3_-_Trame_TDMA.pdf

PrPrsentation structure de sentation structure de trames GSMtrames GSM

GSM : aspects logiquesGSM : aspects logiques

SOMMAIRE

INTRODUCTION TECHNIQUES DACCS MULTIPLES DESCRIPTION DES BURSTS DESCRIPTION DES CANAUX LOGIQUES EXERCICES

INTRODUCTION : RESEAU ET TRAMES

Rseau GSM : ensemble de sites

1 cellule : un identifiant unique sur le rseau de loprateur qui comporte un certain nombre de TRX fonction de la capacit couler.

tri-sectoriss (3 cellules)

Qu est-ce-qu un TRX? Une communication sur le lien radio? Sens montant/sens descendant?

TECHNIQUES DACCES MULTIPLESPartage en frquence (FDMA)

La bande alloue pour chaque systme est spare en 2 sous bandes d'gales importances : GSM 900 890-915 MHz 935-960 MHz Ecart Duplex=45 MHz DCS 1800 1710-1785 MHz 1805-1880 MHz Ecart Duplex=95 MHz

Chaque bande est divise en canaux frquentiels de largeur 200 kHz. Ces frquences sont alloues de faon fixe aux diffrentes BTS et sappellent FU, porteuses ou ARFC (Absolute Radio Frequency Channel) ; il faut veiller ce que 2 BTS voisines n'utilisent pas des porteuses proches.

Rapport entre porteuse et TRX?

TECHNIQUES DACCES MULTIPLESFDMAPartage en frquence ( )

Chaque porteuse est identifie par son ARFCN cod sur 10 bits o la frquence de la voie descendante est f (en MHz) : 0n124 f = 935 + 0.2n (GSM) (124 porteuses) 512n885 f = 1805 + 0.2(n-512) (DSC) (374 porteuses)

Rapport entre porteuse et TRX?

TECHNIQUES DACCES MULTIPLESTDMAPartage en temps ( )

Chaque porteuse est divise en intervalles de temps (IT) ou timeslots (TS).

La dure d'un slot en GSM est fixe Tslot = (75/130) ms soit environ 0.577 ms.

Le slot accueille un lment de signal radiolectrique : le burst.

Le TDMA permet diffrents utilisateurs de partager la mme frquence.

Par porteuse, les timeslots sont regroups par 8 (multiplexage de 8 canaux physiques) : Ttdma (dure de la trame TDMA) = 8 Tslot = 4.6152 ms

chaque utilisateur en communication est allou un slot par trame TDMA.

Principe du Half Rate? Que peut-on dire du GSM?

TECHNIQUES DACCES MULTIPLESTDMAPartage en temps ( )

Les slots sont numrots de 0 7. Un canal physique (numro de slot, numro de

porteuse)

... Les trames gnres par une BTS dans le sens descendant

sont synchronises et les trames du sens montant ont un retard de 3 slots. Cela permet aux mobiles d'mettre et de recevoir sur le mme slot distinctement.

Porteuse 1 TS 0 TS 1 TS 2 TS 3 TS 4 TS 5 TS 6 TS 7

Principe du Half Rate? Que peut-on dire du GSM?

TECHNIQUES DACCES MULTIPLESFondamentaux

Parmi toutes les frquences porteuses composant une cellule, il existe une seule frquence balise (voix descendante) qui sert notamment diffuser un ensemble dinformations relatives cette cellule. Tous les mobiles raccrochs cette cellule reoivent cette information.

Le timeslot 0 de la frquence balise est rserv la diffusion (BCCH).

Certains timeslots peuvent tre rservs la signalisation (SDC), mais sont surtout allous aux utilisateurs (TCH).

Principe du saut de frquence? Quel est le dcalage duplex?

TECHNIQUES DACCES MULTIPLESExemple de cellule 4 porteuse

canal physique plein-dbit ou EFR canal physique demi-dbitslot

TRX 3

TRX 2

TRX 1

200 kHz

TRX 0

0 1 2 3 4 5 6 7

Trame TDMA

temps

Principe du saut de frquence? Quel est le dcalage duplex?

NUMERISATION DE LA PAROLENumrisation de la parole

La numrisation dun signal analogique comporte 3 phases : lchantillonnage, la quantification et le codage.

L'chantillonnage consiste prlever des chantillons du signal intervalles de temps rguliers.

La quantification fait correspondre une valeur l'amplitude d'un chantillon par rapport des valeurs talons appeles niveaux de quantification.

Le codage consiste transmettre un flux d'informations binaires correspondant l'chantillon reprsent par un octet.

NUMERISATION DE LA PAROLENumrisation de la parole

Niveau du1 Echantillonnage signal Signal analogique

temps

2 Quantif ication 36 53 91 105 Valeur binaire

3 Codage Signal numrique

CHANE DE TRANSMISSIONChane de transmission du signal de parole

Signal de parole Signal de parole

Codec (codage de source :

numrisation du signal)

Codec (reconstitution du signal

analogique)

Codeur canal (protection contre les

erreurs)

Dcodeur canal (correction et dtection

des erreurs)

Entrelacement Dsentrelacement

Multiplexage & construction de burst

Dmultiplexage Extraction des champs d'information des bursts

Chiffrement Dchiffrement

Modulation Dmodulation et galisation

NUMERISATION ET TRAME TDMA

trame de parole analogique (20 ms)

codec de paroleparole non protge

260 bits 13 kbits/s (260 bits / 20 ms)

codage de canalparole protge

456 bits 22,8 kbits/s (456 bits / 20 ms)

entrelacement

8 demi-bursts (8 x 114/2 bits)

slottrame TDMA (~5 ms)

trame de parole (= 20 ms)

8 trames TDMA (~40 ms)

~dure de transmission d'une trame de parole

0 1 2 3 4 5 6 7

Traitement dune trame de parole de 20 ms

NUMERISATION ET TRAME TDMATraitement dune trame de parole de 20 ms

La voix est vue comme un signal analogique tlphonique ordinaire limit la bande [300 Hz - 3400 Hz] dcoup en intervalles jointifs de 20 ms.

Chaque intervalle est numris, comprim par le codec de parole, protg par le codage de canal pour aboutir une trame code appele bloc, de 456 bits.

Le codage canal rajoute un bit de parit et de la redondance.

Le codage s effectue ici paquet par paquet. La paqutisation introduit un dlai de 20 ms.

NUMERISATION ET TRAME TDMATraitement dune trame de parole de 20 ms

On cherche taler au maximum la transmission dun paquet de parole dans le temps.

La transmission seffectue dans 8 trames TDMA. Chaque demi-burst du paquet de parole i est combin avec

un demi-burst de la trame de parole i - 1 (correspondant aux 20 ms suivantes).

Les bursts mis dans les slots sont donc bien complets.

STRUCTURE DU BURST NORMAL

Chaque slot sert au transport d'un canal logique. Le burstest le contenu physique du slot. L'information transmettre est dcoupe en bursts. On retrouve donc diffrents types de bursts en fonction des diffrents types de canaux logiques.

Le burst normal est compos de :- 2 x 57 bits dinformation- 2 x 1 bits de premption qui permettent de distinguer la parole de la signalisation. En positionnant les drapeaux 1, on vole sur une trame l'information utilisateur pour transmettre de la signalisation, par exemple dans le cas dun handover.

La gestion du TA est fondamentale.


Le burst normal est compos de :- 26 bits pour le midambule. Cette squence est fixe parmi une des 8 spcifies par la norme GSM. Elle permet de synchroniser chaque burst. Grce au code des couleurs BSIC (sur 6 bits) qu'elle contient, elle permet aux BTS de filtrer les bursts mis par un mobile hors de la cellule mais accord la mme frquence.



0 1 2 3 4 5 6 7

1 1 Garde

3 bits 1 bit 1 bit 3 bits 8,25 bits

Trame TDMA4,615 ms

Bits de donnes chiffrs et encods

Squence d'apprentissage

Burst 148 bits : 0,546 ms

Timeslot 156,25 bits : 0,577 ms

Bits de donnes chiffrs et encods

57 bits 57 bits26 bits


ORGANISATION DES TRAMES

En veille ou en communication, un mobile travaille toujours avec plusieurs canaux logiques. Utiliser un canal physique pour chacune de ces tches, ce serait gcher de la ressource radio puisque les diffrents canaux ne ncessitent pas un dbit comparable celui de la parole code. Sur son canal physique, le mobile va donc trouver un multiplex de canaux logiques correspondant son activit.

FN = Frame Number


La norme GSM impose l'organisation du transport des slots sous forme d'une structure 4 niveaux hirarchiques de trames : La trame TDMA : 8 slots, Ttdma = 4,615 ms La multitrame : de 2 types possibles suivant le type de canaux

transporterMultitrame 26 : 26 trames TDMA, Dure = 120 ms (canaux de trafic et de contrle) et Multitrame 51 : 51 trames TDMA, Dure = 235,365 ms (pour les contrles).

FN = Frame Number


La norme GSM impose l'organisation du transport des slots sous forme d'une structure 4 niveaux hirarchiques de trames : La supertrame : 1326 trames TDMA; TSUPERTRAME = 6,12 s

Dans chaque trame TDMA, on peut trouver des slots qui voluent en multitrame 26 et d'autres en multitrames 51. La structure de supertrame permet d'homogniser l'organisation entre tous les slots d'une mme trame TDMA. La supertrame se compose de 26 multitrames 51 ou de 51 multitrames 26.

L'hypertrame: 2048 supertrames; TDure = 3h 28min 53s 760msLa structure de lhypertrame dure 2048*26*51=2715648 trames TDMA. Chaque trame TDMA est repre par un compteur FN dans l'hypertrame. Le compteur FN donne en quelque sorte la base de temps propre de la BTS.

FN = Frame Number

STRUCTURE DES TRAMES

La BTS transmet rgulirement au mobile le compteur FNlui permettant de se reprer dans lhypertrame.

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2

Multitrame 0 1 2

Une structure de multitrame est dfinie pour un slot en particulier dans la trame TDMA (ici le slot 2)

0 1 2 3 4 22 23 24 25 0 1 2 3 4 48 49 50

trame TDMA

0 1 20 1 2 3 50

24 253

hypertrame 3h 28 min 53s 760 ms

supertrame 6,12s

Multitrame 26 120 ms Multitrame 51 235 ms

2046 20470 1 2

49

CANAUX LOGIQUES

2 grandes classes de canaux logiques : les canaux ddis les canaux communs.

Un canal logique ddi fournit une ressource rserve un seul mobile. On lui attribue une paire de slots (montant et descendant) o il est le seul recevoir et mettre dans la structure de multitrame. Les canaux ddis sont duplex.

CANAUX LOGIQUES

2 grandes classes de canaux logiques : les canaux ddis les canaux communs.

Un canal logique commun est simplex (attribu sur une voie seulement suivant les cas) et partag par un ensemble de mobiles. Dans le sens descendant, les informations sont diffuses et plusieurs mobiles sont l'coute. Ces donnes peuvent concerner le systme dans son ensemble ou un mobile en particulier qui, par exemple, peut recevoir un appel entrant. Dans le sens montant, la fonction d'accs multiple est remplie. Chacun peut mettre et les collisions sont rsolues par les mthodes classiques de rsolution de contention (Aloha slott).

CANAUX LOGIQUES

Contrle de lien radio Protection et dtection derreurs

Canaux physiques et logiques

Construction des burstsCouche 1 : Couche physique

TCH SACCH FACCH SDCCH

RACH PCH AGCH

BCCHCCCH

SCH FCCH

Couche 2 : Liaison de donnesMcanisme de retransmission

Couche 3 : GestionCall Management (CM)

Call Control (CC)Supplementary Service (SS)Short Message Service (SMS)

Mobile Mgt (MM)AuthentificationMise jour de localisationIMSI attach/detachIdentification

Radio Ressource (RR)Paging, Activation chiffrementAllocation canaux ddisHandover, Report de mesures

CANAUX DEDIES TCH (Traffic CHannel)

Les canaux de trafic TCH transportent les donnes utilisateurs.

Le TCH permet de transmettre la parole : 13 kbps en Full Rate, 12 kbps en EFR et 5.6 kbps en HR

et des donnes jusqu 12 kbps mais en grande partie 9 kbps.

CANAUX DEDIES SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel)

Des canaux de signalisation SDCCH transportent les donnes utilisateurs (SMS) et provenant des couches hautes du systme : HO, MOC, MTC, location update.

Le dbit du canal SDCCH est plus faible, de l'ordre de 800 bps soit 1/12me de la capacit d'un TCH.

Sur un canal physique, on peut placer soit un TCH et son SACCH associ, soit 8 canaux SDCCH (SDC) et leurs SACCH associs.

CANAUX DEDIES SACCH (Slow Associated Control Channel)

Les canaux TCH et SDCCH possdent chacun un canal associ faible dbit SACCH. Il faut 4 TS soit 480 ms pour avoir une mesure SACCH (456 bits) valable.

Il supporte :- compensation du dlai de propagation aller-retour par le mcanisme de TA (timing advance)- contrle de la puissance d'mission du mobile (pas de 2 dB)- contrle de qualit du lien radio- rapatriement des mesures effectues sur les cellules voisines- SMS (texto)

CANAUX DEDIES FACCH (Fast Associated Control CHannel)

Son intrt vient du fait que le SACCH est trop lent et induit un retard de lordre de la demi-seconde impropre traiter les actions rapides comme lexcution dun handover.

Si le canal allou est un TCH, on suspend dans ce cas durgence les informations usagers et on vole la capacitainsi libre afin dcouler de la signalisation.

Si le canal ddi est un SDCCH, la FACCH est inutile

CANAUX DEDIES Cas du multiplexage TCH-SACCH

On a vu que une trame de parole de 20 ms est code sur 260 bits et est coule sur 4 bursts.

Il faut donc transmettre 1 burst toutes les 5 ms. Or, la trame TDMA est plus courte : elle dure 5x24/26 =

4.615 ms. Pendant une multitrame 26 (120 ms), 24 bursts sont mis. Il reste 2 slots libres : 1 utilis par la SACCH et 1 Idle. Le mode Idle permet au mobile de scruter les voies balises

des cellules voisines afin deffectuer des mesures.

CANAUX DEDIES Cas du multiplexage TCH-SACCH

T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T TA i

T t T t T t T t T t T t T t T t T t T t T t T tA a

26 trames TDMA : 120 ms

26 trames TDMA : 120 ms

0 12 25

Multiplexage plein dbit (FR)

Multiplexage demi-dbit (HR)

T : TCH A : SACCH i : idle

0 12 25

CANAUX COMMUNS FCCH (Frequency Correction CHannel)

Burst de 148 bits 0 mis toutes les 50 ms : il correspond frquence lgrement dcale en frquence.

Il permet une synchronisation fine du mobile. Il est prsent seulement sur le TS0 de la frquence balise et

est mis 5 fois sur une multitrame 51.

CANAUX COMMUNS SCH (Synchronisation CHannel)

Supporte le burst de synchronisation et BSIC. Fournit une synchronisation complte au mobile :

la synchronisation fine : aide la dtermination du TA la synchronisation logique : dtermination du FN (idem pour BTS et

mobile).

CANAUX COMMUNS BCCH (Broadcast Control CHannel)

Le BCCH (obligatoirement TS0 de la trame TDMA) contient les informations d'accs la cellule : Paramtres de slection et re-slection de cellule LAI (Location Area Identity) les paramtres RACH (accs alatoire) la description des canaux logiques de la cellule la liste des frquences balises des cellules voisines l'organisation du canal CBCH : 1 CBC = mode combin laisse 7 TCH

sur frquence balise et 1 BCC (ncessitant obligatoirement 1 SDC) ne laisse que 6 TCH.

utilisation ou non d'un certain nombre de fonctionnalits : DTX, contrle de puissance...

CANAUX DE CONTROLES COMMUNS PCH (Paging CHannel)

Utile lorsque le rseau dsire communiquer avec un mobile (appel, SMS, authentification)

Lidentit, du mobile est diffuse sur un ensemble de cellules appartenant la mme LA via le PCH.

Possibilit d'appeler jusqu 4 mobiles dans le mme message en utilisant le TMSI au lieu de l'IMSI.

CANAUX DE CONTROLES COMMUNS RACH (Random Access CHannel)

Pour chaque action (localisation, SMS, appels), le mobile doit se signaler au rseau.

Pour cela, il envoie une requte trs courte sur un seul burstvers la BTS.

La requte est envoye sur des slots particuliers en accs type Aloha slott.

CANAUX DE CONTROLES COMMUNS AGCH (Access Grant CHannel)

En rponse un RACH, l'AGCH vise attribuer un canal ddi.

Le message dallocation contient :- la porteuse- le numro de slot et/ou description de la loi de saut si le saut de frquences est implment- paramtre TA

CANAUX DE CONTROLES COMMUNS CBCH (Cell Broadcast Control CHannel)

Sert la diffusion dinformations routires et mto. Aujourdhui, inutilis.

CANAUX LOGIQUES : RESUME Frequency Correction CHannel (FCCH) Calage sur frquence

porteuse

Synchonisation CHannel (SCH)

Synchronisation + Identification

Broadcast CHannel (BCH)

unidirectionnel en diffusion (voie balise) Broadcast Control CHannel (BCH) Information systme

Paging CHannel (PCH) Appel du mobile Random Access CHannel (RACH) Accs alatoire du mobile

Access Grant CHannel (AGCH) Allocation de ressources

Common Control Channel (CCCH)

accs partag Cell Broadcast CHannel (CBCH) Messages courts diffuss

Stand-alone Dedicated Control CHannel (SDCCH)

Signalisation

Slow Associated Control CHannel (SACCH)

Supervision de la liaison

Dedicated Control Channel

Fast Associated Control CHannel (FACCH)

Excution du handover

Traffic CHannel for coded speech (TCH) Voix plein/demi-dbit Traffic Channel (TCH)

Traffic Channel for data (user rate) 9,6 kbps, 4,8 kbps, < 2,4 kbps

Donnes utilisateurs

EXERCICE 1 Ralisation de la multitrame TCH+SACCH

Soit un systme de radiotlphone H :- codage de la parole par blocs de 30 ms- Un bloc de 30 ms = 860 bits codage source + canal)- Un burst transporte : 85 bits dinformation, 2 bits de flag et 32 bits de midambules soit 120 bits par burst- Une trame comprend 8 TS.

Ne pas oublier que nous raisonnons sur un canal physique, soit 1 TS parmi 8.- le SACCH transmet 480 bits (info + midambule) toutes les 360 ms.Les infos SACCH sont transmises raison d'un burst par multitrame

EXERCICE 1 Questions

1. Quelle est la dure de la multitrame ?2. Combien de blocs de paroles sont transmis par multitrame ?3. Combien de trames TCH sont ncessaires par multitrame ?4. Quelle est la dure dun TS ? 5. Quelle est la structure de la multitrame (nombre et position

des TS : TCH, SACCH, IDLE; en prenant le GSM comme exemple) ?

6. Dbit dun TCH?

EXERCICE 2 Multitrame de signalisation (canal de diffusion)

On a besoin sur le sens descendant du canal de diffusion de : 1 TS FCCH pour asservir les mobiles en frquences et donner la

position du burst 1 TS SCH pour donner la synchro des mobiles 4 TS BCCH pour diffuser des infos aux mobiles 4 TS CCCH (AGCH : pour attribuer des canaux ddis aux mobiles +

PCH : pour pager les mobiles)

On veut qu un mobile en communication puisse couter les canaux de diffusion pendant sa trame IDLE.


1. Combien de trames peuvent constituer la multitrame de signalisation ?

2. Choisir la rponse comprise entre 40 et 80.3. Donner la structure de la multitrame de signalisation (il peut

exister des TS non utiliss). Prendre comme exemple le GSM.

4. Quelle est la dure de la multitrame de signalisation?

EXERCICE 3 Canaux de signalisation ddis SDCCH + SACCH

La multitrame a la mme dure que le canal de diffusion. Les canaux logiques sont transmis de la manire suivante :

- 2/3 SDCCH (TCH/8) : 4 TS sur 4 trames successives par mobile toutes les multitrames- 1/3 SACCH : (dbit identique pour TCH + SACCH) soit : 480 bits transporter dans 4 trames successives toutes les 360 ms environ.


1. En supposant que le dbit du SACCH est moiti du SDCCH, quel est le nombre de canaux SDCCH supports par un canal physique ?

2. Quelle est la structure de la multitrame de signalisation ddie en vous aidant du GSM ?

GLOSSAIREARFCN : Absolute Radio Frequency Channel Number

Prsentation structure de trames GSMSOMMAIREINTRODUCTION : RESEAU ET TRAMESTECHNIQUES DACCES MULTIPLESTECHNIQUES DACCES MULTIPLESTECHNIQUES DACCES MULTIPLESTECHNIQUES DACCES MULTIPLESTECHNIQUES DACCES MULTIPLESTECHNIQUES DACCES MULTIPLESNUMERISATION DE LA PAROLENUMERISATION DE LA PAROLECHANE DE TRANSMISSIONNUMERISATION ET TRAME TDMANUMERISATION ET TRAME TDMANUMERISATION ET TRAME TDMASTRUCTURE DU BURST NORMALSTRUCTURE DU BURST NORMALSTRUCTURE DU BURST NORMALORGANISATION DES TRAMESORGANISATION DES TRAMESORGANISATION DES TRAMESSTRUCTURE DES TRAMESCANAUX LOGIQUESCANAUX LOGIQUESCANAUX LOGIQUESCANAUX DEDIESCANAUX DEDIESCANAUX DEDIESCANAUX DEDIESCANAUX DEDIESCANAUX DEDIESCANAUX COMMUNSCANAUX COMMUNSCANAUX COMMUNSCANAUX DE CONTROLES COMMUNSCANAUX DE CONTROLES COMMUNSCANAUX DE CONTROLES COMMUNSCANAUX DE CONTROLES COMMUNSCANAUX LOGIQUES : RESUMEEXERCICE 1EXERCICE 1EXERCICE 2EXERCICE 2EXERCICE 3EXERCICE 3GLOSSAIRE

Documents

3_-_Trame_TDMA.pdf