Réseaux cellulaires

Embed Size (px)

Text of Réseaux cellulaires

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    1/23

    Rseaux cellulaires2G, 2.5G et 3G

    GSM, GPRS et UMTS

    LRI : Laboratoire de Recherche en InformatiqueUniversit de Paris-sud

    Septembre 2002

    Plan

    Introduction

    Le concept cellulaire Caractristiques du lien radio Accs multiple

    GSM

    GPRS et UMTS

    Conclusion

    Rseaux mobiles et sans fil

    Rseaux de mobiles et rseaux sans fil

    Rseaux de mobiles : Donner la capacit un utilisateur mobile decommuniquer lextrieur de son rseau dorigineen conservant son adresse (GSM, IP-mobile)

    Problmes de compatibilit de signalisation

    Rseaux sans fil : li au support de transmission Support hertzien (pas de prise murale)

    Exp : tlphone sans cordon de rsidentiel

    Caractristiques des rseaux mobiles /fixes

    Spectre limit Technique cellulaire

    Qualit fluctuante des liens radio Mobilit, caractristiques de lenvironnement BER (Bit Error Rate) fluctuant

    Point daccs inconnu et variable dans le temps Gestion de la mobilit (localisation + handover)

    Diffusion Scurit : authentification + chiffrement

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    2/23

    Le concept cellulaire

    Couvrir une rgion par unensemble de cellules

    Une cellule est la zone decouverture dune station debase (antenne dmission)(BTS : Base Transceiver Station)

    Taille (densit de trafic) Bande de frquence

    Capacit limite (matrielle,frquences disponibles) Recouvrement

    Zone dense(ville)

    banlieue

    Zonerurale

    Le concept cellulaire

    Interfrence et motif cellulaireZonedinterfrence

    Interfrences canaux adjacents

    Interfrences co-canales

    (1)

    (2)

    (3)

    PlanificationRapport Signal sur Bruit

    C/(I+N)C : puissance du signal utileI : ensemble des interfrencesN : Bruit (souvent nglig)Exp : C/I de fonctionnement en GSM 9dB

    Le concept cellulaire

    Distance de rutilisation de frquence D

    Nombre de cellules par cluster N= D2/3.R2

    N =1, 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 12

    34

    5

    67

    12

    345

    67

    1

    2

    34

    5

    67

    12

    34

    5

    67

    D

    R

    Le concept cellulaire

    Exp : Motif 4/12 (GSM) : dans

    un bloc contigu de 4 sites(incluant 3 cellules parsite) chaque frquence estutilise une seule fois

    Antennes sectorielles

    Motif 4/12

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    3/23

    Les questions se poser

    Pour transmettre un signal

    Quand transmettre Sur quelle frquence Avec quelle puissance

    Les contraintes respecter Le temps La bande passante

    La puissance Gestion des ressources radio

    Caractristiques du lien radio

    metteur Rcepteur

    Attnuation

    pertes despace

    vanouissementtrajets multiples Signal reu

    Signalmis

    Bruit

    thermique

    Bruit

    ambiant

    Brouilleurs

    - Attnuation : dpend de le distance et de lenvironnement

    - Effet de masque : Prsence dobstacles dans lenvironnement- Les trajets multiples : Le rcepteur reoit le signal qui a empruntplusieurs chemins ( cause des obstacles)- Lvanouissement de Rayleigh : Altration en phase et en amplitude delonde aprs rflexion cause de la mobilit du terminal (effet Doppler)

    Accs multiple

    FDMA

    TDMA

    CDMA

    FREQUENCE

    T E M P S

    FREQUENCE

    T E M P S

    C y c le S lo t

    FREQUE

    NCE

    T E M P S

    Accs multiple : performances

    Circuit unique par porteuse : transmission continue

    Faible largeur de bande

    Faible complexit du terminal mobile : pas desynchronisation

    Faible en-tte de transmission

    Cots des quipements fixes levs : plus dquipements Ncessit dun duplexeur au niveau du terminal

    Complexit du handover

    FREQUENCE

    T E M P S

    FDMA

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    4/23

    Accs multiple : performances

    Plusieurs utilisateurs par porteuse : transmissiondiscontinue

    Complexit des mobiles

    En-tte de transmission plus important (synchronisation)

    Cots des quipements au sol moins lev Pas besoin de duplexeur

    Complexit du handover rduite

    FREQ

    UENCE

    T E M P S

    C y c le S lo t

    TDMA

    Accs multiple : performances

    Modulation talement de spectre (spread spectrum)

    Nombre de circuits par porteuse lev

    Complexit au niveau du terminal (codage)

    Faible probabilit dinterception, confidentialit Ncessit de contrle de puissance

    Soft handover

    FREQUENCE

    T E M P S

    CDMA

    Plan

    Introduction Le concept cellulaire GSM

    Historique Architecture Les sous-systmes Linterface radio Handover, gestion de mobilit et scurit

    GPRS et UMTS

    Conclusion

    Panorama et gnrations

    1G : 1re gnration : annes 80, systmes

    sans cordon, (DECT, CT1 et CT2) 2G : 2me gnration : annes 90, GSM, IS-95

    2G+ : GPRS

    3G : 3me gnration : UMTS

    4G et au del.

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    5/23

    GSM : historique

    1978 : cest la confrence mondiale des

    radiocommunications WRC quil a t dciddouvrir la bande des 900MHz aux systmes decommunications mobiles

    1982 : CEPT : cration du standard GSM (GroupeSpcial Mobile) Systme analogique : 5 interfaces radios diffrentes

    But : roaming pan-europpen, services indpendants du

    rseau utilis

    GSM : Historique

    1991 : GSM : Global System for Mobilecommunications

    Ouverture commerciale 1992, monte en puissance1993

    Disparition des systmes 1G Adoption de la norme hors Europe Frquences : 890-915 MHz et 935-960 MHz Extension dautres bandes de frquences

    DCS 1800 : Digital Cellular System : dans la gamme1800 MHz

    PCS 1900 : dans la gamme 1900 MHz

    GSM :Caractristiques

    Numrique Spcification de nombreuses interfaces Roaming international

    Interconnexion efficace avec RNIS Qualit du signal >= systmes existants Capacit du trafic >= systmes existants Cot dabonnement

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    6/23

    Architecture gnrale

    ......

    ......

    ......

    MSBTS

    BTS

    BTS

    BTS

    BTS

    BSC

    BSC

    MSC

    MSC

    VLR

    VLR

    HLR

    PSTN

    BSS NSS

    Um

    Abis A

    AUC

    EIR

    Signalisation SS-7Circuit de voix

    Le sous-systme radio

    MS (Mobile Station) : terminal mobile

    De plus en plus performants et lgers Abonnement spar du terminal

    Carte puce SIM ( Subscriber Identity Module) Caractristiques de labonnement, identits IMSI1 et

    le TMSI2, et les algorithmes de chiffrement

    Identit propre au terminal : IMEI3

    Puissance maximale dmission de 0.8 8 W1 International Mobile Subscriber Identity2 Temporary Mobile Subscriber Identity3 International Mobile Equipment Identity

    Le sous-systme radio

    BTS (Base Transceiver Station) : station de base Prise en charge de laccs radio dans leur couverture :

    mission-rception + un minimum dintelligence, Modulation,

    dmodulation, codage correcteur derreur, multiplexage TDMA, Diffuser des signaux balises Renvoyer au BSC des mesures sur la qualit des transmissions Capacit selon la rgion couvrir (rurale, urbaine,)

    BSC (Base Station Controller) Concentrateurs de BTS Gre :

    lallocation des frquences, le contrle de puissance,

    le contrle dadmission, le handover : dcision et excution les mesures reues par les BTS

    Le sous-systme rseau

    NSS : interconnexion avec les rseaux fixes Gre ltablissement des appels / mobilit

    Trois lments : MSC (Mobile-services Switching center) HLR (Home Location Register) VLR (Visitor Location Register)

    Il utilise deux bases de donnes : EIR1 etAUC 2

    1 EIR : Equipment Identity Register2AUC : AUthentication Center

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    7/23

    Le sous-systme rseau

    HLR BD de localisation nominale

    Mmorise le profil dabonnement, IMSI, les numros de tlphone, infos.Sur le chiffrement, localisation courante de labonn

    VLR BD de localisation locale Similaire au HLR mais ne concerne que les mobiles dune rgion donne

    (pareil que HLR + TMSI + zone de localisation) Les infos suivent le mobile lors de ses dplacements

    MSC

    gre toutes les communications des mobiles sous sa couverture, handoversi hors BSC Dialogue avec le VLR pour la mobilit des usagers Fonction de passerelle avec le PSTN (GMSC)

    Le sous-systme radio : MS

    Les identits dans le GSM IMSI (International Mobile Subscriber Identity)

    Identifiant unique de labonn (15 chiffres), stock dans la carte SIMet dans le HLR

    TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) Identit propre un VLR, identit temporaire de labonn dans le

    VLR

    MSISDN (Mobile Station International ISDN Number) Identit de labonn visible dans le monde tlphonique (exp :

    33 6 98 76 54 32)

    MSRN (Mobile Station Roaming Number)

    Identit pour acheminer les appels entre le MSC passerelle vers lePSTN et le MSC courant du mobile

    IMEI (International Mobile station Equipment Identity) Identificateur du terminal (15 chiffres)

    Echanges lors dun appel

    GMSC MSCHLR VLR

    ......

    MSISDN1. Le MSISDN est numrot. Rout par le rseau fixe vers le MSC le plus proche

    MSISDN2. GMSC interroge le HLR pour connatre le MSC

    IMSI3. HLR traduit MSISDN en IMSI et interroge le VLR

    MSRN4. VLR attribue un MSRN au mobile et le transmet au HLR

    MSRN5. HLR le retransmet au GMSC

    MSRN6. GMSC tablit lappel vers le MSC courant comme un appel tel normal (num est MSRN)

    7. MSC va enfin appeler le mobile en utilisant lid temporaire TMSITMSI / IMSI

    Archtiecture protocolaire

    CM

    MM

    RRM

    SCCP

    MTP

    physique

    CM

    MM

    RRM

    SCCP

    LAPDm

    radio

    RRM

    SCCP

    MTP

    physique

    LAPD

    physique

    RRM

    LAPD

    physique

    LAPDm

    radio

    Air interfaceUm

    Abis A

    Mobile servicesswitching center

    Base stationcontroller

    Base transceiverstation

    Mobilestation

    CM : call managementMM : mobility managementRRM : radio resources management

    SCCP : signal connection control part (SS7)MTP : message transfer part (SS7)LAPD : link access protocol-D channel (ISDN)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    8/23

    Linterface radio : le canal physique

    Bandes de frquence 890 915 MHz voie montante et 935 960 MHz voie descendante

    soit 225 MHz Canaux de 200KHz

    Technique daccs : MF-TDMA Modulation GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)

    cart duplex (45MHz)

    890MHz 915MHzVoie montante (25MHz)

    124 canaux de 200kHz

    Linterface radio

    0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7

    f

    t

    1 slot = 156,25 bits = 577s 1 trame = 8 slots = 1250 bits = 4,6 ms

    DOWN

    UP

    200 kHz

    Ecart Duplex45 MHz

    1.73 ms

    - Un canal physique cest la rptition priodique dun slot dans les tramesTDMA sur une frquence particulire (canal plein dbit)- Canal demi-dbit : allocation dun slot toutes les 2 trames

    Structure et hirarchie des trames

    Hypertrame = 2048 supertrames

    Supertrame = 51 multi-trames de trafic= 26 multi-trames de contrle

    Multi-trame de Trafic= 26 Trames

    Multitrame de contrle = 51 trames

    Trame = 8 slots

    Slot = 156.25 bits

    Bit = 3.69 s

    577s

    4.615 ms

    235.4 ms120 ms

    6.12 s

    3 h 25 m 53.76 s

    Un canal de trafic

    0 1 11 12 13 24 25

    0 1 2 3 4 5 6 7

    Numro de slot

    4.615 ms

    Numro de trame

    120 ms

    0-11, 13-24 : canaux de trafic12, 25 : canaux de control associs

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    9/23

    Le burst

    Trame TDMA = 4.615 ms

    0 1 2 7

    Slot = 156,25 bits = 577 s

    En-tte3 bits

    En-tte3 bits

    Donnes chiffrset encodes

    57 bits

    Donnes chiffrset encodes

    57 bits

    Squencedapprentissage

    28 bits

    Tempsde garde8.25 bits

    Flag1 bit

    Flag1 bit

    Burst normal

    Plusieurs types de bursts- burst normal- burst de correction de frquence (FCCH)- burst de synchronisation (SCH)- burst daccs (RACH)

    Chane de transmission

    Linterface radio : les canaux logiques

    Transmission de donnesBidirectionnelTCH/F (Traffic Channel / Full Rate)

    TCH/H (Traffic Channel / Half Rate)

    Trafic (ddi)

    SignalisationBidirectionnelSDCCH (Stand-alone Dedicated Control CHannel)

    Contrle de transmissionBidirectionnelSACCH (Slow Associated Control CHannel)(ddi)

    Signalisation rapide, handoverBidirectionnelFACCH (Fast Associated Control CHannel)Contrle

    Accs initial du mobileMontantRACH (Random Access CHannel)

    Appel du mobileDescendantPCH (Paging CHannel)

    Diffusion de messages courts(SMS), infos routires,

    DescendantCBCH (Cell Broadcast Channel)(commun)

    Rponse du rseau laccs initial

    Allocation de ressources

    DescendantAGCH (Access Grant Channel)Contrle

    Synchronisation temporelle etidentification de la celluleDescendantSCH (Synchronization CHannel)

    Synchronisation frquentielleDescendantFCCH (Frequency Correction CHannel)

    Diffusion dinfo. systmespcifique la cellule

    DescendantBCCH (Broadcast Control CHannel)Diffusion

    (commun)

    RleSensNomCatgorie

    Les fonctions du rseau cellulaire

    Gestion des ressources Radio RRM (Radio Resource Management) Slection de cellule (choix de la porteuse), ouverture dune connexion,

    contrle en cours de communication, handover, terminaison

    Gestion de la mobilit MM (Mobility Management) Gestion de litinrance, procdure de mise jour de la zone de localisation Gestion de la scurit

    Protger lutilisateur et le rseau usurpations didentit, coutes frauduleuses, utilisations abusives Authentification Cryptage

    Gestion des connexions CM (Connexion Management) tablissement et relchement des appels

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    10/23

    Slection dune cellule (RRM)

    coute des frquences Dtection des infos sur le canal BCCH

    Inscription la cellule

    Effectuer rgulirement des mesures desfrquences des cellules voisines

    Contrle en cours de communication (RRM)

    Garantir une bonne qualit de la liaison Contrle de puissance (via SACCH)

    Le BSS dtermine les niveaux de puissanceadquats (grce aux mesures)

    Utilisation du SACCH pour la compensation

    temporelle (ou timing advance)

    Le handover (HO) (RRM)

    Changement du lien radio Les causes :

    Transfert cellulaire (mobilit de lutilisateur) viter la rupture du lien quilibrer le trafic Minimiser la consommation dnergie

    Pas dalgorithme impos dans la norme GSM Droulement en trois phases :

    Phase de ralisation des mesures et de supervision du lien Phase de dtermination de la cellule cible et de dclenchement du

    handover Phase dexcution de handover

    Le handover : phase de mesures

    Ms et BTS effectuent des mesures Paramtres recueillis :

    La puissance du signal reu (qualit du lien)

    MS (canal descendant), BTS (canal montant) Le taux derreur binaire (BER) (calcul du C/I) Distance entre le mobile et la station de base (grce la

    valeur de lavance en temps)

    Paramtres diffuss par une station : Identit de la station Les frquences des canaux balise des stations voisines

    Les intervalles de mesures doivent tre petits GSM : remontes de mesures au BSC toutes les 480ms Au maximum : mesure de 6 stations

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    11/23

    Le handover : slection et dclenchement

    Le mobile dresse une liste des cellules candidates

    (puissance reue) Mcanisme de dclenchement :

    valuer les critres de dclenchement aprs chaque phase dercolte

    Plusieurs mthodes Puissance relative des signaux Puissance relative des signaux avec utilisation dun seuil Puissance relative des signaux avec utilisation dune hystrsis (la

    puissance de la nouvelle BS dpasse lancienne dau moins unevaleur)

    Puissance relative des signaux avec utilisation dune hystrsis et deseuils (GSM)

    Le handover : phase dexcution

    Si dclenchement

    Etablissement du nouveau canal Transfert de la connexion vers le nouveau lien

    Libration de lancien

    ......

    MSC

    ......

    MSC

    ......

    MSC

    Hard Handover (GSM)Le MS ne gre quun seul canal

    Si dclenchement tablissement du nouveau canal

    Transfert de la connexion vers le nouveau lien Libration de lancien

    Le handover : phase dexcution

    ......

    MSC

    ......

    MSC

    ......

    MSC

    Seamless Handover (DECT)

    Activation du second lien radio puis annulation du premier

    Le handover : phase dexcution

    Si dclenchement Etablissement du nouveau canal

    Transfert de la connexion vers le nouveau lien Libration de lancien

    ......

    MSC

    ......

    MSC

    ......

    MSC

    Soft Handover (CDMA)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    12/23

    Le handover

    Diffrents type de HO vus du rseau

    MSC

    BSC BSCBSCBSC

    MSC MSC

    PSTN

    Rseau mobile 1 Rseau mobile 2

    1 2 3 4 5

    1 : HO intra-cellulaire

    2 : HO intra-BSC

    3 : HO intra-MSC

    4 : HO inter-MSC

    5 : HO inter-rseau

    Le handover

    Pour rsumer :

    Pendant la communication Le lien radio est mesur Si la qualit passe sous un seuil : dclenchement

    Dcision deffectuer le HO Lancienne station transmet la nouvelle les paramtres

    du mobile impliqu (cl de chiffrement, dbit,) Le rseau transmet au mobile un message (rfrence sur

    le nouveau canal de transmission)

    Lancien canal est libr Si pas de ressources disponible : chec de handover

    (call dropped)

    Droulement dun Ho type

    Mobile

    Mobile

    BTS 1 BTS 2BSC 1 MSC BSC 2

    Measurement reportSACCH

    Measurement Result[Measurement report]

    Measurement reportSACCH Measurement Result[Measurement report] HandoverRequired HandoverRequestChannel Activation

    Channel ActivationAcknowledge

    Handover RequestAcknowledge

    [Handover Command]HandoverCommand

    Data Request[Handover Command]

    Handover CommandFACCH

    HandoverAccessTCH

    HandoverDetectionHandover

    Detect PhysicalInformationEstablish Indication

    Data Indication[Handover Complete]

    HandoverCompleteFACCH

    HandoverComplete

    Clear Command

    Clear Command

    RF Channel Release

    RF Channel ReleaseAcknowledge

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Gestion de la mobilit (MM)

    Gestion de litinrance et de la scurit tats dun mobile

    teint mmorisation de la dernire localisationconnue

    Commutation sur la messagerie

    Idle Informe rgulirement le rseau de ses

    changements de localisation (IMSI-attached)

    actif

    Procdure dattachement pour indiquer le retour du mobile dans lerseau

    teint

    Actif

    Idle (oisif)

    Mise en route

    du mobile

    Demande deconnexion (traficou signalisation)

    Extinction dumobile ou pannebatterie

    Fin de laconnexion (traficou signalisation)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    13/23

    Mise jour de la localisation (MM)

    Gestion de litinranceDeux mcanismes de base

    Localisation (prcise) Savoir o se trouve le mobile tout moment Recherche (paging)

    mettre des messages davis de recherche dans les cellules visitesdernirement

    Position prcise : cot de localisation important mais pas de recherche(rapidit)

    Position imprcise : cot de recherche lev (signalisation leve) maiscot de localisation faible

    Zones de localisation Ensemble de cellules, critres : nombre moyen dappels, directionprivilgie des HO, autoroutes,

    Plusieurs zones par VLR/MSC

    Mise jour de la localisation (MM)

    Procdure de mise jour de localisation : Le mobile sait quil change de zone de localisation grce au canal

    BCCH Il prvient le nouveau VLR (donne son TMSI) Le nouveau VLR (qui peut tre lancien) rcupre auprs de

    lancien le profil du mobile Le VLR informe le HLR de la nouvelle zone de localisation du

    mobile Le HLR demande lancien VLR deffacer les infos relatives au

    mobile (si VLR diffrent)

    Procdure qui met jour les informations de localisationdu mobile dans le VLR et le HLR

    Scurit (MM)

    Protger lutilisateur et le rseau Usurpations didentit, coutes frauduleuses,

    utilisations abusives

    Authentification Le rseau transmet Rand

    (128 bits)

    Calcul (mobile et rseau)

    Transmission du rsultat

    Ki secrte, jamais transmise

    Algorithme A3Algorithme A3

    Carte SIMRseau (AuC)

    RandKi Ki

    SRES

    Scurit (MM)

    Cryptage Protectection contre les coutes inopportunes

    De Ki + Rand + A8 est calcule la cl Kc Kc : 64 bits

    Squence gnre par A5(Kc,numro de trame)

    Combinaison avec la squence mettre

    IMEI (terminal physique) Vol,

    EIR (Equipment Identity Register)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    14/23

    Scurit (MM)

    RAND128 bits

    Kiup to 128 bits

    A3, A8

    SRES32 bits

    Kc64 bits

    Framenumber 22 bits

    A5

    Encryptionmask

    114 bits

    Data114 bits

    Ciphereddata

    114 bits

    Gestion des connexions (CM)

    tablissement et relchement des connexions Bas sur la signalisation SS7

    Appel issu du mobile Allum Parcourt des frquences tat Idle Signalisation priodique pour la localisation Composition dun numro Envoi dune demande de connexion (via RACH)

    Allocation dun canal ddi de signalisation SDCCH (viaAGCH)

    Procdures dauthentification et dautorisation dappel Le rseau route la demande vers le PSTN (SS7)

    Gestion des connexions (CM)

    Appel vers un mobile Appel en utilisant le MSISDN Appel achemin jusquau GMSC le + proche Le HLR du mobile est interrog pour

    trouver le VLR courant vrifier les caractristiques de labonnement traduction du MSISDN en IMSI

    Le VLR diffuse le message de paging (PCH) dans lazone de localisation

    Rponse du mobile (demande douverture de canal (viaRACH, rponse paging)

    tablissement comme prcdemment (entre GMSC etle mobile via VLR-MSC)

    tablissement dappel

    Mobile station Base station Category Logical ChannelCarrier sine wave FCCH

    Sync Channel Information RRM SCHSystem Information RRM BCCH

    Paging Request RRM PCHChannel Request RRM RACH

    Immediate Assignment RRM AGCHPaging response RRM SDCCH

    Authentication Request MM SDCCH

    Ciphering Mode RRM SDCCHCiphering Mode Ack RRM SDCCH

    Setup CM SDCCHCall Confirmed CM SDCCH

    Alerting CM SDCCHConnect CM SDCCH

    Assignment Command RRM SDCCHAssignment Ack RRM SDCCH

    Connect Ack CM FACCH

    Disconnect CM FACCHRelease CM FACCHRelease Complete CM FACCHChannel Release RRM FACCH

    conversationconversation TCH

    TCH

    Authentication Response MM SDCCH

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    15/23

    Les SMS

    Short Message Service Au plus 160 octets 2 services standardiss :

    service point--point diffusion dans une cellule (SMS Cell Broadcast)

    Transmission sur les canaux de signalisation SDCCH si pas en communication

    SACCH si en communication Sur le rseau fixe, utilisation du rseau de signalisation

    2G, pourquoi un tel succs?

    Spcifications rigoureuses Inter-fonctionnement complet Standardisation europenne Un systme bien conu :

    Interface radio, rseau cur Gestion de la mobilit, de litinrance des

    utilisateurs Complexit limite : cots rduits

    La 2,5G :

    GPRS(General Packet Radio Service)

    Motivations

    GSM Tlphonie : circuit, faible dbit

    Services donnes ? Evolutions

    HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Transfert de donnes en utilisant les circuits de voix

    GPRS (General Packet Radio Service) Architecture rseau en mode paquet

    EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) Dbits suprieurs (modulation)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    16/23

    Transfert de donnes en GSM

    Entrelacement plus profond que pour la voix (22 trames/8)

    2 modes Non transparent :

    utilisation dun protocole de reprise sur erreur RLP (Radio LinkProtocol)

    Transparent

    Dbits : 9,6 Kbit/s 14,4 Kbit/s

    ......

    BTSBSC MSC

    IWF

    HLR

    TAFRTC

    modemterminal

    TAF : Terminal Adaptation FunctionIWF : InterWorking Function

    Le HSCSD

    High Speed Circuit Switched Data Dbit plus lev

    Allouer jusqu 4 slots par user par trameTDMA

    Dbit max : 4x14,4 = 57,6 Kbit/s

    Manque de souplesse dans lallocation des

    ressources radio Pas dinvestissement dans le HSCSD

    Le GPRS

    General Packet Radio Service

    Constat : trafic de donnes sporadique Problmes dans un rseau commutation de

    circuit : Monopolisation des ressources : gaspillage

    Cot des communications

    Interconnexion lourde avec Internet

    Architecture commutation de paquets

    GPRS

    Deux nuds

    SGSN : Serving GPRS Support Node Connexion avec la station de base (relais de trames), semblableau MSC

    GGSN : Gateway GPRS Support Node Connexion avec les rseaux de type paquet (Internet)

    Encapsulation des paquets avec le protocole GPRS(tunneling)

    Greff sur le rseau GSM (mme bande defrquences)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    17/23

    GPRS

    SGSN : Serving GPRS Support NodeGGSN : Gateway GPRS Support Node

    EDGE

    Enhanced Data for GSM Evolution

    HSCSD et GPRS augmentation de dbit / GSM Mais :

    Mme dbit brut sur un time slot (GSM)

    Solution EDGE Introduction dune nouvelle modulation

    EDGE + HSCSD ECSD

    EDGE + GPRS E-GPRS

    EDGE

    Constatation Contrle de puissance pour remdier aux

    ingalits de la qualit de transmission

    EDGE : utilisation du CP pour augmenter le dbit Condition radio schma de modulation

    et de codage MSC(Modulation and Codage Scheme)

    Modulation de phase 8 tats : 8PSK (Eight-level PhaseShift Keying)

    Tripler le dbit brut par slot (comp. GSM) : 69 Kbit/spour un slot par trame

    Conclusion 2,5G

    Limitation de dbit du GSM HSCSD

    Autorise lallocation de plusieurs slots Mais architecture rseau pas adapte au transfert de

    donnes

    GPRS Autorise lallocation de plusieurs slots Allocation dynamique des ressources radio Rseau fixe adapt au transfert de paquet

    EDGE Encore plus de dbit : schmas de modulation et decodage plus efficaces

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    18/23

    La 3G :UMTS (Universal Mobile

    Telecommunication System)

    Motivations

    Succs de la 2G Saturation des rseaux existants March en pleine expansion Services multimdias Couverture universelle IMT-2000 (Universal Mobile Telecommunications

    for the year 2000) Niveau mondial (UIT)

    FPLMTS UMTS

    En Europe (ETSI)

    Les frquences

    Bande de frquences (2GHz)

    Les frquences

    Bande de 230MHz (autour des 2GHz)

    Bandes appaires (2*60MHz) : 1920-1980 et2110-2170 FDD/W-CDMA Bandes non appaires (50MHz) : TDD/TD-

    CDMA Satellites (MSS) : 60 MHz

    IP et mode paquet : 384 Kbps pour une mobilit complte et 2 Mbps pour

    une mobilit limite

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    19/23

    Couverture

    IMT-2000The ITU vision of global wireless access

    in the 21st

    century

    Satellite

    MacrocellMicrocell

    UrbanIn-Building

    Picocell

    Global

    Suburban

    Basic TerminalPDA Terminal

    Audio/Visual Terminal

    UMTS

    La migration du GSM vers lUMTS Progressive

    Radio Rutilisation de la bande existante Dploiement par lots Terminaux bi-modes

    Rseau Rajout de nouveaux quipements Intgration du mode paquet et de IP

    2 phases : Services offerts semblables ceux du GSM volution vers des services haut dbit multimdias de bout en bout

    Architecture

    UserEquipment UTRAN

    CoreNetworkUu Iu

    UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access

    Architecture

    MS (Mobile Station) BTS

    Contrle des ressources radio Contrle du lien radio

    BSC Allocation des ressources Contrle du lien radio

    MSC BSS Abis(BTS/BSC)

    A (BSC/MSC) Inexistante

    GSM et UTRAN UE (User Equipment)

    NodeB

    Contrle partiel des ressourcesradio

    RNC (Radio Network Controler) Allocation des ressources Contrle du lien radio

    UMSC (UMTS MSC) RNC (Radio Network Subsystem) lubis (NodeB/RNC)

    lu (RNC/CN) lur (RNC/RNC)

    TDMA CDMA

    UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    20/23

    Architecture

    ......

    ......

    BTS

    BSC

    RNC

    NodeB

    GMSC

    SGSN

    Rseauinter-

    PLMN

    Rseauinter-

    PLMN

    RseauIP

    RseauIP

    RseauInternet-intranet

    RseauInternet-intranet

    PLMN PLMN

    InfrastructureGPRS

    RTC

    HLR-AuC

    EIR

    GGSN

    A

    lu

    lub

    lu

    Uu

    Um

    Gr

    Gi

    BG

    Linterface radio UTRA

    Mode W-CDMA (Wideband CDMA) enFDD (Frequency Domain Duplex)

    Mode TD-CDMA en TDD (Time DomainDuplex)

    Le mode FDD W-CDMA

    Etalement de spectre squence directe DS-

    CDMA Plusieurs liaisons occupent en mme temps la mmebande de frquence

    Modulation talement de spectre

    Augmenter le dbit transmis (d D) : multiplicationpar une squence dtalement (code)

    Les lments du code : chips

    Gain dtalement : Ge=D/d

    Le mode FDD W-CDMA

    Le rcepteur CDMA

    Laccs multiple Plusieurs squences orthogonales Pbm : trajets multiples perte partielle de

    mission asynchrone des mobiles lorthogonalit pour dtecter le signal utile : lensemble des signaux (signal utile + brouilleurs) reus la station

    radio avec les mmes niveaux de puissance

    besoin de contrle de puissance

    Etage RFet passage en

    bande de base

    DstalementSignal utile

    +

    InterfrenceC/N

    Squencedtalement

    Symbolesdinformation

    +

    Bruit Gaussien

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    21/23

    Le mode FDD W-CDMA

    Qualit de la liaison : Eb/N0 =Ge/Mo : M+1 nombre de liaisons reuessimultanment avec le mme niveau

    + planification des frquences trs simple

    + soft handover

    - contrle de puissance : dlicat

    W-CDMA : Utilise DS-CDMA

    Largeur de la porteuse (5 MHz comparer 1.25 MHz IS-95) Multiplexage en frquence FDD

    Chaque sens de transmission utilise une frquence

    Le mode FDD W-CDMA

    Entre 4.4 et 5 MHzBande de frquence

    Facteur dtalement variableet multicode

    (384 kbit/s par code)

    Dbit variable

    10msDure trame

    3.84 Mchip/sDbit chip

    FDDDuplex

    DS-CDMAAccs multiple

    Le mode TDD TD-CDMA

    Principe TD-CDMA:

    Composante AMRT + CDMA lintrieur desIT

    Canal = frquence+IT+code

    Dans 1 IT = 9 paquets distingus par leur codetransmis simultanment

    Allocation des codes selon le dbit souhait

    Jusqu 2 Mbit/s (codes/Its)

    Le mode TDD TD-CDMA

    Duplex temporel TDD

    Multiplexage temporel des deux sens de transmissionsur une mme porteuse

    Avantages Allocation de spectre : pas de contraintes despacement

    (FDD) Bonne gestion du trafic assymtrique (exp : www,

    rapatriement de fichiers,) Partage dynamique adapt aux conditions variables de

    trafic (temps + espace)

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    22/23

    Le mode TDD TD-CDMA

    10msDure trame

    16 IT par trameStructure de la trame

    5 MHzBande de frquence

    Multi IT et multicodeDbit variable

    3.84 Mchip/sDbit chip

    TDDDuplex

    TDMA et CDMAAccs multiple

    UTRA

    Dploiement et

    couverture grandes cellules

    petites cellules

    (contraintes de sync.

    et temps de gardeServices

    supports

    services

    symtriques

    mode paquet,

    asymtrique

    Transfert

    intercellulaire soft handoff handoff normal

    Synchronisation

    entre stations de

    base

    pas de

    synchronisation synchronisation

    Planification

    couverture

    cellulaire en

    fonction du trafic -

    pas de plan de

    frquence

    plan de frquence - ne

    varie pas en fonction

    du trafic

    Les services et la QoS

    GSM : rigidit les oprateurs nont pas la possibilit de diffrencier

    leurs services UMTS : spcification doutils permettant la cration de services

    varis systmes dexploitation des terminaux mobiles et des cartes

    SIM, architecture de services ouverte OSA (Open ServiceArchitecture),

    Critres de QoS : tolrance aux dlais, tolrance aux erreurs

    VHE (Virtual Home Environment) Environnement personnalis

    Dbits : 2 Mbit/s, 384 Kbit/s, 144 Kbit/s thoriques!

    volution 2G-3G dans le monde

    CDMA2000 UMTSW-CDMAUWC-136Systme

    ETSIARIBTIANormalisation

    W-CDMATD-CDMAW-CDMACDMA2000Edge GPRS3e Gnration

    GSMPDCIS95/CDMAOne

    IS1362e Gnration

    CDMATDMACDMATDMA

    EuropeJaponEtats-Unis

  • 7/28/2019 Rseaux cellulaires

    23/23

    Conclusion

    Vers la 4G et au del

    Ce quil faut retenir : Rseaux de mobiles : monde orient Tlcom Tlphonie : suprmatie du GSM Besoin dintgration voix/donnes : GPRS Plus de dbits, multimdia : UMTS

    Rseaux privs sans fil : Rseaux personnels : Bluetooth Rseaux locaux sans fil : IEEE 802.11

    Diffusion Boucle locale radio, satellites, DVB Internet

    IP-mobile, IP cellulaire, rseaux Ad-Hoc.