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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


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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


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


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


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


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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


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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


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.


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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


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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


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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)


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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


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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


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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


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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


......

MSC

......

MSC

......

MSC

Seamless Handover (DECT)

Activation du second lien radio puis annulation du premier


Si dclenchement Etablissement du nouveau canal

Transfert de la connexion vers le nouveau lien Libration de lancien

......

MSC

......

MSC

......

MSC

Soft Handover (CDMA)


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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)


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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)


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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


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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)


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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)


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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


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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


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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


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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


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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)


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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


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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.