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L’UMTS Universal Mobile Telecommunication System

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

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L’UMTS Universal Mobile Telecommunication System

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Presentation Transcript

  1. L’UMTSUniversal Mobile Telecommunication System Arnaud Fremiot, Marcin Bortnik

  2. Plan • Historique • Le 3GPP • Les services UMTS • La radio • L’architecture • Le protocole • La mobilité • Mise en œuvre des tests

  3. Historique

  4. 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

  5. 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

  6. Le 3GPP

  7. 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

  8. 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

  9. Les services UMTS

  10. 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

  11. 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

  12. 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.

  13. 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

  14. Les Classes de Service L’UMTS introduit la notion de classes de servive • Conversational • Streaming • Interactive • Background

  15. Les Classes de Service Les principales caractéristiques sont

  16. La Radio

  17. 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

  18. Le FDMA (Frequency Division Multiple Access)

  19. Le TDMA (Time Division Multiple Access)

  20. Le CDMA (Code Division Multiple Access) Code Fréquence Utilisateur 3 Utilisateur 2 Utilisateur 1 Temps

  21. C4,1= 1,1,1,1 C2,1= 1,1 C1,1= 1 C4,2= 1,1,-1,-1 C4,3= 1,-1,1,-1 C2,2= 1,-1 C4,4= 1,-1,-1,1 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 • 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

  22. Les codes Les codes de brouillage sont pseudo-aléatoires et quasi-orthogonaux, 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. L’interface Radio Plan utilisateur Plan de contrôle RRC User plane radio Bearer L3 PDCP BMC Signaling radio Bearer L2 RLC Canaux logiques MAC Canaux Physiques L1 PHY

  27. 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)

  28. 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 Channelpoint to point • CTCH : Common Traffic Channel point multi point

  29. Transport Channels RACH : Random Access ChannelUL DCH : Dedicated Channelbidirectionel PCH : Paging Channel DL BCH : Broad cast Channel DL FACH : Forward Access Channel DL DSCH : Downlink Shared ChannelDL

  30. Les différents états d’un Mobile Cell PCH URA PCH Cell DCH Cell FACH Mobile connecté Idle Mobile non connecté

  31. 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

  32. 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

  33. L’architecture

  34. PSTN N GMSC MSC VLR Iu CS Iu b Node B C RNC D Iu CS Iu b IP world HLR Node B Iu r Gs Iu PS Gr Gc Iu b RNC Iu PS Node B GGSN SGSN Gn Gi Iu b Node B Architecture Logique UMTS

  35. PSTN N GMSC MSC VLR A Abis BTS C BSC D A Abis IP world HLR BTS Gs Gb Gr Gc Abis BSC GB BTS GGSN SGSN Gn Gi Abis BTS Architecture Logique GSM

  36. PSTN N GMSC MSC VLR Iu b Node B C RNC D Iu b IP world HLR Node B Iu r Gs Gr Gc Iu b RNC Node B GGSN SGSN Gn Gi Iu b Node B Architecture Logique UMTS GSM Iu CS Iu PS Iu CS Iu PS A Abis BSC Gb BTS Abis BTS

  37. PSTN RNC N GMSC MSC VLR Iu b STM1 Iu CS/PS STM1 Iu b E1 Iu CS Node B C D Iu r MGW Iu b E1 IP world HLR Node B Gs Iu PS Gr Gc Node B Iu b E1 Iu CS/PS STM1 Iu b STM1 GGSN SGSN Gn Gi Iu b E1 RNC Node B Architecture "physique" Backbone ATM

  38. Le protocole

  39. Control Plane User Plane Radio Network Layer RANAP Iu User Plane Protocol Transport Network Layer Transport Netwok User Plane Transport Netwok User Plane TransportNetwok ControlPlane Q.2630.1 SCCP Q.2150.1 MTP3-B MTP3-B SSCF-NNI SSCF-NNI SSCOP SSCOP ALL5 ALL5 AAL2 ATM Physical layer Couches protocolaires Iu CS

  40. Control Plane User Plane Radio Network Layer RANAP Iu User Plane Protocol Transport Network Layer Transport Netwok User Plane Transport Netwok User Plane TransportNetwok ControlPlane SCCP GTP-U SSCOP SSCF-NNI MTP3-B M3UA SCTP IP UDP IP AAL5 ALL5 ATM ATM Physical layer Physical layer Couches protocolaires Iu PS

  41. Control Plane User Plane Radio Network Layer RNSAP Transport Network Layer Transport Netwok User Plane Transport Netwok User Plane TransportNetwok ControlPlane Q.2630.1 Q.2150.1 SCCP SSCOP SSCF-NNI MTP3-B SSCOP MTP3-B SSCF-NNI DCH FP IP SCTP CCH FP M3UA IP SCTP M3UA ALL5 AAL2 ALL5 ATM ATM Physical layer Physical layer Couches protocolaires Iu r

  42. User Plane Control Plane Radio Network Layer NBAP DCH FP RACH FP FACH FP PCH F DSCH FP USCH FP Transport Network Layer Transport Netwok User Plane Transport Netwok User Plane TransportNetwok ControlPlane Q.2630.1 Q.2150.12 SSCF-UNI SSCF-UNI SSCOP SSCOP ALL5 ALL5 AAL2 ATM Physical layer Couches protocolaires Iu b

  43. La mobilité

  44. 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

  45. H La mobilité CS MSC/VLR RNC Etablissement RRC MM Location Update Request TMSI Authentification Chiffrement MM Location Update Accept TMSI MM TMSI relocation Complet

  46. H La mobilité PS SGSN RNC Etablissement RRC GMM RA Update Request TMSI Authentification Chiffrement GMM RA Update Accept TMSI GMM RA Update Complet

  47. CN f 1 Secteur 1 Node B RNC f 1 Secteur 2 f 1 Secteur 3 Node B Secteur 1 f 1 Secteur 2 f 1 Secteur 3 f 1 Les Handovers Le softer HO

  48. Node B RNC CN Node B RNC Node B Node B Les Handovers Le soft HO f 1 f 1 f 1 f 1

  49. f 1 Node B RNC CN Node B f 1 RNC Node B f 2 f 2 Node B Les Handovers Le Hard HO

  50. Node B RNC CN Node B RNC Node B Node B Les Handovers SRNS relocation f 1 f 1 f 1 f 1

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