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