissement et libération de connexions designalisation

Notions de RAB

Le type de service et les caract ristiquesdes ressources sont négociés au niveau deNAS

Le NAS charge le AS d’établir le chemin decommunication dans le réseau d’accès



communication dans le réseau d accès

Radio Bearer (Mobile-UTRAN) Iu Bearer (UTRAN-CN)

Les attributs du RAB en UM S

Classe de service (A,B,C,D) Débit maximal

Débit garanti é



Taux des SDU erronés D lai de transfert Priorité …..

Les attributs du RAB

En fonction des attributs du RAB le r seaudoit effectuer: Le choix du codage canal Dimensionnement des ressources radio Allocation des radio Bearer



Configuration des protocole radio

Architecture matérielle du réseau UMTSPDN

SGSNIub Gi

Node B

RNC

SGSN GGSN

Iu

Gn

Gn

CGfGrGs



CuIur EIRHLRAuC

MSC/VLR GMSCIub Iu

Node B

RNC MSC/VLR

RTCP

Node B

Appel aussi station de base Rôle:

Gestion de la couche physique Coda e canal Entrelacement



Entrelacement Ada tation du débit Étalement Contrôle de uissance en boucle fermée

RNC: Radio Network Controller

e: con ro es ressources ra o u ,gère le protocole RRC qui définit les messages etles rocédures entre le mobile et l’UTRAN

2 types de RNC pour le mobile SRNC: Serving RNC:

Gère l’interface Iu avec le réseau Cœur et la signalisationassocié



associé Gestion des ressources radio Décision de Handover Control de puissance

DRNC: Drift RNC: n’im orte uel RNC à l’exce tion duSRNC, qui contrôle certaine cellules utilisées par le

mobile

ypes de canaux U RAN

anaux og ques



Canaux physique: représente l’existence physique de l’interface Uu entrele domaine UE et le domaine d’accès

anaux p ys que

Canaux logiques: différentes taches du réseau et du terminal sontréalisées à des instant différents. Les canaux logiques matérialisent la

correspondance entre ces taches et les canaux de transport Le RNC ère les canaux de trans ort ui trans ortent le flux

d’informations sur l’interface Uu

Canaux de l’U RAN

Canaux logiques: services offerts auxcouches supérieures (NAS)

Canaux de transport: indiquent commentl’information est transportée

Canaux physiques



Ca au p ys ques

Canaux de transport et canaux physiques

es n orma ons g n r es par es couc es au es sontransmises sur l’interface air par des canaux de transport(Transport Channel) qui s’appuient sur différents canaux

Canaux de transport: services de la couche physique aucouches sup. définissent la façon dont les données sonranspor es n erva es, nom re e a e es ocs,…

Chaque canal de transport comporte un indicateur TFI(



Chaque canal de transport comporte un indicateur TFI(transport Format Indicator)

La couche physique combine les information des indicateursTFI en un TFCI (Transport Format Combination Indicator)qui est transporté sur le canal physique de contrôle

Canaux de transport et canaux physique

oc ranspor

Bloc transportTFI

oc ranspor

Bloc transportTFI

Couches hautes



Codage & MuxTFCI ouc e p ys que

Canal Physique deCanal physique decon r e

Canaux de transport et canaux physique

Un canal physique de contr le avec un ouplusieurs canaux physique de donnéespeuvent tre cod e et multiplex s par la

même entité de traitement pour donnerun canal de transport CCTrCh (codedCompo ite T n po t Ch nnel)



Composite Transport Channel)

Cx transport

CCTrCh Cx logiques

Cx physiques

Canaux de transport

2 types: Canaux Commun: (Commun Channel):

ressource partagée par différentsutilisateurs d’une même cellule

Canaux dédiés (dedicated Channel):



ou/et fréquence réservée à un seulili r

Canaux de transport RACH: Random Access Channel: canal commun

en UL, il transporte de petits paquets (acces, ,

non temps réel) UL il transporte quelques paquets sporadique



FACH: Forward Access Channel: canal communen DL pour le transport d’information de contrôle(ex: réponse à un RACH) ou de données

Canaux de transport

: own n are anne :transport de signalisation ou d’information

.

BCH: Broadcast Channel: canal de’ PCH: utilisé pour le paging



PCH: utilisé pour le paging

: e ca e anne : canabidirectionnel, dédiés à chaque utilisateur

signalisation de couches hautes.

Canaux physiques UL D di s:

DPDCH (Dedicated Physical Data Channe) pour les infos

DPCCH (dedicated physical Control Channel) pour lesinfos de contrôle générées par la couche physqiue

Commun: PRACH: Physical Randon Acces Channel pour le



PRACH: Physical Randon Acces Channel pour le

PCPCH: Physical Common Packet Channel pour letransport du CPCH

Canaux physiques en DL D di s:

DPCH (Downlink Dedicated Physical Channel): pour les.

Communs: CPICH: Common Pilot Channel our l’identification ducode d’embrouillage de la station de base

P-CCPCH: (primary Common Control physical Channel)



P-CCPCH: (primary Common Control physical Channel)

,sans contrôle de puissance et avec un débit fixe.

suite S-CCPCH: (Secondary Common Control physical

Channel)pour le transport du FACH et PCH : ync ron sa on anne : compos u

PSCH( Primary Synchronisation Channel) pour la

(secondary Synchronisation Channel) pour las nch onisation de la t ame d mobile



synchronisation de la trame du mobile PICH: (Paging indicator Channel) pour lr

transport des paging. Toujours associé à un S-CCPCH transportant un canal PCH

Correspondance canaux physiques etcanaux logiques

Canaux

de transport

Canaux

de transport

Canaux

physiques

Canaux

physiques

CPICH

SCH DCH

DPCCH

DPDCH

BCH P-CCPCH DSCH PDSCH



-

FACH PICH AP-AICH

RACH PRACH

AICH

CD/CA-ICH

CSICH

Couche Ph si ue del’interface Radio



La technique CDMA

Contrairement au FDMA et TDMA laséparation des utilisateurs se fait parcodes

La corrélation entre les code doit trèsfaible voir nulle pour pouvoir faire laséparation etre les usagers



séparation etre les usagers

Fonction de corrélation Soit S=(S0,S1,……,SN) et T=(T0,T1,………,TN)L’inter corrélation entre les deux séquence de

ongueur es onn e par:

RS,T=ΣN-1

(-1)Si+T

i+j

doivent vérifier:

L f ti d’ t él ti t i l i 0 t



La fonction d’auto corrélation est maximale our i=0 etfaible ou négative pour i différent de 0

L’inter corrélation entre codes et faible ou négative

talement de spectre DSSS: Direct s quence spread spectrm Chaque bit de période Tb du signal utile est

coup en ps e p r o e c pour re a

L’étalement se fait par un séquence PN (pseudo-

Le débit de Chip en UTRAN est 3,84 Mchip/s



sur l’interface radio sont étalés de la même

SF: spreading factor, ou facteur d’étalement:T T

Propriétés du canal radio

Réflexions multiples sur les

l’onde radio

MC2D Plusieurs tra ets entre



Plusieurs tra ets entre

l’émetteur et le récepteur

Techniques utilisées pour palier audégradation du canal radio mobile

sa on e a ec n que e vers : Diversité en fréquences

vers en emps

Diversité de polarisation Diversité spatiale



niveau du récepteur’

MCR « Maximum Ratio Combining »

Principe du MCR

Sur chaque branche on obtient dessymbole portant des informations dephase et d’amplitude.

Estimation de la réponse impulsionnelle ducanal par l’estimateur du canal



signaux

Récepteur en r teau (Rake reciever)

k ième Mobile

Démodulateur

......

k ième antenne

de réception

trajet #0

Sorties

souples

Démodulateur

trajet #1 (Maximum-

Ratio

Combining)



g)

Démodulateur

trajet #( L-1)

......

Profil

d ’intensitémultitrajet

Récepteur 0τ 1τ 1 Lτ −

Codes utilisés en U RAN

Deux types de codes: Les codes de canalisation: sont des codes

orthogonaux facteur d’ talement variable, ils

sont déduit à partir de l’arbre OVSF. Ils

signaux émis sur la même fréquence-



- noise. Utilisé puisque les codes de canalisationne permettent pas une orthogonalité parfaite

Les codes de canalisation

G n r s partir de l’arbre OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)

...+1, +1, +1, +1, +1, +1, +1, +1

Absence de code d’embrouillage

...

...+1, +1

+1, +1, +1, +1

+1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, -1

F E = 4

FE = 8 ...



F E = 4

...1

+1, +1, -1, -1

FE = 2

...+1, -1

FE : Facteur d ’étalementStation de base #i

Les codes de canalisationgarantissent l’orthogonalité àl ’intérieur de chaque cellule

Arbre OVSF

Non utilisable en UL pour s parer lesusagers. Utilisé uniquement pour séparerles flux d’un meme mobile (transmission

multicodes) En DL, les codes sont utilisés pour la

séparation des flux du node vers l’useger



p g

Codes de brouillage

es co es ne peuven pas reutilisés tel qu’il sont car ne permettent pas

Utilisation des codes de brouillage séquences PN caractérisées par une propriété

’



Utilisé en UL pour séparer les flux des

différents mobiles. Séquence de 38400 chipg n r s partir de 24 registre d calage

Codes de brouillage en DL

es co es s paren e s gnaux es no es .séquences de 38400 chips d’une séquenceénérée à artir de 18 re istres à décala e

Planification des codes en DL semblable à laplanification FDMA/TDMA

Les codes organisés en 512 groupes de codesprimaire, chaque code primaire comporte 15



Pour économiser l’énergie des mobiles les codesprimaires sont organisés en 64 groupes de 8codes primaire chacun

Les codes de brouillage en DL

D D D D D D D D D D D D D D D D D D

07 6 41517

Voie I

D D D D D D D D D D D D D D D D D D

L’ensemble des codes d’embrouillage est subdivisé en 512 sous-

0568910111213141517 7 Voie Q



ensem es con enan c acun un co e em rou age pr ma re e15 codes d’embrouillage secondaires Chaque cellule ne peut utiliser que les 16 codes d’embrouillage (1

’ -ensembles

A chaque code d’embrouillage (primaire ou secondaire) sont’ d’embrouillage alternatif droit (pour les trames compresséséventuellement

Codes de brouillage en DL

Code d’embrouillage 2

Station de base #2Code d’embrouillage 1

Station de base #1

Code d’embrouillage 3



Station de base #3

Les codes d’embrouillage garantissentl’ « orthogonalité » entre les différentes cellules

a emen sur e en escen an

Code de

canalisation

1er utilisateur

Séquence d ’embrouillageDonnées

1er utilisateur

... ...

l o t e s

T P C

F C I

(Station de Base)

... ...

P i

Antenne

’

Code de

canalisation

...

Kième utilisateur



Kième utilisateurDonnées

Kième utilisateur ... ...

Emetteur P i l o t e s

T P C

T F C I

s a emen sur e en escen an e u r

a t e u r

ième

Séquence d’embrouillage

(station de base)

D é c o d a g e

d o n n é e s

k i è m e u t i l i s a

t

D é c o d a g e

c o n t r ô l e

k i è m e u t i l i s

k ième antenne

de réception

o e cana sat on

k ième utilisateur

......

Détection

Sorties

souples

données+

contrôle



Estimationk ième canal

Symboles

Réce teur

pilotes

k ième utilisateur

Démodulateur

Orthogonalité sur le lien montant

L’orthogonalité sur la lien montant est assurée par des

codes d’embrouillage différents :

Chaque mobile possède un code de brouillage.

canalisation de l’arbre OVSF.



’ Codes d’embrouillage longs pour garantir la meilleure

ort ogona it .

Codes d’embrouillage courts pour permettre une détectionconjointe de tous les mobiles de la cellule.

1er code canalisation Emetteur

Données k ième

utilisateur

k ième utilisateur

k ième séquence

d’embrouillage

k ième antenne

d’émission

......

Contrôle k ième

Pilotes TP

C

TFC

I

FB

I

ut sateur



2ième code canalisation

k ième utilisateur k ième......

mo e

Décisions données k ième utilisateur

Antenne

s quence em rou age

1er code canalisationième

Décisions contrôle

k ième utilisateur

de réceptionTPCTFCI FBI... ...

Démodulation séparée

Sorties souples

...

onn es+

contrôle



2ème code canalisation

k ième utilisateur

... ... Estimation

k ième canal

Réce teur

... Symboles pilote k ième utilisateur

Démodulateur

Contr le de puissance



o age es canaux e transport en

CRC

Concaténation/Segmentation de TrBlocs

Codage de canal ...

transport blocks

1er entrelacement

Egalisation de trame radio

Adaptation de débit

Segmentation de trame radio

M l i l d T CH d Q S diffé

CCT Ch



Multiplexage de TrCHs de QoS différentes

Segmentation canal physique

CCTrCh

2ème entrelacement

Traitement au niveau canalh si ue

o age es canaux e transport en

CRC

transport blocksConcaténation/Segmentation de TrBlocs

Codage de canal

1

ère

Insertion de bits d’indication de DTX

Adaptation de débit

Segmentation de trame radio

CCT Chu p exage e r s e o ren es



CCTrCh

Se mentation de canal h si ue

2ième Insertion de bits d’indication de DTX

2ième entrelacement Traitement au niveau canalh si ue

Répartition de canal physique

Contr le d’erreur

Une vari t de m thode de contr le d’erreur, lasélection est effectuée par l’UTRAN en tenant

Deux techniques: niveau RLC, à la réception d’une trame erronée lerécepteur soit rejette la trame ou demande sa



FEC ( Forward Error Correction): appelé codage canal,elle produit des bits supplémentaires utilisé au niveau durécepteur pour corriger les erreur de transmission

Détection par CRC

Pour chaque bloc de donn es un nombre de bitégal à la taille du CRC est ajouté n n veaux e ec on son n s, e

choix dépend de la QoS demandée par le RABPolynome Taille du CRC

Gcrc24(D)=D24+D23+D6+D5+D+1 24

16 16 12 5



Gcrc16(D)=D16+D12+D5+1 16Gcrc24(D)=D12+D11+D3+D2+D+1 12

Gcrc24(D)=D8+D7+D4+D3+D+1 8

0

Codage des canaux de transport

BCH

1/2PCH Codes convolutifs

RACH

Codes convolutifs 1/3 ou 1/2

, , , -

Absence de codage



Absence de codage

Codes convolutifs à 256 états

= ,1ère

sortie

Entrée

2ième

sortie

ère

R = 1/3,

sortie



DEntrée D D D D D D D

sortie

3ième

sortie

urbo-code PCCC à 8 états1ère sortie

D D DEntrée

me sor e

Entrelaceurinterne duturbo-code

D D D

3ème sortie



Terminaison

Fonction de transfert G( D) = [1, (1 + D + D3

) / (1 + D2

+ D3

)]

u re s uturbo-codeur

Performances : BER 1,E-01

Recommended Turbo Code Frame=3072 bits

1,E-02 e

Recommended Turbo Code Frame=2048 bitsRecommended Turbo Code Frame=1024 bits


Convolutional g1(D)=561 g2(D)=753

1,E-03

E r r

o r R a

1,E-04 B i t

1 E 05



1,E-05

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0

Ebi/No (dB)

Comparaison du BER des turbo-codes et des codes convolutifs

de taux de coda e 1/2 sur un canal aussien

Performances : BLER (ou FER)1,E+00

t e, -

e E

r r o r R

1,E-02 F r a Recommended Turbo Code Frame=3072 bits


Conv. 1 D = 561 2 D = 753 Frame= 3072 bit s.

Conv. g1(D)=561 g2(D)=753, Frame= 512 bits



1,E-03

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

Ebi/No (dB)

Comparaison du FER des turbo-codes et des codes convolutifs

de taux de coda e 1/2 sur un canal aussien

Concaténation-segmentation destransport bloc

Le but de cette op ration est de pr parer lesdonnées pour la phase de codage canal orsque p us eurs ranspor oc s un m me

canal de transport sont à émettre sur un même,

sont concaténés en bloc unique fourni ensuite enentrée à la fonction codage canal

pour limiter cette fonction ce bloc est segmenté



pour limiter cette fonction ce bloc est segmentélorsque sa taille dépasse 504 bits pour un codageconvolutif et 5114 pour les turbo codes

Adaptation du débit

Les canaux physiques offrent un nombrede bits fixe par trame qui ne correspondpas forc ment au la taille des paquets.

Le réseau choisi un code dont le SF est leplus proche du débit demandé

’

réalisée au niveau de chaque canal de



réalisée au niveau de chaque canal der n r i nir m l

qui seront multiplexés sur le CCTrCh

Entrelacement

Entrelacement sur les bits du transportblock après codage canal et avant led coupage en segments

Entrelacement au niveau des tramesavant le découpage en slots

Écriture ligne par ligne



Écriture ligne par ligne

donné

Lecture colonne ar colonne

talement et modulation

es s son mu p ex s empore emenavec les bits DPCCH

Puis séparer les bits pairs des bits impairs surdeux branches I et Q

Les bits des deux banches sont ensuite codés parle code OVSF, puis avec un code de brouillage

s=

S1 S2 Multiplication des S=S +jS par C =C +jC



s S1 S2 Multiplication des S=SI+jSQ par Cs=CS1+jCS2

, Application d’une modulation QPSK

Structure des canaux physiques

Un canal physique est d crit au moyensdes fonctions de base mises en œuvredans le mobile et le r seau: Recherche de cellule initiale (CPICH, P-SH, S-SCH) Lecture des informations systèmes (P-

Diff i d d i (S CCPCH)



Diffusion de message de paging (S-CCPCH) m ss on es appe s ,

Échange de données (DPCH)

Recherche d’une cellule initiale

Canaux intervenants: P-SCH, S-SCH,CPCICH

Slot # 0 Slot # 1 Slot # 14

SCH

2560 Chips (0.667 ms)CPICH

pprimaire p p



a csi,1SCH

secondairea cs

i,2 a csi,15

256 Chips

Longueur de trame (10 ms)

Structure du SCH Le canal SCH rimaire est constitué d’ un code hiérarchi ue non

modulé de 256 chips identique pour toutes les cellules Le code de synchronisation primaire (PSC) cp est transmis au

d but de chaque time slot Le SCH secondaire est constitué de la transmission répétitive

d ’une séquence de 15 codes modulés de 256 chips chacun es co es e sync ron sa on secon a res son ransm s enparallèle avec les codes de synchronisation primaires

Il y a 64 canaux SCH secondaires indiquant 64 groupes de coded ’embrouilla e différents.

Le code de synchronisation secondaire csi,k

transmis au début dutime slot k = 0, 1, …, 14 correspond au groupe de codes



y , , , p g pd’embrouillage i = 1, 2, …, 64

ensemble de 16 codes orthogonaux de 256 chips chacun

La séquence du SCH secondaire indique le groupe parmi 64auquel appartient le code d’embrouillage utilisé sur le liendescendant par la station de base

Un groupe de codes d ’embrouillage contient 8 codesd ’embrouillage

Diffusion des information système

Faite par P-CCPCH (Primary CommonControl physical Channel) Diffusion des informations réseau (PLMN,etc…)

Information sur la cellule courante (puissancecanaux communs, etc…) Informations sur les cellules voisines (

requence co es pr ma res e c Information sur la tachnologie voisine ( liste



requence, co es pr ma res, e c… Information sur la tachnologie voisine ( liste, , …

Canal P-CCPCH-

DonnéesQ-Branchxoff

. ms, ts

Slot#1 Slot#2 Slot#3 Slot#15

’

10 ms

slot (S-SCH)



( ) Débit 18bits par slot soit 13,5 kb/s

Le P-CCPCH est un canal à débit fixe et utilise un facteurd’étalement de 256 et transporte le canal de transport BCH

Le canal de paging

Le canal S-CCPCH (Secondary CommonControl physical Channel) véhicule lescanaux de transport FACH( forward acces

channel) et PCH (paging Channe)I-Branch

Données-Branch

PilotesTFCI

0.667 ms, 5120/SF Bits



10 ms


Le canal S-CCPCH

Contient deux types d’informations: Bits de données ou des messages de

signalisation destin au canal de transport

FACH ou des messages de paging PCH es n orma ons e con r e e a couc ephysique: les bits pilotes et TFCI



Le canal DPCH

Transport des donn es usagers DPDCH: dedicated physical data channel

, , … Utiliser pour véhiculer les données en provenance des

couches supérieures DPCCH: dedicated physical control channel

Spécifique à la couche physique et non transféré aucouches hautes

Bits pilote TPC: transmit Power control pour le contraole de puissance



TPC: transmit Power control pour le contraole de puissance

Etc…

Format DPCH descendant

DPDCH DPDCHDPCCH DPCCH

Brancheen phase

onn es Pilotes

0.667 ms, 5120/SF Bits

onn esBranche

en quadrature




10 ms

Format DPCH montant

DPDCH :Brancheen phase

Données

DPCCH :Branche enquadrature

0.667 ms 2560/SF Bits

TPCFBITFCISymboles pilotes




10 ms

Gestion de la mobilitéUMTS



Notion de URA

La gestion de la mobilit n’est plus la charge duréseau Cœur, elle est assuré par le SRNC n s u s es

LAI Location Area Identity

URA: UTRAN Registration Area: ensemble de cellule(zone de localisation) qui n’est pas connue par le réseaucœur

UE ne signale sa position au SRNC qu’après avoir



g p q p’

Entités

Location Area (Zone de localisation): une ouplusieurs cellules reliées au RNC connectés au.

commutation de circuit. Met en œuvre le CS-

TMSI utilisé à l’intérieur de la LA. Routing Area (Zone de routage: une ou plusieurs

cellules reliés au RNC connectés au même

nœuds. Utilisé pour les services à commutationde paquet. Une RA est un sous ensemble d’une



p qu u . uvr - u

l’intérieur de RA.

Entités

URA ou UTRAN Registration Area (Zoned’enregistrement UTRAN) s e quan e mo e es en mo e connec au

RRC

URA’

n’appartenant à aucune URA de l’anciennecellule)=>mise a jour de l’URA



cellule)=>mise a jour de l URA Les URA’s se recouvrent partiellement pour

éviter les problèmes de mise a jour ping pong

MAJ de URA

URA1 URA2 URA3URA4

MS1



MS2

Correspondance entre équipement etzones

Un MSC/VLR peut avoir une ou plusieurs LA une LA ne peut être distribuée entre plusieurs

Un SGSN peut avoir une ou plusieurs RA. Une RA Le RNC peut avoir une ou plusieurs LA (ou RA)

SGSN



orrespon ance L , R et UR

MSC/VLR1SGSN2

SGSN1

BSC1/RNC1 BSC2/RNC2 BSC3/RNC3BSC4/RNC4



URA6 URA7 URA8 URA9 URA10 URA11

RA1 RA2 RA3 RA4 RA5

LA1 LA2 LA3

LA, RA et URA

Localisation des UE dans les nœuds du r seau

GSM GPRS UMTS GPRS UMTS UMTSCellule non non non non oui

RA Non Non Oui oui non



LA oui oui oui non non non

Les identités de l’UE dans l’U RAN

Entit : RNTI:Radio Network Temporary Identifier

orma s: S-RNTI:serving RNC RNTI: permet d’associer un UE à un

SRNC de fa on uni ue il es alloué ar le SNRC lors del’établissement d’une connexion.

D-RNTI: Drift- RNC RNTI: assigné par un Drift RNC. L’ - - .

C-RNTI: alloué par le CRNC (controlling RNC) U-RNTI: il est uni ue dans l’UTRAN il se com ose de :



U RNTI: il est uni ue dans l UTRAN il se com ose de : SRNC-id S-RNTI

Etats d’un mobile

Deux modes: Le mode veille: pas de connexion RRC entre

UE et l’UTRAN

Mode connecté: existence de connexion avec. e mo e es su v s en a s: CELL_DCH

_ CELL_PCH URA PCH



_

Etat CELL_DCH

mobile. Un ou lusieurs canaux de trans ort Les messages d’information systèmes peuvent

être reçues sur le FACH

travers les messages de signalisation EXP: pour des appels en mode paquets, si

c ange e onn es est interrompumomentanément l’UTRAN peut demander à L’UEde passer à l’état CELL PCH ou URA PCH



p _ _ Après la libération de la connexion l’UE passe

automatiquement en mode veille RRC

Etat CELL_FACH

Aucune ressource radio d di e n’est attribu el’UE et sa mobilité gérée au niveau cellule e son es canaux communs e ranspor ,

FACH et CPCH qui sont utilisé pour les transferts’ ’

Ce mode est utilisé pour le transfert de donnéede etite taille sans contraintes tem s réel ainsi

que la signalisation Le passage à l’état CELL_PCH et URA_PCH se fait



p gà la suite d’un ordre explicite de l’UTRAN

Etats CELL_PCH et URA_PCH

es a s e repos u pro oco e ouaucune activité dans la voie montante est.

Le passage est indiqué par l’UTRAN si

L’activité principale de l’UE est le

Avant tt reprise d’activité l’UE doit passer’



_mise a jour de localisation

ransitions entre les différents états



Etat d’un mobile

PMM Detached

GPRS Detach

GPRS attach reject

RA update reject

PMM ConnectedPMM IDLE

PS signaling

Connection release

PS signalingconnection establish

PMM detached (PS Mobility Management): localisationinconnue. connec e : ce u e ou e connu au e



connec e : ce u e ou e connu au eSGSN. SRNC contrôle le HO.

PMM idle: RA de l’UE connue au SGSN. Paging UE possible

tat d’un mobile

Un mobile à commutation de circuit (CS) Un mobile à commutation de paquet (PS) Un mobile fonctionnant pour les deux types de

commutations

État en CS: CS Detached: UE non joignable par le réseau

pour le service CS. Pas de mise à jour de.

CS Idle: UE est joignable par paging pour serviceCS. Peut initier des mises à jour de localisation. CS Connecte : UE a une iaison e signa isation



CS-Connecte : UE a une iaison e signa isationpour les services CS connectés. N’initie pas de

MAJ de localisation

tat d’un mobile

UMTSMM/GMM signaling

MM Detached MM connected

MM/GMM attach

GMMDetacehd

GMMConnected

e

GMM Idle

RAU update rejectLAU attach rejectMM/GMM attach reject

connection estalish



MM/GMM detach implicite

tat d’un SGSN

UMTSMM/GMM signaling

MM Detached MM connected

MM/GMM attach

GMMDetacehd

GMMConnected

e

GMM Idle

RAU update rejectLAU attach rejectMM/GMM attach reject

connection estalish



MM/GMM detach implicite

Synthèse état mobilité PS et CS

Mode état détaché Idle connecté

PS State PMM PMM idle PMM

Info / RA Cellule ou

CS State CSdetached

CS idle CSconnected



Info

location

réseau LA cellule

Mise à jour de localisation

Effectu par MS en tat Idle, quelques soit l’ tatPS e e ec u e par en a e,

quelques soit l’état CS

Resélection d’une cellule, si la nouvelle cellule ne

contient pas le même identifiant URA (une cellule peutappartenir à plusieurs URA. Chaque cellule diffuse unensemble URA. Si numéro stocké dans la mémoire de laMS différent de celui de la cellule alors il va avoir uneMAJ d URA



MAJ de URA Expiration de la temporisation URA-update timer

MA de RA en mode PMM IdleMS New SGSN Old SGSN GGSN HLR

RAupdate Request SGSN context Request

SGSN context Request

Security Functions

con ex ac now e ge

Update PDP context Request

Update Location

Cancel location

Cancel Location ACK



Cancel Location ACK

Update Location Ack

RA update accept

RA update complete

MAJ de RA en mode PMM connected

ew

RA update RequestSGSN context Request

SGSN context Request

SGSN context acknowledge

Forward packets

p ate context equest

Update PDP context Response

Update Location

Cancel location

Cancel Location ACK



Update Location Ack

Insert subsc data ack

RA update accept

RA update complete

Notion de PLMN

Il existe : HPLMN: Home PLMN, l’opérateur est déteneur

de l’USIM

VPLMN: Visited PLMN RPLMN: Registered PLMN, c’est le PLMN surlequel une inscription est réussie. Il peut être

La sélection du PLMN peut être manuelleou au oma que



ou au o a que

Sélection automatique de PLMN

Les tentatives de s lection sont ex cut dansl’ordre suivant:

Les PLMN de la liste utilisateur si elle existe dans l’ordre

de priorité. Les PLMN de la liste opérateur si elle existe dans l’ordre

de priorité.’

La liste d’autres PLMN pour lesquels la qualité deréception est supérieure à un seuil fixé.

La liste d’autres PLMN ordonnée suivant la qualité de



La liste d autres PLMN ordonnée suivant la qualité deréception décroissante.

Sélection manuelle d’un PLMN

Le mobile pr sente l’utilisateur lors dela mise sous tension l’ensemble des PLMNsdisponibles

Toute les technologies supportées par lemobiles sont prises en considération’

présenté



Sécurité dans le réseau UM S

ors e nscr p on aupr s u r seau echaque changement de zone de,

sécurisations de l’accès peuvent être

,l’authenticité et l’intégrité des échanges.

Allocation d’identité temporaire

Activation de chiffrement et de l’intégrité



Activation de chiffrement et de l’intégrité

authentification

Architecture de la sécurité en UM S



Allocation de l’identité temporaire

Ne pas transmettre fr quemment l’identitde l’abonné Attribution d’identité temporaires:

TMSI: ar le VLR en mode circuit P-TMSI: par le SGSN en mode paquet

’

procédure d’inscription ou MAJ de



Identification du mobile

e r seau eman e au mo e e ufournir l’identificateur permanent de’

L’IMSI est demandé quand le réseau’ ’

certaine le mobile à partir d’un

L’IMEI est demandé par le réseau avec la

Version) pour vérifier que le mobile ne



Version) pour vérifier que le mobile ne

fi ure as dans la liste black

Chiffrement et intégrité des données.

Chiffrement: confidentialit des donn essur l’interface radio. Intégrité: authentification de l’origine de

messages de signalisation Procédure: Security mode control

Algorithmes d’intégrité: UIA



Processus de chiffrement

app que c acun es ra o earer ra oet de signalisation actifs aram res:

algo F8 e c remen

paramètre COUNT-C incrémenté à chaque

Direction VM ou VD

L’opération inverse est effectué en



L opération inverse est effectué en

r i n r hiffr r l m

Chiffrement



Intégrité des données’

signalisation actifs Paramètres utilisés:

Clé d’intégrité IK Paramètre Count-I (couche RRC)

Bit DIRECTION Message lui-même MESSAGE qui contient l’identité du Bearer.

-Code)

En réception il faudra générer le message d’intégrité XMAC-I eX ected MAC-I

Si XMAC-I et MAC-I sont différents on considère que lemessage est altéré et ne sera pas pris en considération



message est altéré et ne sera pas pris en considération.

Intégrité des données



Authentification

u en ca on mu ue e Le réseau fournit au mobile lesparam res perme an e ca cu er es c sde chiffrement et d’intégrité.

sa on e a c s oc ans eet l’AuC

e c n es ama s ransm se surl’interface radio

n quemen es param res ynam quessont transmis



sont transmis.

Déroulement de l’opérationd’authentification

L’AuC g n re un nombre al atroire RAND et unnuméro de séquence SQN

es param res , ,K,AMF(Authentification mangement Field) sont

de l’USIM et l’AuC. L’AMF sert our l’indication des al orithmes our

générer le vecteur d’authentification lorsqueplusieurs algo sont disponibles; la sélection d’unelimite pour la dur es de vie des cl dechiffrement et d’intégrité; etc



chiffrement et d’intégrité; etc..

Le vecteur d’authentification (au niveauréseau)

||: concaténation



Génération des vecteursd’authentification

CK cl de chiffrement IK: clé d’integrité AK: anonymity Key: sert pour masquer le num de

séquence pour servir à une authentification

XRES: eXpected RESponse: qui est la réponse

MAC: Message Authentification Code: le code’ mobile



Le jeton d’authentification (niveaumobile)



Procédure d’authentification

L’AuC construit le jeton d’authentificationAUTN constitué de 3 champs: SQN, AMFet MAC

Le vecteur d’authentification est laconcaténation des paramètres RAND,XRES, CK, IK et AUTN



Déroulement de l’opérationd’authentification ur ec on une con on e c enc emen e

l’authentification, le VLR/SGSN demande les paramètresd’authentification à l’AuC qui est la seule à les générer u g n re un ensem e or onn e e vecteurs

d’authentification et l’envoie au VLR et SGSN

Le VLR/SGSN enregistre les vecteurs reçus et ensélectionne un de rang i puis envois les paramètres RANDiet AUTNi du vecteur i au mobile

Les paramètres XRESi , CKi et IKi ne sont pas envoyés aumobile

XRES sera utilisé pour vérifier la validité de la réponse dumobile et CK et IK sont utilisés comme clés



Déroulement de l’opérationd’authentification ur r cep on e a eman e au en ca on e

USIM génère les paramètres XMACi, RESi CKi etIKi à artir des aramètres RANDi et AUTNi re us

Le mobile compare ensuite les paramètres MACet XMAC pour authentifier le réseau

Dans le cas que tout est correct, le mobile envoisau réseau la réponse à la demande’

Le VLR/SGSN compare le paramètre RES auXRES pour authentifier le mobile, en cas d’égalitéla procédure se termine et les clé CKi et Ikipeuvent être utilisé



peuvent être utilisé

Procédure d’authentification



Canaux h si ues



’

Mode FDD TDD

- -

Débit chip 3.84 Mchip/s 3.84 ou 1.28 Mchip/s

Espacement entre porteuses4.4 à 5 MHz avec un pas de 200 kHzDurée d ’une trame radio 10 ms

Structure d ’une trame 15 time slots par trame radio

Facteurs d ’étalement 4 à 512 1 à 16

Coda e canalPas de codage, codes convolutifs (1/2 ou 1/3),

ou ur o-co es



Les canaux physiques dédiés de la voiemontante

: e ca e p ys ca a a anne :pour le transport des canaux de transport

DPCCH: Dedicated physical control

de contrôle ou de signalisation générés

TFCI.un seul DPCCH



Le canal DPCCH n orma on con r e con enue ans es c amps e s

de DPCCH sont: Des bits pilote connu par le récepteur de la BS, ils servent

pour est mer a r ponse mpu s onne e u cana . s sontegalement utilisés pour estimer le SIR pour déterminer lescommandes TPC

TFCI pour déterminer les attributs selon lesquels les bits dedonnées envoyer par le DPDCH ont été traité au niveau descanaux de transport.

Les bits de retours FBI (Feed-back information)

interviennent en cas de macrodiversité TPC Transmit Power Control our demander

l’augmentation et la diminution de la puissance de DPDCH.Il peut avoir 1 ou 2 bits TPC par slot ce qui permet unef é d t ôl d 1500H



fréquence de contrôle de 1500Hz Codé à l’aide du code C256,0

Structure du DPCCH et DPDCHDPDCH :

Brancheen phase Données

DPCCH :Branche enquadrature

TPCFBITFCISymboles pilotes

0.667 ms, 2560/SF Bits




10 ms

Canal physique dédiés à la voiedescendante

n seu ype appe e ca ephysical Channel) ranspor e a o s e ra c e a

signalisation

peu re cons r comme unmultiplexage temporel de DPCCH et

Seuls les bits FBI n’existent pas es s pa rs son r par s sur a vo e

tandis que les bits impairs sur la voie Q



Le canal DPCHDPDCH DPDCHDPCCH DPCCH

Brancheen phase

o esBranche

en quadrature

. ms, ts




10 ms

Le canal DPCH

Les diff rents champs sont transmis avecdes niveaux de puissances différentsd termin s par le r seau (PO1,PO2,PO3)



Différence dans le temps entre canalmontant et descendant



Le canal PRACH

PRACH: Physical Random Acces Channel Porteur du canal RACH



Structure du PRACH

Préambule Préambule Préambule Partie messa e

5120 chips

4096 chips 10 ms (une trame radio)

Préambule Préambule Préambule Partie message

La transmission d’un accès aléatoire est

4096 chips 20 ms (deux trames radio)

constitu e d’un ou plusieurs pr ambules de 4096

chips chacun et d ’un message d’une durée de 10

L’émission du RACH est basée sur un accès



indication d’acquisition rapide

Structure du PRACH 2 35120 chips

10 ms (une trame radio) 10 ms (une trame radio)Accès aléatoire #0

#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14d ’accès

Accès aléatoire #2

Accès aléatoire #8

cc s a ato re

La station mobile peut effectuer un accès

d’accès Il a 15 slots d’accès toutes les deux tramesradio successives de 20 ms

Les slots d’accès dis onibles dans cha ue station



de base sont indiqués par les couches hautes

Structure du PRACH 3 3

Contrôle S mboles ilotes TFCI

0.667 ms, 2560/SF Bits

10 ms


tructure e a part e message e acc s a ato re

La partie contrôle est constituée de Npilot = 8 bitspi otes connus et e NTFCI = 2 its TFCI

La valeur du TFCI indique le format de transport



du message d’accès aléatoire courant

Structure du SCHSlot # 0 Slot # 1 Slot # 14

SCH

2560 Chips (0.667 ms)

p

a cs

i,1

primaire

SCH

secondaire

p

a cs

i,2

p

a cs

i,15

256 Chips

Longueur de trame (10 ms)

Le canal SCH primaire est constitué d’ un codei rarc ique non mo u e 256 c ips i entique

pour toutes les cellules



e co e e sync ron sa on pr ma re cp estransmis au début de chaque time slot

Structure du SCH 2/2 e secon a re es cons u e a ransm ss on r p ve

d ’une séquence de 15 codes modulés de 256 chips chacun Les codes de synchronisation secondaires (SSC) sont transmis en

parall le avec les codes de synchronisation primaires Il y a 64 canaux SCH secondaires indiquant 64 groupes de code

d ’embrouillage différents. Le code de synchronisation secondaire cs

i,k transmis au début dutime slot k = 0, 1, …, 14 correspond au groupe de codesd’embrouillage i = 1, 2, …, 64

Chaque code de synchronisation secondaire est choisi parmi un

ensemble de 16 codes orthogonaux de 256 chips chacun

auquel appartient le code d’embrouillage utilisé sur le liendescendant par la station de base



’ d ’embrouillage.

Structure du CPICH

I-BranchSéquence pré-définie de symboles

Q-Branch

0.667 ms, 20 Bits = 10 symboles

10 ms


Le CPICH est un canal d bit fixe et

utilise un facteur d’étalement de 256 etv hicule une s quence pr -d finie desymboles



Structure du P-CCPCH

I-BranchDonnées

Tx

-

0.667 ms, 5120/SF Bits


Le P-CCPCH est un canal à débit fixe etutilise un facteur d’étalement de 256 ettransporte le canal de transport BCH



Structure du S-CCPCH

I-BranchDonnées

-BranchPilotesTFCI

0.667 ms, 5120/SF Bits

10 ms




Structure du PICH 1/2 Le PICH transporte les indicateurs de d’appels entrants (Paging

Indicators ou PI)-

transport PCH

Le PICH a un débit fixe et utilise un facteur d’étalement de 256

Parmi les 300 bits contenus dans une trame radio du PICH,seulement 288 bits sont utilisés pour transporter les indicateurs’

N indicateurs d’appel {PI0, …, PIN-1} sont transmis à chaque tramePICH, où N = 18, 36, 72 ou 144

Si un indicateur d’appel vaut ‘ 1 ’ dans une trame radio, toutes lesstations mobiles associées à cet indicateur doivent écouter la



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