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LUMTSUniversal Mobile Telecommunication System
Arnaud Fremiot, Marcin Bortnik
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Plan
Historique
Le 3GPP
Les services UMTS
La radio
Larchitecture
Le protocole La mobilit
Mise en uvre des tests
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Historique
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Historique
Constat Les rseaux 2G ne sont pas compatibles entre eux
Limite des possibilits atteinte Besoin dune nouvelle technologie pour offrir de
nouveaux services de couverture " Mondiale "
Ncessit de crer une 3G normalise au plan mondial
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Historique
Rsultats Plusieurs technologies 3G
LUMTS est lune des principales Cration du 3GPP (3rdGeneartion Partenership Project)
Depuis dbut 1999 le 3GPP travaille la normalisation de
lUMTS
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Le 3GPP
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Le 3GPP
En charge de la normalisation de lUMTS, il se
compose de 5 sous groupes:
SA : Service and System Aspects
CN : Core Network
RAN : Radio Access Network
T : Terminals
GERAN: GPRS EDGE Radio Access Network
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Le 3GPP
Le 3GPP travaille sur plusieurs version de normes en
mme temps
La Release 99 qui correspond aux rseaux actuellement en
cours de dploiement . Cette version modifie
profondment la partie radio ( introduction du CDMA)
La R4 devrait modifie larchitecture Core Network La R5 HSDPA, IMS (multimdia haut dbit)
La R6 HSUPA, MBMS
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Les services UMTS
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UMTS / GSM
En comparaison avec le GSM, la partie radio delUMTS a t la plus profondment modifie
accs radio se fait en WCDMA (partage de la bande defrquence)
Les RNC (ex BSC) communiquent entre eux
Le transport des donnes et de la signalisation sontbass sur lATM
Introduction de nouveaux service grce laugmentation des dbits
Support pour les differentes qualits de service
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Les services UMTS
Sur le domine Circuit (CS)
La visiophonie
Les data
Sur le domaine paquet (PS)
Le 384/64, 128/64, 64/64
Les multi-appels
1PS + 1CS 2 PS
1CS + 2PS
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LUSIM
(Universal Subscriber Identity Module)Lapplication USIM contient toutes les donnes
relatives labonn, parmi lesquelleson trouve :
lIMSI(International Mobile Subscriber Identity),
le MSISDN (Mobile Station International ISDN Number),
la langue prfre, utilise pour laffichage des informations sur le
terminal,
les cls de chiffrement et dintgrit,
la liste des rseaux interdits, les identits temporaires de lusager vis--vis des domaines Cs et Ps
(TMSI et P-TMSI) ;
les identits des zones de localisation courantes du mobile pour les
domaines Cs et Ps.
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Le RAB Radio Access Bearer
Dfinit les caractristiques dune communication
La classe de service
Dbit max
Dbit garanti
Taille des SDU
Taux derreur SDU
Taux derreur rsiduel
Dlai de transfert
Priorit de la communication
Premption et vulnrabilit
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Les Classes de Service
LUMTS introduit la notion de classes de
servive
Conversational
Streaming
Interactive
Background
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Les Classes de ServiceLes principales caractristiques sont
Conversational real time
Symtrique
Garantie des dlais
de transfert
< 200ms
Voix, videophonie
Streaming real time
asymtrique
Dlais plus long
mais doit garantir
la QoS
Streaming multimedia
Interactive Non real
time
asymtrique
Garantir labsence
derreur
Web brosing
Background Non real
time
asymtrique
Info transmise avec
la plus faible
priorit
download
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La Radio
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Linterface Radio
LUMTS spcifie deux modes de fonctionnement
Le TDD : le sens montant et le descendant utilisent lamme frquence mais alternativement
Le FDD : le sens montant et le sens descendant utilisent
une frquence propre
Dans la suite de lexpos seul le FDD sera prsent
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Le FDMA (Frequency Division Multiple Access)FDMA
f 1
f 2
f 3
Frquence
Temps
utilisateur 3utilisateur 2
utilisateur 1
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Le TDMA (Time Division Multiple Access)TDMA
T 1 T 1 + X T 1 +2X
Temps
Frquence
utilisateur 1
utilisateur 2utilisateur 3
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Le CDMA (Code Division Multiple Access)
Utilisateur 3
Utilisateur 2
Utilisateur 1
Temps
Code
Frquence
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Les codes OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)
Tous les rcepteurs reoivent le mme signal contenant leursinformations mais aussi celles des autres utilisateurs Les codes orthogonaux utiliss permettent chaque rcepteur de
nextraire que ce qui le concerne
Les codes nont pas tous la mme longueur ce qui permet davoirplusieurs dbits de donnes possibles
Puisque les metteurs ne sont pas synchroniss, un deuxime niveau decodage est ncessaire. Ceci est ralis avec les codes de brouillage ouScrambling codes
C1,1= 1
C2,1= 1,1
C2,2= 1,-1
C4,1= 1,1,1,1
C4,2= 1,1,-1,-1
C4,3= 1,-1,1,-1
C4,4= 1,-1,-1,1
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Les codes
Les codes de brouillage sont pseudo-alatoires et quasi-orthogonaux, meme si les metteurs ne sont pas synchroniss
Pour les sens descendant (rseau vers mobile):
Les cannaux d'une cellule sont synchroniss
Les cellules ne sont pas synchronises entre elles Le code de brouillage est unique pour chaque Cellule
Cela permet dutilisertous les codes OVSF sur chaque cellule
Pour le sens montant (mobile vers rseau):
La synchronisation des mobiles entre eux n'est pas possible Le rseau alloue un code de brouillage unique chaque mobile
Cela permet dutilisertous les codes OVSF sur chaque mobile
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La planification
La bande de frquence est la mme sur
toutes les cellules
Le code de brouillage dune cellule doit trediffrent de celui de ces voisines
Il en rsulte la ncessit davoir un plan de
code pour loprateur
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Le contrle de puissance
Tous les metteurs utilisent la mme bandede frquence
Pour un rcepteur "accord" sur un code lesautres signaux apparaissent comme desinterfrences
Il est donc important que tous les signauxarrivent avec un mme niveau de puissanceau rcepteur
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Eb et NO
Eb : Energie par bit utile
N0 : Densit spectrale de bruit
Pi : Puissance reu par iD : dbit utile
B : bande de transmission du signal ( 5MHz)
Eb= Pi / D N0= ( Pj + P0) / B
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Linterface Radio
PHY
MAC
RLC
RRC
BMCPDCP
Plan de contrle
Plan utilisateur
L3
L2
L1
Signaling radio Bearer
User plane radio Bearer
Canaux logiques
Canaux Physiques
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Linterface Radio
MAC,Medium Access Control :
fait le multiplexage des donnes sur les Transport Channel
RLC,Radio link Control :
assure le contrle de la bonne transmission des Donnesprovenant des couches suprieures
PDCP, Packet Data Convergence Protocol : Assure lindpendance entre les couches suprieures et les
couches RLC/MAC
BMC,Broadcast/ Multicast Control : Assure la transmission des informations provenant dun centre
Cell Broadcast (provient du GSM)
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Logical Channels
Control Channels
BCCH : Brodcast Control Channel Down Link
PCCH : Paging Control Channel Down Link
DCCH : Dedicated Control Channel point to point CCCH : Common Control Channel bidirectionnal
(onto FACH/RACH)
Traffic Channels DTCH : Dedicated Trafiic Channelpoint to point
CTCH : Common Traffic Channel point multi point
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Transport Channels
RACH : Random Access ChannelUL
DCH : Dedicated Channelbidirectionel
PCH : Paging Channel DL
BCH : Broad cast Channel DL
FACH : Forward Access Channel DL
DSCH : Downlink Shared ChannelDL
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Les diffrents tats dun Mobile
Idle
Cell DCH
URA PCH
Cell FACH
Cell PCH
Mobile connect
Mobile non connect
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Les diffrents tats dun MobileIdle :
le mobile ne possde aucune connections
Cell DCH :
des canaux de transport ddis sont allous
La molibilit est gre par le rseauCell FACH
Aucun canal de transport ddi allou
Le rseau et le mobile ont la possibilit de transferer
des donnes en utilisant les cannaux FACH ou RACH
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Les diffrents tats dun Mobile
Cell PCH Aucun canal de transport allou
Le mobile coute les canaux BCH et PCH
Le mobile signal tout changement de cellule
URA PCH
Aucun canal de transport nest allou
Le mobile coute les canaux BCH et PCH
Le mobile signal les changements dURA
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Larchitecture
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Architecture Logique UMTS
Node B
Node B
Node B
Node B
RNC
RNC
Iu b
Iu b
Iu b
Iu b
Iu CS
Iu CS
Iu PS
Iu PS
Iu r
MSC
VLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
Gn Gi
Gs
Gr
D
N
Gc
C
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Architecture Logique GSM
BTS
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
Abis
Abis
Abis
Abis
A
A
Gb
GB
MSC
VLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
Gn Gi
Gs
Gr
D
N
Gc
C
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Architecture Logique UMTS
GSM
BTS
BTS
BSCAbis
Abis
A
Gb
MSC
VLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
Gn Gi
Gs
Gr
D
N
Gc
CNode B
Node B
Node B
Node B
RNC
RNC
Iu b
Iu b
Iu b
Iu b
Iu CS
Iu CS
Iu PS
Iu PS
Iu r
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Architecture "physique"
Node B
Node B
Node B
Node B
RNC
RNC MSC
VLR
SGSN GGSN
GMSC
HLR
Iu CS
Iu PS
Gn Gi
Gs
Gr
D
N
Gc
C
MGW
Iu r
Iu b
E1
Iu b
E1
Iu b
E1
Iu b
E1
Iu CS/PSSTM1
Iu CS/PS
STM1
Iu b
STM1
Iu b
STM1
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Le protocole
C h t l i I CS
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Couches protocolaires Iu CS
ATM
ALL5
SSCF-NNI
SSCOP
SCCP
MTP3-B
RANAP
ALL5
SSCF-NNI
SSCOP
Q.2150.1
MTP3-B
Q.2630.1
AAL2
Iu User Plane
Protocol
Physical layer
TransportNetwok
ControlPlane
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
User Plane
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control Plane User Plane
h l i
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Couches protocolaires Iu PS
ATM
RANAP
ATM
AAL5
Iu User Plane
Protocol
Physical layer
TransportNetwok
ControlPlane
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
User Plane
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control Plane User Plane
Physical layer
ALL5
SCCPMTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP IP IP
UDP
GTP-U
C h l i
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Couches protocolaires Iu r
ATM
RNSAP
ATM
AAL2
Physical layer
TransportNetwok
ControlPlane
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
User Plane
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control Plane User Plane
Physical layer
ALL5
SCCPMTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP IP
ALL5
Q.2150.1MTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP IP
Q.2630.1
DCH
FP
CCH
FP
C h l i I b
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Couches protocolaires Iu b
ATM
NBAP
AAL2
Physical layer
TransportNetwok
ControlPlane
Transport Netwok
User Plane
Transport Netwok
User Plane
Radio
Network
Layer
Transport
Network
Layer
Control PlaneUser Plane
ALL5
SSCF-UNI
SSCOPALL5
Q.2150.12
Q.2630.1
DCH
FP
SSCF-UNI
SSCOP
RACHFP
FACH
FP
PCHF
DSCH
FP
USCH
FP
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La mobilit
L bili
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La mobilit
Les differentes dcoupes du rseau
LA :Location Area Code domaine CS
RA :Routing Area domaine PS
Cell
Une LA peut contenir plusieurs RA
Une RA peut contenir plusieurs Cell
L bili CS
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La mobilit CSRNC MSC/VLR
H
Etablissement RRC
MM Location Update Request TMSI
Authentification Chiffrement
MM Location Update Accept TMSI
MM TMSI relocation Complet
L bilit PS
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La mobilit PSRNC SGSN
H
Etablissement RRC
GMM RA Update Request TMSI
Authentification Chiffrement
GMM RA Update Accept TMSI
GMM RA Update Complet
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Les Handovers
Le softer HO
RNC
Node B
Node B
Secteur 1
Secteur 2
Secteur 1
Secteur 2
Secteur 3
Secteur 3CN
f 1
f 1
f 1
f 1
f 1
f 1
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Les Handovers
Le soft HO
CN
RNC
RNC
Node B
Node B
Node B
Node B
f 1
f 1
f 1
f 1
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Les Handovers
Le Hard HO
CN
RNC
RNC
Node B
Node B
Node B
Node B
f 1
f 1
f 2
f 2
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Les Handovers
SRNS relocation
CN
RNC
RNC
Node B
Node B
Node B
Node B
f 1
f 1
f 1
f 1