Transcript UMTS

L’UMTS
Universal Mobile Telecommunication System
Arnaud Fremiot, Marcin Bortnik
Plan
•
•
•
•
•
•
•
•
Historique
Le 3GPP
Les services UMTS
La radio
L’architecture
Le protocole
La mobilité
Mise en œuvre des tests
Historique
Historique
• Constat
– Les réseaux 2G ne sont pas compatibles entre eux
– Limite des possibilités atteinte
– Besoin d’une nouvelle technologie pour offrir de
nouveaux services de couverture " Mondiale "
Nécessité de créer une 3G normalisée au plan mondial
Historique
• Résultats
– Plusieurs technologies 3G
– L’UMTS est l’une des principales
– Création du 3GPP (3rd Geneartion Partenership Project)
Depuis début 1999 le 3GPP travaille à la normalisation de
l’UMTS
Le 3GPP
Le 3GPP
En charge de la normalisation de l’UMTS, il se
compose de 5 sous groupes:
–
–
–
–
–
SA : Service and System Aspects
CN : Core Network
RAN : Radio Access Network
T : Terminals
GERAN: GPRS EDGE Radio Access Network
Le 3GPP
Le 3GPP travaille sur plusieurs version de normes en
même temps
• La Release 99 qui correspond aux réseaux actuellement en
cours de déploiement . Cette version modifie
profondément la partie radio ( introduction du CDMA)
• La R4 devrait modifiée l’architecture Core Network
• La R5 HSDPA, IMS (multimédia haut débit)
• La R6 HSUPA, MBMS
Les services UMTS
UMTS / GSM
En comparaison avec le GSM, la partie radio de
l’UMTS a été la plus profondément modifiée
– accès radio se fait en WCDMA (partage de la bande de
fréquence)
– Les RNC (ex BSC) communiquent entre eux
– Le transport des données et de la signalisation sont
basés sur l’ATM
– Introduction de nouveaux service grâce à
l’augmentation des débits
– Support pour les differentes qualités de service
Les services UMTS
• Sur le domine Circuit (CS)
– La visiophonie
– Les data
• Sur le domaine paquet (PS)
– Le 384/64, 128/64, 64/64
• Les multi-appels
– 1PS + 1CS
– 2 PS
– 1CS + 2PS
L’USIM
(Universal Subscriber Identity Module)
L’application USIM contient toutes les données
relatives à l’abonné, parmi lesquelles on trouve :
–
–
–
–
–
–
–
l’IMSI (International Mobile Subscriber Identity),
le MSISDN (Mobile Station International ISDN Number),
la langue préférée, utilisée pour l’affichage des informations sur le
terminal,
les clés de chiffrement et d’intégrité,
la liste des réseaux interdits,
les identités temporaires de l’usager vis-à-vis des domaines Cs et Ps
(TMSI et P-TMSI) ;
les identités des zones de localisation courantes du mobile pour les
domaines Cs et Ps.
Le RAB Radio Access Bearer
Définit les caractéristiques d’une communication
–
–
–
–
–
–
–
–
–
La classe de service
Débit max
Débit garanti
Taille des SDU
Taux d’erreur SDU
Taux d’erreur résiduel
Délai de transfert
Priorité de la communication
Préemption et vulnérabilité
Les Classes de Service
L’UMTS introduit la notion de classes de
servive
• Conversational
• Streaming
• Interactive
• Background
Les Classes de Service
Les principales caractéristiques sont
Conversational
•real time
•Symétrique
Streaming
•real time
Délais plus long
•asymétrique mais doit garantir
la QoS
Streaming multimedia
Interactive
•Non real
Garantir l’absence
time
d’erreur
•asymétrique
Web brosing
Background
•Non real
Info transmise avec download
time
la plus faible
•asymétrique priorité
Garantie des délais
de transfert
< 200ms
Voix, videophonie
La Radio
L’interface Radio
L’UMTS spécifie deux modes de fonctionnement
• Le TDD : le sens montant et le descendant utilisent la
même fréquence mais alternativement
• Le FDD : le sens montant et le sens descendant utilisent
une fréquence propre
Dans la suite de l’exposé seul le FDD sera présenté
Le FDMA (Frequency Division Multiple Access)
FDMA
Fréquence
f3
utilisateur 3
utilisateur 2
utilisateur 1
f2
f1
Temps
Le TDMA (Time Division Multiple Access)
TDMA
utilisateur 1
utilisateur 2
utilisateur 3
Fréquence
T1
T1+X
Temps
T 1 +2X
Le CDMA (Code Division Multiple Access)
Code
Fréquence
Utilisateur 3
Utilisateur 2
Utilisateur 1
Temps
Les codes OVSF
(Orthogonal Variable Spreading Factor)
Tous les récepteurs reçoivent le même signal contenant leurs
informations mais aussi celles des autres utilisateurs
– Les codes orthogonaux utilisés permettent à chaque récepteur de
n’extraire que ce qui le concerne
– Les codes n’ont pas tous la même longueur ce qui permet d’avoir
plusieurs débits de données possibles
C2,1= 1,1
C1,1= 1
C4,1= 1,1,1,1
C4,2= 1,1,-1,-1
C4,3= 1,-1,1,-1
C2,2= 1,-1
C4,4= 1,-1,-1,1
– Puisque les émetteurs ne sont pas synchronisés, un deuxième niveau de
codage est nécessaire. Ceci est réalisé avec les codes de brouillage ou
Scrambling codes
Les codes
Les codes de brouillage sont pseudo-aléatoires et quasiorthogonaux, meme si les émetteurs ne sont pas synchronisés
Pour les sens descendant (réseau vers mobile):
– Les cannaux d'une cellule sont synchronisés
– Les cellules ne sont pas synchronisées entre elles
– Le code de brouillage est unique pour chaque Cellule
 Cela permet d’utiliser tous les codes OVSF sur chaque cellule
Pour le sens montant (mobile vers réseau):
– La synchronisation des mobiles entre eux n'est pas possible
– Le réseau alloue un code de brouillage unique à chaque mobile
 Cela permet d’utiliser tous les codes OVSF sur chaque mobile
La planification
• La bande de fréquence est la même sur
toutes les cellules
• Le code de brouillage d’une cellule doit être
différent de celui de ces voisines
Il en résulte la nécessité d’avoir un plan de
code pour l’opérateur
Le contrôle de puissance
• Tous les émetteurs utilisent la même bande
de fréquence
• Pour un récepteur "accordé" sur un code les
autres signaux apparaissent comme des
interférences
Il est donc important que tous les signaux
arrivent avec un même niveau de puissance
au récepteur
Eb et NO
Eb : Energie par bit utile
N0 : Densité spectrale de bruit
Pi : Puissance reçu par i
D : débit utile
B : bande de transmission du signal ( 5MHz)
Eb= Pi / D
N0= ( Pj + P0) / B
L’interface Radio
Plan utilisateur
Plan de contrôle
User plane radio Bearer
RRC
Signaling radio Bearer
PDCP
RLC
L3
BMC
L2
Canaux logiques
MAC
Canaux Physiques
PHY
L1
L’interface Radio
• MAC, Medium Access Control :
– fait le multiplexage des données sur les Transport Channel
• RLC, Radio link Control :
– assure le contrôle de la bonne transmission des Données
provenant des couches supérieures
• PDCP, Packet Data Convergence Protocol :
– Assure l’indépendance entre les couches supérieures et les
couches RLC/MAC
• BMC, Broadcast/ Multicast Control :
– Assure la transmission des informations provenant d’un centre
Cell Broadcast (provient du GSM)
Logical Channels
• Control Channels
•
•
•
•
BCCH : Brodcast Control Channel Down Link
PCCH : Paging Control Channel Down Link
DCCH : Dedicated Control Channel point to point
CCCH : Common Control Channel bidirectionnal
(onto FACH/RACH)
• Traffic Channels
• DTCH : Dedicated Trafiic Channel point to point
• CTCH : Common Traffic Channel point multi point
Transport Channels
RACH : Random Access Channel UL
DCH : Dedicated Channel bidirectionel
PCH : Paging Channel DL
BCH : Broad cast Channel DL
FACH : Forward Access Channel DL
DSCH : Downlink Shared Channel DL
Les différents états d’un Mobile
Cell PCH
URA PCH
Cell DCH
Cell FACH
Mobile connecté
Idle
Mobile non connecté
Les différents états d’un Mobile
Idle :
– le mobile ne possède aucune connections
Cell DCH :
– des canaux de transport dédiés sont alloués
– La molibilité est gérée par le réseau
Cell FACH
– Aucun canal de transport dédié alloué
– Le réseau et le mobile ont la possibilité de transferer
des données en utilisant les cannaux FACH ou RACH
Les différents états d’un Mobile
Cell PCH
– Aucun canal de transport alloué
– Le mobile écoute les canaux BCH et PCH
– Le mobile signal tout changement de cellule
URA PCH
– Aucun canal de transport n’est alloué
– Le mobile écoute les canaux BCH et PCH
– Le mobile signal les changements d’URA
L’architecture
Architecture Logique UMTS
N
Iu CS
MSC
VLR
Iu b
Node B
Iu CS
Iu b
HLR
Iu r
Gs
Iu PS
Iu b
RNC
Node B
Gr
Iu PS
Gn
SGSN
Iu b
Node B
C
D
RNC
Node B
GMSC
Gc
GGSN
Gi
Architecture Logique GSM
N
MSC
VLR
A
BTS
Abis
C
D
BSC
A
Abis
HLR
BTS
Gs
Gb
Abis
BSC
BTS
Gr
GB
Gn
SGSN
Abis
BTS
GMSC
Gc
GGSN
Gi
Node B
Architecture Logique UMTS
GSM
RNC
Iu b
Iu CS
Iu b
Iu PS
Node B
N
Iu r
Iu CS
MSC
VLR
GMSC
Iu b
Node B
RNC
C
D
Iu PS
Iu b
HLR
Node B
A
Gs
Gr
Abis
BSC
BTS
Gb
Gn
SGSN
Abis
BTS
Gc
GGSN
Gi
Architecture "physique"
N
RNC
Iu b
E1
Node B
Iu b
STM1
MSC
VLR
Iu CS/PS
STM1
Iu CS
MGW
HLR
Node B
Iu PS
Iu b
E1
Iu b
E1
Node B
C
D
Iu r
Iu b
E1
Node B
GMSC
Iu b
STM1
RNC
Iu CS/PS
STM1
Gs
Gr
Gn
SGSN
Gc
GGSN
Gi
Le protocole
Couches protocolaires Iu CS
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control Plane
User Plane
Iu User Plane
Protocol
RANAP
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
Control Plane
Transport Netwok
User Plane
Q.2630.1
SCCP
MTP3-B
SSCF-NNI
SSCOP
ALL5
Q.2150.1
MTP3-B
SSCF-NNI
SSCOP
ALL5
ATM
Physical layer
AAL2
Couches protocolaires Iu PS
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control Plane
User Plane
Iu User Plane
Protocol
RANAP
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
Control Plane
Transport Netwok
User Plane
SCCP
MTP3-B
M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP
IP
ALL5
ATM
Physical layer
GTP-U
UDP
IP
AAL5
ATM
Physical layer
Couches protocolaires Iu r
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control Plane
User Plane
DCH
FP
RNSAP
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
Control Plane
CCH
FP
Transport Netwok
User Plane
Q.2630.1
SCCP
MTP3-B
M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP
IP
ALL5
ATM
Physical layer
Q.2150.1
MTP3-B
M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP
IP
ALL5
AAL2
ATM
Physical layer
Couches protocolaires Iu b
User Plane
SSCF-UNI
SSCOP
ALL5
ATM
Physical layer
AAL2
USCH FP
Transport Netwok
User Plane
Q.2630.1
Q.2150.12
SSCF-UNI
SSCOP
ALL5
DSCH FP
Transport Netwok
Control Plane
PCH F
Transport Netwok
User Plane
FACH FP
NBAP
RACH FP
Transport
Network
Layer
Control Plane
DCH FP
Radio
Network
Layer
La mobilité
La mobilité
Les differentes découpes du réseau
– LA : Location Area Code domaine CS
– RA : Routing Area domaine PS
– Cell
Une LA peut contenir plusieurs RA
Une RA peut contenir plusieurs Cell
La mobilité CS
RNC
MSC/VLR
Etablissement RRC
MM Location Update Request TMSI
Authentification Chiffrement
MM Location Update Accept TMSI
MM TMSI relocation Complet
H
La mobilité PS
RNC
SGSN
Etablissement RRC
GMM RA Update Request TMSI
Authentification Chiffrement
GMM RA Update Accept TMSI
GMM RA Update Complet
H
Les Handovers
Le softer HO
f1
f1
f1
Secteur 1
Secteur 2
Node B
CN
Secteur 3
f 1 Secteur
1
f1
Secteur 2
f1
Secteur 3
RNC
Node B
Les Handovers
Le soft HO
f1
Node B
RNC
f1
Node B
CN
f1
Node B
f1
Node B
RNC
Les Handovers
Le Hard HO
f1
Node B
RNC
f1
Node B
CN
f2
Node B
f2
Node B
RNC
Les Handovers
SRNS relocation
f1
Node B
RNC
f1
Node B
CN
f1
Node B
f1
Node B
RNC