1 / 119

U M T S

U M T S. Frédéric D ’Hont. S O M M A I R E. Présentation du Contexte L ’interface Radio Méthodes d ’accès CDMA Les canaux / Notions de QOS / La couche physique Procédures de gestion de ressources radio Architecture en couches L ’architecture UMTS Conclusion.

caradoc
Télécharger la présentation

U M T S

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. U M T S Frédéric D ’Hont

  2. S O M M A I R E • Présentation du Contexte • L ’interface Radio • Méthodes d ’accès • CDMA • Les canaux / Notions de QOS / La couche physique • Procédures de gestion de ressources radio • Architecture en couches • L ’architecture UMTS • Conclusion

  3. PRESENTATION DU CONTEXTE

  4. U M T S • Les Différentes générations en Europe • 1 G : FDMA • 2 G : TDMA EVOLUTION • Commutation de circuit : GSM (9.6 Kbits/s) HSCSD (57.6 kbits/s) • Commutation de paquet : GPRS (160 kbits/s) • Commutation de circuit + paquet : EDGE (384 kbits/s) UMTS (2Mbits/s)

  5. H S C S D HIGH SPEED CIRCUIT SWITCHED DATA PRINCIPE :MOINS DE PROTECTION CONTRE LES ERREURS AVANTAGE : UTILISATION DE L ’INFRASTRUCTURE GSM EXISTANTE INCONVENIENT : COMMUTATION DE CIRCUIT UTILISE POUR LA TRANSMISSION DE DONNEES • GACHIS DE RESSOURCE

  6. E D G E ENHANCED DATA RATE FOR GSM EVOLUTION PRINCIPE :MODULATION DIFFERENTE DU GSM / GPRS (8 psk) 3 Bits TRANSMIS A CHAQUE MOUVEMENT D ’HORLOGE • MULTIPLICATION PAR 3 DU DEBIT AVANTAGE : MODE CIRCUIT + PAQUET UTILISE INCONVENIENT : NECESSITE UN CHANGEMENT D ’EQUIPEMENT

  7. SITUATION DES RADIO MOBILES AU NIVEAU MONDIAL Chiffres 2001: GSM 564 Millions de clients CDMA 100 Millions de clients IS - 95 (continent américain et Asie) TDMA IS - 136 (Digital-AMPS) 81 millions de clients (Etats-Unis) TDMA PDC (Personal Digital Cellular) /PHS (Personal Handyphone System) 55 millions de clients , Japon

  8. ETAT DES LIEUX MONDIAL • En 2001 : 600 millions de clients technologies sans fil 2 G (30 millions en France) • Accélération de la croissance de la radio téléphonie • 2005 : 1 milliard de clients • Marché en développement : Asie • Ralentissement de la croissance en Europe et Amérique du Nord

  9. INCOMPATIBILITE DES SYSTEMES EXISTANTS • Modulations différentes • Méthodes d ’accès différentes • Bandes de fréquence différentes • GSM 900/1800 (MHz) • IS 95 800/1900 • IS 136 800/1900 • PDC 800/1400 • Gestion du client différent • Carte SIM (GSM) • Infos clients dans le mobile (Amérique du Nord)

  10. QU ’EST CE QUE L ’U M T S • Universal Mobile Télécommunication System • Système de 3ème génération • Couverture globale • Roaming global • Débits importants • Support d ’application multimédia • Terrestre / Satellite (Mss) : Mobile Satellite Service

  11. LES PRINCIPES DE L ’UMTS • Normalisation internationale • Différents standards prévus dans l ’UMTS (compromis) • Bandes de fréquences communes • Support pour données haut débit • 2 Mbit/s en environnement fixe • 384 kbit/s (mobilité réduite) • 144 kbit/s (mobilité forte) • Héritage du GSM (principe du réseau existant) • Un système construit par les constructeurs (# GSM) • Compatibilité avec systèmes de deuxième génération

  12. UNE NORMALISATION INTERNATIONALE • Concept d ’IMT 2000 Objectif : Fédérer les propositions des différents organismes de normalisation • Principaux organismes : • Un organisme fédérateur : ITU (International Télécommunication Union) • Europe : ETSI (European Telecommunication Standard Institute) • Japon : ARIB (Association of Radio Industries and Businesses • Etats Unis : T1 /TIA • Corée : TTA (Telecommunication Technology Association)

  13. LES DATES « CLE » • Réservation par l ’ITU à l ’IMT 2000 de 2 (+ 2 MSS) bandes de fréquences (230 MHz + 150 MHz MSS) • 199816 propositions reçues pour l ’interface air • Technologie CDMA majoritaire • 1999 2 familles de technologie retenues en CDMA • Création de 2 regroupements de constructeurs et opérateurs

  14. LES DATES « CLE » • 3 GPP (3d Generation Partnership Project) • Héritage d ’un certain nombre de concept du GSM • UMTS • Rapprochement ETSI/ARIB/T1 • 3 GPP2 • Créé afin de garantir une pérennité des systèmes IS 95 • CDMA 2000 • Etats Unis/Corée/Japon/Chine

  15. 1999Premières spécifications techniques 2000 Début des attributions des licences UMTS en Europe (Espagne) Recommandations UMTS release 99 publiées (UMTS phase 1) Réservation de 3 bandes de fréquences complémentaires (160 MHz) - (900, 1800, 2600 MHz) 2001 UMTS release 4 2002 UMTS Release 5 2004Ouverture commerciale 1er réseau UMTS en France LES DATES « CLE »

  16. BANDES DE FREQUENCE • Bandes prévues par l ’ITU • 1885 - 2025 MHz • 2110-2200 MHz • Quelles sont les bandes disponibles ? • Europe 1900 - 2025 MHz (couplé au DECT partie basse 1880-1900) 2110 - 2200 MHz • Japon 1920 - 2025 MHz (couplé au PHS partie basse 1893-1919) 2110 - 2200 MHz • Etats Unis ????? En Europe hors satellite : bande [ 1900, 1980] U [2010,2025] U [2110, 2170] MHz Largeur de porteuse de 5 MHz

  17. UN SYSTEME ETABLI PAR DES CONSTRUCTEURS • Différent du GSM • Principaux acteurs : • Constructeurs : • ERICSSON • NOKIA • NORTEL • SIEMENS sur TDD • Opérateurs : • VODAFONE • NTT Do Co Mo

  18. QUELS SERVICES ? • Téléphonie • Services d ’information • Accès intra/extranet mobile • Messagerie multimédia • Services de localisation • Accès internet mobile

  19. Services Point à point • Symétriques : • Téléphonie • Conférence téléphonique • Vidéo conférence • Asymétriques : • Email • Télécopie • Accès données (journal, vidéo, shopping,…) • Service médical à distance (imagerie) • Accès internet

  20. Services Multipoint • Radio mobile • TV mobile • Services de distribution d’information (métro, trafic, sport,….) ou de musiques • Paging

  21. SEPARATION RESEAU D ’ACCES ET RESEAU COEUR Flexibilité du réseau accès (# GSM) Découpage en 2 strates OBJECTIF Séparation de niveaux de services indépendants • Modélisation en strates AS (Access Stratum) et NAS (Non Access Stratum)

  22. ACCESS STRATUM Fonctions liées au réseau d’accès (UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network) • Gestion des ressources radio • Handover • Chiffrement • Compression • NON ACCESS STRATUM Autres fonctions indépendantes du réseau d’accès • Etablissement d’appel • Signalisation d’appel • Authentification • Gestion des services supplémentaires • Facturation

  23. SEPARATION RESEAU ACCES ET RESEAU COEUR  Interface générique et normalisée • Interface IU • Objectif : Etre capable de connecter des réseaux d ’accès de technologies différentes : • UTRAN (UMTS) • BRAN Broadband Radio Access Network(WLAN - Wireless Local Area) • SRAN - Satellite • Gestion de qualité de service au niveau IU RESEAU COEUR IU IU IU SRAN BRAN Réseaux d ’accès UTRAN

  24. L ’INTERFACE RADIO

  25. L ’INTERFACE RADIO Les méthodes d ’accès 2 techniques proposées : TDD (Time Division Duplex) FDD (Frequency Division Duplex) TDD : Une seule et unique fréquence utilisée alternativement par les deux voies de communication FDD : Une fréquence utilisée pour chaque sens de communication (comme en Gsm…)

  26. DIFFERENCES FDD/TDD FDD : Adapté aux applications à débit symétrique (même largeur de bande pour UL et DL) Technique non optimale pour débit asymétrique Technique plus mature TDD : Technique plus flexible quand spectre limité Gestion des interférences plus complexe Bandes de fréquence allouées : TDD [1900-1920] U [2010, 2025] 7 canaux FDD UL [1920, 1980] 2 x 60 MHz (2 x 12 canaux) FDD DL [2110, 2170]

  27. LA TECHNOLOGIE CDMA • Historique • Fin années 50 : Début utilisation de cette technique par les militaires • Résistance aux brouillages • Confidentialité • Début années 90 Proposée pour réseaux cellulaires • Avantages visés : • Augmentation de l ’efficacité spectrale • Technique plus adaptée aux débits variables • Premier réseau : IS-95 (USA, CDMA ONE) • Principe Les usagers utilisent tous la même bande de fréquence et sont différenciés par leur code respectif

  28. PRINCIPE DE L ’ETALEMENT DE SPECTRE Etalement de la puissance du signal d ’information sur une bande de fréquence plus large Signal usager X X Filtre/récepteur (Transmission) Séquence d ’étalement Séquence récupérée Séquence d ’étalement

  29. SPREADING FACTOR (gain de traitement ou gain d ’étalement) SF : B étalement / B information où B étalement : Bande du signal résultant du processus d ’étalement B information : Bande occupée par le signal d ’information Indicateur direct de qualité = BER = SF x SIR (Signal to Interference Ratio)

  30. CHIP RATE Chip = Elément de code Chip rate = débit de la séquence de code utilisée En IS 95 Chip rate = 1,2288 Mcps En UMTS Chip rate fixe : 3,84 Mcps (étalement plus important) Notion de Wideband CDMA (WCDMA) Pour CDMA 2000 Plusieurs chip rates utilisables (multiples du chip rate IS 95 : N x 1,2288 Mcps N = {1 ; 3 ; 6 ; 9; 12})

  31. LES CODES UTILISES • 2 types de codes utilisés : • Codes OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) • (Channelization codes ou codes de canal) • Différents gains de traitement possibles en fonction du débit usager • Codes de brouillage (séquences pseudo aléatoires) • (Scrambling code) • Réalisation de l ’étalement à proprement dit

  32. LES CHANNELIZATION CODES • Codes orthogonaux • Codes utilisés pour le système IS-95 (CDMA One) • Codes propres à chaque canal physique • Codes de longueur différente (différents gains de traitement)

  33. LES CHANNELIZATION CODES • Codes OVSF utilisés basés sur codes de Walsh Hadamard (longueur 256) • Note : Codes de longueur 64 utilisés sur IS 95 • Représentation des codes OVSF sous forme d ’arbres C4,1 = (1,1,1,1) C4,2 = (1,1,-1,-1) C 2,1 = (1,1) C 1,1 = (1) C4,3 = (1,-1,1,-1) C2,2 = (1,-1) C4,4 = (1,-1, -1, 1) SF = 1 SF = 2 …. SF = 4

  34. LES CHANNELIZATION CODES • 2 séquences situées au même niveau hiérarchique de l ’arbre sont orthogonales. • Plus SF est élevé, plus la capacité est importante • Orthogonalité non garantie si décalage dans le temps d ’un code (mauvaise propriété d ’intercorrélation => Scrambling code)

  35. LES SCRAMBLING CODES • Codes pseudo aléatoires (PN Pseudo Noise) • Deuxième niveau de codage pour palier aux mauvaises propriétés de corrélation des codes OVSF • Séquences de Séquence étalée • données • Générateur de registres à décalage (25) • 38400 codes retenus en UL (taille équivalente à la trame radio de 10 ms) • Codes identifiant la station de base (DL) ou le mobile (UL) X X OVSF Codes de brouillage

  36. AFFECTATION DE CODES • Voie descendante (synchronisation) • Utilisation de la totalité de l ’arbre OVSF dans chaque cellule • (codes orthogonaux entre eux) • Utilisation d ’un code de brouillage propre à chaque cellule • (distinction des cellules) • Voie montante (pas de synchronisation) • Allocation à chaque mobile d ’un code de brouillage et de la • totalité de l ’arbre OVSF

  37. OPTIMISATION DE L ’UTILISATION DES CODES • Codes OVSF • 2 codes OVSF situés sur une même branche ne sont pas forcément orthogonaux • Risque de pénurie de codes OVSF (512 max) sens DL Optimisation / Achat de codes Utilisation possible d ’un deuxième code de brouillage dans une cellule • Codes de brouillage • En DL, synchronisation véhiculée par 64 codes de brouillage (codes de synchro secondaire) • Réutilisation des codes

  38. PLANIFICATION CODES CDMA • Planification plus simple en CDMA (bande de 5 MHz quasi unique) • Planification de codes de brouillage (afin d ’éviter des interférences inter cellulaires) • En UMTS, une station de base est reconnue • par son code de brouillage

  39. LIMITE DE CAPACITE EN CDMA • Utilisation de la même bande de fréquence par tous les usagers (codes différents) En pratique, orthogonalité non respectée • Interférences UL • Plus le trafic augmente, plus le niveau de signal augmente, plus le bruit ambiant augmente • Le respect d ’un niveau de signal à bruit • Cible passe un contrôle de puissance précis et rapide • Un contrôle de puissance défectueux va dégrader • la capacité du réseau

  40. LES CANAUX 3 types de canaux : logiques (informations à transmettre), transport (canaux logiques mis en forme),physiques (canaux réellement transmis sur l ’interface radio) Cœur de Réseau Mobile Station de Base Canaux logique Canaux de transport Canaux physiques

  41. LES CANAUX LOGIQUES • Liés à l ’utilisation faite et non au canal de transmission • Canaux de contrôle • BCCH (diffusion informations de contrôle) • PCCH (envoi de paging) • CCCH (signalisation pour mobiles non connectés au réseau) • DCCH (signalisation pour mobiles connectés au réseau) • Canaux de trafic • DTCH (échange de données usager avec un mobile connecté au • réseau) • CTCH (envoi de données usager réseau vers groupes de mobiles)

  42. LES CANAUX DE TRANSPORT • Mécanismes destinés à fiabiliser les échanges de données sur l ’interface radio • Gestion de la qualité de service • Canaux dédiés et communs

  43. NOTION DE QOS • RAB (Radio Access Bearer) • TFS (Transport Format Set) Le Non Access Stratum charge l ’Access Stratum d ’établir le chemin de communication dans le réseau d ’accès

  44. NOTION DE QOS • Définition du RAB: Définition d’attributs de qualité de service négociés entre usager et réseau cœur sur l ’interface radio et Iu Notions importantes: • Délai de transfert de l ’info • Variation du délai de transfert • Tolérance aux erreurs de transmission

  45. NOTION DE QOS • Classes de service: • Conversationnel (phonie, visiophonie, jeux) • Streaming (écoute de pgmes audio/vidéo, transfert FTP) • Interactif (messagerie vocale, navigation WEB, e-commerce) • Background (fax, email) • Débit max / débit garanti • Taille des informations • Taux d ’erreur • Délai de transfert • Priorité

  46. NOTION DE QOS • ACTIONS DE L ’UTRAN • Choix du codage canal • Dimensionnement des ressources radio et configuration des protocoles radio (laissé libre au constructeur)

  47. NOTION DE QOS INTERFACE RADIO ET TFS A chaque canal de transport, l ’UTRAN associe une liste d ’attributs (TFS) destinée à représenter la manière dont les données sont transmises sur l ’interface radio Définition notamment de : • Transport Block Size (taille des données transmises sur l ’interface radio) • TTI (entrelacement) • Type de codage canal (sans, code convolutif ou turbocode) • Taille du CRC • Rendement du codage canal (1/3, 1/2)

  48. LES CANAUX PHYSIQUES • Canaux entre mobile et station de base (# transport ou logiques) • Canal défini par : • La fréquence porteuse • Les codes de brouillage • Les codes de canalisation • Durée d ’une trame = 10 ms • = 15 TS

  49. LA COUCHE PHYSIQUE UMTS • Les principales étapes : • Codage source (transcodage) • Le contrôle d ’erreurs (ajout du CRC) • Choix du codage canal en fonction des attributs de qualité de service requis • CRC (5 niveaux) • Turbocodes (codes convolutifs en parallèle) • Le codeur de parole AMR (Adaptative Multi Rate) définit le meilleur couple codage canal/source • 8 modes sont possibles avec trois classes d ’importance

  50. Adaptation de débit • Adaptation de la taille des blocs au dimensionnement des canaux physiques de l ’interface radio • Rôle du SF (code le plus proche du débit demandé) • Poinçonnage (taille blocs codage > taille bloc physique) ou répétition de bits (taille blocs codage < taille bloc physique)

More Related