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UMTS. Plan Introduction Services Fréquences Passage à l’UMTS Interface UTRA W-CDMA. Le monde des mobiles. VISION IMT2000. UMTS. 198x : concept de l’UMTS, projet RACE 199x : ACTS ; FRAMES & RAINBOW A l’échelle internationale : IMT2000 (UIT) Concept GMN (Global Multimédia Mobility)

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Presentation Transcript

  1. UMTS • Plan • Introduction • Services • Fréquences • Passage à l’UMTS • Interface UTRA • W-CDMA

  2. Le monde des mobiles

  3. VISION IMT2000

  4. UMTS • 198x : concept de l’UMTS, projet RACE • 199x : ACTS ; FRAMES & RAINBOW • A l’échelle internationale : IMT2000 (UIT) • Concept GMN (Global Multimédia Mobility) • Dualité entre réseau d’accès et réseau de transport • Spécification d’une interface entre ces 2 réseaux • UMTS : UTRA pour l’accès radio • Dans un deuxième temps, spécification d’un réseau de transport pour l’UMTS GSM DECT ISDN B-ISDN UTRA GSM ISDN B-ISDN TCP/IP UMTS Réseau d’accès Réseau de transport

  5. UMTS • Services multimédias : • pour la mobilité (comme B-ISDN) • IP et mode paquet : 384kb/s avec une mobilité complète et 2Mb/s pour une mobilité limitée • Convergence des technologies radio • Caractéristiques de l’UMTS

  6. 3GPP • Japon : ARIB, TTC • CHINE : CWTS • Corée : TTA • Europe : ETSI • USA : T1 • WG1 : couche 1 • WG2 : couches 2 et 3 • WG3 : interfaces et O&M • WG4 : Paramètres • AHG1 : ad-hoc

  7. UMTS • Fréquences • autour de 2GHz : bande de 230MHz • Bandes appairées (120MHz) : 1920-1980 et 2110-2170 FDD/W-CDMA • Bandes non appairées (50MHz) : TDD/TD-CDMA • Satellites (MSS) : 60 MHz

  8. UMTS/IMT2000

  9. UMTS • Evolution du GSM vers UMTS/IMT2000 • Radio • réutilisation de la bande existante • création de nouvelles bandes de fréquence • Réseau • intégration du mode paquet et de IP • Au niveau mondial • Europe : W-CDMA, EDGE, IP dans GSM • Japon : W-CDMA, intégration d’IP • USA : EDGE, intégration d’IP

  10. Architecture UTRAN User Equipment Core Network Uu Iu

  11. Architecture

  12. UTRA • FDD W-CDMA UP 10ms DOWN . . .

  13. UTRA • TDD TD-CDMA

  14. UTRA • UMTS Terrestrial RAdio interface • W-CDMA en FDD pour les bandes appairées • TD-CDMA en TDD pour les bandes non appairées

  15. UTRA

  16. W-CDMA • pas de plan de fréquence ni de réutilisation • niveau de puissance dépend du service • transfert de paquets sur canaux dédiés ou communs

  17. W-CDMA • Flexibilité (opérateur) • Pas de synchronisation entre les BSs (GPS) • moins cher, surtout pour les environnements indoor • Handoff inter-fréquence est prévu • Mode TDD : allocation dynamique

  18. W-CDMA • Canaux Logiques • Transport CHannels : • Broadcast CHannel (BCH) • Forward Access CHannel (FACH) • Paging CHannel (PCH) • Random Access CHannel (RACH) • Common Packet CHannel (CPCH) • Downlink Shared CHannel (DSCH) • Dedicated CHannel (DCH)

  19. W-CDMA • Canaux logiques - canaux physiques

  20. W-CDMA, Downlink SF = 256/2k SF = 4..256 TPC = Transmit Power Control TFCI = Transport Format Combination Indicator (Rate Information)

  21. Cos(wt) I S -> P P(t) DPDCH/DPCCH cch cscramb Sin(wt) Q P(t) W-CDMA, Downlink • Débit 15-1920kb/s (10-1280 bits par slot) • plusieurs connexions pour plus de débit (master-slave) • Etalement et modulation • Modulation QPSK : un état = 2 bits • Channelization code cch • Cell specific scrambling code cscramb • 512 codes de type : cscramb • 64 groupes de 8 codes • nombre de code : 218 -1=262143, 38400 chips (10 ms)

  22. SF = 2 SF = 1 SF = 4 W-CDMA, Downlink • Orthogonal Variable Spreading Factor La longueur du code n’est pas fixe Elle dépend du SF et du débit

  23. W-CDMA, Uplink SF = 256/2k SF = 4..256 TPC = Transmit Power Control TFCI = Transport Format Combination Indicator (Rate Information) FBI = FeedBack Information

  24. W-CDMA, Uplink • Uplink : débit 15-960 kb/s (10-640 bits par slot), plusieurs DPDCH pour plus de débit • Deux canaux physiques différents pour le contrôle et les données • Modulation QPSK : un état = 2 bits • Channelization code cD et cC • Cell specific scrambling code cscramb • 224 court et 224 long • Les PDDCH supplémentaires seront transmis sur I ou Q • cscramb court = cI + jcQ, cI et cQ sont de longueur 256 • cscramb long 38400 chips (10 ms) cD Cos(wt) DPDCH Real I P(t) Cscramb (long ou court) I+jQ Sin(wt) cC Imag Q DPCCH P(t) *j

  25. W-CDMA • Common Physical Channels • même format que les canaux dédiés • différence : taux fixe (pas de TFCI), pas d’indication pour le contrôle de puissance • deux types de canaux • primary CCPCH : envoyés à tout le monde (BCH) • secondary CCPCH : FACH et PCH. • Multiplexage temporel sur CCPCH pour envoyer les FACH et les PCH. • Les informations concernant les canaux secondaires pour le partage entre FACH et PCH (nombre de trames) sont envoyées sur un BCH • différence entre primary et secondary CCPCH : le débit • Fixe pour primary (30 kbps) • dépend de la cellule

  26. W-CDMA

  27. W-CDMA • Codage et multiplexage • services parallèles • codage et entrelacement pour chaque canal et pour le groupe • deux méthodes de multiplexage pour les différents services • Avantage • Défaut

  28. DPDCH#1 Time MUX Outer coding/interl. Time MUX Inner coding/interl. Time MUX DPDCH#2 Parallel service . . . DPDCH#N Coding/ interleaving DPDCH#1 Parallel service DPDCH#2 Coding/ interleaving . . . DPDCH#N Coding/ interleaving W-CDMA

  29. W-CDMA • Rate matching (adaptation du débit) • Adapter le débit à la capacité du support physique • Uplink • unequal repetition/code puncturing • seuil = 20% • Downlink • haut débit : unequal repetition/code puncturing • faible débit : transmission discontinue (une partie du slot sera occupée)

  30. Data (80 bits) Tail (8) CRC (8) Conv. Taux 1/3, Longueur = 9 3*96 = 288 bits Unequal repetition (9/10) 288*10/9 = 320 bits 32 Kbps DPDCH Exemple • Trafic de 8 Kbps

  31. Data (1440 bits) RS, taux = 180/225 Data (1800 bits) Tail (8) Conv. Taux 1/3, Longueur = 9 3*1808 = 5424 bits Code puncturing (339 -> 320) 5424*320/339 = 5120 bits 512 Kbps DPDCH Exemple • Trafic de 144 Kbps

  32. Data (300 bits) Data (300 bits) Tail (8) Tail (8) 16 blocks par trame 80 blocks par trame CRC + SN (12 bits) CRC + SN (12 bits) Conv. Taux 1/2, Longueur = 9 Conv. Taux 1/2, Longueur = 9 16*2*320 = 5424 bits 80*2*320 = 51200 bits 1024 Kbps DPDCH 5*1024 Kbps DPDCH Exemple • Trafic de 480 Kbps • Trafic de 2.4 Mbps

  33. Preamble P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15 256 chips W-CDMA • Accès aléatoire : slotted aloha • Préambule : il existe 16 signatures • chaque signature contient 16 symboles • code 256 chips • le choix de la signature est aléatoire • Corps du message : contrôle et données • Pilot + TFCI (débit du message « données ») • le choix du code est identique àcelui des canaux dédiés en uplink

  34. RACH

  35. W-CDMA

  36. W-CDMA • Avant l’accès aléatoire, le mobile doit : • se synchroniser avec la BS (trame et slot) • connaître les codes disponibles pour le préambule et le message (BCH) • connaître les signatures et les slots disponibles • Paramètres de puissance du signal • estimer le “path loss”, le niveau d’interférence sur le uplink et le seuil C/I (BCH) • Fonctionnement : • le mobile sélectionne les codes et le facteur d’étalement (débit) • le mobile sélectionne la signature et le slot • le mobile envoie le préambule et attend le retour • le mobile envoie le burst et attend l’acquittement sur un FACH

  37. W-CDMA • Allocation des codes • Downlink • code canal • BCH : même code pour tout le système • Secondary CCPCH : diffusé sur BCH dans chaque cellule • Canaux dédiés : le réseau détermine le code ; il est envoyé sur le message “Access grant” (le code peut changer pendant la connexion. Le changement est négocié sur un DCCH • code BS (scrambling code) • il est attribué au moment du déploiement du réseau • la station mobile obtient ce code par la procédure de recherche de cellule

  38. W-CDMA • Allocation des codes • Uplink • code canal • un code par DPDCH • code BS (scrambling code) • primaire • il est attribué au moment du déploiement du réseau • il est envoyé sur le message “Access grant” • secondaire • idem

  39. W-CDMA • Contrôle de puissance • Closed-loop • Uplink et downlink • Baisser ou augmenter la puissance par étape • Outer loop • Uplink et downlink • Pour déterminer la valeur de l’étape du “closed-loop” • Open loop • Uplink seulement • Pour ajuster la puissance sur l’accès aléatoire • Estimer le “path loss”, niveau d’interférence sur le uplink (BCH)

  40. W-CDMA • Synchronisation : non prévue • Recherche de cellules : • Primary Synchronisation Channel ; 256 chips ; le même pour toutes les BS • Secondary synchronisation Channel ; 256 chips ; 64 groupes de 15 codes i est le numéro du ScramblingGroup 1..64

  41. Tslot BSj BSi W-CDMA • 3 étapes : • Synchronisation avec les slots • Synchronisation avec la trame et identification du groupe de code • Identifier le code de la BS : cscramb

  42. W-CDMA • Recherche de cellules • 2) Corrélation du Secondary SCH reçu avec tous les SSCH possibles • PSCH nous sert de repère pour le temps et la phase • On obtient 16 valeurs • Corrélation des valeurs avec toutes les séquences • On choisit les pairs qui donne la valeur maximale • Par conséquent ; le groupe est identifié ainsi que la synchronisation avec la trame • 2) Corrélation du CPICHavec les “scrambling code” du groupe • Identification du cscramb

  43. W-CDMA • Soft handover • Active set : recherche de nouvelles cellules • Le mobile reçoit une liste du réseau qui donne l’ordre de recherche des codes des BS ; la liste est régulièrement changée • Le mobile teste les BCH des cellules recherchées et les compare à des seuils • Il envoie ensuite un rapport au réseau • En fonction de ces informations le réseau lui demande de rajouter ou de supprimer des BS de la liste active

  44. W-CDMA • Softer handover • Inter-frequency handover • Mode sloté

  45. W-CDMA • Couche RLC/MAC • service temps réel ou non • contrôle d’erreur (ARQ)

  46. W-CDMA • Mode paquet : trois méthodes

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